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PolarNEWS Magazin - 20 - D

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Text: Barbara Post

Text: Barbara Post Bisher war das antarktische Festland für Geologen und Wetterkundler interessanter als für Evolutionsbiologen: Die konzentrierten sich bei ihrer Forschung nach der Entstehung und Entwicklung des Lebens auf den Antarktischen Ozean, weil dort die Artenvielfalt sehr viel höher ist als auf dem Festland. Das scheint ja auch einleuchtend: Die Antarktis ist seit Jahrmillionen abgetrennt von anderen Kontinenten, und weniger als 1 Prozent der gesamten Fläche ist nicht permanent mit Schnee und Eis bedeckt – die aus dem Eis ragenden Berggipfel, Klippen und saisonal schnee- und eisfreien Regionen mitgerechnet. Da bleibt wenig Platz für Tiere. Doch dieses Jahr haben andere Wissenschaftler das Erbgut einer winzigen Fliege, die ausschliesslich auf dem eisigen Festland lebt, genauer unter die Lupe genommen (wissenschaftlich: das Genom sequenziert). Seither interessieren sich die Evolutionsbiologen brennend für das kalte «terrestrische Habitat Antarktis» und für diese flügellose Fliege mit dem sonderbaren Namen Belgica antarctica. Paarung: Das Weibchen ist grösser. Am Boden: Wissenschaftler bei der Palmer Station auf der Suche nach Larven. Larven: Bis zu 7 Millimeter lang. Ein Riese unter den Landtieren Ihren Namen hat die Fliege von der Belgica-Expedition 1897–1899, genauer vom belgischen Insektenforscher Jean-Charles Jacobs, der das Tier 1900 in Brüssel untersuchte, nachdem man es ihm von der Antarktis mitgebracht hatte. Seither heisst Belgica antarctica in jeder Sprache nach ihrem lateinischen Namen. Warum die Fliege nie einen deutschen oder englischen oder französischen Namen erhalten hat, weiss niemand genau. Fest steht: Die Belgica antarctica gehört zur Familie der Zuckmücken, das heisst, sie treten in Schwärmen auf, wie wir das von unseren Mücken kennen. Nur dass die Belgica antarctica keine Flügel hat und deshalb nicht fliegen kann. Das könnte das federleichte Tierchen sowieso nicht, weil der Wind viel zu stark und viel zu oft bläst. Dafür ist sie mit 6 Millimetern Körperlänge das grösste terrestrische Landtier des antarktischen Kontinents. Das heisst, sie ist von allen Tieren, die ihr ganzes Leben auf dem Festland des antarktischen Kontinents verbringen, das grösste. Ihr Verbreitungsgebiet erstreckt sich von der Marguerite Bucht nordwärts bis zu den Südlichen Shetlandinseln. Überlebenskünstler Es ist ein hartes Leben unter extremer Kälte und Trockenheit. Kein Wunder, dauert es ganze zwei Jahre, bis die Larve auf die energieaufwendige Verpuppung vorbereitet ist. In dieser Zeit frisst sie Algen, Moose, Mikroorganismen und zerfallende organische Substanzen – das letztere erklärt, warum man sie meist in der Nähe von Vogeloder Robbenkolonien findet, wo der Boden durch Fäkalien gedüngt wird. Aktiv ist die Larve allerdings nur bei «Schönwetter», also bei Temperaturen über dem Gefrierpunkt zwischen 1 und 3 Grad. Und das gibts im besten Fall vier Monate pro Jahr. Manchmal auch nur einen Monat. Für den Rest des Jahres graben sich die Larven rund einen Zentimeter tief in den Boden. Bedeckt von isolierender Erde, Schnee und Eis, verharren sie dann bei Temperaturen von rund minus 5 Grad, während «draussen» die Luft bis zu minus 40 Grad kalt ist. Damit die Larven keine Frostschäden erleiden, produzieren sie ähnlich wie viele antarktische Fische aus Zucker und Alkoholen ein körpereigenes Frostschutzmittel. Dieses verhindert die Kristallbildung von Wassermolekülen im Körper und stabilisiert die Zellwände. Sollte es in den Bodenritzen trotzdem richtig kalt werden, ist die Belgica antarctica dermassen gut auf den Notfall vorbereitet, dass selbst Biologen in grenzenloses Staunen geraten: Sie kann bis zu einem Monat Bilder: Richard E. Lee Jr., Peter Rejcek/NSF 90 PolarNEWS

