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Die Vogelhochzeit: Artenbildung durch Hybridisierung bei Sperlingen

Zu den offenen, in der Öffentlichkeit jedoch wenig beachteten Fragen der Biologie, gehört das Rätsel um die genauen Abstammungsverhältnisse unter den Haus- (Passer domesticus), Italien- (Passer italiae) und Weidensperlingen (Passer hispaniolensis).

Abbildung 1: V.l.n.r: Fotografien von Männchen des Haussperlings (Passer domesticus), des Italiensperlings (Passer italiae) und des Weidensperlings (Passer hispaniolensis). (Urheber der Einzelbilder v.l.n.r.: Henry Mühlpfordt (Lizenz: CC-BY-SA-3.0,2.5,2.0,1.0), Claudio Gennari (Lizenz: CC-BY-2.0), Francesco Canu (Lizenz: CC-BY-3.0))

Besonders mysteriös ist hierbei die Stellung des Italiensperlings. Durch seine Lebensweise als Kulturfolger, wurde er in der Vergangenheit von einigen Autoren als Unterart des Haussperlings angesehen. Da sein Verbreitungsgebiet sich mit dem des Weidensperlings überschneidet, aber recht scharf von dem des Haussperlings getrennt ist, sahen andere im Italiensperling eine Unterart des Weidensperlings. Eine dritte Möglichkeit ist, dass der Italiensperling eine stabile Population von Hybriden zwischen Haus- und Weidensperling ist. Für letzteres sprach bislang vor allem, dass das Federkleid der männlichen Italiensperlinge eine Zwischenform zwischen den männlichen Weiden- und Haussperlingen darstellt (Abbildung 1) und bekannte Hybride von Weiden- und Haussperling im Aussehen den Italiensperlingen sehr stark ähneln (Alonso 1984, Meise 1936).

Abbildung 2: Verbreitungsgebiete der einzelnen Sperlingsarten (rechts: Vergrößerung des italienischen Verbreitungsgebietes). Grau: Haussperling (Passer domesticus), orange: Italiensperling (Passer italiae), rot: Weidensperling (Passer hispaniolensis), schraffiert: gemeinsames Verbreitungsgebiet des Haus- und Weidensperlings, grauorange: gemeinsames Verbreitungsgebiet von Haus- und Italiensperling, dunkelorange: Verbreitung von Italiensperlingen, die stärker den Weidensperling ähneln, roter Fleck bei der Gargano Halbinsel: sympatrische Weiden- und Italienpopulationen. Die schwarzen Punkte markieren die Orte, an denen Proben genommen wurden (Hermansen et al 2011, mit freundlicher Genehmigung).

Neue genetische Untersuchungen und deren Ergebnisse

Um diese Frage zu klären, hat eine Arbeitsgruppe an der Universität von Oslo nun fünfzehn verschiedene Gene dieser Spatzenpopulationen miteinander verglichen (Hermansen et al 2011). Dazu wurden etwa 750 wildlebenden Spatzen von verschiedenen Orten in Italien, Frankreich, Slowenien und der Schweiz, sowie aus Oslo/Norwegen Blut entnommen (Abbildung 2). Die Sperlinge aus Norwegen dienten dabei, da sie durch eine genügend große Distanz von den Italiensperlingen getrennt waren, als Beispiel für eine reine Hausspatzenpopulation und Sperlinge aus Sardinien, da sie durch das Mittelmeer von den Italiensperlingen getrennt waren, als Beispiel für eine Weidensperlingspopulation.

Die Idee, die Hermansen et al jetzt hatten war, dass wenn Italiensperlinge eine Unterart des Hausspatz wären, bzw. diese beiden Arten wären, die von einem nahen gemeinsamen Vorfahren abstammten,dann müssten sich ihre Gene einander mehr ähneln, als denen der Weidenspatzen. Sie würden also eine Gruppe bilden, die von den Weidenspatzen getrennt wären.
Ähnliches würde gelten, wenn Weiden- und Italiensperlinge auf einen nahen gemeinsamen Vorfahren zurück gehen würden.
Wenn nun aber die Italiensperlinge aus einer natürlichen Kreuzung von Haus- und Weidensperlingen entstanden wären, dann würden zwar sowohl Haus-, als auch Weidensperlinge eine eigene, voneinander getrennte Gruppe bilden, die Italiensperlinge würde man jedoch nicht einer dieser beiden Gruppen eindeutig zuordnen können. Stattdessen würden sie „zwischen“ diesen Gruppen liegen.

