Mechanismen und Evolution reproduktiver Plastizität

Das Anthropozän wird durch massive und schnelle Veränderungen in der Welt charakterisiert, die auf unser kollektives menschliches Handeln zurückzuführen sind. Um dramatische Folgen für die biologische Artenvielfalt abzumildern, müssen wir die verschiedenen Möglichkeiten verstehen, wie sich Organismen an eine sich verändernde Umwelt anpassen können. Genetische Veränderungen, wie z. B. Mutationen, ermöglichen es Arten, sich auf lang anhaltende, langsame Umweltveränderungen anzupassen. Angesichts der heutigen raschen Veränderungen der Umwelt sind solche Anpassungen möglicherweise nicht schnell genug. Die Natur hat jedoch einen anderen Trick in ihrem Werkzeugkasten: Bei plötzlichen Schwankungen in ihrer Umgebung nutzen einige Arten nicht-genetische Anpassungen, wie z.B. phänotypische Plastizität, um sich bei vorübergehenden ungünstigen Umweltbedingungen schneller anzupassen. Ein Beispiel für eine Art, die sich phänotypische Plastizität zunutze macht, ist die Krabbe Artemia, die in Gewässern mit sehr hohem Salzgehalt lebt. Um mit solch extremen Bedingungen zurechtzukommen, haben Artemia-Weibchen die bemerkenswerte Fähigkeit, je nach Umgebung zwischen zwei Fortpflanzungsarten zu wechseln. Sind die Bedingungen gut, sind Artemia ovovivipar - sie bringen lebende Junge zur Welt. Wenn die Bedingungen jedoch schlecht sind, stellen die Weibchen die Produktion lebender Jungtiere ein und werden ovivipar sie gebären ihren Nachwuchs in einer widerstandsfähigen Schale. Verbessern sich die Bedingungen, schlüpfen die Nachkommen und begründen eine neue Population. Während kaum ein Zweifel daran besteht, dass phänotypische Plastizität Populationen hilft, auf kurzfristige Umweltveränderungen zu reagieren, ist weitgehend unklar, wie aufwändig es für Organismen ist, diese Fähigkeit zu erhalten um eine langfristige Anpassung zu ermöglichen. Beispielsweise können jene Gene, die phänotypische Plastizität ermöglichen, mit Fitnesskosten verbunden sein, wie etwa einer geringeren Fortpflanzungsleistung. Wenn phänotypische Plastizität mit großen Einbußen bei der Fitness verbunden ist, bleibt zu klären, wie sie sich überhaupt entwickeln und erhalten können. Der Wechsel der Fortpflanzungsart von Artemia kann im Labor einfach kontrolliert werden, was ihn zu einem idealen System zur Erforschung phänotypischer Plastizität macht. In diesem Projekt werden wir jene Genexpressionsmuster messen und vergleichen, die der reproduktiven Plastizität von Artemia zugrunde liegen, und so die damit verbundenen molekularen Mechanismen erforschen. Anschließend werden wir die Fitnesskosten und -vorteile der einzelnen Fortpflanzungsmodi bestimmen. Auf dieser Grundlage möchten wir theoretische Vorhersagen treffen, welches Potential phänotypische Plastizität hinsichtlich Anpassung auf langfristige Umweltveränderungen hat. Darüber hinaus werden wir die reproduktive Plastizität bei 6 verschiedenen Artemia-Arten vergleichen. Das wird uns helfen, die genetische Grundlage phänotypischer Plastizität besser zu verstehen. Auf diese Weise hoffen wir, das Anpassungspotenzial biologischer Arten angesichts der aktuellen Herausforderungen besser zu verstehen.