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Artenvielfalt: Wie Flüsse die Evolution antreiben

Die üppige Artenvielfalt des Amazonas könnte teilweise auf die Dynamik der sich verzweigenden Flüsse zurückzuführen sein: Sie wirken wie unsichtbare Zäune, die Vogelpopulationen immer wieder voneinander abriegeln, um sie dann erneut zu vereinen.
Der Juruá-Fluss in Amazonien
Selbst im Vergleich zum Amazonas eher kleine Flüsse wie der Juruá bilden für manche Tiere unüberwindliche Barrieren.

Aus dem Fenster eines Passagierflugzeugs, das über den Amazonas fliegt, ist die Aussicht atemberaubend. »Man sieht kilometerlange Flüsse und Flussinseln«, sagt Lukas Musher, ein Postdoc an der Akademie der Naturwissenschaften der Drexel University. Die gewaltigen Flussläufe verzweigen sich wie ein dichtes, baumartiges Netzwerk, das sich im Lauf von Hunderttausenden von Jahren immer wieder neu formiert hat. Neue Äste kamen hinzu, alte verschwanden. Die vielen Fließgewässer unterteilen den Wald in abgegrenzte Räume, die jeweils eine eigenständige Welt für die unzähligen Lebewesen darstellen, die hier klettern, krabbeln und fliegen.

In einer 2022 veröffentlichten Studie im Fachmagazin »Science Advances« berichten Musher und seine Mitautoren, dass die fortwährende Umgestaltung der Flüsse offenbar die Artenvielfalt der Vögel in den Wäldern des Amazonas beflügelt hat. Stärker als bislang angenommen fungieren die dynamischen Flüsse als »Artenpumpe«, die den Amazonaswald zu einem der artenreichsten Orte auf dem Planeten gemacht haben. Obwohl das Tiefland des Waldes nur ein halbes Prozent der Landfläche des Planeten ausmacht, beherbergt es etwa zehn Prozent aller bekannten Arten – und zweifellos immer noch viele unbekannte.

Der Gedanke, dass sich ändernde Flussläufe die Artenbildung bei Vögeln beeinflussen können, stammt aus den 1960er Jahren. Gleichwohl haben die meisten Forscher dieses Phänomen als Ursache für die Diversifizierung von Vögeln oder Säugetieren außer Acht gelassen. »Lange Zeit haben wir die Flüsse als etwas Statisches betrachtet«, sagt John Bates, Kurator am Field Museum in Chicago, der nicht an der Studie beteiligt war.

Erst in letzter Zeit haben Biologen begonnen, auf die immer lauter werdenden Stimmen von Geologen zu hören. »Was die Biologen am meisten ins Grübeln brachte, war die Erkenntnis, wie dynamisch die Geologen die Flüsse einschätzen«, so Bates. Er hält viel von der Art und Weise, wie die vorliegende Arbeit nun biologische Daten mit geologischen Ideen verknüpft.

Weißband-Ameisenvogel | Viele Vogelarten aus dem Unterbau des Regenwalds wie dieser Weißband-Ameisenvogel (Myrmoderus ferrugineus) überqueren offene Flächen ungern oder gar nicht. Folglich stellen große Flüsse ein Hindernis für sie dar. Ändern die Ströme ihren Lauf, trennen sie mitunter Populationen voneinander, so dass diese sich sogar zu neuen Arten auseinanderentwickeln können.

Die Beziehung zwischen geografischem Wandel und biologischer Vielfalt ist »eines der umstrittensten Themen in der Evolutionsbiologie«, gibt Musher zu, der die Studie im Rahmen seiner Doktorarbeit durchgeführt hat. Einige Forscher sind der Meinung, dass die Erdgeschichte nur einen geringen Einfluss auf die Muster der biologischen Vielfalt hat, während andere von einer extrem engen, im Grunde linearen Beziehung zwischen den beiden ausgehen.

Ausflug in den Dschungel

Um den gestalterischen Einfluss der Ströme auf die Vögel im Amazonasgebiet zu untersuchen, unternahmen Musher und seine Mitarbeiter vom American Museum of Natural History und der Louisiana State University im Juni 2018 eine Expedition zu den Flüssen, die durch das Herz Brasiliens fließen. Sie sammelten Beispiele von Vögeln an mehreren Stellen auf beiden Seiten von zwei Flüssen: dem Aripuanã und dem Roosevelt – benannt nach Teddy Roosevelt, der 1914 als Teil eines Kartierungsteams dorthin reiste. Zusätzlich besorgten sie sich Proben, die zuvor von weiteren Institutionen an anderen Flüssen im Amazonasgebiet gesammelt worden waren.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich auf sechs Gruppen von Vogelarten, die in der Regel nicht sehr weit fliegen. »Wenn man wissen will, wie sich der Fluss auf Vögel auswirkt, muss man auch diejenigen Vögel auswählen, auf die sich der Fluss auswirkt«, witzelt Musher. Diese Arten, darunter etwa der Blauhals-Glanzvogel (Galbula cyanicollis) und das Tropfenmantel-Ameisenvogel (Phlegopsis nigromaculata), verbringen die meiste Zeit im Unterholz des südlichen Amazonas-Tieflands. Dort folgen sie Ameisenschwärmen und fressen Insekten, die von den Ameisen aufgescheucht wurden.

