Hybridisierung in endemischen Tagfaltern

Die Hybridisierung ist ein zentraler Faktor in der Evolution. Durch die globale Klimaerwärmung werden sich die Flugzeiten von Tagfaltern wie auch ihre Verbreitungsgebiete verändern. Das könnte zu vermehrter Hybridisierung zwischen nahe verwandten Arten führen, die bislang geographisch voneinander isoliert waren. Auf der Mittelmeerinsel Sardinien findet man die besondere Situation, dass eine weitverbreitete Tagfalterart, das Ochsenauge Maniola jurtina, mit der endemischen Art Maniola nurag zusammentrifft. In den Gebieten des Überlappens hybridisieren die beiden Arten. Im Genus Maniola finden sich noch zwei andere Inselendemiten, M. chia auf der griechischen Insel Chios, und M. cypricola auf Zypern. Von diesen beiden Arten ist keine Hybridisierung mit M. jurtina bekannt. Die Weibchen aller drei Endemiten, sowie der südlichen Populationen von M. jurtina halten im Sommer eine Diapause. Das Überleben bis nach der Diapause ist essentiell für das Fortbestehen der Population, da die Eier erst danach abgesetzt werden. Die vorgeschlagene Studie wird untersuchen: (I) Welche Faktoren begrenzen die Hybridisierung zwischen endemischen und weit verbreiteten Maniola-Arten? (II) Sind endemische Maniola-Arten ökologisch spezialisierter als die weit verbreitete M. jurtina? (III) Welchen Einfluss hat die Klimaerwärmung auf die sommerliche Diapause und das Überleben der Falter? Methodisch wird die genetische Variation und Vermischung der Arten in der F1-Generation mit Hilfe von molekularen Markern wie Microsatelliten und mtDNA festgestellt werden. Kreuzungsexperimente im Labor sollen den Ausmaß der Hybridisierung und die ökologischen Faktoren in denen sich die einzelnen Arten voneinander unterscheiden experimentell feststellen. Die chemische Zusammensetzung der Pheromone wird untersucht, um zu verstehen, in wieweit Hybridisierung durch die Pheromone-Kommunikation zwischen den Arten verhindert wird. Die Auswirkungen des Temperaturanstiegs auf die sommerliche Diapause und den reproduktiven Erfolg der Falter werden anhand von Zuchtexperimenten untersucht. Das vorgeschlagene Projekt baut auf den Ergebnissen der Doktorarbeit der Bewerberin auf. Es wäre eine Fortführung und Vertiefung der interessantesten Fragen, die sich im Zuge vorangegangener Forschung herauskristallisierten. Das vorgeschlagene Studien-System, in dem die endemischen Arten einerseits durch einen ökologischen Gradienten von der weit verbreiteten Schwesterart getrennt werden, und andererseits durch Isolation aufgrund einer Inselsituation, ist einzigartig. Die Studie wird erstens zum Verständnis der Differenzierung trotz möglicher Hybridisierung beitragen, zweitens den Einfluss der Klimaerwärmung auf die sommerliche Diapause von Tagfaltern verdeutlichen.

Hybride, also die Produkte der Vermischung zweier Genpools, standen im Zentrum meines Forschungsprojekts. Dass Hybridzonen bei der Entstehung neuer Arten wahrscheinlich eine große Rolle spielen, ist ein relativ neuer Gedanke, zumindest für Zoologen. Neue Arten, so dachte man, bilden sich nur, wenn der Genfluss zwischen den Ausgangspopulationen behindert wird, also in geographischer Isolation der Populationen zueinander, beispielsweise in einer Inselsituation oder wenn eine Population einer Art auf einem Berggipfel in Isolation gerät. Jetzt wissen wir: Neue Arten entstehen trotz Genfluss und dieser Genfluss ist wahrscheinlich essentiell für ihre Entstehung. Das heißt, neue Arten könnten theoretisch aus einem Pool vollkommen vermischter Individuen entstehen, die sich plötzlich, womöglich durch ökologische Faktoren, in zwei oder mehr unterscheidbare Gruppen aufteilen und auch unterschiedlich bleiben, wenn es weiterhin Genfluss zwischen ihnen gibt. Das ist ein substantieller Paradigmenwechsel im evolutionären Denken. Artbildung trotz Genfluss weiter kann man sich von der These, Artbildung gäbe es nur durch geografische Isolation eigentlich nicht entfernen. In meiner Studie untersuchte ich vor allem die genetische, ökologische und morphologische Variation im Genus Maniola, das sind Tagfalter zu denen auch das in Österreich vorkommende Ochsenauge gehört. Auch in dieser Gattung lässt sich, trotz anhaltendem Genfluss zwischen den Populationen, eine ökologische Differenzierung feststellen, die eines Tages zur Bildung neuer Arten führen kann. Das spannendste Ergebnis meines Projekts resultierte aus einem Experiment, das dazu gedacht war, die Reaktion von Schmetterlingen von unterschiedlicher geographischer Herkunft auf anhaltende Sommerbedingungen zu testen. Die Tiere, die aus mediterranen Gebieten stammten, also eine sommerliche Ruhephase hielten, die man auch Sommerschlaf nennen könnte, zeigten sich erstaunlich flexibel in ihrem Alterungsverhalten. Sie verdoppelten oder verdreifachten ihre Lebenszeit als Reaktion auf veränderte Umweltbedingungen. Dieses Ergebnis könnte die Basis für weitere Arbeiten zu Alterungsprozessen in Insekten bilden. Welche Rolle diese für die Bildung neuer Arten in Hybridzonen spielen, sollte ebenfalls untersucht werden.