Abteilung Fischökologie & Evolution

In Europa gibt es noch kaum Abstiegshilfen, die Fische unversehrt an den Turbinen von Flusskraftwerken vorbei lotsen. Ein interdisziplinäres Team von ETH-Ingenieurinnen und Fischbiologen der Eawag hat nun einen Rechen entwickelt, der Fischen durch Druck- und Strömungsunterschiede den Weg aus der Hauptströmung in den sicheren Fischpass signalisiert. Das System, welches das Verhalten der Fische beeinflusst, bewährte sich in Labortests vor allem für Junglachse und karpfenartige Fische.

Ein Faktenblatt der Akademie der Naturwissenschaften zeigt: Zuviel Stickstoff und Phosphor gelangen in die Schweizer Umwelt. Dort schädigen sie Biodiversität, Wälder und Gewässer, verstärken den Klimawandel und beeinträchtigen die Gesundheit der Menschen. Die Ursachen sind eigentlich bekannt.

Die Forschenden Juliane Hollender, Ole Seehausen, Bernhard Truffer und Urs von Gunten des Wasserforschungsinstituts Eawag gehören zu den «highly cited researchers 2020».

Im Fachjournal ZooKeys beschreibt ein Team des Wasserforschungsinstituts Eawag und der Universität Bern sieben endemische Felchenarten der Berner Oberländer Seen – vier davon wurden vorher noch nicht wissenschaftlich beschrieben, zwei erst in den letzten Jahren als eigenständige Arten erkannt. Eine Felchenvielfalt wie in Thuner- und Brienzersee gibt es in der Schweiz sonst höchstens noch im Vierwaldstättersee; und gerade bei solch tiefen Seen sind weitere Überraschungen nicht auszuschliessen.

Die Erforschung und Nutzung von Ressourcen aus den Weltmeeren ist ungleich verteilt. Viele dieser Ressourcen stammen zwar aus dem globalen Süden, erforscht werden sie aber vorwiegend von wenigen Ländern im Norden. Entsprechend fliessen – trotz Biodiversitätskonvention – auch Nutzen und Profit mehrheitlich dorthin. Das zeigt eine Literaturanalyse aus den letzten 50 Jahren.

Mit Genom-Analysen von 100 Buntbarsch-Arten beschreibt ein Team des Wasserforschungsinstituts Eawag und der Universität Bern gemeinsam mit Kollegen in Australien, England, Tansania, Uganda und den USA frappante Unterschiede in Geschwindigkeit und Häufigkeit der Artbildung von Buntbarschen. Die Forschenden zeigen, wie der Austausch von Erbgutvarianten zwischen bestehenden Arten die Bildung neuer Arten massiv beschleunigt, sofern die ökologischen Bedingungen stimmen.

Die Biodiversität und damit der Zustand von Flussökosystemen können vorhergesagt werden. Forschende der Universität Zürich und vom Wasserforschungsinstitut Eawag kombinieren dazu Umwelt-DNA-Analysen mit hydrologischen Methoden. Am Beispiel des Flusses Thur konnten sie so schützenswerte Gebiete identifizieren, um Schutzmassnahmen einzuleiten.

Interspezifische Hybriden können transgressive Phänotypen aufweisen, die es ihnen ermöglichen, neue ökologische Nischen zu erkunden.

Im Victoriasee leben rund 500 verschiedene Arten von Buntbarschen. Welche davon am selben Ort koexistieren können, hängt davon ab, wie gross der Effekt einzelner Gene auf wichtige Merkmale bei der Partnerwahl ist. Das fand ein Forscherteam der Eawag und der Universität Bern heraus.

126 Schweizer Forschende, darunter 6 von der Eawag, wollen ihre Landsleute in der Schweiz auf einige wissenschaftliche Fakten aufmerksam machen, die Covid-19 mit der natürlichen Umwelt verbinden.

Die Nutzung von Erkenntnissen aus verschiedenen Disziplinen ist unerlässlich, um integrative Lösungen zu finden, die zur Bewältigung komplexer Umweltprobleme erforderlich sind. Menschliche Aktivitäten haben einen noch nie dagewesenen Einfluss auf die globalen Ökosysteme, was zum Verlust von Arten und zu grundlegenden Veränderungen in den selektiven Umgebungen der Organismen im gesamten Lebensbaum geführt hat.

