Aus eins mach viele: Forschende der Uni Graz identifizieren Mechanismus zur Artentstehung

Der Evolutionsbiologe Christian Sturmbauer erforscht anhand von Buntbarschen molekulare Mechanismen der Artentstehung. Foto: Uni Graz/Schaffernak

Verändert sich ein Lebensraum, müssen sich Tiere, Pflanzen und auch der Mensch den neuen Umweltbedingungen anpassen. Wer das am schnellsten und besten hinbekommt, setzt sich durch. Dabei entwickeln sich im Lauf der Zeit auch neue Arten, die auf bestimmte Habitate spezialisiert sind. Der Zoologe Christian Sturmbauer konnte nun mit seiner Arbeitsgruppe an der Universität Graz und internationalen Partner:innen zeigen, dass der molekularbiologische Prozess des „Alternativen Splicing“ – anders als bisher angenommen – höchst effektiv zur Ausbildung neuer Spezies beiträgt. Durch unterschiedliche Kombinationen von Teilen desselben Gens entstehen verschiedene, strukturell leicht abweichende Varianten funktioneller Proteine. Das führt sehr rasch zu maßgeblichen Veränderungen. Publiziert wurden die Forschungsergebnisse im renommierten Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences.

An Buntbarschen im Tanganyika-, Malawi- und Victoria-See lässt sich die Entstehung spezialisierter Arten so gut wie kaum sonst wo erforschen. Die drei großen ostafrikanischen Seen sind nacheinander durch geologische Einbrüche entstanden. Ursprünglich flusslebende Buntbarsche passten sich an die neuen Lebensräume – von Tiefwasserzonen über Küstenbereiche bis hin zu sumpfigen Schilfgürteln – an. Im Zuge dessen entwickelten sich viele verschiedene Spezies, wobei dreimal unabhängig voneinander eine ähnliche Artengemeinschaft entstand. Und das in – evolutionsgeschichtlich gesehen – sehr kurzer Zeit. Wie ist das gelungen?

Um diese Frage zu beantworten, wählte Christian Sturmbauer mit seinem Team aus jedem See Buntbarsch-Arten aus, die jeweils die gleiche ökologische Nische besetzt und daher ähnliche Kieferformen hatten. Bei räuberischen Fischen sind sie länglich, bei pflanzenfressenden breiter. Die Zoolog:innen haben diese Arten gezüchtet und die Genaktivitäten in den wachsenden Kiefern während der Embryonalentwicklung verglichen. „Unsere Forschungen ergaben, dass in einer frühen Phase der Artentstehung durch Anpassung das sogenannte ‚Alternative Splicing‘ eine maßgebliche Rolle spielt“, fasst Sturmbauer ein zentrales Ergebnis der Studie zusammen und erklärt: „Dieser Prozess bewirkt überraschend schnell entscheidende entwicklungsgenetische Veränderungen, um – wie in unserem Fall – Kieferformen entstehen zu lassen, mit denen sich die Tiere im neuen Habitat auf bestimmte Nahrungsquellen spezialisieren.“ Pooja Singh, Erstautorin der aktuellen Publikation, hat im Rahmen ihrer Doktorarbeit wesentlich zu diesen Erkenntnissen beigetragen.

Bisher galt in der Wissenschaft verbreitet die Annahme, Alternative-Splicing-Varianten seien ohne große Bedeutung bei rascher morphologischer Veränderung. „Wir konnte zeigen, dass es sich jedoch um einen höchst effektiven Mechanismus der evolutionären Innovation funktioneller Proteine handelt, insbesondere am Beginn der Spezialisierung. Quantitative Änderungen der Genaktivität dominieren erst in einem späteren Stadium bei weiteren morphologischen Anpassungen“, so Sturmbauer.

Buntbarsche sind in puncto Anpassung spitze. So haben sich etwa im Victoria-See in maximal 16.000 Jahren rund 500 neue Spezies ausgebildet, die nur dort vorkommen. Christian Sturmbauer erforscht an diesen Fischen mit seiner Arbeitsgruppe an der Universität Graz seit vielen Jahren höchst erfolgreich die genetischen Mechanismen evolutionärer Innovation. Inwieweit die Erkenntnisse der aktuellen Publikation für die Entstehung spezialisierter Arten generell gültig sind, wird durch weitere Studien zu klären sein.

Publikation
Ancestral splice variation is a key substrate for rapid diversification in African cichlid
Singh, P., Ahi, E.P., Duenser, A., Durdevic, M., Gessl, W., Schaeffer, S., Gallaun, J., Seehausen, O., and Christian Sturmbauer
PNAS, May 12, 2026, 123 (20) e2516477123, https://doi.org/10.1073/pnas.251647712

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Gudrun Pichler

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