Einblicke in die Evolution eines blinden Höhlenfisches

In der dunklen Welt der Höhlen entwickeln viele dort lebende Arten besondere Merkmale, die als "troglomorphe" Eigenschaften bezeichnet werden. Dazu zählt beispielsweise der Verlust der Pigmentierung, der den Tieren ein rosa Aussehen verleiht, sowie der Verlust von Augen. Die Erforschung von Arten, die an das Höhlenleben angepasst sind, ermöglicht wertvolle Einblicke in evolutionäre Prozesse, da der Selektionsdruck (oder dessen Fehlen) in Höhlen oft deutlich und gut verständlich ist. Wissenschaftler untersuchen vor allem, ob diese evolutionären Veränderungen durch natürliche Selektion entstehen, die die Tiere an ihre besondere Umgebung anpasst, oder ob sie das Ergebnis von genetischem Drift sind einer zufälligen Verschiebung der Genhäufigkeiten, die in isolierten Populationen auftreten kann. Zwei Hypothesen wurden vorgeschlagen: (1) troglomorphe Merkmale könnten durch das Fehlen natürlicher Selektion in Höhlen entstehen, oder (2) diese Merkmale bieten einen Anpassungsvorteil in der Höhlenumgebung, möglicherweise durch Effekte, bei denen ein Gen mehrere Merkmale beeinflusst. Diese Studie wird untersuchen, in welchem Ausmaß jede dieser Hypothesen die Evolution dieser Anpassungen bei höhlenbewohnenden Organismen erklärt. Unsere Forschung konzentriert sich auf einen Fisch aus der Familie der Karpfenartigen (Cyprinidae), der in den Hajar-Bergen im Norden Omans lebt: Garra longipinnis. Diese Art hat sowohl Oberflächenpopulationen als auch eine troglomorphe Höhlenpopulation, die nur im Al-Hoota- Höhlensystem vorkommt und vor nur 0,8 bis 0,1 Millionen Jahren entstanden ist. Durch den Vergleich das gesamten Genome vieler Individuen der Höhlen- und der Oberflächenpopulation von G. longipinnis sowie einer nah verwandten Art (G. sharq) wollen wir herausfinden, wie das spezielle Höhlen- Erscheinungsbild entsteht. Zuerst möchten wir verstehen, ob genetische Unterschiede zwischen Höhlen- und Oberflächenpopulationen auf Anpassungen an das Höhlenleben oder auf zufällige Veränderungen zurückzuführen sind. Außerdem wollen wir untersuchen, ob die genetischen Veränderungen in den Höhlenpopulationen auf neue Mutationen oder auf Verschiebungen in bestehender genetischer Variation zurückgehen. Zusätzlich ermöglicht die RNA-Sequenzierung einen Vergleich der Genexpression zwischen den verschiedenen Erscheinungsformen und Lebensphasen. Dadurch lässt sich feststellen, ob die troglomorphen Merkmale auf Veränderungen in protein-kodierenden Genen oder auf regulatorischen Veränderungen beruhen, die die Genexpression beeinflussen. Diese Arbeit wird unser Verständnis der genetischen und evolutionären Mechanismen, die den faszinierenden Anpassungen von Höhlenorganismen zugrunde liegen, vertiefen und unser Wissen darüber erweitern, wie extreme Lebensräume das Leben formen.