Die Bedeutung ökologischer Faktoren bei der Entstehung phänotypischer sowie genetischer Vielfalt durch natürliche Selektion, besonders bei sympatrischer Artbildung, ist derzeit ein Fokus der Evolutionsforschung. Gemeinsam vorkommende und nah verwandte Arten werden daher als Modellorganismen verwendet, um die Ursachen und Mechanismen ökologischer und evolutionärer Diversifizierung zu untersuchen. Ein sympatrisches Fisch-Artenpaar, für das eine sympatrische Artbildung auf Basis genetischer Analysen vermutet wird, existiert im norddeutschen Stechlinsee. Die zwei Maränenarten sind morphologisch kaum zu unterscheiden, zeigen eine ähnliche Nahrungszusammensetzung und kommen gemeinsam im Freiwasser, allerdings in leicht unterschiedlichen Wassertiefen, vor. Die Hypothese meiner Arbeit war, dass sich die Physiologie bzw. das Verhalten der Arten in Bezug auf die wichtigsten Umweltfaktoren ihres Lebensraumes, Futterdichte, Lichtintensität und Wassertemperatur unterscheiden. Daher haben wir Fraßeffizienz, Stoffwechselraten und Temperaturpräferenzen in Abhängigkeit dieser Faktoren bei beiden Arten untersucht, nachdem diese zuvor unter identischen Laborbedingungen herangezogen wurden. Wir fanden keinen Unterschied in der Fraßeffizienz, allerdings zeigten beide Arten je nach Temperatur unterschiedliche Stoffwechselraten sowie entsprechende Unterschiede in der Temperaturpräferenz. Die Ergebnisse legen nahe, dass temperaturbedingte physiologische Anpassungen sowie die Nutzung unterschiedlicher thermischer Mikrohabitate die zwischenartliche Konkurrenz verringern und eine gemeinsame Existenz ermöglichen. Um die mögliche Bedeutung einer solchen öko-physiologischen Spezialisierung für die Artbildung innerhalb des Sees einschätzen zu können, haben wir basierend auf den Freiland- und Labordaten ein mathematisches Evolutionsmodell entwickelt. Demnach ist ein Aufspalten einer Ausgangspopulation in zwei Populationen mit unterschiedlichen Temperaturoptima wahrscheinlich. Eine ökologische und evolutionäre Diversifizierung entlang des Temperaturgradienten ist somit ein empirisch und theoretisch plausibles Szenario für die sympatrische Artbildung der Stechlinsee-Maränen. / Abstract The role of ecological factors in generating phenotypic and genetic diversity through natural selection has received increasing attention in evolutionary biology during the last decade, especially with respect to diversification in sympatry. Sympatrically occurring and closely related species are used as model systems to study the causes and mechanisms of ecological and evolutionary diversification. A sympatric species pair of coregonid fish, for which a speciation in sympatry has been suggested based on genetic analyses, coexists in the German Lake Stechlin. The two species are morphologically similar planktivores with weak divergence in diet composition that co-occur within the pelagic area of the lake at slightly different water depths. Accordingly, it was hypothesized that the species would differ in physiology and behaviour with respect to the most important environmental factors of their natural habitat, food density, light intensity and water temperature. We studied the feeding efficiencies, metabolic rates, and temperature preferences of both species previously hatched and raised under identical laboratory conditions. We found no divergence in feeding efficiency, but significant differences in temperature-related metabolic costs as well as a corresponding difference in thermal preference. These results suggest that temperature-related physiological adaptations and the associated use of slightly different thermal microhabitats reduces exploitative competition between the species and facilitates their coexistence. To evaluate a potential role of this eco-physiological specialization for a speciation in sympatry, we developed a mathematical evolutionary model, based on our field observations and laboratory experiments. The model showed that an evolutionary splitting of an ancestral into two coexisting populations with different temperature optima is likely in this system. In conclusion, an eco-physiological and evolutionary diversification along the temperature-depth gradient of the lake is an empirically and theoretically plausible scenario for the sympatric speciation of the coregonids.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:HUMBOLT/oai:edoc.hu-berlin.de:18452/16517 |
| Date | 21 January 2009 |
| Creators | Ohlberger, Jan |
| Contributors | Kirschbaum, Frank, Karjalainen, Juha, Hölker, Franz |
| Publisher | Humboldt-Universität zu Berlin, Landwirtschaftlich-Gärtnerische Fakultät |
| Source Sets | Humboldt University of Berlin |
| Language | English |
| Detected Language | English |
| Type | doctoralThesis, doc-type:doctoralThesis |
| Format | application/pdf |
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