Shark-Bay-Delfine: Sponging hinterlässt Spuren im Epigenom

Eine kleine Gruppe von Delfinen in der Shark Bay in Australien macht etwas ausgesprochen Ungewöhnliches: Sie setzen einen Meeresschwamm wie eine Art Schutzkappe über ihre Schnauze, während sie den Meeresboden nach Fischen absuchen, die knapp unter einer Sandschicht verborgen sind.

Der Schwamm bewahrt ihr Maul nicht nur vor dem scheuernden Sand. Er hilft ihnen auch dabei, eine grössere Fläche abzusuchen, als es mit der Schnauze allein möglich wäre, und zudem können sie auf diese Weise auch in tieferem Wasser nach Nahrung suchen.

Menschen kennen diese einfallsreiche Methode seit über 25 Jahren – und sie ist nur ein Beispiel dafür, dass Delfine Werkzeuge nutzen.

Delfine in der Shark Bay wurden ausserdem dabei beobachtet, wie sie eine Muschelschale verwenden, um Fische aufzuschöpfen und in einem Zug hinunterzuschlucken. Dieser Trick heisst „Shelling“ und wird, wie Forschende 2020 herausfanden, von den Tieren von ihren Freunden erlernt.

Sponging bei Shark-Bay-Delfinen: erlerntes Werkzeugverhalten

Im Gegensatz dazu wird das „Sponging“ von der Mutter an das Kalb weitergegeben. Es ist schwierig zu erlernen, weil der Schwamm die Echoortung der Delfine beeinträchtigt. Trotzdem scheint der Nutzen gross genug zu sein, dass diese Delfine die Technik über Generationen hinweg beibehalten.

Nun haben Forschende herausgefunden, dass diese schwammnutzenden Delfine aus der Shark Bay nicht nur durch ihr Verhalten auffallen.

Delfine, die dieses erlernte Sponging-Verhalten zeigen, tragen auch feine Unterschiede in ihrem Epigenom – also in der Gesamtheit reversibler chemischer Veränderungen, die beeinflussen, wie Gene genutzt werden, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern.

Anders gesagt: Eine solche kulturelle Praxis könnte einen biologischen Fingerabdruck hinterlassen.

„Das potenzielle Zusammenspiel zwischen Kultur und Epigenetik ist ausserhalb des Menschen bislang kaum erforscht worden“, erklärt das Team um den Evolutionsbiologen Michael Krützen von der Universität Zürich in der Schweiz in der neuen Arbeit.

„Das Verständnis dieser Wechselwirkungen wird nicht nur neue Erkenntnisse für Verhaltensökologen liefern, sondern könnte auch die menschliche Evolution beleuchten, indem es die Lücke zwischen kulturellen Praktiken und ihren biologischen Grundlagen schliesst.“

Epigenom und DNA-Methylierung: mögliche biologische Signatur

Nur ein Teil der Indopazifischen Grossen Tümmler (Tursiops aduncus) in der Shark Bay betreibt Sponging – vor allem Weibchen. Zudem ist das Verhalten energetisch aufwendig, auch wenn es offenbar bestimmte Vorteile hat.

Sponger verbringen mehr Zeit mit der Nahrungssuche, ruhen weniger und jagen häufig allein. Gleichzeitig fressen sie andere Beute, verfügen über andere soziale Netzwerke – und ihre Einfallsreichheit könnte ihnen helfen, widerstandsfähiger zu sein, wenn nach marinen Hitzewellen typische Nahrungsquellen knapp werden.

Obwohl sie in denselben Gewässern leben und oft eng miteinander verwandt sind, lernen manche Delfine diese Technik, andere dagegen nie.

Genau das machte die Population zu einem idealen natürlichen Experiment, um zu prüfen, ob ein kulturell überliefertes Verhalten mit epigenetischen Unterschieden zusammenhängen könnte.

