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Schnäbel und Gene - Neue Erkenntnisse bei Darwin-Finken

Die berühmten Darwin-Finken sind noch lange nicht gänzlich erforscht. Im Rahmen einer Hohenheimer Vortragsreihe anlässlich des Darwin-Jahres präsentierte Prof. Dr. Martin Blum die neuen und neuesten Ergebnisse aus der Erforschung der Galapagos-Vögel. Die wissenschaftlichen Erfolge beweisen zum einen Darwins Theorie der adaptiven Radiation und steigen zum anderen in die tiefere Genetik der Schnabel-Entwicklung ein.

Im September 1835 landete Charles Darwin mit der Beagle auf den Galapagos-Inseln. Während fünf Wochen dokumentierte er die Pflanzen- und Tierwelt des Pazifik-Archipels. Zwar fiel ihm „eine äußerst eigentümliche Gruppe von Finken“ auf, wie er später in seinem Tagebuch schreibt, aber ob er zu diesem Zeitpunkt ahnte, dass die Galapagos-Finken auch in mehr als 150 Jahren noch die Wissenschaft beschäftigen würden?

Von den „neuen und neuesten Ergebnissen“ in der Erforschung der „Darwin-Finken“ berichtete Prof. Martin Blum in seinem Vortrag der Reihe „Darwin Reloaded – Evolution heute“ Mitte Juni an der Universität Hohenheim. Wenn er von „neuen Ergebnissen“ spricht, so bezieht er sich auf die Erkenntnisse des englischen Ehepaares Rosemary und Peter Grant, das sich seit 1973 für mehrere Monate im Jahr auf den Galapagos-Inseln niederlässt, um genauestens Buch zu führen über Größe und Aussehen der Finken sowie Wetter, Nahrung und andere Umweltbedingungen auf dem Archipel. Was die beiden während mehr als drei Jahrzehnten beobachteten, bestätigt Darwins Theorie der „adaptiven Radiation“, also die Entstehung vieler neuer Arten aus einer Stammform.

Schon in seinem Reisetagebuch beschrieb Darwin „die vollkommene Abstufung in der Größe des Schnabels bei den verschiedenen Arten der Geospiza. […] Wenn man diese Abstufung und die Verschiedenartigkeit der Struktur in einer kleinen nahe untereinander verwandten Gruppe von Vögeln sieht, so kann man sich wirklich vorstellen, dass auf diesem Archipel eine Spezies hergenommen und zu verschiedenen Zwecken modifiziert worden sei.“ Wie die Grants herausfanden, sollte Darwin mit dieser These Recht behalten.

Anpassungen an das Nahrungsangebot bestätigt

Während ihrer jahrzehntelangen Studien auf der Inselgruppe bewies das Forscherpaar den lange vermuteten Zusammenhang zwischen dem Vorhandensein einzelner Finken-Populationen und dem Vorkommen verschiedener Nahrungsquellen. So begrenzte sich das Nahrungsangebot während einer extremen Trockenperiode im Jahr 1977 auf überwiegend große Samen. In dieser Zeit beobachteten die Grants den Zusammenbruch einer Population, die sich von kleinen Samen ernährt. „Schnäbel und Finken wurden größer“, fasst Blum zusammen.

Ein Waldsängerfink auf den Galapagos-Inseln. © Dr. Caroline Liepert

Im feuchten El-Niño-Jahr 1983, als wieder ausreichend kleine Samen vorhanden waren, sei die Schnabelgröße hingegen wieder geschrumpft. Auch Finken mit kleinen Schnäbeln konnten überleben und sich fortpflanzen. Genetisch bedeutet dies, „dass eine Population einen Pool von Genanlagen besitzt, die nach Veränderung der Umweltbedingungen aktiviert werden können“, so der Entwicklungsbiologe Blum in seinem Vortrag. Einst durch Winde auf die rund 1.000 Kilometer westlich von Südamerika gelegenen Galapagos-Inseln geweht, entwickelten sich aus einer einzigen ursprünglichen Finkenart bis heute 14 bekannte Spezies.

Schnabelgene – es gibt sie

Prof. Dr. Martin Blum © Katharina Reif

Doch wie findet eine Veränderung des Schnabels rein genetisch statt? Gibt es spezielle Schnabelgene? Auch darauf hat die Wissenschaft in jüngster Vergangenheit Antworten gefunden. Blum präsentiert nun die „neuesten Ergebnisse" der letzten vier bis fünf Forschungsjahre: BMP4 und Calmodulin heißen die Gene, die einerseits für die Stärke, andererseits für die Länge der Schnäbel kodieren.

Wissenschaftlern aus Harvard gelang es, die Gen-Aktivitäten in Finken-Embryonen mittels Serienschnitten zu beobachten. Entstanden kräftige Schnäbel, konnten sie eine Korrelation mit dem Knochenwachstumsfaktor BMP4 feststellen. Ein Experiment mit Hühnerembryonen brachte den Beweis für den tatsächlichen Zusammenhang. Auf der Suche nach einem Gen, das für die Schnabellänge verantwortlich ist, bedienten sich die Forscher sogenannter Genchips und fanden Calmodulin bei der Entwicklung langer Schnäbel als besonders aktiv heraus. Ein weiteres Hühner-Experiment lieferte den nötigen Beweis für die Wechselbeziehung. „Mit einer unterschiedlichen Menge von BMP4 und Calmodulin sind im Hühnchen alle Schnabelformen möglich", schildert Blum den genetischen Zusammenhang.

Weitere Veranstaltungen zum Darwin-Jahr

Im Herbst setzt sich die Vortragsreihe zum Darwin-Jahr an der Universität Hohenheim fort. Dann wird sich der Kieler Professor Stanislav Gorb am 15. Oktober 2009 den „Haften und Klammern im Tierreich“ widmen. Prof. Detlef Weigel vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen beleuchtet am 29. Oktober „Pflanzen im Wandel – Anpassung in der Natur und der Züchtung“. „Was Darwin nicht wissen konnte“ schildert außerdem der Kasseler Professor Ulrich Kutschera am 3. Dezember 2009. Darüber hinaus werden im September und Oktober eine zweiwöchige Summer-School sowie ein viertägiges Symposium stattfinden.

Seiten-Adresse: https://www.gesundheitsindustrie-bw.de/de/fachbeitrag/aktuell/schnaebel-und-gene-neue-erkenntnisse-bei-darwin-finken/