Arten entwickeln extreme Anpassungen, um mit den Strapazen ihrer Umgebung fertig zu werden. In den kochenden Quellen von Yellowstone gedeihen Mikroben. Känguru-Ratten können im sengenden Südwesten der USA leben, ohne jemals einen Schluck Wasser zu trinken. Monarchfalter können 3.000 Meilen zurücklegen, um ein bisschen mexikanische Sonne zu genießen. Und um neue Lebensräume zu besiedeln, klettern entschlossene kleine Fische mit ihren Saugnapfmündern wie Ballspielzeug an der Rückwand auf hawaiianische Wasserfälle.
Dieser Superhelden-artige Fisch, der Nopili-Klettergrundel, gehört zur Familie der Gobiidae. Grundeln sind eine der größten Fischfamilien der Welt, mit rund 2.000 Arten, die die Nomenklatur teilen. Viele leben in Bächen auf vulkanischen Inseln wie Hawaii, wo es diesen kleinen, vielseitigen Fischen nicht leicht fällt. Ihre Bäche sind oft Lavaströmen, Wirbelstürmen und Sturzfluten ausgesetzt - und dennoch bleiben die Grundeln bestehen. Nachdem ein Erdrutsch vertikale Hindernisse verursacht oder ein Sturm den Wasserfluss nachgearbeitet hat, tauchen diese zähen Fische unvermeidlich im neuen Lebensraum stromaufwärts auf, auch wenn sie durch steile Wasserfälle von den stromabwärts gelegenen Gebieten getrennt sind.
Um dies zu erreichen, verlassen sich die Grundel auf ihre einzigartige Entwicklung. Alle Grundel besitzen einen Bauchnabel, der vor Jahrtausenden entstand, als die Beckenflossen der Vorfahren verschmolzen. Um Wasserfälle zu erklimmen, nutzen die meisten Fische das sogenannte „Powerburst“ -Klettern. Sie heften sich mit ihrem Bauchnabel an der glatten Wand hinter einem Wasserfall an und wellen dann schnell ihre Schwänze hin und her, was zu einer flimmernden Aktion führt, die ihre schlagenden, saugenden Körper langsam über den Wasserfall treibt.
Der Nopili-Klettergrundel bringt das Saugen von Wänden jedoch auf eine andere Ebene. Sein Maul, das sich wie ein sauberer Fisch auf der Unterseite seines Kopfes befindet, bildet einen gewaltigen Saugnapf, mit dem er sich langsam die Wasserfälle hinaufbewegt. Wie ein Bergsteiger hält er sich abwechselnd mit Bauch- und Mundsaugern an der Wand fest und steigt langsam, aber stetig den bloßen, nassen Felsen hinauf. In Hawaii klettern diese Fische Wasserfälle bis zu einer Höhe von fast 100 Metern.
Also, wie hat der Nopili-Kletter-Grundel diese Super-Sauger-Mundveränderung geschafft, während alle seine Verwandten nur mit einem mickrigen Bauch-Sauger zurechtkommen müssen? Der Anhaltspunkt liegt wahrscheinlich in der Fütterungsstrategie der Art. Die meisten anderen Grundel ernähren sich von kleinen Wirbellosen oder anderen Fischen, aber der Nopili-Klettergrundel kratzt am liebsten winzige Algenstücke, sogenannte Kieselalgen, mit einer mundsaugenden Bewegung von den Felsen, die die gleichen Bewegungen widerspiegelt, die sie zum Klettern an Wänden verwendet. Für einen Evolutionswissenschaftler stellt sich die Frage, ob sich das Maul des Fisches zuerst zum Fressen und dann zum Saugen an der Wand entwickelt hat oder umgekehrt. Wissenschaftler nennen diese Art der evolutionären Kooptation "Exaptationen".
Forscher der Clemson University und der Saint Cloud State University wollten dieses Henne-oder-Ei-Rätsel lösen und beschlossen, die mündlichen Mechanismen des Fressens mit dem Klettern im Nopili-Klettergrundel zu vergleichen. Wenn der Fisch sein Maul auf zwei sehr unterschiedliche Arten zum Füttern und Klettern benutzt, dann verdient Exaptation wahrscheinlich keine Anerkennung für die interessante Anpassung. Wenn andererseits für beide Aktivitäten die gleichen Bewegungen ausgeführt wurden, hat der Fisch möglicherweise einfach eine reguläre Aktivität (Füttern oder Klettern) auf eine neue Rolle angewendet.
Die Forscher zogen ihre Schnorchelausrüstung an und sammelten 2005 und 2011 mehrere an der Wand saugende Grundel aus dem Hakalau-Bach auf Hawaii. Sie überführten die Fische in ein Labor, wo sie mit Hochgeschwindigkeits-Videokameras mehrere Fütterungsmuster ihrer Versuchspersonen beobachteten an verschiedenen Seiten des Aquariums befestigt. In einem anderen Panzer haben die Forscher aus Plexiglas in einem Winkel von 62 Grad einen künstlichen Wasserfall geschaffen. Sie forderten die verbliebenen Fische auf, diese Mauer zu erklimmen, und filmten diese Fische während ihrer Wasserfall-Anstrengung.
In den Videos identifizierten die Forscher 23 anatomische Orientierungspunkte, die beim Füttern und Klettern eine Rolle spielen. Nachdem sie ihre Ergebnisse statistisch analysiert hatten, berichteten die Forscher in einem in der vergangenen Woche veröffentlichten Artikel von PLoS One, dass sich die Kletter- und Fütterungsbewegungen des Nopili-Klettergrundels signifikant unterschieden. Mit anderen Worten, die Fische benutzen unterschiedliche Bewegungen zum Füttern und zum Klettern. Die Unterschiede waren jedoch gering, und einige Verhaltensweisen waren so ähnlich, dass sie sich fast überlagern ließen. Die rätselhafte Kombination von Gemeinsamkeiten und Unterschieden verblüffte die Forscher und sie erkannten, dass weitere Untersuchungen erforderlich sein würden, bevor sie die Evolutionsgeschichte der Art in Bezug auf Fütterung und Saugen endgültig herausfinden konnten.
"Eine strikte Ähnlichkeit zwischen Fütterungs- und Kletterkinematik ist jedoch möglicherweise keine faire Erwartung, selbst wenn eine Exaptation stattgefunden hätte", schreiben sie in ihrer Zeitung. "Es ist möglicherweise nicht sinnvoll zu erwarten, dass Muster für ein Verhalten vollständig unverändert bleiben, nachdem sie auf eine andere Funktion angewendet wurden."
Wie die meisten Dinge in der Wissenschaft ist die Entwicklung des Grundels komplex und erfordert möglicherweise keine eindeutige Erklärung. "Exaptation with Modification" muss vielleicht ausreichen, um die einzigartigen Talente des Nopili-Klettergrundels aufzuklären - zumindest vorerst.
