Kapitel 7: Haldane`sche Regel und hybridogene Artbildung.

Präsentation zum Thema: "Kapitel 7: Haldane`sche Regel und hybridogene Artbildung."—  Präsentation transkript:

1 Kapitel 7: Haldane`sche Regel und hybridogene Artbildung

2 Haldane’sche Regel postzygotischer Inkompatibilität und ihre genetische Basis
Was geschieht, wenn zwei Arten nach langer Zeit wieder zusammenkommen? Reinforcement was ist hybridogene Artbildung? unter welchen 2 Bedingungen ist hybridogene Artbildung möglich?

3 Die Haldane‘sche Regel und die postzygotische Inkompatibilität
Fragen: was ist die Haldanesche Regel? welche Erklärung hat der Genetiker Muller dafür gegeben? Haldane, britisch-indischer Genetiker(1892–1964)

4 Haldane’s Regel: In der F1 eines Arthybriden ist das heterogametische Geschlecht (XY) stärker geschädigt als das homogametische Geschlecht (XX): 1. in der Vitalität 2. in der Fertilität

5 Muller, amerikanische Genetiker (1890–1967)
Muller’s hypothetische Theorie: Der homogametische XX-Arthybrid hat exakt 1 haploiden Satz von jedem Elter. Der heterogametische XY-Arthybrid hat sein Geschlechtschromosom (X) nur von 1 Elter, aber die Autosomen von beiden Eltern (das Y-Chromosom hat nur wenige Gene und spielt hier keine Rolle). Das führt zu einem Ungleichgewicht zwischen autosomalen und X-chromosomalen Genen (X-Autosom-Disharmonie). Muller, amerikanische Genetiker (1890–1967)

6

7 X X Mutter X XX XX Töchter Y YX YX Söhne Vater Töchter erhalten immer 1 X von der Mutter und 1 X vom Vater Söhne erhalten immer 1 X von der Mutter und das Y vom Vater

8 Hybride aus Tiger und Löwe können männlich oder weiblich sein
Mutter: Autosomen/ Autosomen; X/X Vater: Autosomen/ Autosomen; XY Tochter: Autosomen/ Autosomen = Tiger/ Löwe; X/X Sohn: Autosomen/ Autosomen = Tiger/ Löwe; X/Y im Sohn fehlt ein vollständiges Geschlechtschromosom vom Löwen; das ist eine Geschlechtschromosom-Autosom-Disharmonie

9 Trauer-Fliegenschnäpper Halsband-Fliegenschnäpper
Für Arten, bei denen die Töchter X/Y sind, gilt Entsprechendes: Im Arthybriden sind die heterogametischen Töchter (XY) stärker in ihrer Fertilität geschädigt als die homogametischen Söhne (XX)  Trauer-Fliegenschnäpper Halsband-Fliegenschnäpper Bei Vögeln ist die Geschlechtschromosom-Autosom-Disharmonie in den Töchtern

10 Was geschieht, wenn zwei Arten in Allopatrie verschieden geworden sind,
und dann nach langer Zeit wieder zusammenkommen?

11 Wenn zwei Arten in Allopatrie verschieden geworden sind, dann gibt es 3 Möglichkeiten, wenn sie wieder zusammenkommen: 1.) Sie sind zwar in vielen Merkmalen verschieden geworden, postzygotisch aber immer noch verträglich: dann vermischen sie sich. 2.) Sie sind postzygotisch nicht mehr verträglich: dann sorgt die Selektion dafür, dass eine präzygotischen Abgrenzung entsteht: das ist „Reinforcement“ 3.) Die Hybriden grenzen sich gegen beide Elternarten ab und bilden eine neue (dritte) Art

12 Der Selektionsdruck für die Entstehung einer präzygotischen Isolation heißt: „Reinforcement“.
Reinforcement = starker Selektionsdruck für assortatives Paarungsverhalten (Ausschluss des artfremden Partners), so dass die Genpools auseinandergehalten werden. Es ist (im Darwinistischen Sinn) ein Fitnessvorteil für die Eltern, wenn sie sich durch assortative Partnerwahl nicht mehr vermischen. Dadurch wird die Erzeugung „minder-“fitter“ Hybrid-Nachkommen verhindert