Tatsächlich konnten die Autoren der Studie die Individuen der Haus- und der Weidensperlingspopulationen eindeutig zu jeweils einer eigenen Gruppe zuordnen. Die Spatzen der Italiensperlingspopulation wurden dagegen mit etwa der gleichen Wahrscheinlichkeit sowohl der Haus, als auch der Weidensperlingsgruppe zugeordnet (Abbildung 3). Sie lagen also „zwischen“ den Haus- und den Weidensperlingen und bestätigten so die Hypothese, dass Italiensperlinge auf eine natürliche Kreuzung von Haus- und Weidensperlingen zurück gehen.

Abbildung 3: Wahrscheinlichkeit einzelner Sperlinge zu der Gruppe (Cluster) der Haussperlinge, anstatt der Weidensperlinge zu gehören. Jeder Punkt repräsentiert ein Individuum. Die Linie wurde mittels linearer Regression gelegt und zeigt die Veränderung der Zuordnungswahrscheinlichkeit mit zunehmender geographischer Entfernung von der nördlichsten, reinen Italiensperlingsunterpopulation (Hermansen 2011, mit feundlicher Genehmigung).

Des weiteren erkannten Hermansen et al, dass auf der Gargano Halbinsel, dem „Sporn“ des italienischen Stiefels, wo Italien- und Weidensperlinge koexistieren, keine Kreuzung der beiden Sperlingspopulationen stattfindet. Es scheint sich also, dass durch die natürliche Kreuzung der Haus- und Weidensperlinge eine neue Sperlingspopulation entstanden zu sein, die mit der Zeit eine neue Artenbarriere zwischen den so entstandenen Hybriden, den Italiensperlingen und einer der Elternspezies, den Weidensperlingen, ausbildete.
Diese Art der Artenbildung durch Hybridisierung ist aber hauptsächlich bei Pflanzen bekannt. Bei Tieren hingegen scheint diese noch sehr wenig erforscht zu sein.
Zu der anderen Elternspezies, den Haussperlingen, scheint der Italiensperling jedoch alleine durch die Alpen als geographisches Hindernis, getrennt zu sein. In einem dünnen Streifen, in dem beide Arten in geringer Zahl nebeneinander vorkommen, paaren sich die Haus- und Italiensperlinge noch miteinander.

Ein mögliche Erklärung für die Entstehung des Italiensperlings

Aus diesen Untersuchungen leiteten die Biologen der Universität von Oslo ein mögliches Szenario für die Entstehung des Italiensperlings durch Hybridisierung ab.
Da die italienische Halbinsel durch die Alpen von den Hausperlingspopulationen und durch das Mittelmeer von den Weidensperlingspopulationen getrennt war, war diese zunächst ohne eigene Sperlinge. Jedoch verirrten sich ab und an einige Haussperlinge über die Alpen und einige Weidensperlinge über das Mittelmeer nach der italienischen Halbinsel. Da Weiden- und Haussperlinge sich zwar nicht miteinander kreuzen, wenn die genügend potenzielle Partner der eigenen Art vorhanden sind, dies aber tun, wenn es genügend wenige eigene Partner gibt, bildete sich auf der italienischen Halbinsel vor etwa 10.000 Jahren ein Mischschwarm aus, der sich, durch den Lebensstil als Kulturfolger, mit wachsender Landwirtschaft räumlich und in der Anzahl der Tiere, ausdehnte und als eigene Linie etablierte.

Abschließende Bemerkung

Ich habe versucht, einen kurzen und für interessierte Laien verständlichen Überblick über den Artikel zu geben. In dem Original von Hermansen et al. ist natürlich alles noch ausführlicher und besser wiedergegeben. Daher empfehle ich jedem, der sich näher dafür interessiert, sich diesen auch Artikel zu besorgen.

