Die Kategorisierung von Lebewesen in Arten und Gattungen ist eine Grundlage aller biologischen Forschungen. Sie folgt dabei einem Ordnungsschema, dessen wesentliche Eckpunkte bereits vor vielen Jahrzehnten gesetzt wurden. Neue Forschungsergebnisse am Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften (ÖAW) stellen nun einen  zentralen Bestandteil dieses klassischen Verständnisses infrage: die Entstehung von Arten. In einer internationalen Kooperation fanden die Forscher/innen rund um GMI-Direktor Magnus Nordborg dabei heraus, dass der Ablauf der Artenbildung deutlich komplexer sein dürfte, als bisher angenommen.

Die klassische Betrachtungsweise sieht den Artbildungsprozess als einfache Aufspaltung, bei der sich Gruppen von Lebewesen trennen und dann unabhängig voneinander weiterentwickeln. Mithilfe des Unkrauts Arabidopsis  (Schaumkresse) gelang es den Forscher/innen jedoch, diese klassische Sichtweise erheblich zu relativieren. In einer in der Fachzeitschrift Nature Genetics publizierten Studie verglichen sie die Genome von 94 Individuen dieser Pflanze, die insgesamt 27 verschiedene Arten umfasst, darunter die Modellpflanze Arabidopsis thaliana ebenso wie ihre nordische Verwandte Arabidopsis lyrata und die schwermetalltolerante Arabidopsis halleri.

Auf verschlungenen Pfaden

Die analysierten Genome spiegelten in der Studie nicht nur den Grad der aktuellen Verschiedenheit der einzelnen Arten wider. Sie ließen darüber hinaus Rückschlüsse auf die Zeit und den Ablauf der Differenzierung zu. So konnte gezeigt werden, dass der Prozess der Artenbildung nicht als einfache, lineare Abspaltung erfolgte. Obwohl angenommen wird, dass sich Arabidopsis thaliana vor sechs Millionen Jahren von den anderen Arten getrennt hat, fanden die Forscher/innen heraus, dass diese Art mehr genetische Variationen mit der Arabidopsis lyrata gemeinsam hat als mit anderen Arten. Das beweist, das Arabidopsis thaliana und lyrata sich sehr viel später als vermutet voneinander unabhängig fortpflanzten und daher eigene Arten wurden. Somit fanden sich klare Hinweise darauf, dass die Trennung in Arten nicht sauber und unumkehrbar erfolgen muss, sondern auch  neuerliche genetische Annäherungen, Mischungen, Trennungen und Wiedervereinigungen beinhaltet.

Vereinigende und trennende Gene

Das Interesse der Forscher/innen erregten außerdem einzelne Gene, die sich im Lauf der Artbildungsprozesse kaum veränderten. Insbesondere vier Gene, die in die Abwehr von Viren involviert sind, verfügten über gemeinsame Varianten quer durch die gesamte Gattung. Andere Gene wiederum stellten sich für einzelne Arten als einzigartig dar. Sie könnten, so die Annahme der Forscher/innen, sogar treibende Faktoren der Artentwicklung gewesen sein: beispielsweise Gene für metallbindende Proteine in der schwermetalltoleranten Art Arabidopsis halleri oder neue Varianten von Genen der nördlichsten Arabidopsis-Art, Arabidopsis lyrata, die mit dem Tagesrhythmus der Pflanzen zusammenhängen.

Die GMI-Forscher/innen sehen in den neuen Erkenntnissen einen weiteren wichtigen Schritt hin zur Erforschung der komplexen Prozesse, die Anpassung und Artbildung ermöglichen. GMI-Studien-Autorin Polina Novikova zufolge stelle sich nun etwa eine grundsätzliche Frage zur Verteilung von Genen über die Arten: „Waren dies rein zufällige Ereignisse oder wurden dadurch wichtige Beiträge zur Fähigkeit dieser Pflanzen geleistet, sich an bestimmte Umgebungen anzupassen?“ An neuen Forschungsperspektiven dürfte es gerade nach der Relativierung des klassischen Verständnisses jedenfalls nicht mangeln.