Der Einfluß von phänotypischer Plastizität und genetischer Assimilation auf die konvergente Evolution und Diversifikation von Buntbarschen in Ostafrikanischen adaptiven Radiationen

Arten, die besonders hohe phänotypische Plastizität zeigen, sollten in besonders vielen unterschiedlichen Umwelten überleben können. Daher sollte die Fähigkeit sich an verschiedene Selektionsregime entwicklungsbiologisch anpassen zu können insbesondere bei Generalisten höher sein als bei abgeleiteten Spezialisten, die an spezifischere Nischen angepasst sind. Sowohl Theorie als auch empirische Studien zeigten, dass phänotypische Plastizität selbst selektiert werden kann. Die Rolle von phänotypischer Plastizität während schneller Artbildung und adaptiven Radiationen blieb bisher allerdings noch unklar und umstritten. Wir wollen dieses Problem in den hyperdiversen Buntbarsch-Radiationen der drei großen ostafrikanischen Seen erforschen. Generalisten aus Flüssen besiedelten die Seen und daraus entstanden dann extrem schnell mehrere hundert Arten von extrem spezialisierten Buntbarschen. Einige phylogenetisch "basalere" Generalisten leben heute noch sowohl in Flüssen als auch den Seen. Das "flexible stem Model" sagt vorher, dass phänotypische Plastizität gerade bei un-spezialisierten Gründerarten dafür sorgen sollte, dass verschiedene enge Nischen in neuen Habitaten schneller besiedelt werden können. Wenn vorher phänotypisch plastische Merkmale in kolonisierenden Generalisten durch genetische Assimilation dann weniger plastisch und "canalized" werden, so könnten Spezialisten Adaptationen evolvieren und viele neue Arten schnell entstehen. Diese Hypothese sagt also nicht nur voraus, dass Generalisten plastischer sind als Spezialisten sondern auch, dass Populationen von Generalisten in neuen Habitaten (Seen) wenig plastisch sind als Populationen der gleichen Arten aus ursprünglichen und variableren Habitaten (wie Flüssen). Wir planen dies in Laborexperimenten mit mehreren afrikanischen Populationen von Buntbarscharten zu testen, die phylogenetisch basal zu den konvergent-evolvierten adaptiven Radiationen in Ostafrika sind. Durch split-brood common garden Experimente mit Futterunterschieden von Fischen von "ursprünglichen" Linien aus Flüssen und Seen wollen wir testen ob sich das Maß der phänotypische Plastizität in der Zahn- und Schlundkiefermorphologie unterscheidet – wie von der "flexible stem Hypothese" vorhergesagt wird. Gene, die während des regelmäßigen Zahnaustausches und der Ontogenie des Schlundkiefers angeschaltet sind und uns schon z.T. bekannt sind planen wir durch RNAseq, qPCR und in situ Hybridisierung zu charakterisieren. Einige Gene ("Plastizitätsgene") deren Expression von der Härte des Futters (Schnecken intakt oder schon von uns geknackt) abhängt haben wir schon identifiziert und wir planen weitere in diesem Projekt zu finden, um durch PCA Analysen zu testen, ob diese Gene zu einer "canalization" der unterschiedlichen Phänotypen beitragen.

Publikationen

• Gunter HM, Schneider RF, Karner I, Sturmbauer C, Meyer A (2017) Molecular investigation of genetic assimilation during the rapid adaptive radiations of East African cichlid fishes. Molecular Ecology 26(23):6634-6653. DOI: 10.1111/mec.14405
  
  
• Ralf F. Schneider and Axel Meyer (2017) How plasticity, genetic assimilation and cryptic genetic variation may contribute to adaptive radiations. Molecular Ecology 26:330-350. DOI: 10.1111/mec.13880