Molekulare Phylogenie der Gattung Buteo

Die phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Gattung Buteo (Bussarde) sind in vielen Bereichen bis dato ungeklärt. Das breite Spektrum des Zugverhaltens, das vom Standvogelstatus bis zum Langstreckenzieher reicht, bildet die Voraussetzung für Hybridisierung und Introgression und erschwert eine klare geographische Abtrennung der einzelnen Taxa. Weiters existieren mehrere isolierte Inselpopulationen, deren taxonomischer Status ebenfalls unklar ist. Die extreme intraspezifische Variabilität äußerer Merkmale (zB Gefiederfarbe) erschwert oftmals eine zweifelsfreie systematische Zuordnung (zB buteo-vulpinus Komplex). In einem molekularbiologischen Ansatz zur Klärung der phylogenetischen Fragen sollte der variabelste DNA- Marker des mitochondrialen Genoms, die Kontrollregion (CR), untersucht werden. Vorversuche sowie neueste Untersuchungen anderer Arbeitsgruppen (Mindell et al. 1998) zeigten jedoch, daß das mitochondriale Genom der Ordnung Falconiformes (zu der die Gattung Buteo zählt) eine oder mehrere unabhängige strukturelle Umlagerungen durchgemacht hat, im Zuge derer es anscheinend zu einer Duplikation der Kontrollregion kam. Es zeigte sich, daß eine molekulargenetische Untersuchung der Verwandtschaftsbeziehungen auf der Basis der Kontrollregion ohne vorherige detaillierte Charakterisierung der betreffenden mitochondrialen Region (CR und deren Derivate) nicht möglich ist. Gegenstand der vorliegenden Untersuchung ist daher einerseits die Genanordnung im mitochondrialen Genom der Ordnung Falconiformes, insbesondere der Gattung Buteo, andererseits die Phylogenie der Gattung Buteo. Im ersten Teil des Projekts soll die Genanordnung innerhalb von Buteo geklärt werden. In der Folge, soll dann dieser mitochondriale Abschnitt aus diversen Arten der Falconiforrnes (aus den Familien: Cathartidae, Pandionidae, Sagittariidae, Accipitridae, und Falconidae) isoliert und analysiert werden. Inter- und intraspezifische Sequenzvergleiche sowie die Untersuchung der strukturellen Besonderheiten von Kontrollregion und benachbarten Abschnitten werden die Grundlage für ein Modell Evolution der mitochondrialen Genanordnung bilden. In der phylogenetischen Analyse der Gattung Buteo (inkl. Unterart- und Populationsniveau) planen wir die folgenden Untersuchungen: 1) Selektion eines optimalen mitochondrialen DNA-Markers. Auf der Basis der Ergebnisse aus dem ersten Teil des Projekts soll mittels Sequenzvergleich die variabelste Region bestimmt werden. Dieser Bereich wird aus sämtlichen Taxa, insbesondere jenen mit ungeklärter systematischer Stellung (zB die teilweise bedrohten Inselpopulationen von B. buteo, sowie die afrikanische Art B. oreophilus), isoliert und analysiert werden (PCR-Amplifikation, Klonierung, Sequenzierung). Hierbei wird auf die umfangreiche Sammlung des Naturhistorischen Museums zurückgegriffen, deren zum Teil sehr altes Material bereits erfolgreich für DNA- Untersuchungen eingesetzt wird (Analyse von "ancient DNA"). Weiters sollen die phylogenetischen Beziehungen zwischen Altwelt- und Neuweltarten der Gattung Buteo geklärt werden. In einem parallelen Ansatz werden die Taxa einer breiten morphologischen Analyse unterzogen. Die Resultate sollen im Vergleich mit den molekularen Daten und unter Miteinbezieliung der Kenntnisse über eiszeitliche Verbreitungsmuster zu einer ganzheitlichen Darstellung der Evolution der Gattung Buteo beitragen.

Im Zentrum des Projektes standen die in vielfach ungeklärten phylogenetischen Beziehungen innerhalb der Gattung Buteo (Bussarde). Die extreme innerartliche Variabilität äußerer Merkmale (z.B. Körpergröße und -proportionen, Gefiedermerkmale) erschwerte die zweifelsfreie systematische Zuordnung sowie eine Bewertung verwandtschaftlicher Beziehungen. In einem molekularbiologischen Ansatz zur Klärung dieser phylogenetisch- systematischen Fragen sollte zunächst der variabelste Teil des mitochondrialen (mt) Genoms, die Kontrollregion (CR), untersucht werden. Es zeigte sich jedoch, dass das mt Genom der Gattung Buteo eine strukturelle Umlagerung durchgemacht hat. Somit war die Erstellung einer "molekularen Phylogenie" der Gattung Buteo auf der Basis der mitochondrialen CR erst nach Isolierung und detaillierter Charakterisierung dieser Genomabschnitte möglich. In einem ersten Schritt wurde die Gesamtsequenz des mt Genoms von B. buteo bestimmt und somit die Genanordnung aufgeklärt, wobei (zusätzlich zur CR) eine zweite nichtcodierende, als Pseudokontrollregion bezeichnete Region gefunden wurde. Sequenzvergleiche zeigten, dass dieser Abschnitt für eine phylogenetische Untersuchung dieser Gattung am besten geeignet ist. Auf der Basis dieser Sequenz wurde erstmals eine umfassende molekulare Phylogenie der Gattung Buteo und verwandter Gattungen erstellt. Die Untersuchung ergab, dass der Ursprung dieser Gruppe in der Neotropis liegt. Da die Gattung Buteo, so wie bisher definiert, keine monophyletische Gruppe repräsentiert, schlagen wir auf der Basis der Sequenzdaten verschiedene taxonomische Konsequenzen vor. Der B. b. buteo-vulpinus-Komplex (einer Gruppe nah verwandter altweltlicher Taxa) wurde parallel morphologisch sowie auf DNA-Ebene untersucht. Die Resultate beider methodischer Ansätze sprechen für eine schnelle morphologische Differenzierung der westpaläarktischen Taxa in Anpassung an verschiedene Habitate im Zuge einer nacheiszeitlichen Wiederausbreitung. Da diese Diversifizierung in evolutionärer Hinsicht erst in jüngster Vergangenheit erfolgte, ist sie mit den verwendeten genetischen Markern noch nicht nachweisbar. Andererseits sind die ostpaläarktischen Taxa, bisher als Unterarten von B. buteo aufgefasst (B. b. japonicus, B. b. refectus), genetisch klar differenziert und sollten daher als eigenständige Arten behandelt werden. Die Untersuchung zeigte, dass die klassischen taxonomischen Kriterien dem dynamischen Prozess der Artbildung oft nicht gerecht werden. Das "Superspecies-Konzept" erscheint als sinnvollster Ansatz, um taxonomisch- systematische Probleme, die sich als Folge einer raschen Radiation ergeben, zu lösen. Die Studie zeigte klar, wie wichtig eine Synthese aus morpholgischem und molekularem Ansatz für die Beantwortung phylogenetischer Fragestellungen ist.