Ein genetischer Fehler, der im König der Meere verbleibt? Das ungelöste Rätsel der DNA des Weißen Hais - Eine unerklärliche Abzweigung bei dem Spitzenprädator, der die Eiszeit überlebte

“Die doppelte Gen-Geschichte” wird noch seltsamer

Es gibt keinen berühmteren Meeresräuber als den Weißen Hai, doch seine genetische Geschichte ist eines der rätselhaftesten Mysterien der Welt. Ein neuer Übersichtsartikel von IFLScience stellt die neuesten Forschungen vor, die langjährige Annahmen in Frage stellen, und endet mit den Worten der Forscher: „Die Schlussfolgerung ist: Wir wissen es nicht.“ Im Kern des Problems liegt die „doppelte Geschichte“, dass die Kern-DNA über Regionen hinweg sehr ähnlich ist, während die mitochondriale DNA (mtDNA) regional stark variiert. 

Flaschenhals der Eiszeit und die Entstehung von drei Populationen

Das Forschungsteam nutzte umfangreiche Daten, einschließlich des Kerngenoms und der mütterlichen genetischen Loci, um die Dynamik vergangener Populationen zu rekonstruieren. Die Ergebnisse zeigen, dass am Ende der letzten Eiszeit vor etwa 10.000 Jahren der Weiße Hai in einen Zustand der „maritimen Einkapselung“ im südlichen Indopazifik schrumpfte und eine einzige gut durchmischte Population bildete, und dass vor etwa 7.000 Jahren die Differenzierung wieder einsetzte und sich die heutigen drei genetischen Populationen (Südhalbkugel, Nordatlantik, Nordpazifik) entwickelten. Die Gesamtpopulation beträgt weltweit nur etwa 20.000 Exemplare. Florida Museum

Diese Rekonstruktion stimmt mit der geologischen Tatsache überein, dass Gletscher das Meerwasser einschlossen und der Meeresspiegel um etwa 40 Meter sank. Es wird angenommen, dass der Weiße Hai sich wieder ausbreitete, als das Eis schmolz und Ressourcen wie Robben im Norden wieder reichlich vorhanden wurden. Florida Museum

20 Jahre alte Hypothese „Weibchen kehren zurück, Männchen wandern“ wird überprüft

Eine klassische Studie aus dem Jahr 2001 schlug vor, dass „Weibchen fast jedes Jahr zu denselben Brutplätzen zurückkehren (Philopatrie), was zu regionaler mtDNA-Differenzierung führt, während Männchen durch weiträumige Wanderungen die Kern-DNA homogenisieren“. Diese Erklärung wurde zur gängigen Annahme. Doch in der aktuellen Studie wurden keinerlei „Rückkehrspuren“ in der Kern-DNA gefunden, und selbst Simulationen, die die Differenzierungsgeschwindigkeit der mtDNA einbeziehen, konnten die beobachteten Unterschiede nicht erklären. Das bedeutet, dass diese Hypothese allein das Phänomen nicht erklären kann. Florida Museum

„Brutal letale“ Selektion? Eine noch ungelöste Sackgasse

Was hat die mtDNA so stark differenziert? Genetische Drift, die in kleinen Populationen häufig auftritt, kann ausgeschlossen werden, da sie nicht selektiv nur auf die Mitochondrien wirkt. Natürliche Selektion bleibt ein Kandidat, aber um in kleinen Populationen so große Unterschiede nur in der mtDNA zu erzeugen, wäre eine „brutal letale“ Selektion erforderlich, so das Forschungsteam. Derzeit gibt es keine Beweise, und „die ehrliche Antwort ist, wir wissen es nicht“— das ist die neueste wissenschaftliche Schlussfolgerung. Florida Museum

Grundlagenwissen: Was ist der Unterschied zwischen Kern-DNA und mtDNA?

