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Über die Entstehung der Arten
Walter Salzburger
Die Frage, wie es zur Entstehung von neuen Ar ten und damit von Biodiversität kommt, steht noch immer im Zentrum der Evolutionsbiologie. Mit modernsten Methoden versucht man, zu ergründen, was Darwin noch nicht wissen konnte.
Es sei eine erhabene Ansicht, meint Darwin im letzten Satz seiner bahnbrechenden Abhandlung «Über die Entstehung der Arten», «dass, während sich unsere Erde nach den Gesetzen der Schwerkraft im Kreise bewegt, aus einem so schlichten Anfang eine unendliche Zahl der schönsten und wunderbarsten Formen entstand und noch weiter entsteht». Die revolutionäre Idee einer evolvierten und evolvierenden Welt verdanken wir neben dem grossen Naturforscher Darwin zu einem nicht unwesentlichen Teil auch seinem Kollegen Alfred Russel Wallace (1823–1913). Darwins Verdienst war es, die Idee auszuformulieren und die Basis für jene Theorie zu schaffen, auf der die gesamte moderne Biologie aufbaut. Der Veränderlichkeit der Arten kommt hier zweierlei Bedeutung zu: Es ist die Ausgangsbeobachtung, die zu Darwins Entdeckung führte, und gleichzeitig notwendige Konsequenz des von ihm postulierten Evolutionsprozesses. Dabei ist es gar nicht so einfach, festzulegen, was eine Art im biologischen Sinn überhaupt ist. Bis heute gibt es keine allgemein und umfassend anwendbare Definition dieses Begriffs. Nach wie vor wird sogar diskutiert, ob eine Art überhaupt eine reale biologische Einheit ist. Während Darwin Arten als «willkürliche und der Einfachheit halber aufgestellte» Gruppierungen verstand und im Wesentlichen keinen Unterschied zwischen Arten und Varietäten einer Art ausmachen konnte, herrscht heute die Ansicht vor, dass Arten wirkliche, weil genetisch eigenständige Linien sind. Das heutige Wissen um die Vererbung stand Darwin allerdings nicht zur Verfügung. Aber selbst mithilfe der Genetik ist die Artdefinition nicht einfach. Viele Arten können bestimmt und klar von andern abgegrenzt werden, etwa wenn sich die Individuen einer Art nur mit ihresgleichen fortpflanzen. Bei Organismen, die sich durch Teilung vermehren (viele Einzeller, einige Pflanzen und Tiere), funktioniert dieses Konzept der Kreuzbarkeit zur Abgrenzung von Arten jedoch nicht. Hier versucht man, Individuen auf Basis von genetischen Ähnlichkeiten in Arten zu gruppieren. Auch ist dokumentiert, dass sich in der Natur zwei voneinander abgetrennte Arten (gelegentlich) kreuzen und es zur Bildung von Hybriden kommt. Fest steht, dass ständig Arten aus bestehenden hervorgehen und dass aus einer einzigen Ausgangsart viele neue Arten entstehen können. Darwin erkannte in der räumlichen Trennung einen wichtigen Auslöser der Artbildung: Werden die Individuen einer Art in voneinander getrennte Populationen aufgespalten, passen sie sich den lokalen Gegebenheiten an und sind nach vielen Generationen nicht mehr miteinander «kompatibel»; aus den abgetrennten Populationen sind isolierte Arten geworden. Bereits Darwin glaubte jedoch, dass neue Arten auch ohne räumliche Trennung entstehen können: etwa durch die Spezialisierung auf unterschiedliche Nahrungsquellen im gleichen Lebensraum oder durch die Aktivität zu unterschiedlichen Tages- und Nachtzeiten.
Wie und warum?
