Die Gene des Großen Weißen Hais stellen die Forschung vor ein Rätsel

Die Gene des Großen Weißen Hais wirken wie ein Lehrbuchbeispiel dafür, wie wenig ein Genom manchmal erklärt: Ein Erbgut kann extrem aufschlussreich sein, doch seit Forschende vor mehr als 20 Jahren begonnen haben, die DNA des Großen Weißen Hais (Carcharodon carcharias) zu entschlüsseln, liefern die Ergebnisse mindestens ebenso viele neue Fragen wie Antworten.

Drei Gruppen statt einer globalen Population (Studie 2024)

Eine Studie aus dem Jahr 2024 zeigte, dass dieser gefürchtete Räuber entgegen einer weitverbreiteten Annahme nicht einfach einer einzigen weltweiten Art- beziehungsweise Gesamtpopulation zuzuordnen ist.

Stattdessen lassen sich drei klar unterscheidbare Gruppen erkennen. Alle gehen auf eine gemeinsame Ausgangspopulation zurück, die vor rund 10.000 Jahren existierte – bevor die letzte Eiszeit die Bestände drastisch verringerte. Heute befindet sich eine der Gruppen im Nordpazifik, eine weitere im Südpazifik und im Indischen Ozean, und die dritte im Nordatlantik sowie im Mittelmeer.

Das genetische Paradox: Kern-DNA ähnlich, mtDNA stark verschieden

Unabhängig davon, welche evolutionsbiologischen Simulationen zur Erklärung dieser Aufspaltung herangezogen werden, enden die Modelle laut den Forschenden immer wieder in Sackgassen.

„Die ehrliche wissenschaftliche Antwort ist: Wir haben keine Ahnung“, sagt Studien-Hauptautor Gavin Naylor, Direktor des Florida Program for Shark Research am Florida Museum of Natural History.

Der Kern des Rätsels: Die Kern-DNA aller drei Hai-Gruppen ist weitgehend ähnlich, während ihre mitochondriale DNA überraschend deutlich voneinander abweicht.

Kern-DNA liegt – wie der Name nahelegt – im Zellkern. Mitochondriale DNA hingegen ist in den Mitochondrien verpackt, also in den Zellbestandteilen, die die Energie für die Zelle bereitstellen.

Im Unterschied zur Kern-DNA, die von beiden Elternteilen vererbt wird, gilt mitochondriale DNA (mtDNA) bei den meisten mehrzelligen Tieren – einschliesslich Haien – als mütterlich vererbt.

Gerade weil mtDNA eine mütterliche Linie nachzeichnen kann, nutzen Naturschutzbiologinnen und -biologen sie seit Jahren, um Populationsgrenzen und Wanderungsrouten zu bestimmen.

Beim Großen Weißen Hai funktioniert dieses bewährte Vorgehen jedoch nicht.

Warum die Hypothese der weiblichen Philopatrie scheitert

Selbst mit einem der weltweit grössten Datensätze zu Großen Weißen Haien kamen die Forschenden bei der Suche nach einer passenden Erklärung nicht weiter.

Zuvor lag der Verdacht nahe, dass die mtDNA-Unterschiede dadurch entstehen, dass Weibchen zur Fortpflanzung an ihren Geburtsort zurückkehren – ein Konzept, das als weibliche Philopatrie bekannt ist.

Für diese Idee gibt es sogar aktuelle Beobachtungsdaten: Sie deuten darauf hin, dass zwar sowohl männliche als auch weibliche Tiere enorme Distanzen zurücklegen, Weibchen jedoch zur Paarungszeit „nach Hause“ zurückkehren.

Als Naylor und sein Team diese Annahme überprüften, reichte sie dennoch nicht aus, um die mtDNA-Gruppen zu erklären. Durch die Sequenzierung der Gene von 150 Weißen Haien aus verschiedenen Weltregionen fand die Arbeitsgruppe keinerlei Hinweis auf weibliche Philopatrie.

Wären Weibchen tatsächlich nur innerhalb bestimmter Populationen zur Fortpflanzung gekommen, müsste sich zumindest ein schwaches Signal in der Kern-DNA zeigen. „Aber das spiegelte sich in den Kerndaten überhaupt nicht wider“, sagt Naylor.

Auch eine evolutionsbiologische Simulation, die modellierte, wie sich die Haie seit dem letzten gemeinsamen Vorfahren in drei Gruppen aufgespalten haben könnten, stützte die Hypothese der weiblichen Philopatrie nicht.

„Ich kam auf die Idee, dass die Geschlechterverhältnisse unterschiedlich sein könnten – dass also nur wenige Weibchen von Generation zu Generation zu den Populationen beitragen“, erläutert Naylor.

Doch auch dieser Ansatz konnte die genetischen Unterschiede nicht plausibel machen. Ebenso wenig liess sich das Muster durch zufällige genetische Veränderungen erklären, die sich im Lauf der Zeit ansammeln und als genetische Drift bezeichnet werden.

Das Forschungsteam argumentiert daher, dass „notwendigerweise ein alternativer evolutionärer Mechanismus am Werk sein muss“.

Als einzige weitere bekannte Erklärung bleibt, dass natürliche Selektion die mtDNA jeder Gruppe gezielt „geschärft“ haben könnte – was jedoch wenig wahrscheinlich wirkt. Weltweit gibt es nur etwa 20.000 Große Weiße Haie; gemessen an vielen anderen Arten ist das eine sehr kleine Population. Wenn bestimmte mtDNA-Varianten tatsächlich einen Vorteil liefern, müssten sie die Tiere nach Naylors Einschätzung vor etwas „brutal Tödlichem“ schützen.

Er bezweifelt, dass dies zutrifft. Offensichtlich fehlt noch ein entscheidendes Puzzleteil.

„Die in natürlichen Populationen beobachtete mitochondriale Variabilität wurde in keiner der Simulationen reproduziert – selbst nicht unter extremer weiblicher Philopatrie, was darauf hindeutet, dass andere Kräfte zur Diskrepanz beigetragen haben“, schliessen die Autorinnen und Autoren.

„Der gleiche Ansatz würde auch anderen Haiarten zugutekommen, bei denen weibliche Philopatrie bislang aufgrund genetischer Daten angenommen wurde.“

Die Studie wurde in PNAS veröffentlicht.