Um zu verstehen wie Organismen evolvieren, sich an neue Lebensräume anpassen und neue Arten entstehen, ist es wichtig die DNA Sequenzen von verschieden Individuen und Organismen miteinander vergleichen zu können. Im besten Fall hat man hierfür artspezifische genetische Ressourcen zur Verfügung.

In diesem Review wird die erstaunliche Variationsbreite der anatomischen und molekularen Mechanismen des Sehsystems von Fischen vorgestellt sowie deren Funktion für ihre visuellen Anforderungen.

ABCD: alle Kontinente (all continents), ausgewogenes Verhältnis der Geschlechter (balanced gender), kohlenstoffarmer Transport (low carbon transport) und unterschiedliche Hintergründe (diverse backgrounds). Diese Kriterien sollen die wissenschaftlichen Konferenzen der Zukunft prägen. 

Parasiten können starke ökoevolutionäre Wechselwirkungen mit ihren Wirten haben. Folglich können sie zur Diversifizierung der Wirte beitragen. Die Radiation von Buntbarschen im Viktoriasee ist ein gutes Modell, um die Rolle von Parasiten in den frühen Stadien der Artbildung zu untersuchen. Wir untersuchten die Muster von Makroparasiteninfektionen in einer Gemeinschaft von 17 sympatrischen Buntbarschen aus einer rezenten Radiation und zwei älteren Arten aus zwei nichtradiationären Linien, um die Möglichkeit einer parasitenvermittelten Artbildung zu erforschen.

Ein Kennzeichen der ostafrikanischen Buntbarsch-Radiationen ist die rasche Entwicklung der reproduktiven Isolation, die auch bei vollständiger Sympatrie vieler eng verwandter Arten robust ist. Die Theorie sagt voraus, dass Artenpersistenz und Artbildung in Sympatrie mit Genfluss erleichtert werden, wenn Loci mit großer Wirkung oder physischer Verknüpfung (oder Pleiotropie) Merkmalen zugrunde liegen, die an der reproduktiven Isolation beteiligt sind.

Seasonal spatio-temporal variation in habitat quality and abiotic conditions leads to animals migrating between different environments around the world. Whereas mean population timing of migration is often fairly well understood, explanations for variation in migratory timing within populations are often lacking.

In den Seen Ostafrikas leben besonders viele verschiedene Arten von Buntbarschen. Diese Vielfalt entwickelte sich unter anderem dank Hybriden, denen es gelang, neue ökologische Nischen in ihren Lebensräumen zu erobern. Das fanden Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Wasserforschungsinstituts Eawag und der Universität Bern heraus.

In Grönlands Seen und Flüssen dürften Hunderte Saiblingsarten leben. Das vermutet ein Team des Wasserforschungsinstituts Eawag und der Universität Bern, das im Einzugsgebiet des Eqaluit-Flusses die grösste bisher bekannte Artenvielfalt an Seesaiblingen entdeckt hat.

Das Sehvermögen spielt eine ausserordentlich wichtige Rolle im Leben der meisten Knochenfische und es ist anzunehmen, dass es sehr gut an die jeweilige Ökologie und das Verhalten jeder Spezies angepasst ist.

Muscheln und Wasserpflanzen in aquatischen Ökosystemen klären das Wasser und sorgen normalerweise dafür, dass sich Algen nicht zu stark vermehren. Doch Experimente in der Versuchsteichanlage der Eawag zeigen, dass das gleichzeitige Auftreten beider Arten das Ökosystem aus dem Gleichgewicht bringen können.

Rasche Veränderungen im Genom zweier eng vernetzter Arten können nicht allein durch evolutionäre Vorgänge wie den Selektionsdruck erklärt werden. Eine ebenso wichtige Rolle spielen ökologische Abläufe, zum Beispiel die Dynamik in der Populationsgrösse. Das hat ein internationales Forscherteam unter Leitung der Eawag und der Universität Konstanz mit einer Alge und einem Virus erstmals experimentell aufgezeigt.  Die Studie wurde heute in Magazin Science Advances veröffentlicht.

Neue Arten können rasch entstehen, wenn neue Nischen erschlossen werden. Aber genetische Mutationen sind selten, wie ist also eine so schnelle ökologische Artbildung überhaupt möglich? Die erst vor kurzem im Bodensee entstandenen See- und Bachökotypen von Stichlingen geben darauf eine überraschende Antwort.

