Genetisches Versteckspiel aufgedeckt

Jedes Kind kennt den Weberknecht. Dass sich hinter der als „Mitopus morio“ bezeichneten Art drei verschiedene Arten von Spinnentieren verstecken, wusste bis vor Kurzem aber nicht einmal die Fachwelt. Die Arbeitsgruppe Molekulare Ökologie kam dank eines integrativen Forschungsansatzes zu dieser überraschenden Erkenntnis und berichtet darüber in der Zeitschrift Molecular Ecology.
Weberknecht mit kurzen Beinen: Zwischen kurz- und langbeinigen Tiere besteht nicht immer eine Kreuzungsbarriere, die Beinlänge ist also kein geeignetes Merkmal zur Artabgrenzung, wie die Arbeitsgruppe Molekulare Ökologie an der Universität Innsbruck zeigen konnte. Foto: Barbara Thaler-Knoflach
Bild: Weberknecht mit kurzen Beinen: Zwischen kurz- und langbeinigen Tiere besteht nicht immer eine Kreuzungsbarriere, die Beinlänge ist also kein geeignetes Merkmal zur Artabgrenzung, wie die Arbeitsgruppe Molekulare Ökologie an der Universität Innsbruck zeigen konnte. Foto: Barbara Thaler-Knoflach

Mitopus morio ist in fast ganz Europa, sowie Teilen Asiens und Nordamerikas anzutreffen – allerdings mit unterschiedlich langen Beinen: Tiere in höheren Lagen haben durchschnittlich kürzere Beine als jene in tieferen. Über die unterschiedlichen Beinlängen machte sich die Wissenschaft bereits seit längerer Zeit Gedanken, begründete das Phänomen allerdings mit der Allenschen Regel, die besagt, dass Körperanhänge in kalten Gebieten kürzer sind als in warmen. Zweifel an dieser Erklärung kamen u.a. der Innsbrucker Spinnentier-Expertin Barbara Thaler-Knoflach, die vergeblich versucht hatte, kurz- und langbeinige Tiere zu verpaaren. Ausgehend von der Hypothese, dass es sich bei den kurz- und den langbeinigen Tieren um zwei getrennte Arten handeln könnte, griff Hannes Rauch als Diplomand in der von Birgit Schlick-Steiner geleiteten Arbeitsgruppe Molekulare Ökologie die Fragestellung ebenfalls auf. Er führte zunächst Verhaltenstests durch, bei denen sich die Zwei-Arten-Hypothese zu bestätigen schien. Doch je mehr Paarungstests gemacht wurden, desto mehr unerwartete Verpaarungen konnten beobachtet werden. „Zwischen kurz- und langbeinigen Tiere besteht nicht immer eine Kreuzungsbarriere, die Beinlänge ist also kein geeignetes Merkmal zur Artabgrenzung“, erklärt Birgit Schlick-Steiner. Darüber hinaus untersuchten die Forscher im Molekularlabor die DNA der Spinnentiere. Die Arbeit mit genetischen Standard-Markern, zu denen auch die mitochondriale DNA zählt, warf jedoch zunächst nur noch mehr Fragen auf. Verwirrung gestiftet hatten sogenannte Pseudogene, die im Fall des Weberknechts nur durch die Kombination mehrerer Verfahren als solche erkannt werden konnten. „Letztendlich brachte erst die Untersuchung quer über das gesamte Genom eine Auflösung der Situation: Wir haben es hier nicht mit einer Art, und auch nicht mit zwei Arten, sondern mit drei Arten zu tun“, schildert die Wissenschaftlerin.

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Weberknecht mit kurzen (links) und mit langen (rechts) Beinen: Zwischen kurz- und langbeinigen Tieren besteht nicht immer eine Kreuzungsbarriere, die Beinlänge ist also kein geeignetes Merkmal zur Artabgrenzung, wie die Arbeitsgruppe Molekulare Ökologie an der Universität Innsbruck zeigen konnte. Fotos: Barbara Thaler-Knoflach

Kryptische Pseudogene

Pseudogene sind Nebenprodukte der Evolution, nicht-funktionale Kopien von Genen. Häufig handelt es sich um Abschriften mitochondrialer DNA, die im Zellkern ablegt werden. Da sie auf den ersten Blick wie normale DNA-Sequenzen aussehen, führten sie in der Vergangenheit in der molekularen Forschung, aber auch in der medizinischen Diagnostik, immer wieder zu teilweise schwerwiegenden Fehlinterpretationen. „Pseudogene haben keine Funktionen mehr, unter anderem deshalb erkennt man sie mittlerweile im Normalfall“, erklärt Birgit Schlick-Steiner. Beim Weberknecht waren die Pseudogene allerdings besonders gut versteckt, es waren keinerlei Anzeichen ihrer fehlenden Funktionalität zu erkennen und auch die sonstigen Kriterien wie Überlagerungen in den Sequenzen waren nicht erfüllt. „Die Entstehung dieser Pseudogene kann Millionen von Jahren zurückliegen. Zum Zeitpunkt ihrer Entstehung sind sie genaue Abschriften der mitochondrialen DNA, evolvieren dann im Kern ganz anders als das richtige Gen“, erklärt Schlick-Steiner die Herkunft von Pseudogenen. Die maßgeblich beteiligten Forscher Wolfgang Arthofer, Florian Steiner und sie selbst sind sich einig, dass diese Form von kaum erkennbaren, kryptischen Pseudogenen viel häufiger vorkommt als bisher gedacht, und unterstreichen die weitreichende Bedeutung der Untersuchung. „Wir haben bei der Beschäftigung mit diesem Problem auch die Grenzen bestimmter molekularer Methoden sehr stark vor Augen geführt bekommen “, sagt Schlick-Steiner. „Bei derart schwierigen Fragestellungen darf man sich nicht auf einen Marker verlassen, sondern muss immer von verschiedenen Seiten an das Problem herangehen.“ Im Fall von Mitopus morio ergab dieser Ansatz folgende Erkenntnis: Von den drei Arten ist eine immer langbeinig, bei den anderen beiden liegen Gradienten von kurz- bis langbeinig vor. Zwei der Arten können also tatsächlich als Beispiel für die Allensche Regel gelten, die dritte mit Sicherheit nicht. Eine der Arten ist sehr selten, um ein Vielfaches seltener als ihre „body doubles“, was auch für den Naturschutz und das Verstehen der ökologischen Ansprüche und Rollen der Arten im Ökosystem hoch relevant ist.

Publikation: How diverse is Mitopus morio? Integrative taxonomy detects cryptic species in a small-scale sample of a widespread harvestman.
Wolfgang Arthofer, Hannes Rauch, Barbara Thaler-Knoflach, Karl Moder, Birgit C. Schlick-Steiner, Florian M. Schlick-Steiner. Molecular Ecology DOI: 10.1111/mec.12340