Mandible shape reflects ecotypic divergence and population dynamics in an Arctic carnivore: the case of the Icelandic Arctic fox

Stellen Sie sich das Tierreich als eine riesige, geschäftige Baustelle vor, auf der jedes Lebewesen ständig seinen eigenen Körper umbaut, um zu seinem Job zu passen. In dieser Werkstatt sind die Werkzeuge die Knochen, und die wichtigsten Werkzeuge für Fleischfresser sind ihre Kiefer. Betrachten Sie einen Kieferknochen nicht nur als ein statisches Stück steinhartes Kalzium, sondern als eine flexible Maschine, die ihre Form subtil ändern kann, je nachdem, was sie kauen muss. Dieses Forschungsfeld wird Morphometrie genannt, was im Grunde die Wissenschaft der Messung von Formen ist, um zu sehen, wie diese sich verändern. Wenn Wissenschaftler diese Formen betrachten, versuchen sie, eine große Frage zu beantworten: Ist die Form eines Knochens in der DNA des Tieres wie ein fester Bauplan geschrieben, oder ist sie eher wie Ton, der durch die Umgebung und das Futter, das das Tier während des Aufwachsens frisst, geformt wird? Das Verständnis dessen ist wichtig, weil es uns verrät, wie schnell Tiere sich anpassen können, wenn sich ihre Welt verändert. Wenn der Kiefer eines Raubtiers seine Form basierend darauf ändern kann, ob es Fische oder Vögel frisst, bedeutet das, dass das Tier unglaublich flexibel und bereit für alles ist, was die Natur ihm entgegenwirft.

Stellen Sie sich nun den Polarfuchs in Island vor. Dies sind keine gewöhnlichen Füchse; sie sind die einzigen Spitzenprädatoren auf der Insel und leben in einer Welt ohne ihre üblichen Rivalen, die Rotfüchse. Seit Jahrzehnten wissen Wissenschaftler, dass sich diese Füchse in zwei unterschiedliche Lebensweisen aufgeteilt haben: die „Küstenfüchse“, die in der Nähe des Meeres leben und Seevögel sowie Fische fressen, und die „Inlandfüchse“, die durch die grasbewachsenen Hügel streifen und Vögel wie das Alpentreiben (Ptarmigan) und Gänse fressen. Es ist, als hätte man zwei verschiedene Restaurants in derselben Stadt: Eines serviert eine schwere, knusprige Meeresfrüchteplatte, und das andere ein leichteres, landbasiertes Menü. Das große Rätsel war, ob diese unterschiedlichen Diäten die Kieferknochen der Füchse tatsächlich verändert haben und, falls ja, ob diese Veränderungen durch ihre Gene oder durch das Futter verursacht wurden, das sie während des Aufwachsens zu sich nahmen.

Diese Arbeit taucht tief in die Kieferknochen von 348 isländischen Polarfuchsen ein, die über einen Zeitraum von vierzig Jahren, von 1979 bis 2018, gesammelt wurden. Die Forscher behandelten die Kieferknochen wie Puzzleteile und nutzten eine ausgeklügelte digitale Technik namens „elliptische Fourier-Analyse“, um den Umriss jedes Knochens nachzuzeichnen und diese Form in einen Satz mathematischer Zahlen zu verwandeln. Sie verglichen Füchse aus drei verschiedenen Regionen: den Westfjorden (Küste), dem Osten und dem Süden (beides Inland). Sie betrachteten auch das Alter der Füchse (jung vs. erwachsen) und wie viele Füchse im selben Jahr geboren wurden, was als Stellvertreter dafür dient, wie überfüllt und wettbewerbsintensiv die Umgebung war.

