Abschlussbericht des Graduiertenkollegs (pdf) - Zentrum für ...
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Spessart, dem Gebiet der in die Ostsee mündenden Warnow und als outgroup eine Zuchtpopulation mittels DNA-Fingerprinting mit der Oligonucleotidsonde (GATA)4 auf ihre genetische Variabilität untersucht. Die hierbei untersuchten Populationen zeigen sich genetisch stark strukturiert. Zwar lassen sich geografische Untereinheiten, die auch in der Clusteranalyse eng beisammen liegen, zusammenfassen, die Variabilität innerhalb der gepoolten Populationen ist aber immer noch sehr hoch. Die Verteilungsmuster der Fragmente in den untersuchten Gewässern weichen stark voneinander ab. Populations- oder wuchsgebietsspezifische Banden konnten nicht detektiert werden, obwohl innerhalb von Populationen Banden bei allen Tieren dieser Stichproben vorkamen. Die gewonnenen BSF-Werte zeigen in allen Populationen keine signifikante Abweichung von einer Normalverteilung. Abweichungen ergeben sich in der Lage der Mittelwerte, Mediane und der Varianz. Populationen in kleinen naturnahen Bächen erreichen durchschnittliche mittlere BSF-Werte von 0,5 und darüber. Genetische Isolation bedingt einen Anstieg der mittleren BSF-Werte auf 0,7. Die beobachteten Heterozygotiegrade erreichen im Vergleich mit Isoenzymen sehr hohe Werte zwischen 0,3 und 0,9. Naturnahe Populationen zeigen geringere Werte, jedoch ist die gesamte genetische Variabilität groß genug, um Inzuchtdepression in den vom Genpool her limitierten Populationen entgegenzuwirken. Die genetischen Distanzen der Populationen zeigen ebenfalls eine deutliche Differenzierung der untersuchten Geboiete. Allein die Populationen aus dem Hunsrück zeigen keinen Unterschied in bezug auf die genetischen Distanzen. Korrelationen zwischen genetischer und geografischer Distanz konnten in keinem Fall beobachtete werden. Insgesamt zeigen sich die untersuchten Populationen sehr heterogen. Selbst innerhalb der Gewässersysteme besteht eine Unterteilung in distinkte Subpopulationenh. Die gewonnenen FST -Werte bestätigen dies. Auf Grund der FST -Werte berechnete effektive Migranten pro Generation zwischen den Populationen erreichen in keinem Fall Werte über 1, was eine weitergehende Fixierung der genetischen Unterschiede in den Populationen erwarten lässt. Die beobachtete Fraktionierung der Gesamtpopulation macht die Erhaltung einer möglichst grossen genetischen Vielfalt zu einem äusserst schwierigen Unterfangen. Besatzmaßnahmen können diese Vielfalt durch ihren eingeschränkten Genpool nicht erhalten. Schutz der Habitate, Rückbau von Querverbauungen und Schutz vor Überfischung scheinen effektive Mechanismen zu sein, um bedrohen Populationen zum Überleben zu verhelfen und die natürliche genetische Variabilität zu erhalten. 8.4.5 Untersuchung historischen und rezenten Genaustauschs zwischen südostasiatischen Festlands- und Inselpopulationen ökologisch unterschiedlich angepaßter Froscharten Bearbeiter: Dipl.-Biol. Joachim Kosuch Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. A. Seitz In dieser Arbeit sollen mittels DNA-Sequenzierung die genetischen Austauschprozesse verschiedener Froscharten auf den Großen Sundainseln (Indonesien) und dem daran angrenzenden malayischen Festland untersucht werden. Auf der Basis der Allozymelektrophorese wurden bereits erste Hinweise auf unterschiedliche genetische Differenzierungsmuster gefunden (Kosuch et al. 1994: Genetische Differenzierungsmuster verschiedener Froscharten (Genus Rana s.l. auf den Großen Sundainseln (Java, Sumatra, Borneo.- Verh. Dtsch. Zool. Ges. 87:310), die auf zeitlich unterschiedliche Kolonisationsprozesse und Genflüsse zurückgeführt werden können. Diese ersten Ergebnisse sollen durch die in länger zurückliegende evolutive Zeiträume auflösende DNA-Sequenzierung zweier mitochondrialer Gene mit unterschiedlichen Evolutionsraten überprüft und/oder abgesichert werden. Zudem soll neben Vertretern der Gattung Rana (R. (limnonectes) limnocharis, R. (limnonectes) cancrivorus, R. (limnonectes) kuhlii, R. (limnonectes) blythii, R. erythraea) mit Polypedatus leucomystax (Rhacophoridae) eine andere, baumbewohnende Froschart 70
