Neugier: grundlegende Triebkraft für die Anpassung von Tieren

Wie Tiere auf unbekannte oder neuartige Stimuli reagieren, ist ein Schlüsselaspekt ihrer Fitness. Ihre Reaktionen, wenn sie sich in einer neuen Umgebung befinden oder mit neuen Fressfeinden, potenziellen Partnern oder Konkurrenten und Nahrungsressourcen interagieren, können einen bedeutenden Einfluss auf ihr Überleben und ihre Reproduktion haben. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Verhaltensweisen in verschiedenen ökologischen Kontexten bevorzugt werden können. Zu den verschiedenen Verhaltensweisen, die ein Tier zeigen kann, gehört insbesondere die Neugierde. Letztere ist eine wichtige Persönlichkeitseigenschaft, die die Anpassung und das Überleben von Tieren beeinflusst.

Dieser Aspekt wurde kürzlich in einer Forschung untersucht, deren Ergebnisse in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurden. Untersuchungsort ist der Tanganjikasee, ein Gewässer im Herzen Afrikas, das als natürliches Labor dient, in dem die große Artenvielfalt untersucht werden kann. Im See findet man zahllose Buntbarscharten, die sich durch eine außergewöhnliche Vielfalt an Formen, Ernährungsweisen, Lebensräumen und Färbungen auszeichnen. Diese breite Palette von Merkmalen ermöglicht es ihnen, sich innerhalb ein und desselben Sees an unterschiedliche ökologische Aufgaben anzupassen und zu spezialisieren. Da seit langem vermutet wird, dass die Neugierde auch bei der Entstehung neuer Arten und damit bei der Artenvielfalt eine Rolle spielt, hat ein Forscherteam unter der Leitung von Professor Walter Salzburg von der Universität Basel diese Fische untersucht, um die Rolle von Verhaltensunterschieden bei ihrer Anpassung an verschiedene ökologische Nischen zu erforschen.

Insgesamt neun Monate lang hat die Erstautorin, Dr. Carolin Sommer-Trembo, das "Erkundungsverhalten" von 57 verschiedenen Buntbarscharten am Südufer des Tanganjikasees aufgezeichnet. Zu diesem Zweck machte die Zoologin Videoaufnahmen davon, wie sich die etwa 700 im See gefangenen Buntbarsche verhielten, nachdem sie in eine neue Umgebung (große Versuchsbecken) gebracht worden waren. Nach dem experimentellen Teil, der es ihr ermöglichte, alle notwendigen Daten zu sammeln, wurden die Fische in ihre natürliche Umgebung am jeweiligen Fangort entlassen.

Die Forscherin analysierte jedes einzelne Video, um zu beurteilen, wie sich die einzelnen Arten an diese neuen Umgebungen angepasst hatten. Insbesondere ermittelte sie, welche Bereiche des Versuchsteichs von jedem Fisch über einen Zeitraum von 15 Minuten erkundet wurden. Daraus schloss er, dass insgesamt große Unterschiede im Erkundungsverhalten zwischen den verschiedenen Fischarten zu beobachten waren. Dies deutet auf einen engen Zusammenhang zwischen Verhalten, Habitatpräferenz und körperlichen Merkmalen hin. Insbesondere wurde festgestellt, dass die größeren Buntbarsche in Küstennähe eine größere Neugier zeigten als ihre langgestreckten Artgenossen in offenen Gewässern.

Es ist daher offensichtlich, dass es deutliche Unterschiede zwischen verschiedenen Arten von Fischen auf der Verhaltens- und folglich auf der Anpassungsebene gibt. Allerdings ist die Genetik, die der adaptiven Verhaltensvariation zugrunde liegt, im Allgemeinen nur unzureichend verstanden. Um diese Lücke zu schließen, wurde in der Studie eine genetische Analyse durchgeführt, um die bei Buntbarschen beobachteten Verhaltensunterschiede zu verstehen. Das Forschungsteam arbeitete mit Dr. Milan Malinsky von der Universität Bern zusammen, um eine neue Methode der Genomanalyse zu entwickeln, die es ihnen ermöglichte, Daten zwischen verschiedenen Arten zu vergleichen.