Im Labor werden die gesammelten Larven sortiert und untersucht. ohne Sauerstoff leben. Sie übersteht einen Verlust der körpereigenen Flüssigkeit von bis zu 70 Prozent ihres Gesamtgewichts. Weder eine stark salzhaltige noch eine stark saure Umgebung kann den Larven etwas anhaben, auch gegen UV-Strahlung sind sie so gut wie immun. Und wenn es wirklich bitterkalt wird, können sie sich bis minus 20 Grad sogar vorübergehend einfrieren lassen – wenigstens die meisten von ihnen. Umgekehrt ertragen sie warme Temperaturen nur schlecht, wie Forscher in Laborversuchen herausgefunden haben: Schon bei 10 Plusgraden sterben sie innerhalb weniger Wochen, bei 30 Grad sogar innert weniger Stunden. Sind alle Gefahren schadlos überstanden, schlüpfen die ausgewachsenen Insekten nach zwei Jahren im Frühsommer und im Sommer. Von diesem Moment an sind ihre Tage gezählt, und zwar ziemlich genau auf zehn. Deshalb muss jetzt alles sehr schnell gehen. Schon am ersten Tag paaren sich die Mücken, ein paar Tage später legt das Weibchen 30 bis 50 Eier an einem Filament genannten Faden in kleine Bodenritzen – und stirbt. Der Kreislauf beginnt von neuem. Die Belgica antarctica ist übrigens schwarz wie die antarktische Nacht: So absorbiert sie die Sonnenwärme besser. Gängige Theorie widerlegt Das alles fasziniert die Zoologen, erklärt aber noch nicht das eingangs erwähnte Interesse der Evolutionsbiologen an der Belgica antarctica. Das ergab sich folgendermassen: Man glaubte lange, dass die antarktischen Landlebensräume durch wiederholte Vereisungen während der Eiszeiten immer wieder neu besiedelt werden mussten. Doch die Evolutionsgeschichte von Belgica antarctica beweist anderes. Ihre Vorfahren haben sich laut genetischer Analyse vor etwa 49 Millionen Jahren von ihren nächsten verwandten Arten getrennt. Weil sich aber der antarktische Kontinent erst zwischen 30 und 33 Millionen Jahren von Südamerika abgespalten hat, muss die Belgica antarctica spätestens seit diesem Zeitpunkt isoliert überlebt haben. Folglich müssen immer Lebensräume am heutigen antarktischen Kontinent vorhanden gewesen sein, die von der Vereisung verschont blieben. Wissenschaftler um Joanna Kelley von der Washington State University haben die DNA der Belgica antarctica entschlüsselt, um in den Genen eine mögliche Antwort auf die speziellen Anpassungsfähigkeiten zu suchen. Was sie fanden, überraschte die Forscher: Das kleinste Genom, das bisher entdeckt wurde! Das Genom der Belgica antarctica umfasst nur 99 Millionen Basenpaare. Zum Vergleich: Das Genom eines Menschen enthält etwa 3,2 Milliarden Basenpaare. Doch trotz der geringen Zahl an Basenpaaren besitzt das Insekt mit 13’500 Genen ähnlich viele Gene wie andere Fliegen. Wir Laien müssen diese Entdeckung nicht im Detail verstehen. Aber wir können nachvollziehen, warum die Wissenschaftler jetzt irritiert sind: Bisher gingen sie nämlich davon aus, dass Tiere über ein besonders grosses Erbgut verfügen müssen, wenn sie sich besonders schwierigen Lebensumständen anpassen wollen. Doch wie wir gesehen haben, hat sich die Belgica antarctica mit vielen ausgeklügelten Tricks ihrem unwirtlichen Lebensraum angepasst und verfügt trotzdem nur über ein klitzekleines Erbgut. Jetzt denken die Evolutionsbiologen darüber nach, ob sie ihre Theorie umkehren müssen. Und welche Rolle der Stoffwechsel spielt. Denn die Forscher entdeckten auch eine vergleichsweise hohe Zahl von Genen, die für den Stoffwechsel zuständig sind. Der kleine Riese wird also die Forscher noch lange auf Trab halten. Fallhilfe: Die Larven fallen durchs Sieb. PolarNEWS 91

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