Schnecken(schnelle) Evolution: die Bedeutung der Polyvalenz

Mit der Hilfe von Tausenden von Freiwilligen hat eine Gruppe von Wissenschaftlern Daten über die Farbmuster der Gehäuse von Hain-Bänderschnecken (Cepaea nemoralis) in ganz Europa gesammelt (Silvertown et al. 2011). Anhand dieser Daten wollten sie testen, welche Auswirkungen die momentane Klimaerwärmung auf diese Schnecken hat.

Abb. 1: Bänderschnecken (Cepaea nemoralis) zeigen große Variabilität in der Anzahl und Ausprägung der Streifen und Farben auf ihren Gehäusen.

Die Zeichnungen der Gehäuse dieser sehr farbenfrohen Schnecke weisen Unterschiede sowohl in Farbe als auch in der Anzahl der Streifen auf; entsprechend unterscheidet man verschiedene sogenannte Morphen. Es gibt gelbe, braune und rosafarbene; und die Streifenzahl kann zwischen null und fünf Streifen schwanken (vgl. Abb. 1). Die Forscher interessierten sich für die Häufigkeit der Allele (Zustände der Gene) dieser verschiedenen Morphen.

Ihre Hypothese war, dass Selektion in jüngster Zeit hellere Schneckenhäuser bevorzugen würde. Diese reflektieren mehr Licht und halten die Schnecke daher kühler in dem sich erwärmenden Klima als dunklere Gehäuse. Um dies zu testen, legten sie aus verschiedenen Quellen zwei Datensätze an (einen historischen und einen aktuellen, d. h. vor und nach dem Jahr 2000), in denen sie Information über die Farbe, die Anzahl der Streifen, den Lebensraum und die geographischen Rahmenbedingungen von über einer halben Million Schnecken sammelten. Mit Hilfe dieser Daten untersuchten sie, wie sich die Häufigkeit der Phänotypen „Gelb“, „Keine Streifen“ und „Ein Streifen“ in verschiedenen Lebensräumen (Wald, Hecke, Feld, Düne) im Verlauf der vergangenen fünfzig Jahre verändert hat. Aufgrund ihrer Hypothese erwarteten sie, dass „Gelb“ und „Keine Streifen“ in der gesamten Population häufiger anzutreffen sein würde.

Die Resultate überraschten. Sowohl gelbe als auch nicht gestreifte Schnecken wurden generell weniger, die Häufigkeit der gestreiften hingegen stieg an. Außerdem wurde bemerkt, dass dort, wo die Temperatur am stärksten anstieg, die Häufigkeit der Schnecken mit dem Merkmal „Ein Streifen“ (deren Gehäuse aufgrund von Reflexion mehr kühlen sollten als die Gehäuse mit mehr Streifen) entgegen der Erwartung gesunken ist. Die Forscher mussten daher ihre Hypothese verwerfen.

Die Autoren sind sich nicht sicher, warum dies so ist, schlugen aber mehrere Möglichkeiten vor, die die Resultate erklären könnten. Es könnte zum Beispiel sein, dass der Jagddruck auf die hellen Schnecken größer ist als der Selektionsdruck durch Erwärmung. Denn gelbe Schnecken wären wahrscheinlich für Fressfeinde meistens leichter zu entdecken als dunklere. Außerdem kann es gut sein, dass die Schnecken, anstatt sich genetisch zu verändern, ihr Verhalten ändern und mehr Zeit im Schatten verbringen. Diese letzte Hypothese wird durch die Beobachtung unterstützt, dass die relative Häufigkeit der gelben Schnecken dort am größten ist, wo es am wenigsten Schatten gibt (in den Dünen), aber dann stetig abnimmt je mehr Schatten in dem jeweiligen Lebensraum zur Verfügung steht (über Feld und Hecke bis hin zum Wald).

Diese Studie zeigt einmal mehr sowohl den großen Einfluss, den der Lebensraum auf eine Population von Lebewesen hat, als auch die Bedeutung der Polyvalenz in der Anpassung an diesen Raum. Die verschiedenen beobachtbaren Morphen von C. nemoralis sind ein Beispiel für die genetische Variabilität (das ist ein Aspekt von Polyvalenz) eines Grundtyps. Nach dem Konzept der Grundtypenbiologie (Junker & Scherer 2006) ermöglicht diese Polyvalenz den Lebewesen, sich an veränderliche Umgebungen anzupassen, so wie es hier besonders deutlich mit dem gelben Phänotyp passiert ist. Dies kann offensichtlich sehr schnell passieren; in dieser Studie wurden lediglich 15-20 Generationen von Schnecken untersucht. Damit ist die Polyvalenz ein wichtiges Kennzeichen von Lebewesen, das sie auch bei sich schnell ändernden Bedingungen vor dem Aussterben schützt. Dass eine solche Anpassung in kurzer Zeit möglich ist, ist durch diese Studie einmal mehr gezeigt worden. Interessant ist aber auch ein anderer Aspekt: Es zeigt sich, wie schwierig es ist, phänotypische Änderungen mit Selektionsbedingungen in einen eindeutigen Zusammenhang zu bringen. Die Verflechtungen der Lebewesen mit ihrer belebten und unbelebten Umwelt sind viel zu komplex für einfache Modelle.

D. Vedder

[Junker R & Scherer S (2006) Evolution – Ein kritisches Lehrbuch. Gießen, 6. Auflage; Silvertown J, Cook L, Cameron R, Dodd M, McConway et al. (2011) Citizen Science Reveals Unexpected Continental-Scale Evolutionary Change in a Model Organism. PloS ONE 6(4): e18927.doi:10.137/journal.pone. 0018927]