Arten zwischen Zufall und Reaktion

16. Mai 2006, 19:01
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Österreichische Wissenschafter stellen Theorie, dass zufällige geografische Isolation Entwicklung von Spezies zugrunde liegt, auf den Kopf

Wie entstehen neue Arten? Nach dem Standardmodell entwickelte sich die Mehrzahl der Spezies durch zufällige geografische Isolation. Österreichische Wissenschafter stellen diese Theorie nun auf den Kopf. Sie sprechen von einer evolutionären Antwort eines lebenden Systems auf seine Umwelt.

Wollten wir die Geschichte von Noahs Arche wörtlich nehmen, hätte das Schiff ziemlich groß sein müssen: Allein die Zahl der Tierarten (von den Pflanzen ganz zu schweigen) geht in die Millionen. Doch woher kommt dieser Artenreichtum? In den vergangenen rund 100 Jahren hat sich die Vorstellung verfestigt, dass vor allem geologische Ereignisse dafür verantwortlich seien. Neue Forschungen zeigen jedoch ganz andere Möglichkeiten auf.

Im Wesentlichen betrachtet man eine Art oder Spezies als eine Gruppe von Individuen, die einander genetisch so ähnlich sind, dass sie sich miteinander paaren und fortpflanzen können. Wird diese Gruppe durch eine geografische Barriere wie einen neu entstandenen Fluss oder Abgrund in zwei Untergruppen getrennt, entwickeln sich beide im Lauf der Zeit eventuell so weit auseinander, dass sie sich selbst dann nicht mehr paaren würden, wenn sie wieder zusammenkämen. Ein Beispiel dafür bilden die Erdhörnchen des Grand Canyon: "Ammospermophilus harrisi" lebt ausschließlich am Südrand der Schlucht, am Nordrand lebt die nah verwandte, aber genetisch von ihr isolierte "Ammospermophilus leucurus".

Kontaktverlust

Die Trennung kann auch dadurch erfolgen, dass eine Untergruppe einen abgelegenen Lebensraum besiedelt und den Kontakt zur Ausgangspopulation verliert. Diesen Vorgang nennt man allopatrische Artbildung, und die meisten Biologen betrachteten ihn bis jetzt als die wirklich treibende Kraft bei der Entstehung von neuen Spezies.

Schwieriger liegt der Fall bei der sympatrischen Artbildung, bei der eine Art sich ohne geografische Trennung in zwei aufspaltet. Das kann der Fall sein, wenn Mitglieder derselben Spezies etwa neue Nahrungsquelle, neuen Lebensraum, neuen Wirt oder Ähnliches erschließen und sich in der Folge bevorzugt mit Individuen paaren, die dieselbe Nahrungsquelle beziehungsweise denselben Lebensraum oder Wirt nutzen.

So legen etwa die Weibchen der afrikanischen Vidua-Finken ihre Jungen in die Nester von Prachtfinken und lassen sie von diesen aufziehen. Die daraus schlüpfenden Männchen lernen dann den Gesang ihrer Stiefeltern. Vidua-Weibchen paaren sich bevorzugt mit Männchen, die das Lied der anderen Art singen. Derzeit sind alle Vidua-Fraktionen noch kreuzungsfähig (auch wenn sie es in der Praxis kaum tun), doch je länger diese Verhältnisse andauern, desto unterschiedlicher werden die Finken, bis sie schließlich eines Tages auch genetisch nicht mehr kompatibel sind. Im Gegensatz zur allopatrischen Artbildung gilt diese Möglichkeit als sehr selten.