Die Forscher sequenzierten die Gene der Vögel und verglichen sie miteinander. So konnten sie feststellen, wie sich diese im Lauf der Zeit verändert haben. Anschließend setzten sie die entdeckten Veränderungen des Genoms in Beziehung zu geologischen Veränderungen derjenigen Flüsse, in deren Umgebung die Vögel lebten und leben. Wie erwartet stellte die Forschergruppe fest, dass Flüsse für die Vögel Barrieren darstellen: Wenn sich Flüsse verzweigten, wurden Populationen voneinander abgeschnitten. Selbst relativ kleine Flüsse konnten Populationen voneinander trennen und so die Unterschiede in deren Genom fördern. Die Wissenschaftler bestätigten ihre Ergebnisse mit einem Modell, das anhand der Anzahl der Mutationen einer Art darauf schließen lässt, vor wie langer Zeit sie von anderen Artgenossen getrennt wurde.

Immer in Bewegung

Sie bemerkten aber auch, dass die Flussläufe keine statischen, sondern dynamische Barrieren darstellen. Ehemals geteilte Flüsse vereinten sich oft wieder, so dass sich die getrennten Populationen neu vermischten. Manchmal waren die abweichenden Populationen nach einer langen Zeit der Trennung zu unterschiedlich, um sich wieder zu kreuzen. Es blieben fortan getrennte Arten. In der Regel nutzten die Vögel diese Wiedervereinigungen allerdings dazu, um jeweils neu erworbene Gene auszutauschen. Dieser »Genfluss« führte jedes Mal zu neuen Genkombinationen und habe wahrscheinlich im Lauf der Zeit eine Vielzahl neuer Vogelarten hervorgebracht, erklärt Musher.

Tatsächlich variierte die Diversifizierung der verschiedenen Arten je nachdem, wie und in welchem Zeitraum sich die Flüsse verändert hatten. Die Forscher fanden heraus, dass die Geologie im Westen des Amazonasbeckens einen stärkeren Genfluss zwischen den Vogelarten verursachte als im Osten. Im westlichen Amazonasgebiet ist die Landschaft eher flach und die Flüsse schlängeln sich viel mehr, weil ihre Ufer stärker erodieren, was den Flusslauf ändert. Im Osten hingegen ist die Landschaft sehr hügelig. Hier graben sich Fließgewässer ins Gestein, weshalb das Flussbett in der Regel viel stabiler und weniger kurvenreich ist.

Mit Hilfe eines mathematischen Modells konnten die Forscher zeigen, dass die heutigen Flüsse als Prädiktoren für die genetische Divergenz ausschlaggebender sind als Umweltbedingungen und die räumliche Entfernung zwischen den Arten. Veränderungen der Flussläufe seien also wichtig, damit ein Kontakt und somit ein Genfluss stattfinde, erklärt Musher. Vermutlich spielen dabei auch weitere Faktoren eine Rolle, die die Forscher nicht berücksichtigt haben – gleichwohl verdeutlichen die Ergebnisse, dass die Dynamik der Erde und ihre biologische Vielfalt bisweilen untrennbar miteinander verbunden sind.

»Selbst einige der relativ kleinen Flüsse im Amazonasgebiet sind so groß, dass es aus der Perspektive eines Vogels so aussieht, als würde man auf einen Horizont blicken«Philip Stouffer, Louisiana State University

Zwar klingt es zunächst unlogisch, dass Flüsse Vögel in ihrem Bewegungsradius einschränken können. Aber über manche Fließgewässer fliegen etliche Vogelarten erwiesenermaßen nicht hinweg. »Selbst einige der relativ kleinen Flüsse im Amazonasgebiet sehen aus der Perspektive eines Vogels so aus, als würde man auf einen Horizont blicken«, erklärt Philip Stouffer, Professor für Naturschutzbiologie an der Louisiana State University, der nicht an der Studie beteiligt war. »Für Vögel, die üblicherweise keine große Entfernungen zurücklegen, stellt das schlicht eine unüberwindbare Hürde dar.«

Hinzu kommt, dass viele Vögel, die an das Leben auf dem dunklen Waldboden angepasst sind, nur ungern sonnenbeschienene Lichtungen überqueren. Sie haben wenig Motivation, ihren bekannten Lebensraum zu verlassen – das Gleiche gilt übrigens für andere Tierarten, die mit den Vögeln im Amazonas leben. Außerdem konnte man schon zeigen, dass die Umgestaltung von Flüssen auch für die Diversifizierung von Wasserorganismen wie Fischen im Amazonasgebiet sehr wichtig ist. Vermutlich gilt Ähnliches für andere Arten wie Primaten und Schmetterlinge.

Vögel sind die wohl am besten erfasste Gruppe von Lebewesen auf unserem Planeten, doch selbst von ihnen »können wir immer noch etwas über die grundlegenden Muster der biologischen Vielfalt lernen«, sagt Musher. Laut ihm und seinen Kollegen beeinflussen wahrscheinlich ähnliche geologische Prozesse – sei es durch veränderte Flussläufe oder andere landschaftliche Veränderungen – auch anderswo auf der Erde die lokale Artenvielfalt. Gut möglich aber, dass es sich etwas anders darstellt als im Amazonasgebiet, denn: »Es gibt einfach nichts Vergleichbares auf der Erde.«

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