FRANKFURT. Heute sind viele mitteleuropäische Seen sauberer als in den 1970/80er-Jahren, als sie durch phosphathaltige Waschmittel und die Auswaschung phosphathaltigen Düngers aus den Feldern unbeabsichtigt stark gedüngt (eutrophiert) wurden. Diese Seen verloren ihre natürliche Artenvielfalt. Die Algen, darunter auch toxische Cyanobakterien, vermehrten sich rapide. Aufgrund der entstehenden Sauerstoffarmut kam es wiederholt zu Fischsterben. Dank konsequenter Ringkanalisationen und Abwasserbehandlungen haben inzwischen viele dieser Seen wieder ähnlich niedrige Phosphatwerte wie Anfang der 1950er-Jahre. Allerdings hat sich die Zusammensetzung der Arten während dieser Zeit durch evolutionäre Anpassungsprozesse verändert. Das berichten Wissenschaftler der Goethe-Universität in der aktuellen Ausgabe der ‚Proceedings of the National Academy of Sciences’. Ihr Fazit: Das Rad der Evolution lässt sich nicht zurückdrehen; menschliche Eingriffe in Ökosysteme hinterlassen ihre Spuren, auch nachdem belastende Faktoren beseitigt worden sind.

Die Forscher machten sich in Zusammenarbeit mit Priv. Doz. Klaus Schwenk und Nora Brede für ihre Untersuchung ‚biologische Archive’ zunutze, nämlich die Dauereier einer Wasserfloh-Art der Gattung Daphnia. So wie Pflanzen Samen produzieren, können die zu den Krebsen zählenden Wasserflöhe Dauereier entwickeln. Sie ermöglichen es ihnen, in Trockenperioden oder Zeiten geringen Nahrungsangebots zu überleben. Ein Teil der Eier sinkt auf den Seegrund und bildet dort über Jahrzehnte ein biologisches Archiv. Gemeinsam mit Forschern der Universität Konstanz und des schweizerischen Wasserforschungs-Instituts Eawag gewannen die Frankfurter Forscher Bohrkerne vom Grund des Bodensees und des schweizerischen Greifensees. Sie entnahmen daraus bis zu 50 Jahre alte Dauereier, die sie im Labor wieder zum Leben erweckten. Mittels molekulargenetischer Analysen konnten die Wissenschaftler nachweisen, dass Anfang des 20. Jahrhunderts in beiden Seen nur eine Wasserfloh-Art der Gattung Daphnia nennenswert vorkam (Daphnia hyalina). Im Laufe der Eutrophierungsphase wurde sie von einer zweiten Art (D. galeata) verdrängt. Während der 1970/80er-Jahre, der Phase stärkster Belastung, dominierte D. galeata sogar eindeutig. Während der Zeiten des Anstiegs (in den 1950/60er-Jahren) und des Rückgangs (in den 1980er-Jahren) traten zudem Mischlinge (interspezifische Hybriden) auf.

„Diese Ergebnisse belegen, dass anthropogene Veränderungen wie die Eutrophierung eine massive und nicht wieder voll umkehrbare Auswirkung auf Tierarten haben können“, erläutert Projektleiter Schwenk. Zusätzlich dokumentieren sie, mit welcher Geschwindigkeit Evolutionsprozesse im Tierreich vonstatten gehen können: „In weniger als 50 Jahren hat sich die Genomstruktur einer Art messbar verändert“, sagt Schwenk über das verblüffende Ergebnis seiner Studie. Auch im Vergleich zur Zeitskala der Erdgeschichte kurzfristige Eingriffe von einigen Jahrzehnten hinterlassen also in Ökosystemen ihre evolutionären Spuren.

Aufbauend auf dieser Erkenntnis werden Brede und das Frankfurter Team um Schwenk und Prof. Bruno Streit weiterführende Untersuchungen an biologischen Archiven nutzen, um die Reaktion von Organismen auf den globalen Klimawandel zu untersuchen. Ein Schwerpunkt der beginnenden Arbeiten im neu gegründeten LOEWE-Forschungszentrum Biodiversität und Klima (BiKF) in Frankfurt liegt darin, herauszufinden, wie und wie schnell sich Pflanzen und Tiere genetisch an die veränderten Temperaturbedingungen anpassen. Hierbei wird das Team auch auf andere, bislang unerforschte Archive zurückgreifen. Biologische Archive könnten somit einen wertvollen Beitrag dazu leisten, die vor 150 Jahren von Darwin beschriebenen Prozesse der Veränderung der Arten durch natürliche Selektion mit modernen Methoden zu analysieren und besser zu verstehen.

Bildtext: Daphnien produzieren in der Regel parthenogenetische (klonale) Eier. Unter widrigen Umweltbedingungen entstehen aber Dauereier (rasterelektronemikroskopische Aufnahme unten), die in datierbaren Seesedimentschichten (Bildhintergrund) abgelagert werden.

Brede, N., C. Sandrock, D. Straile, P. Spaak, T. Jankowski, B. Streit & K. Schwenk. 2009. The impact of human-made ecological changes on the genetic architecture of Daphnia species. Proceedings of the National Academy of Sciences USA.

Web link: www.pnas.org/content/early/recent  (Der Artikel kann ab heute täglich im Bereich ‚Earyl Edition’ online gehen; er ist bereits in einer Vorabversion im Bereich ‚reporters-only’ der PNAS-Homepage abrufbar)

InformationenPriv. Doz. Klaus Schwenk, Abteilung Ökologie & Evolution, Institut für Ökologie, Evolution und Diversität, Tel: (069) 798-24775, k.schwenk@bio.uni-frankfurt.de