Die Ergebnisse zeigten eine klare Spaltung in den Kieferformen, ganz ähnlich wie die Spaltung in ihren Lebensweisen. Die Küstenfüchse aus den Westfjorden hatten Kieferknochen, die sich deutlich von den Inlandfüchsen unterschieden. Speziell der Teil des Kiefers, an dem die Muskeln ansetzen (der Ramus), hatte bei den Küstenfüchsen einen breiteren Winkel. Man kann sich das so vorstellen, dass die Küstenfüchse ein Kiefergelenk haben, das weiter öffnet, vielleicht um größere, zähere Beute wie große Seevögel oder gestrandete Kadaver zu bewältigen, während die Inlandfüchse ein etwas anderes Gelenk besitzen, das für ihre kleineren, landbasierten Mahlzeiten geeignet ist. Die Studie fand heraus, dass, wenn man versuchte zu erraten, ob ein Fuchs ein Küsten- oder ein Inlandfuchs war, indem man nur nach der Form seines Kiefers ging, man in 85 % der Fälle richtig läge. Dies bestätigt, dass die beiden Gruppen morphologisch verschieden sind, was die Idee stützt, dass ihre unterschiedlichen Diäten ihre Werkzeuge geformt haben.

Aber hier wird es besonders interessant. Die Forscher wollten wissen, ob diese Unterschiede rein genetisch (geboren so) oder ob sie „plastisch“ (durch Lebenserfahrungen geformt) waren. Sie fanden heraus, dass die Unterschiede in der Kieferform zwischen den Küsten- und Inlandfüchsen sowohl bei jungen als als auch bei erwachsenen Füchsen vorhanden waren, was bedeutet, dass das Ausmaß des Unterschieds zwischen den Gruppen mit zunehmendem Alter der Füchse nicht signifikant anstieg. Die Studie deckte jedoch auch eine überraschende Wendung in Bezug auf die Populationsdichte auf. Als die Forscher untersuchten, wie viele Füchse in einem bestimmten Jahr geboren wurden, stellten sie fest, dass die ausgewachsenen Füchse in Jahren mit hohen Populationszahlen leicht andere Kieferformen hatten als in Jahren mit weniger Füchsen. Dieser Effekt war in den Küstenregionen der Westfjorde und im Süden am stärksten, war aber im Osten und – entscheidend – bei den jungen Füchsen völlig abwesend.

Die Arbeit legt nahe, dass der Druck, wenn es zu viele Füchse gibt, die um Nahrung konkurrieren, die Art und Weise verändert, wie sich ihre Kiefer während des Wachstums entwickeln. Es ist, als ob das „überfüllte Restaurant“ die Füchse dazu zwingt, ihre Kaumaschinen anzupassen, um zu überleben. Interessanterweise wurde dieser Dichteeffekt nur bei Erwachsenen gefunden; er war nicht nur bei Jungtieren schwächer, sondern dort gänzlich abwesend. Dies impliziert, dass die Bedingungen, die ein Fuchs in seiner frühen Lebensphase erfährt, weit in die Zukunft reichen und seine Gestalt als Erwachsener verändern können, aber diese Veränderungen machen die Küsten- und Inlandgruppen im Alter nicht unbedingt unterschiedlicher voneinander. Die Autoren geben vorsichtig zu bedenken, dass sie nicht genau beweisen können, wie dies geschieht – ob es sich um eine genetische Veränderung über Generationen hinweg handelt oder um eine flexible Reaktion auf Nahrungsknappheit –, aber die Daten legen stark nahe, dass sowohl der „Ökotyp“ des Fuchses (Küste vs. Inland) als auch der Populationsdruck während der Entwicklung eine Rolle bei der Formung seines Kiefers spielen.

Kurz gesagt zeigt diese Studie, dass der Kiefer des Polarfuchses ein dynamisches Werkzeug ist. Er ist nicht nur ein starrer Knochen, sondern eine Struktur, die den Lebensstil des Fuchses und die Überfüllung seiner Welt widerspiegelt. Die Küstenfüchse haben einen Kiefer entwickelt (oder angepasst), der für das Meer geeignet ist, während die Inlandfüchse eine Form für das Land besitzen. Darüber hinaus kann sogar die Anzahl der umherziehenden Füchse innerhalb dieser Gruppen die Form ihrer Kiefer beeinflussen, was beweist, dass diese Tiere ihre physische Form ständig an die Herausforderungen ihrer Umwelt anpassen.