Ein Einblick in die Arbeit einer Molekular-Neurobiologin und wie Fische visuell miteinander kommunizieren können.

Wenn Tiere in ein Ökosystem wandern, verwandelt sich dieses kurzzeitig in ein Schlaraffenland für Raubtiere. Aber auch im Ökosystem, aus dem die Tiere ausgewandert sind, verändern sie durch ihre Abwesenheit die Nahrungsnetze. Das zeigt erstmals eine neue Studie über lokale Fischwanderungen in Nordeuropa.

Stichlinge haben es seit der letzten Eiszeit geschafft, vom Meer aus zahlreiche Süssgewässer zu besiedeln. Genanalysen von Forschenden der Eawag, der Universität Bern und vom National Institute of Genetics in Shizuoka (Japan) zeigen nun, dass ihnen dies aufgrund zusätzlicher Genkopien eines Stoffwechsel-Gens gelungen ist.

Patterns of animal migration and the ecological forces that shape them have been studied for centuries. Yet ecological impacts caused by the migration, such as altered predator–prey interactions and effects on community structure, remain poorly understood. This is to a large extent due to the scarcity of naturally replicated migration systems with negative controls, that is, ecosystems without migration. In this study, we tested whether partial migration of certain species within the overall prey community affects foraging ecology of top predators and thereby alters energy pathways in food webs.

Vertebrate vision is accomplished through light-sensitive photopigments consisting of an opsin protein bound to a chromophore. In dim light, vertebrates generally rely on a single rod opsin [rhodopsin 1 (RH1)] for obtaining visual information. By inspecting 101 fish genomes, we found that three deep-sea teleost lineages have independently expanded their RH1 gene repertoires.

Mit der systematischen Befischung der Schweizer Fliessgewässer hat das «Progetto Fiumi» über 40 Fisch-Arten dokumentiert. Eine zuvor nur ansatzweise erfasste Vielfalt hat das Eawag-Team zudem innerhalb der Arten gefunden. Damit liefert das Projekt Grundlagen für den Schutz dieser genetischen und ökologischen Vielfalt.

Speciation is often thought of as a slow process due to the waiting times for mutations that cause incompatibilities, and permit ecological differentiation or assortative mating. Cases of rapid speciation and particularly cases of rapid adaptive radiation into multiple sympatric species have remained somewhat mysterious.

The contemporary genomic diversity of viruses is a result of the continuous and dynamic interaction of past ecological and evolutionary processes. Thus, genome sequences of viruses can be a valuable source of information about these processes. In this review, we first describe the relevant processes shaping viral genomic variation, with a focus on the role of host–virus coevolution and its potential to give rise to eco-evolutionary feedback loops.

Wenn Ökosysteme abrupt aus einem Gleichgewicht kippen, können das Katastrophen sein für Menschen und Biodiversität. Erstaunlich wenig weiss man bisher über die Rolle der Evolution in solchen Prozessen. Jetzt hat ein Forscherteam mit Beteiligung der Eawag in «Nature Ecology & Evolution» Ansätze publiziert, wie die komplexen Fragen erforscht werden könnten. 

Rishi De-Kayne und Philine Feulner untersuchen die genetische Basis der spektakulären Felchen Radiation in den Schweizer Seen. Um das zu tun, sind neue genetische Tools essentiell. Ein solches Tool ist die neue Linkage Map, die sie in der Zeitschrift G3 publiziert haben.

Diese Studie liefert eine genomische Analyse (basierend auf 16,173 RAD Loci) der alpinen Felchen des Walensees und des Zürichsees. Philine und Ole zeigen, dass es mit so vielen Markern möglich ist, sympatrische Felchenarten eindeutig zu unterscheiden. Dies ermöglichte ihnen dann, zu zeigen, dass in beiden Seen die Populationen von unterschiedlichen, aber ökologisch ähnlichen, Felchen Arten nach einer Periode der Eutrophikation zurückgingen.

