Mit ihrem langen Rüssel, den fächerartigen Ohren und den markanten Stoßzähnen aus Elfenbein gehören Elefanten zu den ikonischsten Tieren der Welt. Aber für bestimmte Elefantenpopulationen sind diese charakteristischen Stoßzähne immer seltener geworden.
In einer neuen Studie, die am 21. Oktober 2021 in der Zeitschrift Science veröffentlicht wurde, konnten Forscher ein beispielloses Beispiel für die Evolution von Elefanten in Aktion analysieren. Innerhalb von nur 15 Jahren hat sich die Zahl der ohne Stoßzähne geborenen Elefanten im Gorongosa-Nationalpark in Mosambik mehr als verdoppelt. Das war ungewöhnlich, denn Stoßzähne sind für Elefanten typisch von Vorteil: Die wuchtigen Tiere nutzen die Stoßzähne für alles, von der Verteidigung bis zum Abstreifen der Rinde von Bäumen . Noch seltsamer war, dass fast alle zahnlosen Elefanten, die geboren wurden, weiblich waren.
"Das ist eines der Geheimnisse der Stoßzahnlosigkeit", sagt Brian Arnold , ein biomedizinischer Datenwissenschaftler an der Princeton University und Mitautor der Studie. "Warum kommt es hauptsächlich bei Frauen vor?"
Die Antwort könnte laut der Forschung in einem seltenen Muster der Genvererbung in Kombination mit einer entschieden unnatürlichen Form der natürlichen Auslese liegen .
Selektiver Druck und Bürgerkrieg
Als der englische Biologe Herbert Spencer den Begriff "Survival of the Fittest" prägte, sprach er nicht davon, welche Tiere bei einem Liegestützwettbewerb gewinnen würden (obwohl es eindeutig die westliche Zauneidechse ist ). In der darwinistischen Evolution bezieht sich „ Fitness “ darauf, wie gut die besonderen Merkmale eines Organismus zum Überleben und Gedeihen in einer gegebenen Umgebung geeignet sind. Das bedeutet, dass sich die Fitness in Abhängigkeit von einer Vielzahl von Umweltfaktoren ändern kann.
Alles, von Dürre über Luftqualität bis hin zur Laubfarbe, kann die Fitness eines Organismus beeinflussen – dies wird als Selektionsdruck bezeichnet und ist einer der Hauptantriebskräfte der Evolution . Bei den Gorongosa-Elefanten kam es zu selektivem Druck in Form von Krieg.
Zwischen 1977 und 1992 war Mosambik in einen brutalen Bürgerkrieg verwickelt . Der Konflikt forderte in nur 15 Jahren zwischen 600.000 und 1 Million Zivilisten das Leben . Und Menschen waren nicht die einzigen Opfer; auch die Umweltbelastung war verheerend hoch.
Eine in Nature veröffentlichte Studie aus dem Jahr 2018 ergab , dass bis zu 90 Prozent der großen Säugetiere im Gorongosa-Nationalpark – einem 3.885 Quadratkilometer großen Reservat in Mosambiks Teil des Great African Rift Valley – in dieser Zeit ebenfalls getötet wurden. Vor allem Elefanten wurden zu einem beliebten Ziel von Wilderern , die die Stoßzähne aus Elfenbein für eine stattliche Summe verkaufen und mit dem Gewinn mehr Munition kaufen konnten.
Während dieser Zeit war die Wahrscheinlichkeit, getötet zu werden, bei Elefanten mit Stoßzähnen fast fünfmal höher als bei Elefanten ohne Stoßzähne, so Arnold. Während der Besitz von Stoßzähnen unter normalen Umständen ein großer Vorteil ist, „können Stoßzähne unter bestimmten Bedingungen eine Belastung darstellen“, sagt Arnold. "Während des Bürgerkriegs in Mosambik waren sie besonders belastend."
Glücklicherweise erholt sich die Elefantenpopulation von Gorongosa seit 1994 stark und die Fälle von Stoßzahnlosigkeit gehen zurück.
Intensive Wilderei erklärt, warum die Stoßzahnlosigkeit plötzlich zum Vorteil wurde. Aber das hinterließ noch ein weiteres Rätsel: Wo waren all die stoßzahnlosen Elefantenmännchen?