Ob neue Arten in abgetrennten Gebieten, in einander angrenzenden Regionen oder ganz ohne räumliche Trennung entstehen, sagt nichts über die Mechanismen der Artbildung aus. Genau sie sind es aber, die die Evolutionsbiologie heute am meisten interessieren. Denn obgleich der Titel seines Hauptwerks darauf schliessen lässt und er die Entstehung der Arten als «Geheimnis der Geheimnisse» bezeichnet, findet sich bei Darwin äusserst wenig darüber. Genauso wenig konnte er ergründen, warum manche Organismengruppen ständig eine Vielzahl von neuen Arten hervorbringen, während andere überaus artenarm sind und lange unverändert bestehen bleiben. Artbildung ist eines von nur wenigen Teilgebieten der Evolutionsbiologie, die nicht von Darwins Ideen beeinflusst werden. Er hat gleichsam Raum für nachkommende Forschende gelassen, sich damit zu beschäftigen. Wieder ist es wohl Darwins fehlendes Wissen um die Genetik, d as ihm eine genauere Aufarbeitung der Artbildungsprozesse unmöglich machte. Nach einer Reihe von späteren Entdeckungen in der Genetik und der Synthese von Darwins Evolutionstheorie damit ist heute sehr viel mehr über die Prozesse bekannt, die zur Entstehung von neuen Arten führen. Dass Populationen nach langer räumlicher Trennung nicht mehr «kompatibel» sind, liegt etwa daran, dass sich in den getrennten Populationen unterschiedliche Mutationen angehäuft haben und/oder dass sich aufgrund von natürlicher Selektion jeweils andere Varianten durchsetzen konnten. Spezialisierung auf unterschiedliche Nahrungsquellen im gleichen Lebensraum führt ebenfalls zur Selektion unterschiedlicher Genvarianten. Zwischenformen mit «intermediären» Merkmalen sind weder auf den einen noch auf den anderen Nahrungstyp angepasst und haben einen Selektionsnachteil. Eine neue Art kann ebenso aus der Kreuzung von bestehenden Arten hervorgehen, wenn die Zwischenform vorteilhafte Merkmale beider Elternarten mitbekommt. Auch wissen wir, dass Arten nur dann längerfristig bestehen bleiben, wenn sie gut von allen anderen Arten isoliert sind. Diese Isolation erfolgt über so genannte Fortpflanzungsbarrieren, durch die jede Art ihr eigenständiges genetisches Profil aufrechterhalten kann. Und weil die Gene nun einmal hauptsächlich für das äussere Erscheinungsbild (den Phänotyp) verantwortlich zeichnen, erklärt diese «reproduktive Isolation» auch, warum sich Individuen einer Art ähnlich sehen.
Inseln und Seen
Seit Darwins Reise auf der «Beagle» kommt der Betrachtung der Flora und Fauna von Inseln eine zentrale Rolle in der Evolutionsbiologie zu, allen voran natürlich dem Galápagos-Archipel. Die dort beheimateten und nach Darwin benannten Finken sind bis heute ein Paradebeispiel für die schnelle Artbildung aus einer Ausgangsart aufgrund von Anpassung an unterschiedliche ökologische Nischen. Da die auf den Inseln beheimateten Finkenarten auf dem Festland ihresgleichen suchen, liegt der Schluss nahe, dass sie auf den Inseln entstanden sein müssen – ein hervorragender Beleg für die Veränderlichkeit von Arten. Auch unsere Forschungsobjekte tummeln sich auf einer Art Insel: Am Zoologischen Institut untersuchen wir nämlich die Artbildungsprozesse bei afrikanischen Buntbarschen. Für diese Fische ist ein See etwa dasselbe wie für ein Landtier eine Insel. Die Buntbarsche sind deswegen interessant, weil in jedem der drei grossen Seen Ostafrikas (Viktoria, Malawi und Tanganjika) unabhängig voneinander jeweils mehrere hundert Arten entstanden sind, und zwar in äusserst kurzen Zeiträumen: So sind die etwa 500 Arten des Viktoriasees nur etwa 100’000 Jahre alt. Dabei sind die Arten überaus unterschiedlich und an alle möglichen Lebensräume und Nahrungsquellen angepasst. Evolution und Artbildung lässt sich dort im Zeitraffer beobachten. Kein Wunder, dass diese Seen als «Darwins Traumseen» bezeichnet wurden. Allerdings sind unsere Methoden nicht mehr mit jenen Darwins vergleichbar, denn wir setzen moderne genetische Verfahren ein, um der Artbildung auf den Grund zu gehen. Durch DNAVergleiche können wir genaue Verwandtschaftsdiagramme (Stammbäume) erstellen, um die Evolution zu rekonstruieren. Zudem suchen wir nach den Merkmalen, die es den Buntbarschen ermöglichen, fast schon explosionsartig neue Arten hervorzubringen. Ganz besonders interessieren uns die Gene, welche die Ausbildung dieser Merkmale steuern. Darwin waren die Buntbarsche unbekannt. Erst Anfang des 20. Jahrhunderts trafen in Europa erste Berichte über ihre schier unglaubliche Vielfalt in den ostafrikanischen Seen ein. Wer weiss, auf welche Ideen diese Fische Darwin gebracht hätten…