In Thuner- und Brienzersee haben Fischbiologen der Eawag und der Universität Bern eine neue Fischart entdeckt. Die provisorisch «Balchen 2» getaufte Art unterscheidet sich morphologisch, ökologisch und genetisch klar von den fünf bisher bekannten Felchen-Arten des Thunersees. Noch mehr Felchenarten kennt man bisher nur vom 200mal grösseren Onegasee in Russland.

Nicht nur durch die Klimaerwärmung ändert sich die Temperatur in Seen, Flüssen und anderen Gewässern. Auch ihre Nutzung für Heizungen und Kühlungen führt dazu, dass die Wassertemperatur steigt oder sinkt. Welche Auswirkungen dies auf die aquatischen Ökosysteme haben kann, ist allerdings immer noch spärlich untersucht. Das zeigt eine Literaturstudie der Eawag und der Universität Bern. 

Die Daueruntersuchung an grösseren Schweizer Fliessgewässern läuft seit bald 45 Jahren. Eine Auswertung der Zeitreihen zeigt, dass sich mit dem Klimawandel auch geochemische Prozesse ändern. So steigen an den meisten Stationen die Konzentrationen von Bicarbonat. Nebst der höheren Temperaturen sind das Nährstoffangebot in den Seen und der Säuregehalt in den Böden die Treiber. Nach einem Peak in den späten 1980er Jahren gehen hingegen die Stickstoffkonzentrationen zurück. Gründe dafür sind ein verminderter Eintrag von Stickstoff in der Landwirtschaft und die verbesserte Eliminierung in der Abwasserreinigung.

Die Familie der Buntbarsche gehört zu den Fischfamilien mit den meisten Arten – und dauernd entstehen neue. Die schillernd bunten Fische entwickeln sich so schnell, dass Eawag-Forschende ihnen nun quasi bei der Evolution zuschauen konnten.

Genetische "linkage maps" sind essential für komparative Genomik. In dieser Studie haben wir Marker via "restriction-site associated DNA (RAD) sequencing" identifiziert und genotypisiert und so eine genetische "linkage map" erstellt, die auf 1,597 SNP Marker einer interspezifischen F2 Kreuzung zweier nah verwandten Lake Victoria Cichliden (Pundamilia pundamilia und P. sp. ‘red head’) basiert.

Wie schnell können sich Organismen an ein neues Habitat anpassen? Um diese Frage zu beantworten hat Tom Reimchen von der Universität Victoria, Kanada, 1993 ein Selektionsexperiment angesetzt und Dreistachlige Stichlinge aus einem grossen See für 19 Jahre in einem kleinen Teich evoluieren lassen.

Kay Lucek und Kollegen haben herausgefunden dass innerhalb des Aare Einzugsgebietes die Populationen von geographisch weit entfernten Seen näher miteinander verwandt sind, als mit den nahen Flusspopulationen. Dieses Muster ist eher konsistent mit zwei unterschiedlichen Kolonisierungswellen als mit parapatrischer ökologischer Artbildung nach einer einzigen Kolonisierungswelle.

Biologische Systeme bestehen aus ökologischen und evolutionären Prozessen, die innerhalb und zwischen den Hierarchieebenen interagieren. Es gibt jedoch nur wenige quantitative Rahmen zur Erforschung der komplexen Dynamik biologischer Systeme, wenn zwischen den einzelnen Ebenen der Hierarchie Abhängigkeiten bestehen.

Symbiotisch lebende Mikroorganismen können die biologische Schädlingsbekämpfung unterwandern, indem sie ihren Wirt vor Angreifern schützen. Wirtsorganismen können diese für sie nützlichen Passagiere sogar an ihre Nachkommen vererben. Das Ganze ist ein Phänomen, das bisher kaum berücksichtigt wurde, dem aber dank neuer Forschungsresultate entgegengewirkt werden kann.

Der Viktoriasee in Ostafrika ist bekannt für seine grosse Artenvielfalt. Doch zahlreiche Fische, Mollusken, Krustentiere oder Wasserpflanzen sind bedroht. Dies zeigt ein neu erschienener Bericht der International Union for Conservation of Nature (IUCN), zu dem auch die Eawag beigetragen hat.

Moritz Muschick und Kollegen haben Sediment-Bohrkerne aus dem Viktoriasee nach Fossilien in Schichten vor und nach der Austrocknung des Sees durchsucht, um die Hypothese des "priority effect" zu testen.

