Auf einer abgelegenen Insel vor der Küste des brasilianischen Bundesstaates São Paulo lebt eine Schlange, die weltweit nirgendwo sonst vorkommt. Die Insel-Lanzenotter (Bothrops insularis) ist nicht nur eine der seltensten Schlangen Brasiliens, sondern auch eine stark bedrohte Art. Erstmals ist es Forschenden nun gelungen, ihr Erbgut bis auf die Ebene einzelner Chromosomen umfassend zu entschlüsseln. Im Mittelpunkt stand dabei die Frage, wie das hochwirksame Gift der Schlange genetisch aufgebaut ist und wie es sich seit ihrer Trennung von den Festlandpopulationen verändert hat.
Untersucht wurde das vollständige Genom, also die Gesamtheit des genetischen Materials der Art. Mithilfe moderner Sequenzierungstechnologien konnten die einzelnen DNA-Abschnitte in ihrer chromosomalen Anordnung rekonstruiert werden. Dadurch lässt sich nicht nur erkennen, auf welchen Chromosomen bestimmte Gene liegen, sondern auch, welche Gene sich in ihrer unmittelbaren Nachbarschaft befinden und ob regulatorische Elemente ihre Aktivität beeinflussen.
Diese besonders genaue Kartierung eröffnet einen umfassenden Blick auf die genetische Struktur der Insel-Lanzenotter. Von grosser Bedeutung ist sie auch deshalb, weil zahlreiche Gene, die an der Produktion des Gifts beteiligt sind, bei weiteren 48 Arten der Gattung Bothrops vorkommen. Zu dieser Gruppe gehören verschiedene Lanzenottern, darunter mehrere in Südamerika weitverbreitete und medizinisch relevante Arten.
Nach der Entschlüsselung des gesamten Genoms konzentrierte sich die Untersuchung auf jene Gene, die für Giftstoffe und die an der Giftproduktion beteiligten Proteine verantwortlich sind. Auf diese Weise entstand eine genetische Grundlage, mit der sich künftig vergleichen lässt, wie diese Gene bei verschiedenen Bothrops-Arten funktionieren und wie sie sich im Laufe der Evolution verändert haben.
Von besonderem Interesse war der Vergleich mit der gewöhnlichen Jararaca (Bothrops jararaca), der nächsten Verwandten der Inselart auf dem südamerikanischen Festland. Beide Schlangen besitzen ein grundsätzlich sehr ähnliches Gift. Dennoch fanden sich geringe Abweichungen in einzelnen Aminosäuren der Giftstoffe. Solche Veränderungen scheinen nicht allein durch Zufall entstanden zu sein. Vielmehr weisen sie darauf hin, dass die natürliche Selektion bestimmte Giftbestandteile allmählich verändert.
Die Unterschiede sind allerdings kleiner, als angesichts der langen räumlichen Trennung erwartet werden könnte. Insgesamt blieb die Zusammensetzung des Gifts der Insel-Lanzenotter demjenigen ihrer Verwandten auf dem Festland erstaunlich ähnlich. Die beobachteten Veränderungen betreffen vor allem feine molekulare Anpassungen, die sich möglicherweise unter dem Einfluss der besonderen Lebensbedingungen auf der Insel herausgebildet haben.
Die Ilha da Queimada Grande, häufig auch als «Schlangeninsel» bezeichnet, liegt vor der Küste des Bundesstaates São Paulo und ist von Atlantischem Regenwald bedeckt. Die Insel-Lanzenotter konnte sich dort entwickeln, nachdem steigende Meeresspiegel das Gebiet vom Festland trennten. Ursache dafür waren natürliche Klimaveränderungen in weit zurückliegenden erdgeschichtlichen Zeiträumen.
Nach einer wissenschaftlichen Hypothese verlief diese Trennung nicht in einem einzigen Schritt. Während der vergangenen 50’000 bis 60’000 Jahre könnten steigende und sinkende Meeresspiegel die Insel wiederholt vom Festland getrennt und zeitweise erneut mit ihm verbunden haben. In Phasen mit niedrigerem Meeresspiegel entstanden vermutlich bewaldete Übergangszonen zwischen der heutigen Insel und dem Küstengebirge. Diese Landschaften könnten es den Schlangen ermöglicht haben, zwischen den Gebieten zu wandern und sich genetisch auszutauschen.
