Molekulare Grundlagen und Evolution visueller Partnererkennung bei Schmetterlingen der Gattung Heliconius

• Antragsteller: Professor Richard Merrill, Ph.D.
• Fachliche Zuordnung: Biologie des Verhaltens und der Sinne ; Evolution, Anthropologie
• Förderung: Förderung von 2017 bis 2023
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 324604099

Anpassungen an unterschiedliche ökologische Nischen können zur Entstehung neuer Arten führen. Ein wesentliches Ziel der Evolutionsbiologie ist daher die Identifizierung genetischer Veränderungen, die der Divergenz von Populationen zugrunde liegen. Im Vergleich zu morphologischen Merkmalen sind die genetischen Grundlagen in der freien Natur beobachteter Verhaltensunterschiede bisher kaum untersucht. Dies trifft besonders auf Verhaltensweisen zu, die zu reproduktiver Isolation beitragen, wie beispielsweise assortative Partnerwahl, bei der sich Individuen ähnlichen Phänotyps mit höherer Wahrscheinlichkeit verpaaren als solche unterschiedlichen Phänotyps. Die Schmetterlinge der Gattung Heliconius gehören zu einem der wenigen Modellsysteme, in denen es möglich sein wird, die Genetik und Entwicklungsgeschichte von Verhaltenweisen wie der Partnererkennung in ihrem ökologischen Kontext zu analysieren. Aufgrund von Selektion für Müllersche Mimikry weisen entfernt verwandte Arten häufig dasselbe Warnmuster auf. Nah verwandte Arten können hingegen sehr unterschiedlich aussehen. Da Männchen bei der Partnerwahl ihr eigenes Flügelmuster gegenüber dem nah verwandter Arten bevorzugen, führen Veränderungen im Farbmuster zu Verhaltensisolation. Darüber hinaus werden Kreuzungen mit veränderten, nicht mimetischen Warnmustern häufiger gefressen, da sie von Räubern nicht als ungenießbar erkannt werden. Dank langjähriger, intensiver Forschung ist die genetische Architektur der Warnmuster inzwischen im Detail bekannt. Im Gegensatz dazu sind die mit den Warnmustern zusammenhängenden Verhaltensweisen auf molekularer Ebene kaum untersucht. Ziel meines Forschungsprojektes ist es, die genetische Basis visueller Partnererkennung in Schmetterlingen der Gattung Heliconius zu identifizieren. Dazu werde ich zunächst neue Methoden zur effizienten und präzisen Quantifizierung visueller Anziehung entwickeln. In Kombination mit modernen molekularen Methoden werden es in F2-Rückkreuzungen erhobene Verhaltensdaten ermöglichen, diejenigen Genomabschnitte präzise zu identifizieren, die Unterschieden in visueller Anziehung kausal zugrunde liegen. Untersucht werden sowohl sympatrisch lebende Arten mit ökologischer Differenzierung als auch allopatrisch lebende Arten. Dadurch wird es mir möglich sein, eine zentrale Hypothese in der Evolutionsforschung zu testen, wonach Gene die zu reproduktiver Isolation sympatrisch lebender Arten beitragen, im Genom nahe beeinander liegen. Die oben genannten Experimente werden durch Analysen differentieller Genexpression ergänzt, mit dem ultimativen Ziel, Kandidatenregionen für funktionelle Studien zu identifizieren. Zusammenfassend wird mein Forschungsprojekt nicht nur zu einem besseren Verständnis der Genetik ökologisch relevanter Verhaltensweisen führen, sondern darüber hinaus neue Erkenntnisse über einen fundamentalen Prozess der Evolution und Biodiversität liefern, nämlich den der Artbildung.

• DFG-Verfahren: Emmy Noether-Nachwuchsgruppen