Vertiefende Erforschung kryptischer Biodiversität

Kryptische Arten sind einander morphologisch sehr ähnliche Arten, die zum Zeitpunkt ihrer Entdeckung nur sehr schwer unterscheidbar sind. Im vergangenen Jahrzehnt wurden kryptische Arten in den meisten Organismengruppen entdeckt. Diese Forschung war allerdings überwiegend deskriptiv - die Analyse evolutionärer Trends bei kryptischen Arten ist überfällig. Wir schlagen ein dreiteiliges Konzept zur Erforschung der Evolution eines Komplexes von mindestens sieben kryptischen Ameisenarten vor. Erstens werden wir die derzeit geringe Präzision in der Artabgrenzung mittels Integrativer Taxonomie wesentlich erhöhen. Information von traditioneller Morphometrie und nuklearen und mitochondrialen DNA-Sequenzen wird separat bearbeitet und dann integriert. Bei evolutionsbiologisch nicht erklärbarem Datenkonflikt zwischen Disziplinen können zusätzliche Disziplinen herangezogen werden: geometrische Morphometrie und Infrarot- Spektroskopie. Zweitens werden wir Bestimmungsroutinen testen und nach Minimieren der Fehlerrate im Internet frei zugänglich machen. Die Bestimmungsroutinen werden auf die auch in der Artabgrenzung verwendeten Datenquellen aufbauen und wichtige Vorarbeiten für das dritte, übergeordnete Ziel des Projekts ermöglichen. Drittens werden wir drei Fragen zur Evolution des Artenkomplexes bearbeiten: (i) Phylogenetischer Aufbau des Artenkomplexes? Falls die Arten eine exklusive Kronengruppe im Stammbaum ("species tree") bilden, kann Stasis (die Aufrechterhaltung anzestraler Morphologie) als ursächlich für die morphologische Ähnlichkeit der Arten abgeleitet werden. Falls die Arten zu mehr als einer Kronengruppe gehören, wird ein alternativer Ansatz benötigt: Die morphologische Krypsis könnte durch Konvergenz entstanden sein oder durch Stasis, die von einigen (jetzt nicht-kryptischen) Arten aufgegeben wurde. (ii) Verhältnis von morphologischer Ähnlichkeit zu evolutionärer Nähe? Die kryptischen Ameisenarten sind morphologisch ähnlich aber nicht identisch. Das ermöglicht, die Ausmaße morphologischer Ähnlichkeit und evolutionärer Nähe zu korrelieren. Dieser Ansatz kann Konvergenz im Fall von mehr als einer Kronengruppe glaubhaft machen. Falls die Arten eine exklusive Kronengruppe bilden, wäre eine von zwei neuen Erkenntnissen möglich: der graduelle Verlust von Ähnlichkeit mit abnehmender evolutionärer Nähe oder der fehlende Einfluss evolutionärer Nähe auf die Stasis. (iii) Verhältnis der Ähnlichkeiten in Morphologie und klimatischer Nische? Die treibenden Kräfte in der Diversifizierung der kryptischen Ameisenarten und die Mechanismen, die das Aufrechterhalten der Artintegritäten ermöglichen, sind unbekannt. Die Ökologie könnte beteiligt sein und die Arten könnten sich beispielsweise in ihren klimatischen Nischen unterscheiden. Das Muster der Ähnlichkeiten in klimatischer Nische und Morphologie könnte eine Rolle der Ökologie in der Evolution der Arten nahelegen. Das Projekt wird weiterreichende Relevanz haben. Die Integrative Taxonomie benötigt gut dokumentierte Fallstudien zur Verfeinerung operationaler Details. Unser innovatives 454-Technologie-basiertes Protokoll zur Etablierung hoch auflösender nuklearer Sequenzloci wird generell anwendbar sein. Die Erfahrungen aus der Entwicklung von Internet-Bestimmungsroutinen könnten bei anderen kryptischen Arten nützlich sein. Die evolutionsbiologischen Ergebnisse werden einen Grundstein für die Erforschung weiterer Evolutionsaspekte dieser Arten ermöglichen. Insgesamt könnte das Evolutionsprofil mithelfen, bisher unerkannte, aber weiter verbreitete Charakteristika der Evolution kryptischer Arten zu erkennen.

Kryptische Arten sind Arten, die einander so sehr ähneln, dass man sie kaum voneinander unterscheiden kann. In den letzten Jahren sind in immer mehr Organismengruppe kryptische Arten entdeckt worden, leider war ihre Erforschung jedoch vor allem deskriptiv. Im Gegensatz dazu haben wir bei der Bearbeitung des Tetramorium caespitum Ameisen-Artenkomplexes ein schlüssiges Protokoll der integrativen Taxonomie angewandt. Dabei wird Information von unterschiedlichen Datenquellen wie beispielsweise Morphometrie, nuklarer und mitochondrialer D N A zunächst separat ausgewertet und erst in einem weiteren Schritt integriert. Widersprüche zwischen den einzelnen Datenquellen werden anhand von evolutiven Szenarien, wie beispielsweise Hybridisierung, erklärt. Um die Artbestimmung des Tetramorium caespitum Artenkomplexes allen Interessierten zu ermöglichen, haben wir einen frei zugänglichen online Bestimmschlüssel entwickelt (siehe https://webapp.uibk.ac.at/ecology/tetramorium/). Ebenso wurde ein fibre-optic Nah-Infrarot Spektroskopie Bestimmungswerkzeug etabliert. Nach erfolgreicher Abgrenzung aller Arten wollten wir die evolutiven Hintergründe der Entstehung kryptischer Arten beleuchten. Wir fanden einen graduellen Verlust von morphologischer Ähnlichkeit im Laufe der Zeit Krypsis ist also ein Resultat von nur geringem Ähnlichkeitsverlust, genannt Stasis, und nicht von parallel entstehender Ähnlichkeit aufgrund von gleichem ökologischen Druck. Schließlich fanden wir Hinweise, dass Arten in hohen Lagen ähnlicher und schwerer zu unterscheiden sind als Arten im Tiefland.