Mit Hilfe dieser neuen Methode identifizierten die Forscher eine genetische Variante im Genom der Buntbarsche, die eine nahezu perfekte Korrelation mit dem Erkundungsverhalten aufweist. Insbesondere stellten sie fest, dass es einen SNP (Single Nucleotide Polymorphism) gibt, bei dem Arten mit einem 'T' (Thymin) in diesem Genombereich eine besondere Neugier zeigen. Im Gegensatz dazu zeigen Arten mit einem 'C' (Cytosin) ein weniger forschendes Verhalten. Durch den Einsatz fortschrittlicher Genetic Editing-Technologie konnten die Forscher Mutationen in dieser spezifischen DNA-Region herbeiführen und so die Neugier der Buntbarsche steigern. Das Team nutzte auch künstliche Intelligenz, um Vorhersagen über das Erkundungsverhalten von bisher nicht untersuchten Buntbarscharten zu treffen.

Interessanterweise befindet sich die identifizierte genetische Variante in der Nähe des cacng5b-Gens, das auch bei anderen Wirbeltieren, einschließlich Menschen, vorkommt. Die Besonderheit dieses Gens besteht darin, dass es mit neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen wie Schizophrenie und bipolaren Störungen in Verbindung gebracht wird, die wiederum mit Persönlichkeitsstörungen zusammenhängen können. Das bedeutet, dass die Ergebnisse dieser Forschung über die Grenzen des Tanganjikasees hinausgehen, da sie auch im Bereich der menschlichen Gesundheit von Nutzen sein könnten.

Die Buntbarsche sind eine bemerkenswert vielfältige Gruppe von Süßwasserfischen, die hauptsächlich in den tropischen Regionen Afrikas sowie Mittel- und Südamerikas vorkommen. Man geht davon aus, dass die phänotypisch vielfältigste Gruppe von Buntbarschen der Welt im Tanganjikasee zu finden ist, dem ältesten der großen Seen in Ostafrika und dem größten Süßwassersee Afrikas, gemessen am Wasservolumen (32.600 km2 mit einer maximalen Tiefe von 1470 m). Dennoch liegt er in Bezug auf den Artenreichtum an dritter Stelle hinter dem Malawi- und dem Viktoriasee. Der außergewöhnliche Artenreichtum dieser Seen ist häufig das Ergebnis einer intralakustrischen adaptiven Radiation, in deren Verlauf sich ein gemeinsamer Vorfahre rasch in neue, phänotypisch unterschiedliche Arten diversifiziert, die bestimmte ökologische Nischen besetzen. Aus diesem Grund gibt es an diesen Orten eine große Vielfalt an Buntbarschen und mehr.

Die körperliche Vielfalt der Buntbarsche ist erstaunlich: Ihre Größe variiert stark, von wenigen Zentimetern bis zu über 30 Zentimetern Länge. Ihre Körper können schlank und langgestreckt oder kurz und gedrungen sein, angepasst an verschiedene Arten von Wasserströmungen und Raubdruck. Die Färbung der Buntbarsche ist ebenso vielfältig und spielt oft eine wichtige Rolle bei Paarungsritualen. Leuchtende Farben können Artgenossen anlocken oder Rivalen einschüchtern. Aber das ist noch nicht alles: Diese Tiere zeigen eine breite Palette von ausgeprägten Verhaltensweisen. Einige Arten sind beispielsweise für ihre komplexen Balztänze und ihr ausgeklügeltes Fortpflanzungsverhalten bekannt. Dazu gehört auch das Ausbrüten mit dem Mund, bei dem das Weibchen oder manchmal sogar das Männchen befruchtete Eier in seinem Mund trägt, um sie bis zum Schlüpfen zu schützen. Andere haben einzigartige Fütterungsstrategien entwickelt, wie das Schaben von Algen oder das Öffnen von Muscheln.

Trotz ihrer bemerkenswerten Anpassungsfähigkeit sind viele Buntbarscharten durch Umweltveränderungen wie Verschmutzung, Lebensraumverlust und die Einführung von nichtheimischen Arten bedroht. In Anbetracht der großen Artenvielfalt und der unterschiedlichen Nischen, die sie besetzen, kommt diesen Fischen eine große ökologische Bedeutung zu. Außerdem sind sie eine wichtige Modellgruppe für evolutionsbiologische Studien, insbesondere für das Verständnis des Prozesses der Artbildung, durch den neue Arten entstehen. Ihre rasche Artbildung und die verschiedenen Formen der Anpassung machen sie zu einer idealen Gruppe für die Untersuchung der genetischen, ökologischen und verhaltensbiologischen Evolution. Insgesamt tragen Buntbarsche nicht nur wesentlich zur Biodiversität ihrer heimischen Lebensräume bei, sondern liefern auch wertvolle Einblicke in die Evolutionsprozesse, die die Vielfalt des Lebens auf der Erde bestimmen.