Die Ostsee entstand vor rund 8000 Jahren nach der letzten Eiszeit, als Salzwasser aus der Nordsee in das Ostseebecken einströmte, wo sich zuvor ein riesiger Schmelzwassersee befand. Eine der ersten Fischarten, die in das neue Brackwasser-Meer einwanderten, war der Atlantische Hering. Heute zählen die Heringe in der Ostsee zu den ökologisch und wirtschaftlich bedeutendsten Fischen. „Der Hering ist ein Bindeglied zwischen dem Plankton, von dem er sich ernährt, und den Fischen, Vögeln und Meeressäugern, die sich wiederum vom Hering ernähren“, erklärt Leif Andersson von der Universität Uppsala in Schweden. „Für die Bevölkerung rund um die Ostsee sind die reichen Heringsbestände seit Jahrtausenden ein wichtiger Bestandteil der Nahrungsversorgung.“
Neue Heimat im Brackwasser
Gemeinsam mit einem Team um Erstautor Cheng Ma hat Andersson nun untersucht, welche genetischen Veränderungen dem aus dem Atlantik eingewanderten Fisch das Überleben in der Ostsee ermöglichten. „In Teilen der Ostsee sinkt der Salzgehalt auf 0,2 bis 0,3 Prozent, verglichen mit 3,4 bis 3,5 Prozent im Nordatlantik“, erläutern die Forschenden. Dieser Unterschied ist vor allem für die Fortpflanzung des Herings von Bedeutung. Denn da er sich mit äußerer Befruchtung vermehrt, sind seine Spermien, Eizellen und Embryos direkt dem Meerwasser ausgesetzt. Damit sie nicht aufquellen oder andere osmotisch bedingte Schäden erleiden, müssen sie an den Salzgehalt der Umgebung angepasst sein.
Um herauszufinden, welche Anpassungen der Ostsee-Hering entwickelt hat, sequenzierten Ma und seine Kollegen die Genome zahlreicher Heringe aus verschiedenen Regionen im Atlantik, der Ostsee sowie aus dem Ringkøbing Fjord an der dänischen Nordseeküste, der zwischen den Verbreitungsgebieten der Heringe aus dem Atlantik und der Ostsee liegt. Dabei stießen sie auf zahlreiche genetische Unterschiede. „Besonders entscheidend sind Veränderungen in den Genen, die die Fortpflanzung und die frühe Entwicklung steuern“, berichtet das Team.
Genetische Modifikationen im Fortpflanzungssystem
Eine dieser Anpassungen betrifft einen Ionenkanal, der nur in Spermien vorkommt. Bei Ostsee-Heringen ist der Durchmesser dieses Kanals aufgrund einer Genmutation vergrößert. „Der große Durchmesser erleichtert den Transport von Ionen und Osmolyten und verhindert wahrscheinlich das Aufquellen der Spermien beim Laichen in Gewässern mit niedrigem Salzgehalt“, erklären die Forschenden. Auch die Eier sind durch genetische Modifikationen vor dem Aufquellen geschützt. So sorgen angepasste Proteine und Enzyme für eine stabilere Eihülle. Diese verstärkte Eihülle schützt den Embryo, wird aber zum Problem beim Schlüpfen. Doch auch dieses Problem hat die natürliche Selektion gelöst: Im Vergleich zu Atlantischen Heringen verfügen Ostsee-Heringe über 20 zusätzliche Kopien eines Gens für den Abbau der Eihülle.
„Diese Studie ist ein Lehrbuchbeispiel dafür, wie starke natürliche Selektion zu genetischen Veränderungen in mehreren Genen führt, die gemeinsam eine erfolgreiche Fortpflanzung in einer neuen Umgebung gewährleisten“, sagt Andersson. „Bemerkenswert ist, dass wir spezifische Gene und Mutationen identifizieren konnten und die biologischen Mechanismen erklären können, warum diese Veränderungen für die Anpassung an die Brackwasserumgebung der Ostsee entscheidend waren.“
Bisher wird der Ostseehering als Unterart des Atlantischen Herings klassifiziert. „Die auffälligen genetischen Unterschiede zwischen Ostsee- und Atlantischem Hering, die nun aufgedeckt wurden, liefern jedoch ein Argument dafür, den Ostseehering als eigenständige Art einzustufen“, meint Andersson.
Quelle: Cheng Ma (Uppsala University, Schweden) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2601861123
