Dr. Ricardo J. Pereira

Die Bewertung der genetischen Vielfalt innerhalb von Arten ist entscheidend für Erhaltungsstrategien im Kontext menschlich induzierter biotischer Veränderungen. Dies ist besonders wichtig in marinen Systemen, in denen viele Arten noch nicht beschrieben wurden, gleichzeitig aber überfischt werden und Konflikte zwischen Ressourcennutzern und Naturschutzbehörden häufig sind. Die Kombination von Nischenmodellierung und Populationsgenomik kann dazu beitragen, diese Konflikte zu lösen, indem Managementeinheiten identifiziert werden und verstanden wird, wie vergangene klimatische Zyklen zu den aktuellen Mustern genetischer Vielfalt geführt haben. Wir haben uns mit diesen Fragen bei einer noch nicht beschriebenen, aber bereits übernutzten Sardinenart der Gattung Harengula befasst. Wir stellen fest, dass die Verbreitung der Art durch Salinität und Tiefe bestimmt wird, mit einer kontinuierlichen Verbreitung entlang des brasilianischen Festlands und zwei voneinander getrennten ozeanischen Archipelen. Genomdaten zeigen, dass solche biogeografischen Barrieren mit zwei divergenten intraspezifischen Linien assoziiert sind. Veränderungen in der Habitatverfügbarkeit während des letzten glazialen Zyklus führten zu unterschiedlichen demografischen Verläufen bei den Beständen. Eine küstennahe Population erlebte eine 3,6-fache Expansion, während eine inselgebundene Population sich um das 3-Fache verkleinerte, relativ zur Größe der ursprünglichen Population. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Inselbevölkerung getrennt von der küstennahen Population verwaltet werden sollte und dass ein Meeresschutzgebiet, das einen Teil der Verbreitung der Inselbevölkerung abdeckt, die Lebensfähigkeit dieser Linie unterstützen kann.

In Zusammenarbeit mit Dr. Julia Tovar Verba vom LMU München und Dr. Sergio MQ Lima vom UFRN

‚Omische‘ Datenanalysen zeigen eine zunehmende Anzahl von Arten, die sich trotz reproduktiver Isolation durch Verhaltensinkompatibilität kaum unterscheiden in ihrer Morphologie, Ökologie und sogar in ihrer Genomsequenz. Während solche Artkomplexe Schwierigkeiten bei der taxonomischen Einordnung bereiten, so bieten sie auch wichtige Beispiele, an denen Evolutionsbiologen Artbildung untersuchen können. Denn die (Verhaltens)Merkmale, die zur Isolation beitragen, können unmittelbar beobachtet werden. Unsere Studie sieht vor, am Beispiel eines rezent radiierten Artkomplexes innerhalb der Heuschreckengattung Chorthippus Artbildung unter Genfluss zu untersuchen. Der Artkomplex bietet die Möglichkeit, Speziationsgene zu identifizieren, die zur reproduktiven Isolation und möglicherweise zur Hybridartenbildung beigetragen haben. Mittels vergleichender phylogeographischer Ansätze wollen wir testen, ob sich die jungen Arten unter Genfluss gebildet haben oder ob geographische Isolation während der Eiszeiten entscheidend zur Artbildung beigetragen hat. Mittels experimenteller Kreuzungsversuche wollen wir testen, welche genetischen Varianten zu den entscheidenden Merkmalen reproduktiver Isolation beitragen (Gesang und kutikuläre Kohlenwasserstoffe). Die Gene sind starke Kandidaten für Artbildung unter Genfluss. Mittels populationsgenomischer Ansätze und Verhaltensversuchen wollen wir testen, ob Genfluss zwischen den Elternarten eine entscheidende Rolle bei der Entstehung einer Hybridart innerhalb des Chorthippus-Komplexes gespielt hat. Das Forschungsprogramm verspricht neue Erkenntnisse über die Rolle von Genfluss und sexueller Selektion bei der Artbildung. Darüber hinaus entwickeln wir neue, übertragbare Methoden für taxonomische Studien an Arten mit außergewöhnlich großen Genomen.

In Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Holger Schielzeth vom Friedrich-Schiller-Universität Jena

Theoretische Arbeiten sagen voraus, dass während einer Arteninvasion Gene einer heimischen Art oft in das Genom der invasiven Art gelangen, was möglicherweise ihre Anpassung an lokale Umweltbedingungen erleichtert. Eine solche asymmetrische Introgression wurde in verschiedenen Taxa wie Pflanzen, Fischen und sogar Menschen bestätigt. Es ist noch unklar, ob Introgression selektiv adaptiv ist und die Invasivität fördert oder ob sie neutral ist und die demografische Geschichte widerspiegelt. Wir liefern Einblicke in diese Frage, indem wir die Divergenz und den Genaustausch von Arion-Schnecken studieren. Innerhalb der letzten 100 Jahre, wahrscheinlich begünstigt durch Veränderungen im Klima und in der Landnutzung, breitete sich die Schneckenart Arion vulgaris von Südwestfrankreich auf ganz Europa und kürzlich auch nach Nordamerika aus, wo sie zu einer bedeutenden Plage in der Landwirtschaft wurde. In diesem Prozess hybridisierte diese invasive Art mit mehreren einheimischen Schneckenarten, was zu ihrer Zerstörung in den meisten Teilen ihres Verbreitungsgebiets führte. Wir verwenden genomische Methoden, um zu verstehen: 1) wie sich Arten in der Vergangenheit voneinander unterscheiden, 2) ob die demografische Geschichte der Invasion zu Introgression führte, und 3) ob es eine Signatur für adaptiven Genaustausch in lokal adaptiven Genen gibt.

In Zusammenarbeit mit Dr. Niloofar Alaei Kakhki & Dr. Ira Richling im Haus und Dr. Heike Reise und John M. C. Hutchinson vom Senckenberg Museum für Naturkunde Görlitz

Hybridzonen sind definiert als Gebiete, in denen genetisch differenzierte Gruppen von Individuen aufeinandertreffen, sich paaren und Nachkommen mit gemischter Abstammung produzieren. Seit Jahrzehnten werden Hybridzonen als natürliche Labore betrachtet, die direkte Einblicke in die Merkmale und Gene bieten können, die den Barrieren des Genflusses zwischen entstehenden Arten zugrunde liegen. Dennoch haben wir immer noch ein unzureichendes Verständnis davon, welche genomischen Regionen solche initialen Stadien der reproduktiven Isolation unterliegen und ob die Stärke der Selektion, die mit diesen Mechanismen verbunden ist, den Genfluss im Laufe der Zeit effektiv reduzieren und somit die Artbildung erleichtern kann. Um diese seit lange bestehendenFragen zu beantworten, ist es erforderlich, Hybridzonen zu untersuchen, in denen Merkmale, die mit reproduktiver Isolation verbunden sind, gemessen werden können, und in denen Probenahmen über mehrere Generationen verfügbar sind. Hier befassen wir uns mit diesen Fragen anhand der Hybridzone zwischen zwei Ammern - der Kappenammer Emberiza melanocephala und der Braunkopfammer E. bruniceps - wo aufgrund der Assoziation zwischen männlichem Signal (wie Gefieder) und weiblicher Präferenz Verhaltensisolation vermutet wird. Durch die Kombination von Methoden zur Sequenzierung des gesamten Genoms mit genotypischen und phänotypischen Studien von Museumssammlungen der Hybridzone, die die letzten ~25 Generationen abdecken, werden wir folgende Fragen untersuchen:

1. Wie heterogen ist die genomische Landschaft bezogen auf die Differenzierung?
2. Welche genomischen Regionen sind mit den Gefiedermerkmalen assoziiert?
3. Wie wird die Selektion in diesen Regionen unter Genfluss im Laufe der Zeit lokale genetische Differenzierung erhalten?

Die Beantwortung dieser Fragen in der Hybridzone der Ammern wird allgemeine Einblicke geben, wie Farbmerkmale, die an der reproduktiven Isolation beteiligt sind, sich entwickeln, und wie sie zur Aufrechterhaltung der Artenabgrenzung in frühen Stadien der Artbildung beitragen. Darüber hinaus wird dieses Forschungsprogramm einen übertragbaren Rahmen bieten, um zu zeigen, wie Museumssammlungen einzigartige Einblicke in die Rolle von Hybridisierung über die Zeit bieten. Einblicke, die oft allein aus rezenten Populationen nicht gewonnen werden können.

In Zusammenarbeit mit Dr. Niloofar Alaei Kakhki im Haus und Dr. Reto burri vom Schweizerische Vogelwarte Sempach und Prof. Dr. Holger Schielzeth vom Friedrich-Schiller-Universität Jena