Die verwechselte Welt der Hybrid-Tiere

Tief im Amazonas-Regenwald leben zwei grüne Vögel. Das schneebedeckte Manakin, hat einen weißen Fleck auf dem Kopf. Das Opalscheitelmanakin sieht sehr ähnlich aus. Doch die Krone dieser Art kann je nach Lichteinfall weiß, blau oder rot erscheinen. Es ist „wie ein Regenbogen“, sagt Alfredo Barrera-Guzmán. Er ist Biologe an der Autonomen Universität von Yucatán in Mérida, Mexiko.

Vor Jahrtausenden begannen diese beiden Vogelarten sich miteinander zu paaren. Die Nachkommen hatten zunächst Kronen, die stumpf weißlich-grau waren, vermutet Barrera-Guzmán. Doch in späteren Generationen wuchsen einigen Vögeln gelbe Federn. Diese helle Farbe machte die Männchen für die Weibchen attraktiver. Diese Weibchen zogen es möglicherweise vor, sich mit gelbköpfigen Männchen zu paaren, anstatt mit schnee- oder opalgekrönten Männchen.

Schließlich haben sich diese Vögel so weit von den beiden ursprünglichen Arten abgegrenzt, dass sie eine eigene, eigenständige Art bilden: die Goldscheitelpipra. Es ist der erste bekannte Fall einer hybriden Vogelart im Amazonasgebiet, sagt er.

Normalerweise paaren sich verschiedene Arten nicht. Aber wenn sie es tun, sind ihre Nachkommen so genannte Hybriden.

Die DNA-Moleküle in jeder Zelle eines Tieres enthalten Anweisungen. Diese steuern, wie ein Tier aussieht, wie es sich verhält und welche Geräusche es macht. Wenn sich Tiere paaren, erhalten ihre Jungen eine Mischung aus der DNA der Eltern. Und sie können am Ende eine Mischung aus den Eigenschaften der Eltern haben.

Sind die Eltern von der gleichen Art, ist ihre DNA sehr ähnlich. Aber DNA von verschiedenen Arten oder Artengruppen wird mehr Variationen haben. Hybride Nachkommen erhalten mehr Vielfalt in der DNA, die sie erben.

Was passiert also, wenn sich die DNA von zwei Tiergruppen in einem Hybriden mischt? Es gibt viele mögliche Ergebnisse. Manchmal ist der Hybrid schwächer als die Eltern, oder er überlebt gar nicht. Manchmal ist er stärker. Manchmal verhält es sich mehr wie eine Elternart als die andere. Und manchmal liegt sein Verhalten irgendwo zwischen dem der Elterntiere.

Wissenschaftler versuchen zu verstehen, wie dieser Prozess – Hybridisierung (HY-brih-dih-ZAY-shun) genannt – abläuft. Hybride Vögel können neue Migrationsrouten nehmen, fanden sie heraus. Einige hybride Fische scheinen anfälliger für Raubtiere zu sein. Und die Paarungsgewohnheiten von Nagetieren können beeinflussen, was ihre hybriden Nachkommen fressen können.

Wie kann man hybridisieren?

Hybridisierung geschieht aus vielen Gründen. Zum Beispiel können sich die Reviere zweier ähnlicher Tierarten überschneiden. Dies geschieht bei Eis- und Grizzlybären. Mitglieder der beiden Tiergruppen haben sich gepaart, wodurch Hybridbären entstanden sind.

Wenn sich das Klima ändert, kann sich der Lebensraum einer Art in ein neues Gebiet verschieben. Diese Tiere können auf andere, ähnliche Arten treffen. Die beiden Gruppen können sich zufällig paaren. Zum Beispiel haben Forscher Hybriden von südlichen Flughörnchen und nördlichen Flughörnchen gefunden. Als sich das Klima erwärmte, zog die südliche Spezies nach Norden und paarte sich mit der anderen Spezies.

Wenn Tiere nicht genügend Partner aus ihrer eigenen Spezies finden, können sie einen Partner aus einer anderen Spezies wählen. „Sie müssen das Beste aus der Situation machen“, sagt Kira Delmore. Sie ist Biologin am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön.

Wissenschaftler haben dies bei zwei Antilopenarten im südlichen Afrika beobachtet. Wilderer hatten die Populationen der Rappenantilope und der Pferdeantilope ausgedünnt. Später haben sich die beiden Arten miteinander gekreuzt.

