30-jähriges Experiment zeigt Evolution bei Rauen Strandschnecken

Wissenschafterinnen und Wissenschafter haben in einem faszinierenden, 30 Jahre dauernden Versuch beobachtet, wie sich eine Tierart direkt vor ihren Augen entwickelte.

Die Raue Strandschnecke (Littorina saxatilis) ist eine kleine Meeresschneckenart, die an den Küsten des Nordatlantiks häufig vorkommt. Dazu zählen auch Schwedens Kosterinseln mit ihren felsigen Kleinstinseln, den sogenannten Schären. Dort löste eine giftige Algenblüte im Jahr 1988 ein Massensterben aus, das grosse Teile der Schneckenpopulationen vernichtete.

Dieses folgenschwere Ereignis schuf die Voraussetzungen für ein langfristiges Evolutionsexperiment. 1992 setzte Kerstin Johannesson, Meeresökologin an der Universität Göteborg, 700 Schnecken auf einer Schäre aus, deren ursprüngliche Population ausgelöscht worden war.

Johannesson stellte die verlorene Population jedoch nicht einfach mit denselben Schnecken wieder her. Stattdessen brachte sie Schnecken eines anderen „Ökotyps“ auf die Insel, der durch einen anderen Lebensraum geprägt worden war. So wollte sie feststellen, ob diese Tiere im Lauf der Zeit die Merkmale der früheren Schärenbewohner entwickeln würden.

Tatsächlich folgten die neuen Besiedler über mehrere Dutzend Generationen hinweg einem bemerkenswert ähnlichen Entwicklungspfad wie ihre Vorgänger, da sie demselben Lebensraum ausgesetzt waren. Die Forschenden sagten Veränderungen im Aussehen und im Erbgut der Schnecken präzise voraus – ein eindrucksvolles Beispiel für Evolution in Echtzeit.

Ökotypen der Rauen Strandschnecke auf den Kosterinseln

Im Gebiet der Kosterinseln tritt L. saxatilis in mehreren Ökotypen auf, die jeweils an den Umweltdruck ihrer Population angepasst sind. Der sogenannte Krabben-Ökotyp lebt in Bereichen, in denen Krabben die Schnecken fressen. Daher verhalten sich diese Tiere vorsichtiger und haben grössere, dickere Gehäuse entwickelt, die keine Muster aufweisen und eine vergleichsweise kleinere Öffnung besitzen.

Eine weitere Gruppe wird als Wellen-Ökotyp bezeichnet. Sie lebt auf Felsen fern von Krabben, ist dort jedoch der Brandung ausgesetzt. Diese Schnecken sind deutlich wagemutiger und kleiner. Ihre dünneren, gemusterten Gehäuse haben im Verhältnis grössere Öffnungen.

Vor 1988 lebte auf der für das aktuelle Experiment genutzten Schäre der Wellen-Ökotyp. Die felsige Kleinstinsel ist lediglich drei Meter lang. Nachdem die Algenblüte diese Population ausgelöscht hatte, ersetzten Johannesson und ihr Team sie durch Schnecken des Krabben-Ökotyps. Damit sollte geprüft werden, ob sie sich zu Tieren entwickeln würden, die Wellen-Schnecken ähneln.

Vorhersagbare Veränderungen von Gehäuse und Genen

Das Team verfolgte drei unterschiedliche Arten von Veränderungen. Zunächst ging es um das Erscheinungsbild: Die durchschnittliche Länge, Dicke, Farbe, Musterung und Rippung der Schneckengehäuse sollte sich erwartungsgemäss von den Merkmalen des Krabben-Ökotyps in Richtung jener des Wellen-Ökotyps verschieben.

Diese äusserlich sichtbaren Veränderungen, also die Phänotypen, zeigten sich recht rasch. Die Schnecken bringen jährlich ein bis zwei Generationen hervor. Ihre Gehäuse, die zunächst durchgehend beige waren, nahmen eine grössere Farbvielfalt an, wurden dünner und glatter und entwickelten breitere Öffnungen sowie weniger spitze Enden.

Ausserdem überwachten die Forschenden die genetische Variabilität – also die Wahrscheinlichkeit, dass bestimmte Varianten an festgelegten Stellen des Genoms vorkommen – sowie grössere genetische Veränderungen, die als Chromosomeninversionen bezeichnet werden. Wie erwartet entfernten sich beide Entwicklungen vom ursprünglichen Krabben-Ökotyp und ähnelten zunehmend einer benachbarten Wellen-Population.

Nach Einschätzung des Teams lässt sich die vorhersehbare Evolution auf mehrere Faktoren zurückführen. Zum einen waren die benötigten Merkmale im Genom des Krabben-Ökotyps bereits vorhanden, wenn auch in geringer Häufigkeit. Zum anderen könnten Wellen-Schnecken aus einer nur 160 Meter entfernten Population herübergetrieben sein und ihre Gene eingebracht haben.

Diese Schnecken waren besonders gut darauf vorbereitet, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Andere Tiere könnten jedoch weniger günstig gestellt sein.

„Nicht alle Arten haben Zugang zu grossen Genpools, und die Entwicklung neuer Merkmale von Grund auf ist quälend langsam“, sagt Anya Westram, gemeinsam verantwortliche Autorin der Studie.

„Anpassung ist sehr komplex, und unser Planet ist ebenfalls mit komplexen Veränderungen konfrontiert: mit Phasen extremer Wetterereignisse, einem rasch fortschreitenden Klimawandel, Verschmutzung und neuen Parasiten. Vielleicht trägt diese Forschung dazu bei, Menschen davon zu überzeugen, eine Vielfalt natürlicher Lebensräume zu schützen, damit Arten ihre genetische Vielfalt nicht verlieren.“

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Science Advances veröffentlicht.