13 Wenn verschiedene Arten nach langer Trennung zusammenkommen und hybridisieren, gibt es 3 verschiedene Möglichkeiten. Hierfür jetzt Beispiele für die 3 verschiedenen Möglichkeiten:

14 Schwarzkopfruderente Weißkopfruderente
Beispiel für Nr. 1: Die Arten sind zwar in vielen Merkmalen verschieden geworden, postzygotisch aber immer noch verträglich (kein Reinforcement): Ruderenten-Arten aus der Alten und der Neuen Welt: Schwarzkopfruderente Weißkopfruderente Die 1953 aus Nordamerika nach England eingeführte Schwarzkopfruderente hat sich auf 19 europäische Länder ausgebreitet und beginnt z.Zt., sich mit der Weißkopfruderente des Mittelmeerraumes zu vermischen, so dass wir ein „Artensterben“ durch Hybridisierung haben. Es gibt offenbar keine Reproduktions-Schranke; diese hat sich trotz der Jahrtausende langen geografischen Trennung nie ausgebildet.

15 1.) durch Art-Hybridisierung können Arten verschwinden:
„aus zwei wird eins“.

16 Beispiel für Nr. 2: Die Arten sind zwar in vielen Merkmalen verschieden geworden, postzygotisch aber nicht mehr verträglich (also: Reinforcement): Silbermöwe und Heringsmöwe: Silbermöwe Heringsmöwe Als in den 1920er Jahren im südlichen Nordseeraum die Heringsmöwe aus der Ostsee ins Verbreitungsgebiet der Silbermöwe eindrang, hybridisierten beide Formen zunächst relativ oft. Es gab keine präzygotische Schranke. Heute, nach nur wenigen Jahrzehnten, vermischen sich beide Arten nicht mehr. Es hat sich (unter Selektionsdruck wegen postzygotischer Nachteile) rasch eine präzygotische Schranke gebildet (= Reinforcement). Silbermöwe (ehemals Nordsee) und Heringsmöwe (ehemals Ostsee) brüten heute im gesamten Nord- und Ostseeraum als „echte Arten“ nebeneinander. Die schnell entstandene präzygotische Isolation „soll“ die Hybridisierung verhindern, weil die Hybriden offenbar postzygotische Nachteile haben.

17 Beispiel für Nr. 3: Schlickgras: durch Art-Hybridisierung können neue Arten entstehen: „aus zwei wird drei“ = hybridogene Artbildung: Spartina maritima Spartina alterniflora Spartina anglica 1816 wurde die Schlickgras-Art Spartina alterniflora aus Nordamerika nach Süd-England eingeschleppt. Dort hybridisierte die Art mit der heimischen Spartina maritima. Daraus entstand eine dritte Art: Spartina anglica.

18 Die besonderen Bedingungen für das (seltene) Phänomen der hybridogenen Artbildung
Wenn Hybride entstehen, so kreuzen sie sich normalerweise mit ihren beiden Elternarten zurück; denn sie finden ja nicht gleich einen ebensolchen Hybriden als Sexualpartner vor. Rückkreuzungen verhindern eine zu starke Vermischung der Arten miteinander. Normalerweise sind Hybride also mit ihren Elternarten in einer Reproduktionsgemeinschaft verbunden und können keine eigene neue Art (Reproduktionsgemeinschaft) aufbauen Wie also ist hybridogene Artbildung überhaupt möglich?

19 Hybridogene Artbildung ist an 2 wichtige Voraussetzungen gebunden:
Es muss spezielle Mechanismen geben, damit die Hybride vor Rückkreuzung mit den ursprünglichen Elternarten geschützt sind. Die Hybride müssen gegenüber ihren Elternarten isoliert sein. Nur dann haben die Hybride eine Chance, zu starken eigenen Populationen heranzuwachsen und sich gegenüber ihren beiden Elternarten als Konkurrenten erfolgreich durchzusetzen. Voraussetzung 2: Da die beiden Chromosomensätze des Hybriden von verschiedenen Eltern stammen, passen sie bei der meiotischen Paarung oft nicht zusammen. Das führt zu Fehlpaarungen und damit zur Sterilität. Also muss es spezielle Mechanismen geben, damit bei Hybriden die meiotische Paarung klappt. Beide Mechanismen (Punkt 1 und Punkt 2) finden wir bei manchen Pflanzen, aber fast nicht bei Tieren.

