Getrennte Farben

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Die tiefschwarze Rabenkrähe und die hellgrau-schwarz gefärbte Nebelkrähe unterscheiden sich genetisch kaum und können sogar fruchtbare gemeinsame Nachkommen haben. Trotzdem sind die Verbreitungsgebiete der Vögel strikt getrennt und es kommt seltener als erwartet zu „Mischehen“. Deshalb sind die Vögel ein Paradebeispiel für die Prozesse, die ablaufen, wenn sich von einer Art eine neue abzuspalten beginnt.

Der LMU-Evolutionsbiologe Jochen Wolf untersucht mit seinem Team, was die beiden Populationen auseinandertreibt. Die Farbe spielt dabei eine wichtige Rolle, wie genetische Analysen beweisen. Nun haben die Wissenschaftler eine für die Farbgebung entscheidende Mutation identifiziert und zeigen: Anfangs waren alle Krähen schwarz. Über ihre Ergebnisse berichten sie im Fachmagazin Nature Communications.Ursprünglich bildeten alle Krähen Europas eine gemeinsame Population. Ihre Trennung begann während der Eiszeit vor einigen Hunderttausend Jahren, als sie sich vor den Gletschern Mitteleuropas nach Spanien beziehungsweise auf den Balkan zurückzogen.

Nach dem Ende der Eiszeit kehrten sie zurück, hatten sich in ihren jeweiligen Gebieten aber verändert und fanden sich gegenseitig, einfach gesagt, nicht mehr attraktiv. Deshalb blieben die Populationen separiert: Im Westen Europas brüten die Rabenkrähen, im Osten die Nebelkrähen. Die Trennungslinie dazwischen, die sogenannte Hybridzone, ist nur 20-50 Kilometer breit und verläuft in Deutschland ungefähr entlang der Elbe. „Nur in dieser Hybridzone gibt es eine geringe Durchmischung. Die Nachkommen aus solchen Verbindungen liegen farblich zwischen ihren Eltern“, sagt Wolf. „Die klare Begrenzung der Zone deutet darauf hin, dass es eine Selektion gegen den hybriden Nachwuchs gibt.“

Wolf untersucht die genetischen Grundlagen dieses Prozesses und konnte bereits in früheren Studien zeigen, dass sich die beiden Populationen im Erbgut nur an Stellen unterscheiden, die die Färbung betreffen. Populationsgenetische Untersuchungen liefern darüber hinaus starke Hinweise, dass die Selektion tatsächlich aufgrund der Farbe erfolgt – die Tiere bevorzugen jeweils Partner, die wie sie selbst aussehen. Alle bisherigen Studien basierten allerdings immer auf sogenannten Einzelbasen-Variationen, also Unterschieden bei einzelnen DNA-Bausteinen. „Auf der Basis dieser Einzelbasen-Variationen konnten wir aber nie funktional aufklären, was die Variation bewirkt“, sagt Matthias Weissensteiner, der Erstautor der Studie.

„Selbst wenn wir eine Assoziation zwischen einer Basenpaar-Variante und der Farbe finden, kann es sein, dass die tatsächlich kausale Mutation ein paar tausend Basenpaare weiter entfernt liegt, und wir diese nicht sehen.“Deshalb haben die Wissenschaftler nun in einem technisch sehr anspruchsvollen neuen Verfahren umfangreichere strukturelle Mutationen untersucht, bei denen ganze DNA-Stücke im Block ausgeschnitten, eingefügt oder umgedreht werden. Möglich machten dies neue Technologien, mit denen erstmals auch größere DNA-Abschnitte erfasst werden können. „Bis vor Kurzem gab es nur eine Hochdurchsatzsequenziertechnologie, die DNA-Stückchen in der Größenordnung von hundert Basen erfassen konnte. Damit sieht man größere strukturelle Mutationen aber nicht. Das ist, als ob man das falsche Objektiv hat“, sagt Wolf. „Mit den neuen Methoden können wir jetzt auch sehr lange DNA-Stücke von bis zu 150.000 Basen untersuchen.“

Mithilfe der neuen Technologie haben die Wissenschaftler in gut zwei Dutzend Tieren untersucht, ob es strukturelle Mutationen gibt, in denen sich Raben- und Nebelkrähen unterscheiden. Dabei konnten sie nicht nur die Ergebnisse der Einzelbasen-Analysen bestätigen, sondern auch eine konkrete Mutation in einem Gen identifizieren, das im Zusammenspiel mit einem weiteren Gen für die Farbgebung zuständig ist. Stammesgeschichtliche Vergleiche mit verwandten Arten zeigten zudem, dass ursprünglich wohl alle Arten die ‚schwarze Variante‘ trugen und die Variante in der Nebelkrähe eine neue Mutation ist, die erst vor einer halben Million Jahren auftauchte. „Diese neue Färbung scheint attraktiv zu sein, sodass sie sich schnell durchgesetzt hat, was nur durch Selektion zu erklären ist“, sagt Wolf. Wie sich die neue Variante ausgehend vom ersten Vogel in heute allen Nebelkrähen genau durchsetzte, kann der Forscher gegenwärtig nur mutmaßen.

Die neue Variante ist wahrscheinlich im Bereich des heutigen Iran und Irak zuerst aufgetreten und es gibt Hinweise, dass eine helle Federfarbe ökologisch an heiße Gegenden besser angepasst ist, weil sie die Sonne zurückstrahlt. Es ist also möglich, dass die Mutation daher zunächst auch durch natürliche Selektion gefördert wurde. „Als sie in einer gewissen Frequenz vorhanden war, wurde sie dann durch Prägung der Jungvögel auf das Aussehen ihrer Eltern weiterverbreitet und hat sich dann gehalten“, vermutet Wolf. Andere Szenarien, die Zufallsprozesse in kleinen Populationen oder egoistische Gene involvieren, sind aber ebenfalls denkbar und bedürfen weiterer Klärung.Nature Communications 2020