Monthly Archives: May 2017

Two souls, alas, are dwelling in the amphibian breast

Tadpoles and frogs evolve as two separate life forms – despite being only one

Children worldwide are mesmerized by the amphibian life cycle as example for the complexity of life forms –  An egg turns into a tadpole which then undergoes metamorphosis to develop into a frog.  

But why is this step necessary? Couldn’t the tadpole have “learned” to reproduce, not needing the frog anymore? Or why don’t more frogs directly develop from eggs, foregoing the tadpole? – Ergo, what’s the evolutionary advantage of having both?

Charles Darwin was already puzzled by this question, looking at insect larvae and adult insects who likewise undergo metamorphosis. Since they are part of the same life form, he assumed that evolution in one phase surely must be mirrored by the other. But, since there are also such striking differences between a larva and an adult after metamorphosis, maybe evolution affects both phases differently, driving them apart? From this standpoint, one might invoke Goethe’s Faust, reciting: “Two souls, alas, are dwelling in my breast /And one is striving to forsake its brother”.

To decide between these “Darwinian” and “Faustian” viewpoints, an international team of researchers led by the University of Hull and Technical University of Braunschweig studied and compared frog and tadpole evolution of the model frog Xenopus, and the Madagascan mantellid frogs who encompass over 400 species descending from a common ancestor. In the study published in Nature Communications on May 15th, they found that the evolution of tadpoles is entirely independent from the evolution of frogs, despite that they merely represent two phases of the same organism — Faust: 1, Darwin: 0.

“Tadpoles and frogs evolving independently from one another is the explanation for the presence of two such strikingly different phases in the first place”, says Katharina Wollenberg Valero from the University of Hull. “Having different genetic programs responsible for generating adult and tadpole forms may allow each phase to adapt to changes in their environment independently, bypassing possible ill consequences for the other phase”.

Publication

Wollenberg Valero, K. C., J. Garcia-Porta. A. Rodriguez, M. M. Arias Villarraga, A. Shah., R. D. Randrianiaina, J. L. Brown, F. Glaw, F. Amat, S. Kunzel, R. D. Isokpehi, D. Metzler, and M. Vences. Phenotypic evolution is uncoupled among frog life history phases. Nature Communications, DOI:10.1038/NCOMMS15213.

Contact and inquiries:

Katharina Wollenberg Valero: k.wollenberg-valero@hull.ac.uk

Miguel Vences: m.vences-tu-bs.de

Neue DNA-Datenbank der Wasserinsekten verbessert Umweltüberwachung

Im Wasser lebende Insekten spielen eine große Rolle als Zeigerarten bei der Beurteilung der Gewässerqualiät von Bächen, Flüssen und Seen. Die Forscher der Zoologischen Staatssammlung München (SNSB-ZSM) veröffentlichten nun eine genetische Arten-Datenbank der Eintags-, Köcher- und Steinfliegen in Deutschland, die das Umweltmonitoring und die Beurteilung von Ökosystemen erleichtern soll.

Eintagsfliege Rhithrogena germanica (Foto: SNSB-ZSM).

Wasserinsekten sind vor allem bei der Bestimmung der Gewässergüte von Fließ- sowie Standgewässern von enormer Bedeutung. Viele Arten speziell der Eintags-, Köcher- und Steinfliegen sind so optimal an ihre Lebensräume angepasst, dass sie äußerst sensibel auf kleinste Veränderungen ihrer Umwelt durch beispielsweise Verschmutzung oder auch klimatische Abweichungen reagieren. Die Reaktion der Insektenfauna auf veränderte Standortbedingungen werden heute oft zum Zwecke des Umweltmonitoring genutzt. Ökologen können durch die Erfassung der vorkommenden Arten und der Artgemeinschaften innerhalb eines Biotops unter anderem Rückschlüsse auf Wasser- oder Bodenqualität ziehen und somit dessen ökologisches Gleichgewicht bewerten.

Leider gestaltet sich die Artbestimmung bei diesen sogenannten Bioindikator- oder Zeigerarten in der Praxis oft sehr schwierig. Vor allem die Larven sind selbst für Experten anhand ihrer äußeren Merkmale kaum zu unterscheiden. Artbestimmungen sind somit meist zeitaufwändig, teuer und oft fehlerhaft.

Forscher der Zoologischen Staatssammlung München geben Ökologen und Umweltgutachtern mit ihrer nun veröffentlichten Gen-Datenbank für Eintags-, Köcher- und Steinfliegen ein wichtiges Werkzeug an die Hand. Im Rahmen ihrer DNA-Barcoding Projekte haben die ZSM Wissenschaftler die genetischen Fingerabdrücke – sogenannte DNA-Barcodes – von über 2600 Exemplaren der Wasserinsekten aus den drei Gruppen erfasst. Diese konnten insgesamt 363 verschiedenen Arten zugeordnet werden, was rund zwei Dritteln aller in Deutschland vorkommenden Arten entspricht. Diese genetische ‚Bibliothek des Lebens‘ dient nun als solide Referenz für zukünftige Artbestimmungen und gibt Ökologen eine schnellere und zuverlässigere Methode zur Identifikation von Indikatorarten an die Hand.

„Die neu von uns aufgestellte DNA-Datenbank beinhaltet alle für ökologische Fragestellungen relevanten Arten“, so Jérôme Morinière, taxonomischer Koordinator an der ZSM, „unser Ziel ist der weitere Ausbau unserer „Bibliothek des Lebens“ und deren Nutzbarkeit für Prozesse im Umwelt- oder Biodiversitätsmonitoring.“