Gene flow dynamics in Baboons - The influence of social systems

Abstract

Die Beziehung zwischen Genen und Verhalten ist in der Evolutionsbiologie von besonderem Interesse. Bestimmte Verhaltensweisen können die genetische Struktur natürlicher Populationen gestalten, dadurch deren genetische Diversität verändern und so ihr evolutives Schicksal beeinflussen. Abwanderung aus der Geburtsgruppe ist eine dieser Verhaltensweisen. Sie beeinflusst Genfluss, dessen Ausmaß die genetische Struktur von Populationen bestimmt. Paviane (Gattung Papio) sind ein besonders interessantes Forschungssystem um die Beziehung zwischen Verhalten und populationsgenetischer Struktur zu untersuchen. Die Evolution der Paviane wurde sowohl von historischem als auch gegenwärtigem Genfluss geprägt. Innerhalb dieser Gattung treten sowohl die überwiegende Abwanderung von Männchen als auch die überwiegende Abwanderung von Weibchen auf. Zudem wurde ihre gegenwärtige Verbreitung maßgeblich von Populationsausbreitung und –rückzug beeinflusst und es tritt häufig Genfluss zwischen verschiedenen Arten auf. In meiner Doktorarbeit untersuchte ich, wie verschiedene Abwanderungsmuster den Genfluss bei Pavianen beeinflussen. Damit hoffe ich zu einem besseren Ver-ständnis der Wechselbeziehung zwischen Verhaltensökologie und Genetik in natürlichen Populationen beizutragen. Ich fokussierte mich darauf, wie Unterschiede in den Sozialsystemen unterschiedlicher Pavianarten deren genetische Struktur beeinflussen. Die beobachteten Muster nutzte ich, um auf das geschlechtsspezifische Abwanderungsmuster bei Guineapavianen zu schließen, eine der am wenigsten untersuchten Pavianarten. Zudem untersuchte ich, wie sowohl historischer als auch gegenwärtiger Genfluss die genetische Struktur der Guineapaviane formten und ob es möglich ist von der Populationsausbreitung der Paviane Rückschlüsse auf die menschliche Evolutionsgeschichte zu ziehen. Um diese Fragen zu beantworten nutzte ich einen populationsgenetischen Ansatz, basierend auf im gesamten Verbreitungsgebiet gesammelten Kotproben, deren exakter geographischer Ursprung bekannt war. Ich analysierte sowohl autosomale Mikrosatelliten als auch Sequenzen der mitochondrialen Hypervariablen Region I. Meine Ergebnisse zeigen, dass die genetische Struktur der Guineapaviane am besten durch die überwiegende Abwanderung von Weibchen erklärt werden kann, sowohl in einem lokalen als auch im globalen Kontext. Weiblicher Genfluss führt zu einer hohen Diversität innerhalb von Populationen sowie einem Fehlen von genetisch-geographischer Struktur in mitochondrialer DNA. Nukleäre DNA hingegen zeigt eine starke globale geographische Struktur und Männchen sind im Vergleich zu Weibchen durch eine stärkere lokale Struktur gekennzeichnet. Dies entspricht den Vorhersagen für ein System, in welchem hauptsächlich Weibchen abwandern und Männchen in ihrer Geburtsgruppe verbleiben. Insgesamt scheint lokal begrenzte Abwanderung den wirksamen Genfluss auf eine Distanz unter 200 km zu beschränken, was zu einem starken Isolation-durch-Distanz Effekt und genetisch differenzierten Populationen führt. Anzeichen für Populationsausbreitung, die graduelle Struktur genetischer Variation, und mögliche Hinweise auf das “Allele-surfing” Phänomen, deuten auf eine historische westwärts gerichtete Ausbreitung von Guineapavianen hin. Introgressive Hybridisierung mit benachbarten Anubispavianen könnte genetische Muster im Bereich der Kontaktzone erklären, muss aber im Detail noch untersucht werden. Zusätzlich konnte ich zeigen, dass Mantelpaviane vermutlich im gleichen Zeitraum des Späten Pleistozäns von Afrika nach Arabien wanderten, wie Hypothesen für den modernen Menschen vorschlagen. Meine Studie ist die erste umfassende Analyse der genetischen Populationsstruktur der Guineapaviane und liefert Belege für die überwiegende Abwanderung von Weibchen in dieser Art. Dies untersützt die Ansicht, dass das Sozialsystem der Guineapaviane einige vergleichbare Merkmale zum System der Mantelpaviane aufweist und deutet somit darauf hin, dass während der Evolution dieser beiden Arten besondere evolutionäre Drücke gewirkt haben, die sie von allen anderen Pavianarten abgrenzen. In Kombination mit dem starken Einfluss von Populationsausbreitungen auf ihre Verbreitung und genetische Diversität, bekräftigt meine Arbeit Paviane als interssanten analogen Modellorganismus, der helfen kann, die Prozesse die während der Evolution des Menschen maßgeblich waren, aufzuklären.