Studie: Hautproben, maschinelles Lernen und offene Fragen

Um das zu untersuchen, analysierten die Forschenden Hautproben von 96 Delfinen, die über mehr als zwei Jahrzehnte hinweg gesammelt worden waren. 23 davon waren bestätigte Sponger, während 73 überlappende Nachbarn Nicht-Sponger waren.

Das Team betrachtete fast 30.000 Stellen im Genom der Delfine, an denen DNA-Methylierung – eine verbreitete epigenetische Modifikation – auftreten kann.

DNA-Methylierung wirkt eher wie ein Dimmer als wie ein Ein-/Aus-Schalter. Indem winzige chemische Markierungen, sogenannte Methylgruppen, an die DNA angeheftet werden, können Zellen die Genaktivität hoch- oder herunterregeln, ohne den genetischen Code selbst zu verändern.

Es ist bekannt, dass sich solche Muster mit Alter, Ernährung, Stress und Umweltbedingungen verschieben können – und damit als plausible Kandidaten gelten, um Unterschiede im Lebensstil widerzuspiegeln.

Die Forschenden trainierten ein Modell des maschinellen Lernens, um zu prüfen, ob Methylierungsmuster allein Sponger von Nicht-Spongern unterscheiden können. Das gelang – allerdings nur mit moderater Genauigkeit.

Nach Korrektur für die zehntausenden statistischen Vergleiche stach keine einzelne Methylierungsstelle klar hervor.

Stattdessen schien sich das Vorhersagesignal über viele kleine Unterschiede zu verteilen. Das finale Modell stützte sich auf Methylierungsmuster an 21 DNA-Stellen und nicht auf einen einzelnen herausragenden genetischen Marker.

Das passt zu dem, was Biologen bei komplexen Verhaltensweisen zunehmend beobachten: Sie werden selten durch nur ein Gen oder einen einzelnen molekularen Weg gesteuert.

Damit stellt sich jedoch eine Henne-und-Ei-Frage.

Kulturelle Verhaltensweisen wie Sponging verändern nicht nur die Handlungen eines Tieres – sie können, wie bei diesen Delfinen, Ernährung, Sozialleben, Energieaufwand und die Exposition gegenüber Umweltbelastungen umformen.

Diese Faktoren könnten theoretisch im Laufe eines Lebens Methylierungsmuster beeinflussen. Gleichzeitig deuten Studien an Fadenwürmern darauf hin, dass epigenetische Veränderungen auch vererbt und von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden können.

Deshalb ist unklar, ob das Erlernen von Sponging die Methylierung verändert, ob bereits vorhandene Methylierungsunterschiede Delfine eher dazu bringen, das Verhalten anzunehmen, oder ob beides durch andere Faktoren geprägt wird, die mit dem Sponging-Lebensstil zusammenhängen.

Eine weitere Einschränkung der Studie ist ethischer Natur: Das Team wertete Haut aus, das einzige Gewebe, das bei wild lebenden Delfinen sicher entnommen werden kann. Möglicherweise bildet es Veränderungen im Gehirn oder in anderen, für Verhalten wichtigen Organen nicht vollständig ab.

Dennoch ist dies ein weiteres Beispiel dafür, wie sich die Biologie von Kultur besser erfassen lässt.

Evolutionsbiologen verstehen seit Langem, dass Kultur über viele Generationen hinweg letztlich auch die Genetik formen kann – die Verbreitung von Laktosetoleranz bei milchviehhaltenden Menschen ist ein Beispiel.

Diese Studie und andere Arbeiten zu epigenetischen Veränderungen legen nahe, dass es einen schnelleren Weg geben könnte, wie Körper Überlebensstrategien (oder schlicht bessere Ernährung) über die biologische Signalgebung des Epigenoms „kommunizieren“.

Die Forschungsergebnisse erschienen in Philosophical Transactions B von The Royal Society Publishing.

Dieser Artikel wurde von Rachel Garner faktengeprüft und von Clare Watson redigiert. Auch wenn wir auf unseren Prozess stolz sind, sind wir nur Menschen. Wenn Ihnen ein Fehler auffällt, lassen Sie es uns bitte wissen.

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