Vor etwa 15’000 Jahren dürfte die Insel endgültig isoliert worden sein. Ob die Trennung tatsächlich schrittweise oder während eines einzelnen Ereignisses erfolgte, ist noch nicht abschliessend geklärt. Als deutlich weniger wahrscheinlich gilt jedoch die Vorstellung, dass die Schlangen auf Treibholz oder anderem schwimmendem Material zufällig auf die Insel gelangten.
Welche Umweltfaktoren die feinen genetischen Veränderungen des Gifts ausgelöst haben, lässt sich bislang nicht eindeutig bestimmen. Als wichtigste Erklärung gilt das besondere Nahrungsangebot. Ausgewachsene Insel-Lanzenottern ernähren sich überwiegend von Vögeln, die während ihrer Wanderungen auf der Insel rasten. Da eine gebissene Beute davonfliegen könnte, muss das Gift schnell wirken und das Tier möglichst rasch bewegungsunfähig machen.
Das Gift greift vor allem den Blutkreislauf an. Es enthält zahlreiche Enzyme, die schwere Blutungen, Störungen der Blutgerinnung und einen starken Abfall des Blutdrucks verursachen können. Frühere Untersuchungen lieferten Hinweise darauf, dass bestimmte Bestandteile bei Vögeln besonders wirksam sein könnten. Die neuen genetischen Daten zeigen jedoch, dass die Unterschiede zum Gift der Festland-Lanzenotter insgesamt gering bleiben. Beide Giftvarianten wirken sowohl bei Vögeln als auch bei Nagetieren äusserst effizient.
Die Spezialisierung auf Vögel zeigt sich daher nicht nur in der Zusammensetzung des Gifts. Auch Körperbau und Jagdverhalten der Schlange sind an das Leben auf der Insel angepasst. Im Gegensatz zu ihrer überwiegend bodenbewohnenden Verwandten auf dem Festland klettert die Insel-Lanzenotter regelmässig auf Bäume und hält ihre Beute nach dem Biss häufig im Maul fest. Dadurch verhindert sie, dass ein verletzter Vogel entkommt und ausserhalb ihrer Reichweite stirbt.
Die Schlange ist kleiner und leichter als die gewöhnliche Jararaca. Ihre vergleichsweise lange Schwanzpartie erleichtert es ihr, sich an Ästen festzuhalten. Die dunkle Schwanzspitze kann möglicherweise dazu dienen, die Bewegungen einer Insektenlarve nachzuahmen und potenzielle Beutetiere anzulocken. Im Verhältnis zum Körper besitzt sie einen grösseren Kopf, ihre Giftzähne sind hingegen kleiner als diejenigen der Festlandart. Obwohl sie einen grossen Teil ihrer Zeit in der Vegetation verbringt, hält sie sich je nach Jahreszeit auch auf dem Waldboden auf.
Die jüngsten, vom Menschen verstärkten Klimaveränderungen könnten inzwischen auch die Zahl und Vielfalt der Zugvögel beeinflussen, die auf der Insel Nahrung und Rastplätze finden. Für nachweisbare, dauerhaft in der Schlangenpopulation verankerte genetische Veränderungen dürfte der bisherige Zeitraum jedoch zu kurz sein. Welche Folgen ein verändertes Nahrungsangebot langfristig für die Schlange und ihr Gift haben könnte, bleibt deshalb eine wichtige Frage für künftige Untersuchungen.
Die Entschlüsselung ihres Genoms liefert weit mehr als eine Bestandsaufnahme einzelner Giftgene. Sie macht sichtbar, wie Isolation, Nahrung, Verhalten und natürliche Selektion über Jahrtausende zusammenwirken können. Zugleich schafft sie eine wichtige Grundlage für den Schutz einer Art, deren gesamte natürliche Population auf ein winziges Gebiet begrenzt ist. Verschwindet dieser Lebensraum, geht nicht nur eine seltene Schlange verloren, sondern auch ein einzigartiges evolutionäres Erbe, das sich nirgendwo sonst auf der Erde erhalten hat.