Selektionsdruck

Hier jedoch zeichnet sich heute ein Paradigmen-Wechsel ab: Wissenschafter des International Institute for Applied Systems Analysis (IIASA) in Laxenburg bei Wien befassten sich in einer vom Wissenschaftsministerium geförderten Studie mit der Artbildung und lieferten dabei eine ganz neue Sicht. Im Unterschied zum allopatrischen Standardmodell, laut dem die Mehrzahl der Arten durch zufällige geografische Isolation entstanden ist, propagieren die IIASA-Forscher die Möglichkeit einer adaptiven Artbildung: dass die Aufspaltung einer ursprünglichen Art in zwei neue kein Zufall sein muss, sondern Reaktion auf einen entsprechenden Selektionsdruck darstellen kann. Die Lebens- und Fortpflanzungsbedingungen der beiden neuen Arten sind dann besser als vor der Aufspaltung, sodass die Aufspaltung selbst eine erhöhte Anpassung an die Umwelt bedeutet.

Im Unterschied zu der Vorstellung, dass Individuen im Laufe der Evolution sich mehr oder weniger geradlinig auf ein Optimum zu entwickeln, gehen die IIASA-Forscher um den theoretischen Biologen Ulf Dieckmann vom Konzept einer adaptiven Dynamik aus. Dabei gibt es für vererbbare Eigenschaften oder Verhaltensweisen keine fixen Optima. Stattdessen hängt das aktuelle Optimum davon ab, in welcher Umwelt sich der betrachtete Organismus befindet. Und diese Umwelt wird in vielen Fällen bestimmt von anderen Individuen derselben Art, die sich ähnlich verhalten und damit eine ursprünglich vorteilhafte Strategie sehr rasch verderben können.

Ein Beispiel: Vor dem Goldrausch lebten sehr wenige Menschen an den späteren Fundstellen. Als sich die Kunde vom Gold verbreitete, zogen viele Leute dorthin und folgten somit, bildlich gesprochen, dem aktuellen Selektionsdruck. Die dadurch entstandene Konkurrenz untereinander trieb die Goldgräber-Population rasch in etwas, was man als "Fitness-Minimum" bezeichnen kann.

Eine Population, die sich in einem Fitness-Minimum befindet, schadet sich selbst, wenn sie so weiter macht wie bisher. Hier liegt die Rettung in vom bisherigen Weg abweichenden Verhaltensweisen oder Eigenschaften (auch vom Goldrausch profitierten hauptsächlich nicht schürfende Gruppen wie Wirte und Gemischtwarenhändler).

Durchmischung

Jede genügend durchmischte Population enthält Individuen, die genetisch mehr oder weniger vom Durchschnitt abweichen, und diese bieten die Möglichkeit, dass sich die Population in zwei verschiedene Stränge mit neuen Eigenschaften aufspaltet und damit dem fatalen Selektionsdruck am Fitness-Minimum entgeht.

Dabei liegt auch ein Selektionsdruck darauf, dass sich die beiden neuen Stränge nicht mehr kreuzen, denn eine Vermischung würde eine Rückkehr zum lebensbedrohenden Durchschnitt bedeuten. Kreuzungsbarrieren, wie die Bevorzugung eines bestimmten Gesanges, Geruchs, Aussehens oder Verhaltens beim Paarungspartner stellen jetzt einen deutlichen Vorteil dar und gleichzeitig einen wesentlichen Unterschied zwischen den Erklärungsansätzen: Während die genetische Isolation der neuen Populationen beim allopatrischen Modell nur ein Nebenprodukt der geografischen Trennung ist, ist sie bei der adaptiven (sympatrischen) Artbildung tatsächlich die evolutionäre Antwort eines lebenden Systems auf seine Umwelt.

Die so entstandenen neuen Arten besetzen in jedem Fall eine ganz spezifische Nische – ein Umstand, der bisher gerne als Beweis dafür gesehen wurde, dass sie in der Vergangenheit getrennt gewesen sein müssen. Bis jetzt herrschte der Grundsatz, das Vorherrschen der allopatrischen Artbildung so lange für wahr zu halten, bis das Gegenteil bewiesen wurde – es sieht ganz so aus, als wäre es damit nun so weit. (DER STANDARD, Print-Ausgabe, 10.5. 2006)

Von Susanne Strnadl
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    foto: standard

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