Evolutionsbiologie

The Globe is populated by a vast diversity of animals, plants and microorganisms which however is only incompletely understood – despite their enormous importance for numerous fields of science and society. A better understanding of the Earth’s species diversity is doubtless a priority for contemporary biology. Which processes lead to the formation of species? Why have some lineages of organisms given rise to high numbers of species and ecomorphological adaptations while others have not? Which biogeographic mechanisms explain the global distribution of biodiversity? And: How many species do exist on the Globe? Estimates range from 5 to 100 million species of eukaryotes. These questions are central to the department of evolutionary biology of the Zoological Institute. Methods used are the sequencing of genes, gene fragments (RAD Sequencing) or of entire transcriptomes to reconstruct phylogenetic relationships, or fragment analyses (microsatellites) and SNPs to understand differentiation at the population level. The laboratory analyses are based on samples that we collect in biodiversity hotspots such as Madagascar, or on archipelagos such as Galapagos, and complemented by intensive field research.

In this framework, the two working groups (the Vences lab and the Steinfartz lab) specialize on different approaches.

The Vences lab focuses on patterns of biodiversity, such as phylogenetic and phylogenomic trees, biogeographic distributions often based on GIS-modelling, communities of bacteria on the amphibian skin, or the occurrence of pheromones and skin toxins in different regions and species. These patterns are analysed to understand key innovations influencing the rate of speciation, biogeographic colonization patterns, intrinsic and extrinsic factors acting as prevalent drivers of speciation. Much of the research took place in Madagascar. Here, in a team with Frank Glaw (Zoologische Staatssammlung München), we have described over 120 new species of amphibians. New research focuses on the amphibian skin bacterial communities, in hosts from Europe, Madagascar, and Brasil. For further information and a full list of publications, see: www.mvences.de

The Steinfartz lab focuses on the detailed processes of population divergence and species formation. These processes are disentangled with a diverse molecular toolkit, comprising microarrays, RAD Sequencing, as well as classical microsatellites and mitochondrial DNA sequences. Primary model groups are fire salamanders in Germany and Israel, and marine iguanas on Galapagos. A further research priority is on conservation biology, in particular the use of molecular tools to better protect populations, species and habitats.

 

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Biodiversität - die Vielfalt der Tiere, Pflanzen und Mikroorganismen - ist trotz ihrer enormen Bedeutung nur zu einem Bruchteil erfasst und verstanden. Fraglos bleibt daher die Erforschung der Artenvielfalt eine der größten Herausforderungen der Biologie: Welche Prozesse führen dazu, dass Arten entstehen? Wieso haben bestimmte Stammlinien eine höhere Artenvielfalt sowie ökologische und morphologische Vielfalt hervorgebracht als andere? Welche biogeographischen Mechanismen können die Muster der globalen Verbreitung von Arten erklären? Und nicht zuletzt: Wie viele Arten gibt es überhaupt auf der Erde? Selbst bei Tieren ist die Artenzahl ungewiss - Schätzungen sprechen von 5, 10, oder gar 100 Millionen. Die Suche nach Antworten auf diese Fragen steht für die Abteilung "Evolutionsbiologie" des Zoologischen Institutes im Mittelpunkt der Forschungsarbeit. Der methodische Schwerpunkt liegt auf molekulargenetischen Verfahren wie beispielsweise DNA-Sequenzierung von Genen, oder ganzen Genomen und Transkriptomen, zur Rekonstruktion von Phylogenien und Fragmentanalyse zur Ermittlung von Populationsdifferenzierung. Ergänzt werden diese Laborarbeiten durch Freilandforschung in Diversitäts-Hotspots wie Madagaskar oder auf Inselgruppen wie Galapagos. Dabei stellen Amphibien die bevorzugte Modellgruppe dar, um diese grundlegenden Muster und Prozesse der Evolution zu untersuchen.

In diesem Rahmen bearbeiten die zwei Arbeitsgruppen in der Abteilung Evolutionsbiologie, AG Vences und AG Steinfartz, unterschiedliche Modellorganismen, Modellregionen und Fragestellungen.

Die AG Vences betrachtet vorwiegend Muster (molekularphylogenetische und phylogenomische Stammbäume, biogeographische Verbreitungen und Modellierungen, gemeinsam vorkommende Communities z. B. von Amphibien oder von Bakterien auf der Haut von Amphibien, Vorkommen von Pheromonen und Hautgiften). Aus diesen Mustern lassen sich z.B. morphologische Schlüsselmerkmale in der Evolution oder geographische und intrinsische Einflüsse auf Artbildung und Diversifizierung erkennen. Viele der Forschungen fanden auf Madagaskar statt, wo in Zusammenarbeit mit Dr. Frank Glaw (Zoologische Staatssammlung München) mittlerweile über 120 neue Amphibienarten beschrieben werden konnten. Neuere Untersuchungen befasen sich mt den Amphibien-assoziierten Mikrobengemeinschaften, mit Schwerpunkt auf europäischen, madagassischen und brasilianischen Arten.

Weitere Informationen und ein vollständiges Publikationsverzeichnis von Prof. Dr. Miguel Vences (inkl. PDF-Dateien zum download) befinden sich auf: www.mvences.de

Die AG Steinfartz beschäftigt sich im Detail mit den Prozessen, die bei der Differenzierung von Populationen hin zur Entstehung neuer Arten ablaufen. Hierzu werden unterschiedliche Techniken der molekularen Ökologie wie beispielsweise Microarrays und RADSeq sowie klassische Ansätze wie Analyse von Mikrosatelliten und mitochondriale DNA Sequenzen angewendet.  Zu den Modellgruppen zählen Feuersalamander in Mitteleuropa und Israel, sowie Meerechsen von Galapagos. Ein Schwerpunkt liegt auch in der Naturschutzgenetik, also der Anwendung molekularer Methoden für einen besseren Schutz von Populationen, Arten und Habitaten.