Auch der Mensch kann unwissentlich Gelegenheiten zur Hybridisierung schaffen. Sie könnten zwei eng verwandte Arten in das gleiche Gehege in einem Zoo setzen. Oder mit der Ausdehnung der Städte treffen städtische Arten zunehmend auf ländliche. Menschen können sogar Tiere aus anderen Ländern aus Versehen oder absichtlich in einem neuen Lebensraum aussetzen. Diese exotischen Arten können nun auf einheimische Tiere treffen und sich mit ihnen paaren.

Viele Hybridtiere sind steril. Das heißt, sie können sich zwar paaren, aber sie erzeugen keine Nachkommen. Maultiere zum Beispiel sind die hybriden Nachkommen von Pferden und Eseln. Die meisten von ihnen sind steril: Zwei Maultiere können keine weiteren Maultiere erzeugen. Nur ein Pferd, das sich mit einem Esel paart, kann ein weiteres Maultier erzeugen.

Biodiversität ist ein Maß für die Anzahl der Arten. In der Vergangenheit gingen viele Wissenschaftler davon aus, dass Hybridisierung nicht gut für die Artenvielfalt ist. Wenn viele Hybriden entstehen, könnten die beiden Elternarten zu einer verschmelzen. Das würde die Vielfalt der Arten reduzieren. Deshalb wurde „Hybridisierung oft als etwas Schlechtes angesehen“, erklärt Delmore.

Aber Hybridisierung kann manchmal die Artenvielfalt fördern. Ein Hybrid kann vielleicht eine bestimmte Nahrung fressen, die seine Elternart nicht verträgt. Oder sie kann in einem anderen Lebensraum gedeihen. Schließlich könnte es eine eigene Art werden, wie das Goldscheitelmännchen. Und das würde die Vielfalt des Lebens auf der Erde erhöhen – nicht verringern. Hybridisierung, schlussfolgert Delmore, ist „tatsächlich eine kreative Kraft“.

Eigene Wege gehen

Hybriden können sich in vielerlei Hinsicht von ihren Eltern unterscheiden. Das Aussehen ist nur eine davon. Delmore wollte wissen, wie sich Hybriden anders verhalten als ihre Eltern. Sie schaute auf einen Singvogel namens Swainson’s Thrush.

Im Laufe der Zeit hat sich diese Art in Unterarten aufgeteilt. Das sind Gruppen von Tieren der gleichen Art, die in verschiedenen Gebieten leben. Eine Unterart ist die Rotrückendrossel, die an der Westküste der Vereinigten Staaten und in Kanada lebt. Wie ihr Name schon sagt, hat sie ein rötliches Gefieder. Die Olivrücken-Drossel hat grünlich-braune Federn und lebt weiter im Landesinneren. Diese Unterarten überschneiden sich jedoch entlang der Coast Mountains im Westen Nordamerikas. Dort können sie sich verpaaren und Hybriden produzieren.

Ein Unterschied zwischen den beiden Unterarten ist ihr Zugverhalten. Beide Vogelgruppen brüten in Nordamerika und fliegen dann im Winter nach Süden. Aber Rotrückendrosseln wandern die Westküste hinunter und landen in Mexiko und Mittelamerika. Olivrücken-Drosseln fliegen über die zentralen und östlichen Vereinigten Staaten, um sich in Südamerika niederzulassen. Ihre Routen sind „super unterschiedlich“, sagt Delmore.

Die DNA der Vögel enthält Anweisungen, wohin sie fliegen sollen. Welche Anweisungen bekommen die Hybriden? Um das zu untersuchen, hat Delmore Hybridvögel im Westen Kanadas gefangen. Sie setzte ihnen winzige Rucksäcke auf. Ein Lichtsensor in jedem Rucksack half dabei, aufzuzeichnen, wohin die Vögel flogen. Die Vögel flogen nach Süden in ihre Winterquartiere und trugen die Rucksäcke auf ihrer Reise.

Im nächsten Sommer fing Delmore einige dieser Vögel wieder in Kanada ein. Aus den Lichtdaten der Sensoren ermittelte sie, wann die Sonne an jedem Punkt der Reise der Vögel auf- und untergegangen war. Die Länge des Tages und der Zeitpunkt der Mittagszeit sind je nach Ort unterschiedlich. Daraus konnte Delmore die Zugwege der Vögel ableiten.

Einige Hybriden folgten grob einer der Routen ihrer Eltern. Aber andere nahmen keinen der beiden Pfade. Sie flogen irgendwo in der Mitte. Diese Wanderungen führten die Vögel allerdings über raueres Gelände, wie Wüsten und Berge. Das könnte ein Problem sein, weil diese Umgebungen möglicherweise weniger Nahrung bieten, um die lange Reise zu überleben.

