Integrative Evolutionsbiologie - Ralf J. Sommer

Integrative Evolutionsbiologie - Ralf J. Sommer

Wir verfolgen einen integrativen Ansatz und versuchen, Evo-Devo mit Populationsgenetik und Evolutionsökologie zu verbinden, indem wir den Fadenwurm Pristionchus pacifius untersuchen, der im Ökosystem eines Skarabäuskäfers lebt.

Wir verbinden Entwicklung, Ökologie und Populationsgenetik in einem hochintegrativen Ansatz, um zu untersuchen, wie sich neuartige und komplexe Merkmale als Ergebnis historischer Prozesse entwickeln. Wir konzentrieren uns dabei auf die entwicklungsbedingte (phänotypische) Plastizität als Vermittler für die Evolution von Neuartigkeit, komplexen Merkmalen und phänotypischer Divergenz.

Trotz einer Vernachlässigung der Entwicklungsplastizität in der Forschung allgemein und eines Mangels an ausreichenden Erkenntnissen über die Evolution neuartiger Strukturen wurde in den letzten zwei Jahrzehnten ein theoretischer Rahmen geschaffen, der die Plastizität als Schlüsselkonzept in der Evolutionsbiologie hervorhebt (West-Eberhard 2003, Sommer 2020).

Die Bedeutung der Plastizität in der Evolutionsforschung

Um die Plastizität und ihre Rolle in der Evolution vollständig zu verstehen, müssen jedoch die zugehörigen molekularen Mechanismen identifiziert werden. In den letzten zehn Jahren hat mein Labor wohl das detaillierteste molekulare Verständnis aller plastischen Merkmale geliefert.

Zum einen haben wir Entwicklungsschalter identifiziert, die die Umwelt wahrnehmen und die Entwicklung umprogrammieren können, und damit seit langem bestehende theoretische Vorhersagen bestätigt. Zum anderen haben wir das nachgeschaltete genregulatorische Netzwerk (GRN) bestimmt, das die phänotypische Ausführung der alternativen Phänotypen steuert.

Diese Ergebnisse zeigen zum ersten Mal, dass Plastizität tatsächlich mit der modernen Synthese vereinbar ist. Noch wichtiger ist, dass sie einen molekularen Rahmen schaffen, um die Mechanismen der mit der Plastizität verbundenen Evolution vom i) Ursprung der Plastizität über ii) die genetische Anpassung bis hin zur iii) endgültigen Assimilation (Kanalisierung) aufzuklären. Diese drei Schritte werden die Grundlage unserer Forschung im kommenden Jahrzehnt bilden.

Pristionchus pacificus als Modellsystem

Anhand des freilebenden Fadenwurms Pristionchus pacificus als Modellsystem kombinieren wir Laborstudien zur Plastizität (vorwärts und rückwärts gerichtete Genetik, Genomik, Transgenese, experimentelle Evolution) mit Feldarbeit (Ökologie und natürliche Variation).

Darüber hinaus koppeln wir unseren Modellsystem-Ansatz mit makro-evolutionären Vergleichen, wobei wir mehr als 1.500 Stämme von Pristionchus pacificus und etwa 50 kultivierbare Pristionchus-Arten verwenden, die weltweit gesammelt wurden (www.pristionchus.org).

Unsere etablierte Feldstation auf La Réunion, einer Insel im Indischen Ozean, die die gesamte weltweite genetische Vielfalt von P. pacificus beherbergt, dient als Mikrokosmos zur Untersuchung der Entwicklungsplastizität und ihrer Rolle in der Umwelt und im Ökosystem der Nematoden.

Forschungsgebiete der Abteilung

Plastizität in der Entwicklung: Triebfeder für Neuartigkeit
Umweltanpassung und phänotypische Plastizität finden sich überall in der Natur. Alle Organismen sind einer Umwelt ausgesetzt, und die meisten dieser Umwelten verändern sich ständig, oft auf unvorhersehbare Weise. Es überrascht daher nicht, dass Plastizität in allen Bereichen des Lebens und auf allen Ebenen der biologischen Organisation zu finden ist. mehr
Experimentelle Evolution bei Pristionchus
Die Entstehung phänotypischer Vielfalt aus einem identischen Bestand an genetischer Information - d. h. Polyphenismus - ist nach wie vor eines der faszinierendsten Phänomene in der Welt der Lebewesen. Trotz einer Fülle von Literatur über das Wesen der Plastizität und ihr Vorkommen in der Natur ist die Rolle, die sie in der adaptiven Evolution spielt, noch nicht vollständig geklärt. mehr
Pristionchus – Populationsgenetik und Ökologie
Eines der zentralen Ziele der Abteilung ist es, auf eine bessere Integration von Studien über Makroevolution, Mikroevolution und Ökologie mit Entwicklungsgenetik und Evo-Devo hinzuarbeiten. mehr
Mikrobielle Wechselwirkungen - Pathogenität
Nematoden und Bakterien sind wichtige Bestandteile des Ökosystems Boden. Viele Nematoden nutzen Bakterien als Nahrung, während andere spezialisierte bakterielle Interaktionen entwickelt haben, die von Mutualismus bis Parasitismus reichen. Über die biologischen Mechanismen, durch die die Wechselwirkungen zwischen Nematoden und Bakterien zustande kommen, ist wenig bekannt. mehr
Pristionchus - Biologie, Taxonomie und Phylogenie
Unsere Forschungen seit 2004 haben gezeigt, dass Nematoden der Gattung Pristionchus in enger Verbindung mit bestimmten Käfern leben. Wir haben zahlreiche Exkursionen nach Westeuropa, in den Osten der Vereinigten Staaten, nach Südafrika und Japan unternommen. Aus 25 000 Käfern konnten wir mehr als 8 000 verschiedene Pristionchus-Isolate bestimmen, die zu 39 Arten gehören, von denen die meisten unbekannt sind. mehr
Pristionchus - Molekularer Werkzeugkasten
Pristionchus pacificus ist aufgrund mehrerer technischer Merkmale ein attraktiver Modellorganismus für Laborstudien. Im Laufe der Jahre wurde eine Reihe von Methoden entwickelt, die es erlauben, mechanistische Studien an diesem Fadenwurm durchzuführen. mehr
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