Basel/Wien – In der Erdgeschichte haben einander Phasen des Massensterbens und Episoden mit schlagartiger Entstehung einer Vielzahl neuer Arten abgewechselt. Diese als "adaptive Radiation" bezeichnete schnelle Artbildung ist für einen maßgeblichen Teil der Vielfalt des Lebens auf unserem Planeten verantwortlich. Im Verlauf der kambrischen Radiation vor etwa 540 Millionen Jahren, auch kambrische Explosion genannt, so entstanden beispielsweise die meisten der heute existierenden Tierstämme.

Ein anschauliches Beispiel für das Ergebnis von adaptiven Radiationen sind die Buntbarsche der großen afrikanischen Seen Viktoria, Malawi und Tanganjika. Diese auch Cichliden genannten tropischen Süßwasserfische sind wegen ihrer Farbmuster bei Aquarianern sehr beliebt und gehören zu den artenreichsten Wirbeltiergruppen überhaupt. Was diese massiven adaptiven Radiationen auslöste, und wie der Prozess der explosiven Artbildung im Detail verläuft, war bisher weitgehend unbekannt.

Eine Erklärung für die enorme Vielfalt haben Wissenschafter nun bei Untersuchungen am Tanganjikasee (Afrika) gefunden: Es zeigte sich, dass Barschdiversität drei evolutionären Schüben zu verdanken ist, wie der österreichische Biologe Walter Salzburger im Fachjournal "Nature" berichtet. Wie diese Fische jedoch mehrere Kontinente besiedeln konnten, bleibt weiterhin ein Rätsel. Im Fachmagazin "Nature Communications" schließt er aber aus, dass ihr Urahn am Urkontinent Gondwana lebte und seine Nachfahren auf den auseinanderdriftenden Schollen getrennt wurden.

240 Barsche unter der Lupe

Salzburger, der am Zoologischen Institut der Universität Basel forscht, hat mit Kollegen auf Forschungsreisen in Burundi, Tansania und Sambia Exemplare von allen etwa 240 im Tanganjikasee vorkommenden Buntbarsch-Arten gesammelt und im Labor untersucht.

Die Forscher haben den Körperbau und die Kieferform jedes Fisches mit hochauflösender Computer-Tomographie vermessen, die Zusammensetzung der Stickstoff- und Kohlenstoff-Isotope (Varianten eines Atoms mit unterschiedlichem Gewicht) im Muskelgewebe der Fische bestimmt, um ihren Lebensraum und die Ernährungsweise zu erfahren. Zusätzlich wurde das Erbgut der Tiere sequenziert, um einen kompletten Stammbaum der Buntbarsche im Tanganjikasee zu rekonstruieren.

Der letzte gemeinsame Vorfahr der 240 Buntbarsch-Arten lebte vor 9,7 Millionen Jahren, berichten sie. Kurz nachdem der See vor zehn Millionen Jahren entstanden ist, haben sich demnach die Fische an unterschiedliche ökologische Nischen angepasst und verschiedene Arten sind entstanden.

Drei Entwicklungsschübe

Das passierte nicht langsam und gleichmäßig, sondern in drei explosionsartigen Schüben: "Der erste erfolgte vor acht bis sechs Millionen Jahren und ging mit Veränderungen im Körperbau der Buntbarsche einher", erklärte Salzburger: In dieser Zeit spalteten sich die Fische in verschiedenste Arten von torpedoförmigen Raubfischen bis zu hochrückigen Algenfressern auf.

"Der zweite Schub vor etwa fünf bis vier Millionen Jahren brachte dann unterschiedliche Kieferformen mit ober-, mittel und unterständigen Mäulern", sagte er: "Der dritte Schub vor etwa zwei Millionen Jahren ging mit Veränderungen im Farbmuster einher." Außerdem veränderte sich damals der "pharyngeale Kieferapparat". Dieser "Schlundkiefer" gilt als evolutionäre Erfindung der Buntbarsche und dient zum Zermahlen der Nahrung. "Die meisten Buntbarsche nutzen den normalen, oralen Kiefer- und Zahnapparat zur Aufnahme der Nahrung und zerkleinern sie mit dem Schlundkiefer", so Salzburger.

"Diese Entkoppelung zwischen Nahrungsaufnahme und Verarbeitung scheint ihnen die Möglichkeit gegeben zu haben, sich auf neue ökologische Nischen besonders schnell anpassen zu können." Die schnelle Veränderung des Schlundkiefers ist jedenfalls mit der Entstehung von einer Vielzahl neuer Arten einhergegangen, erklärt seine Mitarbeiterin Fabrizia Ronco.

Rätselhafter Ursprung

In einer zweiten Studie untersuchte Salzburgers Team das Genom von 14 Buntbarscharten nicht nur vom Festland Afrikas, sondern auch aus Madagaskar, Indien, Süd- und Mittelamerika. Die Forscher bestimmten, wann sich die unterschiedlichen Arten auf den verschiedenen Kontinenten aufgetrennt haben. Dazu gab es bisher die Theorie, dass ein gemeinsamer Vorfahr am Urkontinent Gondwana lebte, der vor 150 bis 85 Millionen Jahre in mehrere Teile zerbrochen ist, und die Nachfahren auf den Kontinentalschollen auseinanderdrifteten.

Die Arten trennten sich jedoch erst lange nach dem Auseinanderbrechen Gondwanas auf, berichten die Forscher. Der indische Familienzweig ging vor 76 Millionen Jahren ab, jener von Madagaskar vor 69 Millionen Jahren und die südamerikanischen und afrikanischen Sippen schieden schließlich vor 62 Millionen Jahren auseinander.

"Der Ursprung der Buntbarsche ist also nach wie vor unklar", erklärte Salzburger: Am ehesten könnten sie sich von Afrika aus über den Ozean nach Südamerika und Madagaskar (und eventuell von dort aus nach Indien) verbreitet haben. "Oder es gab einen unbekannten, im Meer lebenden Vorfahren, von dem die Kontinente besiedelt wurden", so der Forscher. (red, APA, 23.11.2020)