Fliegende Hitze

Die globale Erwärmung sorgt für eine schnelle Evolution der Fruchtfliegen

Wen haben die kleinen Quälgeister nicht schon genervt, wenn sie sich in Scharen aus der Obstschale erheben, um dann als Dauergäste in der Küche einzuziehen: Die Fruchtfliege, präziser Taufliege oder Drosophilidae genannt. Die winzigen Zweiflügler sind für Otto Normalverbraucher eine Plage, für Genetiker dagegen höchst begehrte Studienobjekte. Die Biologen kennen das Genom der Taufliege sehr genau und sie beobachten jede Veränderung. Eine neue Studie beweist nun, dass die Fliegen sich dem Klimawandel genetisch sehr schnell anpassen.

Die Gattung Drosophila aus der Familie der Taufliegen ist das Lieblingstier der Biologen, die sich mit dem Erbgut beschäftigen. Die Fliege lebt nur einige Wochen, ihr schneller Generationenwechsel erlaubt es den Forschern, genetische Variation genau zu verfolgen.

Die Art Drosophila subobscura lebte ursprünglich in einem Verbreitungsgebiet von Nordafrika bis Süd-Skandinavien. Ende der 70er Jahre wanderte sie nach Amerika aus, wo sie sich als invasive Art schnell von Chile aus über die Anden hinweg bis Argentinien ausbreitete. Ab 1990 setzte sie ihre Invasion in den USA fort, wo sie inzwischen fast die ganze Westküste besetzte – von Santa Barbara in Kalifornien bis Vancouver Island in British Columbia. Eine verwandte einheimische Art wird dabei von ihr verdrängt.

Schnell zeigte sich, dass die Obstfliegen im neuen Lebensraum ähnliche Veränderungen durchmachen wie in der alten Heimat. In Südeuropa haben diese Insekten deutlich kürzere Flügel als im hohen Norden des Kontinents (Drosophila subobscura females from Valencia, Sp., 39.2° N and Århus, DK, 56.1° N). In Amerika vergrößerten sich in höheren Breitengraden zwar auch die Flügel, aber nicht in gleicher Form wie in Europa: Andere Teile wuchsen verstärkt (Evolution in Hochgeschwindigkeit).

Drosophila subobscura und ihre Chromosomen in einer Fotomontage vereint (Bild: Science)

Schnell begannen sich die Wissenschaftler für den Eroberungsfeldzug von Drosophila subobscura in Amerika und seine Auswirklungen auf das Erbgut der Fliege zu interessieren (vgl. z.B. Colonization of America by Drosophila subobscura: Experiment in Natural Populations that Supports the Adaptive Role of Chromosomal-Inversion Polymorphism). Viele Individuen der Art wurden über die Jahre untersucht und Proben des Erbguts archiviert.

Die Biologin Joan Balanyá von der Universitat de Barcelona und Kollegen von der University of Washington sowie vom College of William & Mary in Williamsburg nahmen nun die historischen Proben noch mal genau unter die Lupe und verglichen sie mit neuen Untersuchungsergebnissen. In der aktuellen Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift Science veröffentlichen sie die Resultate unter dem Titel Global Genetic Change Tracks Global Climate Warming in Drosophila subobscura. Dabei fokussierten konzentrierten die Forscher ihre Aufmerksamkeit auf chromosomale Inversionen (d.h. ein Teil eines Chromosoms besitzt eine umgekehrte Genreihenfolge). Die Gruppe um Joan Balanyá vergleicht das Phänomen mit einem Strichcode auf einem Supermarktprodukt, bei dem ein Abschnitt umgedreht wurde. Dieses Merkmal war in vorangegangenen Analysen entdeckt worden. Und es gab die Vermutung, dass diese Mutation mit den Temperaturwerten der Umgebung in Verbindung stehe.

Spiegel des Klimawandels

Die ersten Chromosomen-Proben von Drosophila subobscura sind mehr als 40 Jahre alt – und in den gleichen geografischen Regionen wurden nun erneut welche entnommen. Chromosomen von südamerikanischen Fruchtfliegen der gleichen Art stammen von 1981 und 1999; Forscher sammelten zudem Genproben von ihren nordamerikanischen Verwandten sowohl 1985 als auch 2004.

Die Wissenschaftlergruppe verglich für die neue Studie diese Proben und stellte einen Zusammenhang mit erhobenen Klimadaten her. In fast allen Lebensräumen der Fliege hat sich die Temperatur konstant erhöht. „Wenn wir davon ausgehen, dass Inversionen tatsächlich gegenüber Temperaturschwankungen sensitiv sind, dann müsste sich ein Inversions-Typ aus niedrigen Breitengraden bei erhöhter Temperatur in allen Breitengraden zeigen“, erklärt Co-Autor Raymond Huey von der University of Washington den Forschungsansatz. Die genetische Veränderung könnte ein Schutz vor höherer Temperatur sein.

Eine These, die das Team bestätigen konnte. So fanden sie z.B. in den Fruchtfliegen aus Milwaukee dieselbe Häufigkeit von Inversionen wie sie Jahrzehnte zuvor im Erbgut der Fliegen in Chicago entdeckt worden waren, einen Breitengrad oder ungefähr 110 Kilometer weiter südlich. Ein Effekt, der sich überall zeigte. Raymond Huey ist überzeugt: „Das ist ein klares Signal von allen drei Kontinenten, dass ein Klimawandel stattfindet und dass mit ihm eine genetische Veränderung einher geht.“ Das passiert erstaunlich schnell, die Fruchtfliegen, die eine entsprechende Mutation in sich tragen, überleben besser. Dadurch gibt es immer mehr Mutanten in einer lokalen Population.

Der Treibhauseffekt wirkt nachweislich auf das Genom der Drosophila subobscura und sorgt für eine sehr schnelle evolutionäre Entwicklung. Die Gruppe um Joan Balanyá hält es für unwahrscheinlich, dass diese Veränderung des Erbguts nur die Fliegen betrifft – sie zeigt sich nur bei ihnen so rasch, weil jedes Jahr mehrere Generationen dieser Tiere aufeinander folgen. Die Erde erwärmt sich und das hat Folgen für die Gene aller Geschöpfe. Was das für den Homo sapiens sapiens bedeutet, bleibt vorerst unklar, denn unsere Reproduktionsrate liegt viel niedriger – wie die vieler anderer Lebewesen. Raymond Huey gibt zu bedenken:

Die gute Nachricht ist, dass diese Fliegen sich an ein wärmer werdendes Klima anpassen können – zumindest bis zu einem gewissen Grad. Aber Organismen mit längeren Intervallen zwischen den Generationen, wie zum Beispiel Menschen oder der Mammutbaum (Sequoia gigantea), können sich nicht annährend so schnell anpassen. Wir Menschen sind in der relativ glücklichen Situation, dass wir über Technologie verfügen, die uns dabei helfen kann, mit den Veränderungen fertig zu werden. Die Fliegen können sich sehr rasch adaptieren. Wir wissen nicht, ob sie auf Dauer mit dem Klimawandel mithalten können, aber sie können das langfristig wahrscheinlich sehr viel besser als die Mammutbäume.

(Andrea Naica-Loebell)

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