Projektgruppen

L-2.4 | BIODIVERSITÄT UND EVOLUTION ARKTISCHER VERTEBRATEN

Projektleiter:
Prof. Dr. Axel Janke

Die Arktis ist von sehr dunklen, kalten und langen Wintern geprägt, die sich mit kurzen Sommern abwechseln. Arktische Gebiete stellen somit einige der extremsten Lebensräume auf der Erde dar. Andererseits zeigt die Arktis während der Sommermonate eine sehr hohe Produktivität. Dies belegt, dass angepasste Arten in dieser Ökozone sehr gut existieren (und sich fortpflanzen) können. Evolutionäre Studien haben gezeigt, dass sich die meisten bisher untersuchten arktischen Taxa aus südlichen Artgenossen während des Pleistozäns (<2.500.000 Jahre) oder Holozän (<12.000 Jahren) herausbildeten. In anderen Worten haben sich die meisten arktischen Arten über relativ kurze Zeiträume an ihre Lebensräume angepasst. Dieser Zeitrahmen deckt sich mit der klimatischen Abkühlung während des Pleistozäns, die zur Bildung der arktischen Eisschilde führte. Allerdings beinhaltete diese Abkühlung auch zahlreiche Temperaturschwankungen mit warmen und kalten Phasen, was besondere Ansprüche an die Anpassung an das arktische Klima stellte, denn während der Warmphasen konnten arktische Arten nicht weiter nach Norden hin in kühlere Gebiete ausweichen.

Der aktuelle Klimawandel manifestiert sich bereits in der Arktis durch Auftauen des Permafrosts, Rückgang der Ausdehnung und Dicke des Meereises und Küstenerosion. Heute sind viele arktische Arten deshalb durch schrumpfende Lebensräume und dem zunehmenden Wettbewerb mit borealen und gemäßigten Arten gefährdet.

Arktische Wirbeltiere wie der ikonische Eisbär (Ursus maritimus) sind eine ideale taxonomische Gruppe zur Studie von genomischen Auswirkungen des Klimawandels. Es gibt bereits vollständige Genome von mehreren Säugetieren. Dies erleichtert das Design von Experimenten und ermöglicht eine Reihe von vergleichenden Analysen.

Wir suchen mit Hilfe moderner genomischer ("Next-Generation") Technologien nach Signaturen im Genom, die auf die besondere Anpassung an das Leben in der Arktis hindeuten. Insbesondere werden wir große Mengen an Sequenzdaten von Eisbären und ihrem nächsten Verwandten, dem Braunbären (Ursus arctos) generieren. Der Braunbär hat eine weite Verbreitung in der Paläarktis und Nearktis, von subarktischen bis in subtropische Ökozonen, aber er fehlt in hocharktischen Lebensräumen. Braunbären sind wahrscheinlich einige der nachteiligen Auswirkungen der pleistozänen Klimaschwankungen entgangen, da ihr Verbreitungsgebiet nord-/ südwärts schwanken kann und er sich damit in  klimatisch weniger extremen Umgebungen bleiben konnte. Diese Unterschiede in der "Anpassung" sollten zu Unterschieden in der Genetik der Arten geführt haben.

Durch den Vergleich der Genome dieses Artenpaars (Eisbär und Braunbär) versuchen wir, Gene und andere genomische Regionen, die sich unterschiedlich in diesen Arten entwickelt haben, zu finden.
 

Team

Dr. Frank Hailer, Wissenschaftler
Tobias Bidon, Doktorand
Verena Kutschera, Doktorandin

Publikationen

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Bapteste, E. and van Iersel, L. and Janke, A. and Kelchner, S. and Kelk, S. and McInerney, J.O. and Morrison, D.A. and Nakhleh, L. and Steel, M. and Stougie, L. and Whitfield, J.(2013) : Networks: expanding evolutionary thinking. - Trends in Genetics, 29 (8). pp. 439-441

Bidon, T., Janke, A., Fain, S. R., Eiken, H. G., Hagen, S. B. Saarma, U.,Hallström, B. M., Lecomte, N. & F. Hailer (2014) : Brown and Polar Bear Y Chromosomes Reveal Extensive Male-Biased Gene Flow within Brother Lineages. - Molecular Biology and Evolution (2014) 31 (6)

Bidon, T., Frosch, C., Eiken, H.G., Kutschera, V.E., Hagen, S.B., Aarnes, S.G., Fain, S.R., Janke, A. & F. Hailer (2013) : A sensitive and specific multiplex PCR approach for sex identification of ursine and tremarctine bears suitable for non-invasive samples. - Molecular Ecology Resources 13(3): 362-368.