in die Untersuchung einbezogen werden, da die meisten Rana-Arten eine obligat terrestrische Lebensweise besitzen, und somit in ihrem Dispersionsverhalten und damit auch in ihrem Differenzierungsmuster von baumbewohnenden Arten potentiell abweichen. Anhand von Genstammbäumen der mtDNA-Haplotypen wird in Verbindung mit den in dieser Region bekannten geographischen Veränderungen versucht, die molekulare Uhr zu eichen und damit die den genetischen Differenzierungsmustern zugrunde liegenden Prozesse zu identifizieren. Bezüglich der Gattung Rana wird die Untersuchung außerdem grundsätzliche Informationen zur Phylogenie liefern, insbesondere, da als potentielle ” Outgroups“ Rana-Arten aus Europa, Nordamerika, Afrika und Vorderasien einbezogen werden können. Ein weiterer interessanter Aspekt wird der Vergleich der DNA-Sequenzanalysen mit den bereits durchgeführten allozymelektrophoretischen Analysen sein, der eine Bewertung hinsichtlich ihrer Aussagekraft auf unterschiedlichen evolutiven Differenzierungsebenen zulassen sollte. 8.4.6 Modellierung und Simulation der Wirkungen von Fremdstoffen in einem See Bearbeiter: Dr. Detlef Oertel Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. A. Seitz Erster Arbeitsschwerpunkt war ein Vergleich zwischen den Ergebnissen des Simulationsprogramms SIM- PEL und gewonnen Freilanddaten zu physikalischen und biologischen Parametern von fünf verschiedenen Seen. Diese Daten waren im Rahmen des Forschungsvorhabens ” Auswirkungen von Fremdstoffen auf die Struktur und Dynamik von aquatischen Lebensgemeinschaften in Labor und Freiland“ von anderen Mitarbeitern des Projektes über mehrere Jahre gewonnen worden. Um einen Vergleich zwischen diesen Freilanddaten und den jetzigen Simulationen zu ermöglichen, wurden die Daten zusammengefaßt und in ein einheitliches, der elektronischen Datenverarbeitung zugängliches Format gebracht. Desweiteren wurden die aus den Zählungen von Zooplanktonorganismen gewonnen Abundanzdaten unter Berücksichtigung von Literaturwerten und neuen Untersuchungen aus dem genannten Projekt in Daten zur Dynamik der Biomassen verschiedener auqatischer Funktionsgruppen konvertiert. Das entsprechende Datenpaket (inklusive der angepassten Auswertungs- und Darstellungs-Software) konnte anderen Mitarbeitern für die weitere Anwendung bei anderen Fragestellungen zu Verfügung gestellt werden. Der Vergleich zwischen den so gewonnen Freilanddaten und den Simulationen zeigte gravierende Unterschiede auf. Zum Teil sind dies Effekte, für die die Ursache in Problemen während der Datenerhebung oder meteorologischen Besonderheiten während der Erhebung zu suchen sind. Daneben leiten sich aus dem Vergleich auch kritische Fragestellungen zu dem verwendeten Modell ab. Diese Fragestellungen lassen sich im wesentlichen in drei Bereiche aufspalten: 1. Parameterprobleme: Der bisher verwendete Parametersatz war in manchen Annahmen von der Realität zu weit entfernt. Entsprechend wird inzwischen mit einem verbesserten Parametersatz gearbeitet. 2. Modellstrukturprobleme: Die bisher verwendete Modellstruktur ist nicht in der Lage, einige im Freiland beobachtete Phänomene zu erklären (wie z.B. metastabile kopfständige Biomassenpyramiden). Hier werden Überlegungen zur einer Erweiterung des Modells (Bacterial-Loop, Schichten-Modell) angestellt. Dabei sind jedoch die Schwierigkeiten unter 3. zu beachten 3. Probleme der ” Modellierungsphilosophie“: Die genaue Untersuchung des Verhaltens verschiedener Modelle zur Simulation auqatischer Systeme zeigte, daß aufgrund der vorhandenen nichtlinearen Modellgleichungen das Systemverhalten qualitativ empfindlich auf geringfügige Änderungen der verwendeten Parameter oder Modellgleichungen reagiert. Die unter Punkt 2 diskutierten Erweiterungen des Modells tragen tendenziell zur Verschärfung dieses Problems bei. Es werden daher grundsätzlich Veränderungen des Modellierungsansatzes (z.B. Modelle mit sich dynamisch optimierenden Funktionsgruppen) diskutiert. 71
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Spessart, dem Gebiet der in die Ostsee mündenden Warnow und als outgroup eine Zuchtpopulation mittels<br />
DNA-Fingerprinting mit der Oligonucleotidsonde (GATA)4 auf ihre genetische Variabilität untersucht.<br />