Kern-DNA wird von beiden Elternteilen vererbt und trägt den Großteil des „Bauplans“ für Morphologie und Verhalten. Andererseits wird mtDNA in vielen Tieren mütterlich vererbt und ist eng mit dem Energiehaushalt der Zelle verbunden. Die Möglichkeit, dass mtDNA-Mutationen in Bezug auf Umweltfaktoren wie Wassertemperatur, Bewegungsmuster und Nahrungsressourcen subtil adaptiv wirken, wird seit langem diskutiert, aber die Kombination von „homogener Kern-DNA und extrem heterogener Mitochondrien-DNA“ beim Weißen Hai bleibt schwer zu erklären. PNAS

Primärinformationen der Studie in PNAS

Die begutachtete Studie wurde in PNAS veröffentlicht und überprüfte die Hypothese der weiblich verzerrten Dispersion (Philopatrie) direkt auf genomischer Ebene. Darüber hinaus fasst die Forschungsnachricht des Florida Museum of Natural History den Erholungsprozess nach dem Eiszeit-Flaschenhals und die Ablehnung oder Vorbehalt der gängigen Annahmen kompakt zusammen. Leser, die mehr Details erfahren möchten, sollten beide Quellen konsultieren. PNASFlorida Museum

Warum ist das „Rätsel“ wichtig?

Die genetische Struktur von Spitzenprädatoren kann ein Indikator für die Stabilität und Widerstandsfähigkeit eines gesamten Ökosystems sein. Die Tatsache, dass die **Population klein ist (etwa 20.000)**, deutet darauf hin, dass Klimawandel und die Umverteilung von Beutetieren ihre Auswirkungen verstärken könnten. Die Ergebnisse der aktuellen Studie beleuchten spezifische Richtungen für zukünftige Experimente und Beobachtungen, wie **Probenahmedesign (wo, wann, von welchem Geschlecht)**, Funktionsanalyse von Energiehaushaltsgenen und Schätzung des Selektionsdrucks entlang von Temperaturgradienten. Florida Museum

Reaktionen in den Medien und sozialen Netzwerken

Diese „seltsame Schlussfolgerung“ verbreitete sich schnell in den Medien. ScienceAlert, Discover und Interesting Engineering stellten die wichtigsten Punkte vor und hoben die Tatsache hervor, dass „die gängige Annahme widerlegt wurde“ und der Kommentar „wir haben keine Ahnung“ in den Schlagzeilen stand. ScienceAlertDiscover MagazineInteresting Engineering

Das Forschungsteam des Florida Museum of Natural History postete auf X (ehemals Twitter) **„Forscher sind über den seltsamen Unterschied zwischen Kern- und Mitochondrien-DNA verblüfft“**. Auf Facebook und Threads wurden ähnliche Ankündigungen gemacht, und in den Kommentaren fanden sich sowohl wissenschaftliche Meinungen wie „Das könnte die Lehrbücher umschreiben“ und „Mit mehr Proben könnte man mehr sehen“ als auch Assoziationen wie „Hat das mit der Erderwärmung oder menschlichem Druck zu tun?“. X (formerly Twitter)FacebookThreads

Das Originalartikel von IFLScience ordnete die Erholungsgeschichte seit der Eiszeit und die aktuelle Verteilung der drei Populationen sowie die Überprüfung der gängigen Annahmen übersichtlich ein. In den Leserkommentaren fanden sich auch Stimmen wie „Es ist gut, dass die Wissenschaft ehrlich zugibt, wenn sie etwas nicht weiß“. IFLScience

Der nächste Schritt: Zu überprüfende Hypothesen

• Prüfung der Umweltauswahlhypothese: Neubewertung der Korrelation zwischen nicht-synonymen Substitutionen in mtDNA-bezogenen Stoffwechselwegen (Komplexe I-V) und Wassertemperatur/Schwimmverhalten durch Populationsgenomik. PNAS

• Zeitreihen-Sampling der Geschlechter- und Altersstruktur: Analyse-Design, das Erwachsene und Jungtiere trennt, um mögliche Gründe zu eliminieren, warum Rückkehrspuren nicht in der Kern-DNA zu finden sind. Florida Museum

• Erweiterung der breiten Proben: Schwerpunktprobenahme in den Grenzbereichen des Nordpazifiks, Nordatlantiks und der Südhalbkugel (Korridore, in denen Vermischung auftreten könnte). Florida Museum

Schlussfolgerung—„Wir wissen es nicht“ als Ausgangspunkt

Die Wissenschaft bietet manchmal „Wir wissen es nicht“ als die faszinierendste Antwort an. Die „doppelte Gen-Geschichte“ des Weißen Hais ist ein gutes Beispiel dafür, wie die Überprüfung gängiger Annahmen zu einer Vertiefung des Rätsels führen kann. Der nächste Schritt wird die empirische Verbindung von Funktion, Umwelt und Geschichte sein. Je unlösbarer das Rätsel, desto weiter schreitet die Forschung voran. PNASFlorida Museum

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