20 Voraussetzung 1: Wie wird verhindert, dass sich Art-Hybride mit ihren Eltern-Arten rückkreuzen? Die Antwort heißt: uniparentale Fortpflanzung = Parthenogenese oder Selbstbefruchtung. Uniparentale Fortpflanzung schließt die Rückkreuzung mit den Elternarten aus. Die neu entstandene Population bleibt reproduktiv isoliert ist, kann sich vermehren und dadurch konkurrenzfähig werden und sich gegen beide Elternarten durchsetzen. Deswegen finden wir die hybridogene Artbildung besonders bei Pflanzen; denn viele Pflanzen sind Zwitter (und gleichzeitig Selbstbefruchter)

21 Punkt 1: Pflanzen haben häufig die Fähigkeit zur Selbstbefruchtung
Punkt 1: Pflanzen haben häufig die Fähigkeit zur Selbstbefruchtung. Bei Tieren ist das selten, obwohl es auch bei Tieren viele Zwitter gibt (z.B. Trematoden, Cestoden und Schnecken). Aber die meisten Tiere können sich trotzdem nicht selber befruchten. Ausnahmen finden wir vor allem bei Plathelminthen-Parasiten. Das bekannteste Beispiel ist der Schweinebandwurm Taenia solium, der ganz allein im Darm des Menschen lebt und daher mit sich selber kopulieren muss. Und erwartungsgemäß finden wir gerade bei Plathelminthen die wenigen Beispiele aus dem Tierreich für hybridogene Artbildung.

22 Voraussetzung 2: Wie schaffen es Hybride, dass bei ihnen die meiotische Paarung (zwischen zwei artverschiedenen Chromosomensätzen) klappt? Voraussetzung 2: meiotische Paarung wird möglich durch Tetraploidie: Pflanzen haben die Fähigkeit, Chromosomensätze durch Endomitose (= DNA-Replikation ohne Zellteilung) zu verdoppeln (Zelle wird tetraploid). Bei Tieren ist das selten. Warum, weiß man nicht.

23 Tetraploidie: Verdoppelt sich durch mitotisches Nondisjunction (Endomitose) die Chromosomenzahl zur (Allo)tetraploidie, so können die Hybride normale Reduktionsteilung machen, weil es zu jedem Chromosom einen homologen Partner gibt, mit dem es sich während der Meiose paaren kann. Hybrid: keine Chromosomenpaarung möglich Tetraploidie: Chromosomempaarung möglich Endomitose = Chromosomenverdoppelung ohne anschließende Zellteilung

24 Hybridogene Artbildung über Allopolyploide:
Es ist eine Artbildung innerhalb einer einzigen Generation; denn ist die Pflanze erst einmal tetraploid, so kann sie sich nicht mehr mit den Eltern rückkreuzen, weil das zu Triploiden führen würde, die nicht Meiose-fähig sind. In nur einer Generation wirkt die reproduktive Isolation des Allotetraploiden gegen seine Eltern als postzygotische Barriere. Der Genfluss zwischen einer winzigen Population von tetraploiden Individuen und der sie umgebenden diploiden Elternpopulationen A und B ist unterbrochen.

25 Viele Pflanzenarten sind durch hybridogene Artbildung über Allopolyploide entstanden, z.B. viele unserer Nahrungs-Pflanzen. Der Brotweizen Triticum aestivum ist eine hexaploide Form, die wahrscheinlich vor rund 5000 Jahren als spontaner Hybrid eines tetraploiden Kulturweizens und eines diploiden Wildgrases entstand. Hafer, Baumwolle, Kartoffel und Tabak sind weitere polyploide Hybrid-Produkte.