Epigenetik macht Geparden anpassungsfähig

Vom Streuner zum Revierboss: Geparden haben eine geringe genetische Vielfalt – und damit schlechte Voraussetzungen, um sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen. Dennoch zeigen die Tiere eine bemerkenswerte Flexibilität.

So können sich männliche Geparde im Laufe ihres Lebens vom umherstreifenden, körperlich schmächtigen „Floater“ in ein territoriales, kräftiges und aggressiveres Männchen verwandeln. Eine Studie des Leibniz-Instituts für Zoo- und Wildtierforschung (Leibniz-IZW) zeigt nun, dass diese Transformationen mit umfangreichen Veränderungen der DNA-Methylierung einhergehen.

Die Ergebnisse einer neuen Studie unter Leitung des Leibniz-IZW zeigen am Beispiel von freilebenden namibischen Geparden (Acinonyx jubatus jubatus), dass epigenetische Mechanismen eine wichtige Rolle dabei spielen könnten, wie Tiere trotz geringer genetischer Vielfalt unterschiedliche Phänotypen, also unterschiedliche äußerliche Merkmale, ausbilden.

Männliche Geparde beginnen ihr Erwachsenenleben als sogenannte Floater. Sie besitzen kein eigenes Territorium und ziehen einzeln oder in kleinen Brüdergruppen von bis zu drei Tieren durch große Streifgebiete. Einige von ihnen schaffen es aber, durch tödliche Kämpfe ein Territorium zu übernehmen und werden zu territorialen Männchen. Damit verändern sie ihren Phänotyp innerhalb weniger Monate. Als territoriale Männchen werden sie körperlich viel kräftiger und aggressiver. Und sie bewegen sich in einem deutlich kleineren Gebiet, in dessen Zentrum die Markierungsbäume der Geparde liegen.

Solche Veränderungen, die nicht durch genetische Unterschiede erklärbar sind, könnten epigenetisch gesteuert werden, so die Hypothese des Forscher:innen-Teams. Also über DNA-Methylierung, die Gene stärker und schwächer reguliert, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern. Bei der DNA-Methylierung lagern sich chemische Gruppen an die DNA an und können dadurch die Genaktivität beeinflussen.

IZW Langzeit-Gepardenforschungsprojekt in Namibia

Für die Untersuchung nutzte das Forschungsteam Blutproben, Gewicht und Altersdaten des Leibniz-IZW Gepardenprojektes in Namibia. Von zehn männlichen Geparden lagen Blutproben aus zwei Lebensphasen vor. Zunächst, als die Tiere noch Floater waren, und später, nachdem sie ein Territorium übernommen hatten. Die Forschenden konnten damit die DNA-Methylierung bei denselben Individuen vor und nach dem Wechsel identifizieren und vergleichen.

„Unsere Ausgangsthese hat sich bestätigt“, sagt Dr. Alexandra Weyrich, Wissenschaftlerin in der Abteilung für Evolutionsgenetik am Leibniz-IZW und eine der beiden Seniorautorinnen der Studie. „Der Wechsel vom Floater zum territorialen Männchen geht tatsächlich mit deutlichen Veränderungen im Methylierungsmuster einher. Besonders interessant war, wie klar die betroffenen Gene in Stoffwechselwegen fungieren, die mit genau den Merkmalen zusammenhängen, die sich auch äußerlich verändern.“

Um auszuschließen, dass die Veränderungen im Methylierungsmuster lediglich auf das höhere Alter der territorialen Männchen zurückzuführen sind, wurden zusätzliche Analysen durchgeführt. Dabei zeigte sich: Das altersabhängige Methylierungsmuster unterscheidet sich deutlich von den Mustern der beiden „männlichen Phänotypen“.

„Außerdem blieben die Körpermaße von Floatern, die bis ins hohe Alter Floater blieben, weitgehend unverändert. Das steht im Gegensatz zu Floatern, die später ein Territorium übernehmen“, erklärt Colin Vullioud, Erstautor und Datenanalyst am Leibniz-IZW. „Darüber hinaus haben wir potenzielle epigenetische Biomarker identifiziert, mit denen sich Floater von territorialen Männchen unterscheiden lassen.“

Dr. Bettina Wachter, Wissenschaftlerin in der Abteilung Evolutionäre Ökologie am Leibniz-IZW und Leiterin des Gepardenforschungprojektes in Namibia erklärt: „Entscheidend und sehr ungewöhnlich bei Geparden ist, dass sich die Männchen erst nachdem sie den Kampf um ein Territorium gewonnen haben, körperlich und verhaltensmäßig verändern. Bei anderen Säugetierarten gehen Männchen einen Kampf ein, wenn sie kräftig sind und bleiben es dann auch nach der Territoriumsübernahme. Daher konnten wir dank epigenetischer Untersuchungen nachweisen, welche Gene mit diesem phänotypischen Wechsel anders reguliert werden. “

Epigenetische Marker für den Artenschutz

„Unsere Ergebnisse sind wichtig, weil sie zeigen, dass auch Arten mit geringer genetischer Vielfalt anpassungsfähig sind. Möglicherweise hilft Individuen diese epigenetische Flexibilität, um unterschiedliche Phänotypen auszubilden, was unter schnell veränderten Umweltbedingungen wichtig ist“ so Weyrich.

Die Forschenden betonen, dass die Studie noch keine Ursache-Wirkungs-Beziehung nachweisen kann. Die beobachteten Methylierungsveränderungen bei den Geparden sind zwar mit dem Wechsel vom Floater zum Territorialmännchen verbunden. Ob sie den Wechsel initiieren, ihn begleiten oder eine Folge der veränderten Lebensweise sind, lässt sich anhand der vorliegenden Daten noch nicht beantworten.

Zukünftige Forschung sollte untersuchen, ob ähnliche Mechanismen auch bei anderen bedrohten Arten mit geringer genetischer Variabilität eine Rolle spielen.