Bock, F., Gallus, S., Janke, A., Hailer, F., Steck, B.L., Kumar, V. & M. A. Nilsson (2014) : Genomic resources and genetic diversity of captive lesser kudu (Tragelaphus imberbis). - ZOO BIOLOGY (in press)

González-Porter, G.P., Maldonado, J.E., Flores-Villela, O., Vogt, R.C., Janke, A., Fleischer, R.C. & F. Hailer (2013) : Cryptic population structuring and the role of the Isthmus of Tehuantepec as a gene flow barrier in the critically endangered Central American River Turtle. - PLoS ONE 8(9): e71668.

Hailer, F., Kutschera, V.E., Hallström, B.M., Klassert, D., Fain, S.R., Leonard, J.A., Arnason, U. & A. Janke (2012) : Nuclear genomic sequences reveal that polar bears are an old and distinct bear lineage. - Science. 336: 344-347.

Hailer, F., Kutschera, V.E., Hallström, B.M., Fain, S.R., Leonard, J.A., Arnason, U. & A. Janke (2013) : Response to Comment on ‘Nuclear Genomic Sequences Reveal that Polar Bears Are an Old and Distinct Bear Lineage’. - Science 339: 1522, doi: 10.1126/science.1228066

Kawai, K., Hailer, F., de Guia, A.P., Ichikawa, H. & T. Saitoh (2013) : Refugia in glacial ages lead to the current discontinuous distribution patterns of the dark red-backed vole Myodes rex on Hokkaido, Japan. - Zoological Science, in press.

Kleven, O., Hallström, B.M., Hailer, F., Janke, A., Hagen, S.B., Kopatz, A. & G.H. Eiken (2012) : Identification and evaluation of novel di- and tetranucleotide microsatellite markers from the brown bear (Ursus arctos). - Conservation Genetics Resources 4: 737-741.

Kuhn, T., Hailer, F., Palm, H.W. & S. Klimpel (2013) : Global assessment of molecularly identified Anisakis Dujardin, 1845 (Nematoda: Anisakidae) in their teleost intermediate hosts. - Folia Parasitologica 60(2): 123-134.

Kutschera, V. E., Bidon, T., Hailer, F., Rodi, J. L., Fain, S. R., & A. Janke (2014) : Bears in a forest of gene trees: Phylogenetic inference is complicated by incomplete lineage sorting and gene flow. - Molecular Biology and Evolution 31(8):2004–2017

Kutschera, V.E., Lecomte, N., Janke, A., Selva, N., Sokolov, A.A., Haun, T., Steyer, K., Nowak, C. & F. Hailer (2013) : A range-wide synthesis and timeline for phylogeographic events in the red fox (Vulpes vulpes). - BMC Evolutionary Biology 13(1): 114.

Langguth, T., Honnen, A.C., Hailer, F., Mizera, M., Skoric, S., Väli, Ü. & F.E. Zachos (2013) : Genetic structure and phylogeography of a European flagship species, the white-tailed sea eagle (Haliaeetus albicilla). - Journal of Avian Biology 44(3): 263-271, doi: 10.1111/j.1600-048X.2012.00075.x.

Psouni, E., Janke, A. & M. Garwicz (2012) : Impact of Carnivory on Human Development and Evolution Revealed by a New Unifying Model of Weaning in Mammals. - PLoS ONE 7(4): e32452.

Sanchez Donoso, I., Huisman, J., Echagaray, J., Puigcerver, M., Rodríguez Teijeiro, J.D., Hailer, F. & C. Vilà (2014) :

Detecting slow introgression of invasive alleles in an extensively restocked game bird. - Frontiers in Ecology and Evolution 2: 15.

Tobias Bidon, Alexander Kopatz, Dr. Frank Hailer (2013) : Geschlechtsbestimmung bei Wildtieren, Labor&more
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