Wenn die einzellige Alge Chloralla variablis und ihr für sie tödlicher Kontrahent, das Chlorovirus, miteinander ringen, kommt in verschiedenen identischen Versuchen immer wieder das Gleiche raus: Nach wiederholten Phasen des Zusammenbruchs und der Wiederbesiedelung sind die meisten Algenzellen in jedem wiederholten Versuch gegen den Erreger resistent.

Joana Meier erhält den Fakultätspreis 2017 der Universität Bern für die beste Dissertation in Biologie. Der Titel der Dissertation ist "The role of hybridization in adaptive radiation: Genomic insights from Lake Victoria cichlids".

Jacco van Rijssel, Florian Moser, David Frei und Ole Seehausen haben ein neues paper in Proceedings of the Royal Society B über den Einfluss von disruptiver Selektion auf den Arbildungsprozess mit Genfluss publiziert. Sie fragen, ob Unterschiede in aktueller divergenter ökologischer Selektion, Unterschiede in genetischer Divergenz zwischen sympatrischen Arten erklären können. Dies haben sie untersucht, indem sie sieben Art-Paare, die in verschiedenen Phasen der Artbildung sind, verglichen haben.

Dies ist eine sehr interessante Blog Serie des theoretischen Ökologen Hari Sridhar. Er interviewt Autoren von bekannten Publikationen in Ökologie und Evolution, um etwas über die Entstehung der Publikation, den Einfluss der Publikation auf die Karriere des Autors und seine Forschung und darüber, was der Autor heute über den Inhalt der Publikation denkt, herauszufinden.

In der Schweiz, aber auch in ganz Europa und in der USA, befällt ein Parasit Süsswasserfische, vor allem die Forellen. Er ist im Sommer aktiv, wenn das Wasser warm ist, und „schläft“ im Winter. Eine Gruppe Forschender von EPFL, Eawag und Universität Bern haben nun ein mathematisches Modell entwickelt, das Ausbrüche der von diesem Parasiten ausgelösten Nierenkrankheit vorhersagt. 

In stabilen Lebensräumen teilen Forellen das Beutespektrum untereinander auf und werden Spezialisten. In Wildbächen mit instabiler Versorgungslage werden sie Generalisten. Stichlinge aus unterschiedlichen Evolutionslinien verändern ihre Umwelt durch ihr Fressverhalten. Das bekommt den Nachkommen schlecht, ausser wenn es Hybride sind. Solche Wechselspiele zwischen Arten und Umwelt zu verstehen, ist für einen griffigen Schutz der Biodiversität wichtig. 

Ab August 2017 wird FIBER, die Fischereiberatungsstelle in Kastanienbaum, wieder im Zweierteam geführt. Die aktuelle Leiterin Corinne Schmid freut sich auf die Zusammenarbeit mit Sébastien Nusslé. Gemeinsam werden sie eine Co-Leitung bilden. 

Der Vierwaldstättersee prägt das Bild der Zentralschweiz. Nicht nur die landschaftliche Vielfalt zeichnet ihn aus, sondern auch sein Lebensraum für zahlreiche Tiere. Im Zuge der schweizweiten Studie «Projet Lac» wurde die Fischfauna des Sees zum ersten Mal mit standardisierten Methoden quantitativ untersucht. Dabei kam auch Überraschendes an die Oberfläche.

Im afrikanischen Viktoriasee wächst der Konflikt zwischen Fischzucht in Netzkäfigen und der «normalen» Fischerei. Zudem setzen invasive Arten, Abwässer, Pestizide oder Dammbauten das einzigartige Ökosystem zunehmend unter Druck. 

Der Mensch beeinflusst die Evolution. Im Fall der Felchen in den Schweizer Seen führt dies dazu, dass  spezialisierte Arten durch wenige Generalisten ersetzt werden. Eine neue Studie stützt jetzt die These, dass Ressourcen effizienter genutzt werden, wenn die Vielfalt gross ist.

Nicht weniger als 500 neue Buntbarsch-Arten – farbige Verwandte unseres Eglis – sind im ostafrikanischen Viktoriasee in den letzten 15'000 Jahren entstanden, ein Rekord in der Tier- und Pflanzenwelt. In der Zeitschrift Nature Communications haben Forschende der Eawag und der Uni Bern jetzt dieses Evolutions-Rätsel gelöst.