Quellen

Alonso, J.C. (1984). Kreuzung spanischer Haus-(Passer domesticus) und Weidensperlinge(Passer hispaniolensis) in Gefangenschaft, Journal of Ornithology, 125 (3) 340. DOI: 10.1007/BF01640484

HERMANSEN, J.S., SAETHER, S.A., ELGVIN, T.O., BORGE, T., HJELLE, E. & SAETRE, G.P. (2011). Hybrid speciation in sparrows I: phenotypic intermediacy, genetic admixture and barriers to gene flow, Molecular Ecology, 20 (18) 3822. DOI: 10.1111/j.1365-294X.2011.05183.x

Meise, W. (1936). Zur Systematik und Verbreitungsgeschichte der Haus- und Weidensperlinge,Passer domesticus (L.) undhispaniolensis (T.), Journal für Ornithologie, 84 (4) 672. DOI: 10.1007/BF01951015

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Grundkurs Biologie: Was ist der Träger der Erbinformation?

Das Bakterium Streptocuccus pneumoniae kommt in zwei Formen vor, der S- (von smooth, glatt) und der R-Form (von rough, rau).

Während die S-Form tödlich für Mäuse ist, kann die R-Form schnell vom Immunsystem der Mäuse besiegt werden. Tötet man die Bakterien der S-Form ab, so sind sie auch nicht mehr gefährlich. Ursprünglich dachte man, dass diese S- und R-Formen fest sind  und nicht ineinander überführt werden können. Jedoch zeigte Frederick Griffith 1928, dass, wenn man Mäuse mit abgetöteten Bakterien der S-Form und lebenden Bakterien der R-Form zusammen infiziert, die Mischung wieder lethal für Mäuse ist. Des weiteren ließen sich auch lebende Bakterien der S-Form im Blut dieser Mäuse nachweisen. Es muss also etwas von den toten S-Form Bakterien auf die lebenden Bakterien der R-Form übergegangen sein, was diese in die S-Form umwandelte. Es musste irgendwie Erbinformation zwischen den Beiden Formen übertragen wurden sein. Griffith nannte dieses das „transformierende Prinzip“.

Abbildung 1: Mäuse infiziert mit Streptococcus pneumonea. Die lebende S-Form ist lethal für die Mäuse, während die R-Form und die abgetötete S-Form nicht pathogen sind. Mäuse die mit der abgetöteten S-Form und der lebenden R-Form infiziert werden sterben jedoch ebenfalls. Madprime / CC-BY-SA 3.0

Aufbauend auf diesen Wissen wollten Oswald Avery, Colin MacLeod und Maclyn McCarty nun herausfinden, was dieses transformierende Prinzip genau ist. Um dieses zu erreichen stellten sie ein Extrakt aus Bakterien der S-Form her und trennten dieses in seine einzelnen Bestandteile, sogenannten Fraktionen. Sie fanden, dass die Fraktion, mit der man R-Form Bakterien in die S-Form transformieren konnte zwar fast keine Proteine, Zucker oder Fette enthielt, dafür aber eine besondere Form von Desoxyribonukleinsäure. Das besondere an dieser Form war, dass hier sehr viele Desoxyribonukleinsäurebausteine sich zu langen Ketten verbunden hatten, also stark polymerisiert waren.

Des weiteren fanden sie heraus, dass einige der gefundenen Fraktionen, wenn sie mit der Fraktion, die das transformierende Prinzip enthielt, die transformierende Aktivität zerstören. Anschließend war auch nichts mehr dieser stark polymerisierten  Desoxyribonukleinsäure in den Extrakten zu finden. Es lag also nah, dass diese heute als DNA (von deoxyribonucleic acid)  abgekürzte Substanz das transformierende Prinzip ist, also auch die Erbinformation trägt.

Um auszuschließen, dass sie sich irrten, reinigten sie nun diese Fraktionen so weit auf, bis sie ein hochreines Enzym hatten, welches die DNA in ihre Einzelbausteine zerlegte, sie also depolymerisierte. Ihre Annahme war also nun folgende: Wenn die DNA nicht das transformierende Prinzip ist und wir in die Fraktion, die das transferierende Prinzip beinhaltet unser Enzym geben, welches die DNA abbaut, die transformierende Aktivität aber erhalten beleibt, dann kann die DNA nicht das transformierende Prinzip sein und unsere Hypothese ist widerlegt. Als sie dieses Experiment nun durchführten, wurde jedoch neben der DNA auch die transformierende Aktivität zerstört. Man konnte nun also annehmen, dass die DNA das transformierende Prinzip und damit der Träger der Erbinformation ist.

Relevante Veröffentlichungen:

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