Überdenken der Regeln von Aussterben und Überleben: Wissenschaftler könnten den "Alterungsprozess" bei Arten geknackt haben

Eine Studie der University of Kansas schlägt vor, dass die neutrale Biodiversitätstheorie, die besagt, dass das Aussterben von Arten größtenteils zufällig ist, eine genauere Erklärung bietet als die traditionelle Rote-Königin-Theorie. Diese Erkenntnis hat tiefgreifende Auswirkungen auf den Artenschutz, da sie die Unvorhersehbarkeit des Artensterbens und das Potenzial zur Erforschung von Mustern auf Gemeinschaftsebene hervorhebt. Quelle: SciTechDaily.com

Eine neue Studie der University of Kansas könnte ein Rätsel im "Alterungsprozess" von Arten lösen - oder wie sich das Risiko des Aussterbens einer Art ändert, nachdem diese Art aufgetaucht ist.

Jahrelang glaubten Evolutionsbiologen, dass ältere Arten keinen wirklichen Vorteil gegenüber jüngeren Arten haben, um dem Aussterben zu entgehen - eine Idee, die bei Forschern als "Rote Königin-Theorie" bekannt ist.

"Die Rote Königin-Theorie besagt, dass Arten laufen müssen, nur um stehen zu bleiben, wie die Figur im Buch "Alice hinter den Spiegeln" von Lewis Carroll", sagte Hauptautor James Saulsbury, ein Postdoktorand am Fachbereich für Ökologie und Evolutionsbiologie an der KU. "Diese Idee wurde in den 1970er Jahren zu einer Art ökologischer Theorie gemacht, um zu erklären, dass das Aussterberisiko über den Lebenszyklus von Arten hinweg scheinbar konstant blieb."

Die Jahre sind jedoch nicht gnädig mit dieser Theorie umgegangen.

"In den frühesten Untersuchungen dieses Phänomens schienen Arten jeden Alters in etwa mit der gleichen Rate auszusterben, vielleicht allein aufgrund der Relativität der verfügbaren Beweise zu dieser Zeit", sagte Saulsbury. "Das machte Sinn unter diesem Roten Königin-Modell, bei dem Arten ständig mit anderen Arten konkurrieren, die sich ebenfalls anpassen."

Aber mit zunehmender Datenerhebung und -analyse auf immer ausgefeiltere Weise fanden Wissenschaftler zunehmend verweigernde Beweise für die Rote Königin-Theorie.

Jüngere Arten sind im Allgemeinen einem höheren Aussterberisiko ausgesetzt. Ein neues Modell der University of Kansas zeigt diese neuere Erkenntnis des altersabhängigen Aussterbens und betont gleichzeitig die Bedeutung des Nullsummenwettbewerbs zur Erklärung des Aussterbens, wie es in der älteren Roten Königin-Theorie vorgesehen war. Quelle: Saulsbury et al

"Wissenschaftler fanden immer wieder Fälle, in denen junge Arten besonders gefährdet sind, auszusterben", sagte Saulsbury. "Wir hatten also ein Theorievakuum - eine Reihe von anomalen Beobachtungen und keine einheitliche Möglichkeit, sie zu verstehen."

Jetzt hat jedoch Saulsbury Forschungen veröffentlicht, die im Proceedings of the National Academy of Sciences erscheinen, die dieses Rätsel möglicherweise lösen. Saulsbury und seine Mitautoren zeigten, dass die Beziehung zwischen dem Alter einer Art und ihrem Risiko, auszusterben, genau vorhergesagt werden kann durch ein ökologisches Modell mit dem Namen "neutrale Biodiversitätstheorie".

Die neutrale Theorie ist ein einfaches Modell ähnlicher ökologischer Arten, die um begrenzte Ressourcen konkurrieren, wobei das Ergebnis für jede Art mehr oder weniger zufällig ist.

In der Theorie "sterben Arten entweder aus oder breiten sich von einer kleinen Anfangspopulationsgröße aus, um weniger anfällig für Aussterben zu werden, aber sie sind immer anfällig dafür, von ihren Konkurrenten ersetzt zu werden", so eine Zusammenfassung des PNAS-Papiers. Indem sie diese Theorie auf die Vorhersage des fossilen Datensatzes ausweiteten, fanden Saulsbury und Kollegen heraus, dass die neutrale Theorie "das Überleben von fossilen Zooplankton überraschend genau vorhersagt und empirische Abweichungen von den Vorhersagen der Roten Königin allgemeiner erklärt".

Die Mitautoren von Saulsbury waren C. Tomomi Parins-Fukuchi von der University of Toronto, Connor Wilson von der University of Oxford und der University of Arizona sowie Trond Reitan und Lee Hsiang Liow von der University of Oslo.

Obwohl die neutrale Theorie das Ende für die Rote Königin-Theorie zu bedeuten scheint, sagte der KU-Forscher, dass die Rote Königin immer noch wertvoll ist. Hauptsächlich stellt sie die nach wie vor gültige Idee auf, dass Arten in einem Nullsummenspiel gegeneinander um begrenzte Ressourcen konkurrieren, immer im Kampf um einen größeren Teil von Mutter Naturs Kuchen.

"Die Rote Königin-Theorie war eine fesselnde und wichtige Idee in der Evolutionsbiologengemeinschaft, aber die Daten aus dem Fossilienbestand scheinen diese Theorie nicht länger zu unterstützen", sagte Saulsbury. "Aber ich glaube nicht, dass unser Papier diese Idee wirklich widerlegt, denn tatsächlich sind die Rote Königin-Theorie und die neutrale Theorie auf eine tiefgreifende Weise ziemlich ähnlich. Sie präsentieren beide ein Bild des Aussterbens, das als Ergebnis des Wettbewerbs zwischen Arten um Ressourcen und ständiger Veränderung in Gemeinschaften aufgrund biologischer Interaktionen entsteht."

Letztendlich helfen die Ergebnisse nicht nur dabei, die Kräfte, die die natürliche Welt formen, zu begreifen, sondern können auch für Erhaltungsbemühungen relevant sein, da Arten weltweit zunehmenden Bedrohungen durch den Klimawandel und den Verlust von Lebensräumen gegenüberstehen.

“What makes a species vulnerable to extinction?” Saulsbury asked. “People are interested in learning from the fossil record whether it can tell us anything to help conserve species. The pessimistic side of our study is that there are ecological situations where there isn’t a whole lot of predictability in the fates of species; there’s some limit to how much we can predict extinction. To some extent, extinction will be decided by seemingly random forces — accidents of history. There’s some support for this in paleobiological studies.”

He said there has been effort to understand predictors of extinction in the fossil record, but not many generalities have emerged so far.

“There’s no trait that makes you immortal or not susceptible to extinction,” Saulsbury said. “But the optimistic side of our study is that entire communities can have patterns of extinction that are quite predictable and understandable. We can get a pretty good grasp on features of the biota, like how the extinction risk of species changes as they age. Even if the fate of a single species can be hard to predict, the fate of a whole community can be quite understandable.”

Saulsbury added a caveat: It remains to be seen how broadly the neutral explanation for extinction succeeds across different parts of the tree of life.

“Our study is also working on the geological timescale in millions of years,” he said. “Things may look very different on the timescale of our own lifetimes.”

Reference: “Age-dependent extinction and the neutral theory of biodiversity” by James G. Saulsbury, C. Tomomi Parins-Fukuchi, Connor J. Wilson, Trond Reitan and Lee Hsiang Liow, 27 December 2023, Proceedings of the National Academy of Sciences. DOI: 10.1073/pnas.2307629121