Eine andere Gruppe von Hybriden nahm die Route der Olivrücken-Drossel nach Süden. Dann kehrten sie über den Weg der Rotrückendrossel zurück. Aber auch diese Strategie könnte zu Problemen führen. Normalerweise lernen Vögel auf ihrem Weg in den Süden Hinweise, die ihnen helfen, nach Hause zu navigieren. Sie bemerken vielleicht Orientierungspunkte wie Berge. Aber wenn sie auf einem anderen Weg zurückkehren, sind diese Orientierungspunkte nicht mehr vorhanden. Eine Folge davon: Die Wanderung der Vögel könnte länger dauern.

Diese neuen Daten könnten erklären, warum die Unterarten getrennt geblieben sind, sagt Delmore. Einem anderen Weg zu folgen, könnte bedeuten, dass die Hybridvögel schwächer sind, wenn sie die Paarungsgründe erreichen – oder eine geringere Chance haben, ihre jährliche Reise zu überleben. Wenn die Hybriden genauso gut überleben würden wie ihre Eltern, würde sich die DNA der beiden Unterarten häufiger vermischen. Letztendlich würden diese Unterarten zu einer Gruppe verschmelzen. „Unterschiede in der Migration könnten ihnen helfen, die Unterschiede aufrechtzuerhalten“, folgert Delmore.

Gefahr durch Raubtiere

Manchmal sind Hybriden anders geformt als ihre Eltern. Und das kann sich darauf auswirken, wie gut sie Fressfeinden ausweichen.

Anders Nilsson ist kürzlich über diese Erkenntnis gestolpert. Er ist Biologe an der Universität Lund in Schweden. Im Jahr 2005 untersuchte sein Team zwei Fischarten namens Brasse und Rotauge (nicht zu verwechseln mit dem Insekt). Beide Fische leben in einem See in Dänemark und wandern im Winter in Flüsse.

Um ihr Verhalten zu untersuchen, implantierten Nilsson und seine Kollegen winzige elektronische Sender in die Fische. Diese Tags ermöglichten es den Wissenschaftlern, die Bewegungen der Fische zu verfolgen. Das Team verwendete ein Gerät, das ein Funksignal aussendet. Tags, die das Signal empfingen, schickten ein eigenes zurück, das das Team erkennen konnte.

Zunächst war Nilssons Team nur an Rotaugen und Brassen interessiert. Aber die Forscher bemerkten andere Fische, die wie etwas dazwischen aussahen. Der Hauptunterschied war ihre Körperform. Von der Seite betrachtet erscheint die Brasse rautenförmig mit einer höheren Mitte als die Enden. Das Rotauge ist eher stromlinienförmig. Es ist näher an einem schlanken Oval. Die Form des dritten Fisches lag irgendwo zwischen diesen beiden.

„Für das ungeschulte Auge sehen sie einfach wie Fische aus“, gibt Nilsson zu. „Aber für einen Fischmenschen sind sie sehr unterschiedlich.“

Rotauge und Brasse müssen sich gepaart haben, um diese Zwischenfische zu produzieren, dachten die Wissenschaftler. Das würde diese Fische zu Hybriden machen. Und so begann das Team, auch diese Fische zu markieren.

Fischfressende Vögel, sogenannte Kormorane, leben in der gleichen Gegend wie die Fische. Andere Wissenschaftler untersuchten den Raub der Kormorane an Forellen und Lachsen. Nilssons Team fragte sich, ob die Vögel auch Rotaugen, Brassen und Hybriden fressen würden.

Kormorane verschlingen Fische im Ganzen. Danach spucken sie unerwünschte Teile aus – darunter auch elektronische Tags. Ein paar Jahre nachdem die Forscher die Fische markiert hatten, besuchten sie die Nist- und Schlafplätze der Kormorane. Das Zuhause der Vögel war ziemlich eklig. „Sie kotzen und defäkieren überall hin“, sagt Nilsson. „Es ist nicht schön.“

Aber die Suche der Forscher hat sich gelohnt. Sie fanden eine Menge Fischanhängsel im Dreck der Vögel. Und den Hybriden schien es am schlechtesten zu gehen. Für ihre Bemühungen fand das Team 9 Prozent der Brassen-Tags und 14 Prozent der Rotaugen-Tags. Aber 41 Prozent der Markierungen der Hybriden tauchten auch in den Nestern auf.