Die hierbei untersuchten Populationen zeigen sich genetisch stark strukturiert. Zwar lassen sich geografische<br />
Untereinheiten, die auch in der Clusteranalyse eng beisammen liegen, zusammenfassen, die Variabilität<br />
innerhalb der gepoolten Populationen ist aber immer noch sehr hoch.<br />
Die Verteilungsmuster der Fragmente in den untersuchten Gewässern weichen stark voneinander ab.<br />
Populations- oder wuchsgebietsspezifische Banden konnten nicht detektiert werden, obwohl innerhalb von<br />
Populationen Banden bei allen Tieren dieser Stichproben vorkamen.<br />
Die gewonnenen BSF-Werte zeigen in allen Populationen keine signifikante Abweichung von einer Normalverteilung.<br />
Abweichungen ergeben sich in der Lage der Mittelwerte, Mediane und der Varianz. Populationen<br />
in kleinen naturnahen Bächen erreichen durchschnittliche mittlere BSF-Werte von 0,5 und darüber. Genetische<br />
Isolation bedingt einen Anstieg der mittleren BSF-Werte auf 0,7.<br />
Die beobachteten Heterozygotiegrade erreichen im Vergleich mit Isoenzymen sehr hohe Werte zwischen 0,3<br />
und 0,9. Naturnahe Populationen zeigen geringere Werte, jedoch ist die gesamte genetische Variabilität<br />
groß genug, um Inzuchtdepression in den vom Genpool her limitierten Populationen entgegenzuwirken.<br />
Die genetischen Distanzen der Populationen zeigen ebenfalls eine deutliche Differenzierung der untersuchten<br />
Geboiete. Allein die Populationen aus dem Hunsrück zeigen keinen Unterschied in bezug auf die<br />
genetischen Distanzen. Korrelationen zwischen genetischer und geografischer Distanz konnten in keinem<br />
Fall beobachtete werden.<br />
Insgesamt zeigen sich die untersuchten Populationen sehr heterogen. Selbst innerhalb der Gewässersysteme<br />
besteht eine Unterteilung in distinkte Subpopulationenh. Die gewonnenen FST -Werte bestätigen dies.<br />
Auf Grund der FST -Werte berechnete effektive Migranten pro Generation zwischen den Populationen erreichen<br />
in keinem Fall Werte über 1, was eine weitergehende Fixierung der genetischen Unterschiede in den<br />
Populationen erwarten lässt.<br />
Die beobachtete Fraktionierung der Gesamtpopulation macht die Erhaltung einer möglichst grossen genetischen<br />
Vielfalt zu einem äusserst schwierigen Unterfangen. Besatzmaßnahmen können diese Vielfalt<br />
durch ihren eingeschränkten Genpool nicht erhalten. Schutz der Habitate, Rückbau von Querverbauungen<br />
und Schutz vor Überfischung scheinen effektive Mechanismen zu sein, um bedrohen Populationen zum<br />
Überleben zu verhelfen und die natürliche genetische Variabilität zu erhalten.<br />
8.4.5 Untersuchung historischen und rezenten Genaustauschs zwischen südostasiatischen Festlands-<br />
und Inselpopulationen ökologisch unterschiedlich angepaßter Froscharten<br />
Bearbeiter: Dipl.-Biol. Joachim Kosuch<br />
Hauptbetreuer: Univ.-Prof. Dr. A. Seitz<br />
In dieser Arbeit sollen mittels DNA-Sequenzierung die genetischen Austauschprozesse verschiedener<br />
Froscharten auf den Großen Sundainseln (Indonesien) und dem daran angrenzenden malayischen Festland<br />
untersucht werden. Auf der Basis der Allozymelektrophorese wurden bereits erste Hinweise auf<br />
unterschiedliche genetische Differenzierungsmuster gefunden (Kosuch et al. 1994: Genetische Differenzierungsmuster<br />
verschiedener Froscharten (Genus Rana s.l. auf den Großen Sundainseln (Java, Sumatra,<br />
Borneo.- Verh. Dtsch. Zool. Ges. 87:310), die auf zeitlich unterschiedliche Kolonisationsprozesse und<br />
Genflüsse zurückgeführt werden können. Diese ersten Ergebnisse sollen durch die in länger zurückliegende<br />
evolutive Zeiträume auflösende DNA-Sequenzierung zweier mitochondrialer Gene mit unterschiedlichen<br />
Evolutionsraten überprüft und/oder abgesichert werden. Zudem soll neben Vertretern der Gattung Rana<br />
(R. (limnonectes) limnocharis, R. (limnonectes) cancrivorus, R. (limnonectes) kuhlii, R. (limnonectes) blythii,<br />
R. erythraea) mit Polypedatus leucomystax (Rhacophoridae) eine andere, baumbewohnende Froschart<br />
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