Killer-X-gebundene Gene
Denken Sie zurück an die Biologie der Erstsemester. Sie erinnern sich vielleicht daran, Punnett-Quadrate zu machen, um praktische Alltagsprobleme zu lösen, wie die Wahrscheinlichkeit, dass eine Erbsenpflanze grüne oder gelbe Schoten hat. Es ist ein klassisches Beispiel für dominante versus rezessive Vererbung, auch bekannt als Mendelsche Vererbung . Wenn vorhanden, wird die "dominante" Version des Merkmals immer gegenüber der "rezessiven" Version ausgedrückt - deshalb sind grüne Erbsen drei zu eins zahlenmäßig mehr als gelbe Erbsen.
Sie erinnern sich vielleicht auch aus der Biologie der Erstsemester, dass zumindest bei Säugetieren ( oft ) zwei Chromosomen das Geschlecht bestimmen: das X- und das Y-Chromosom. Ein Paar von Xs bedeutet weiblich, während ein X und ein Y männlich sind. Wenn ein Merkmal auf einem X - Chromosom lokalisiert ist, wird gesagt , ein zu X-chromosomale Gen .
Bei Gorongosas Elefanten stellten die Forscher ein eigentümliches Erbmuster fest. Die stoßzahnlose Eigenschaft zeigte sich bei weiblichen Elefanten in einem einfachen X-chromosomalen dominanten Muster. Aber stoßzahnlose Männchen gab es im Grunde nicht.
"Es deutet darauf hin, dass dieses Merkmal weitgehend durch ein einfaches Vererbungsmuster gesteuert wird, das eine X-chromosomale dominante, männliche tödliche Mutation beinhaltet", sagt Arnold. Mit anderen Worten, die Vererbung des stoßzahnlosen Merkmals tötet männliche Elefanten im Mutterleib. X-chromosomale dominante männliche Letalmutationen sind in der Natur selten, vor allem weil sie zu Populationsrückgängen führen können, wenn sie weit verbreitet sind. Einige Beispiele sind jedoch eine kurzsichtige Mutation bei Mäusen und das Rett-Syndrom beim Menschen.
Arnold und seine Mitforscher hatten das Wie und Warum der Stoßzahnlosigkeit beantwortet, aber sie waren noch nicht ganz fertig. Um die Frage nach dem Wo zu beantworten , mussten sie tiefer in den genetischen Code der Elefanten eintauchen.
Das zahnlose Gen lokalisieren
Es ist schwer, eine Blutprobe von einem wilden Elefanten zu bekommen. Zum Glück für die Forscher waren sie nicht die einzigen Wissenschaftler, die die Elefantenpopulation von Gorongosa untersuchten. Ein anderes Team von Ökologen aus Princeton führte Tracking-Studien durch und stattete Elefanten mit GPS-Halsbändern aus, nachdem sie von einem Hubschrauber aus betäubt worden waren. "Wir haben sie freundlich gefragt: 'Wenn Sie Elefanten beruhigen, könnten Sie dann auf Weibchen zielen?'" Arnold sagt: "Und sie sagten, 'sicher'."
Ausgestattet mit Blutproben einer Reihe von Elefantenweibchen mit und ohne Stoßzähne begann das Team mit der Sequenzierung des Genoms. Sie fanden mehrere Gene, die auf einen starken Selektionsdruck in der Population hindeuteten. Aber als sie sich auf das X-Chromosom konzentrierten, fanden sie nur zwei. „Und eines davon ist ein Gen, von dem bekannt ist, dass es bei Säugetieren an der Zahnentwicklung beteiligt ist“, sagt Arnold.
Obwohl dies an und für sich kein endgültiger Beweis dafür ist, dass es für die Stoßzahnlosigkeit verantwortlich ist, ist es ein "verlockender" Kandidat, sagt Arnold. Letztendlich sind weitere Untersuchungen erforderlich, um dieses Dickhäuter-Rätsel vollständig zu lösen. Und die Forscher denken, dass solche Arbeiten am Horizont stehen könnten.
„Wir hoffen, dass diese Studie ein Gespräch über dieses Mysterium der Stoßzahnlosigkeit in Gang setzt“, sagt Arnold.
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Eine Gruppe ausgestorbener Dickhäuter, bekannt als Elefanten mit geraden Stoßzähnen, war möglicherweise die größten Landsäugetiere aller Zeiten. Paläontologen schätzen, dass sie fast 4,5 Meter groß waren und mehr als 15 Tonnen (45 Tonnen) wogen.