Nilsson ist sich nicht sicher, warum die Hybriden eher gefressen werden. Aber vielleicht macht ihre Form sie zu leichteren Zielen. Ihre diamantartige Form macht es der Brasse schwer, sich zu verschlucken. Der stromlinienförmige Körper des Rotauges hilft ihm, schnell von der Gefahr wegzuschwimmen. Da der Hybrid dazwischen liegt, hat er vielleicht keinen der beiden Vorteile.

Oder vielleicht sind Hybriden einfach nicht sehr schlau. „Sie könnten irgendwie dumm sein und nicht auf die Bedrohung durch ein Raubtier reagieren“, sagt Nilsson.

Wählerische Paarung

Nur weil Wissenschaftler Hybriden finden, heißt das nicht, dass sich die beiden Arten immer miteinander fortpflanzen werden. Manche Tiere sind wählerisch, welche Partner sie von einer anderen Spezies akzeptieren.

Marjorie Matocq untersuchte diese Frage bei Nagetieren, den Waldratten. Matocq ist Biologin an der Universität von Nevada, Reno. Sie begann in den 1990er Jahren, die kalifornischen Waldratten zu untersuchen. Matocq fand diese Kreaturen interessant, weil sie sehr häufig vorkommen, aber Wissenschaftler so wenig über sie wussten.

In einer kürzlich durchgeführten Studie konzentrierte sich ihr Team auf zwei Arten: die Wüstenholzratte und die Bryant-Holzratte. Beide leben im Westen der Vereinigten Staaten. Die Wüstenratten sind jedoch kleiner und leben in trockenen Gebieten. Die größeren Bryant-Holzratten leben in buschigen und bewaldeten Gebieten.

An einem Standort in Kalifornien überschnitten sich die beiden Arten. Die Tiere hier paarten sich und produzierten Hybriden, aber Matocq wusste nicht, wie häufig das ist. „Ist es nur ein zufälliger Zufall, oder passiert das die ganze Zeit?“, fragte sie sich.

Um das herauszufinden, brachten die Forscher Waldratten in ihr Labor. In jedem Experiment setzten die Wissenschaftler ein Wüstenrattenweibchen oder eine Bryant-Holzratte in die untere Hälfte des T. Dann setzten sie ein Wüstenrattenmännchen und ein Bryant-Holzrattenmännchen an die gegenüberliegenden Enden der oberen Hälfte des T. Die Männchen wurden mit Gurten gefesselt. Das Weibchen konnte dann jedes der beiden Männchen besuchen und entscheiden, ob es sich paaren wollte.

Wüstenrattenweibchen paarten sich fast immer mit ihrer eigenen Art, fanden die Wissenschaftler heraus. Möglicherweise mieden die Weibchen die Bryant-Holzratten, weil diese Männchen größer und aggressiver waren. In der Tat bissen und kratzten die Männchen die Weibchen oft.

Die weiblichen Bryant-Holzratten hatten jedoch nichts dagegen, sich mit männlichen Wüstenholzratten zu paaren. Diese Männchen waren kleiner und gefügiger. „Es gab nicht so viel Gefahr“, bemerkt Matocq.

Die Forscher vermuten, dass viele wilde Hybriden einen Wüstenratten-Vater und eine Bryant-Holzratten-Mutter haben. Das könnte wichtig sein, weil Säugetiere wie die Waldratten Bakterien von ihren Müttern erben. Diese Bakterien verbleiben im Darm des Tieres und werden als Mikrobiom (My-kroh-BY-ohm) bezeichnet.

Das Mikrobiom eines Tieres kann seine Fähigkeit, Nahrung zu verdauen, beeinflussen. Wüsten- und Bryant-Waldratten fressen wahrscheinlich unterschiedliche Pflanzen. Einige der Pflanzen sind giftig. Jede Spezies kann Wege entwickelt haben, um das, was sie fressen, sicher zu verdauen. Und ihre Mikrobiome könnten sich so entwickelt haben, dass sie dabei auch eine Rolle spielen.

Wenn das stimmt, könnten die Hybriden Bakterien geerbt haben, die ihnen helfen, die Pflanzen zu verdauen, die Bryant-Waldratten typischerweise fressen. Das bedeutet, dass diese Tiere besser geeignet sein könnten, um das zu fressen, was eine Bryant-Waldratte frisst. Matocqs Team füttert nun verschiedene Pflanzen an die Elterntiere und ihre Hybriden. Die Forscher werden beobachten, ob die Tiere krank werden. Einige Hybriden könnten besser oder schlechter abschneiden, je nach ihrer Mischung aus DNA und Darmbakterien.

Das Spannende an Hybriden ist, dass man jede einzelne „als ein kleines Experiment“ betrachten kann, sagt Matocq. „Einige von ihnen funktionieren, andere nicht.