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Artbildung: Isolation und Evolution verstehen
Neue Arten entstehen, wenn sich Populationen einer Ausgangsart getrennt entwickeln und schließlich keine fruchtbaren Nachkommen mehr miteinander hervorbringen können. Entscheidend sind unterbrochener Genfluss und das Zusammenwirken mehrerer Evolutionsfaktoren.
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Was macht aus Populationen verschiedene Arten?
Eine Population ist eine Gruppe von Individuen derselben Art, die in einem Gebiet lebt und sich untereinander fortpflanzen kann. Dabei werden Erbanlagen ausgetauscht. Dieser Austausch heißt Genfluss.
Biologischer Artbegriff
Zu einer Art gehören Populationen, deren Individuen sich miteinander fortpflanzen und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen können. Zwischen verschiedenen Arten ist das nicht möglich.
Wird eine Population getrennt, nimmt der Genfluss ab oder endet. Die getrennten Genpools können sich nun unabhängig verändern. Ein Genpool umfasst die Erbanlagen einer Population.
Mehrere Evolutionsfaktoren treiben die Entwicklung auseinander:
- Mutation: Das genetische Material verändert sich dauerhaft. Dadurch können neue Varianten entstehen.
- Rekombination: Bei sexueller Fortpflanzung werden vorhandene Erbanlagen neu kombiniert.
- Selektion: Umweltbedingungen begünstigen bestimmte vererbbare Merkmale.
- Gendrift: Zufällige Vorgänge verändern, welche Erbanlagen in einer Population häufig sind.
Isolation allein erzeugt noch keine neue Art. Erst getrennte Genpools, Evolutionsfaktoren und schließlich eine Fortpflanzungsbarriere führen zur abgeschlossenen Artbildung.
Wie läuft allopatrische Artbildung ab?
Allopatrische Artbildung beginnt mit einer geografischen Trennung. Ein Gebirge, ein Gewässer, eine große Entfernung oder ein anderes Hindernis teilt eine Population.
Der typische Ablauf ist:
- Eine geografische Barriere trennt die Ausgangspopulation.
- Der Genfluss zwischen den Teilpopulationen endet oder wird stark eingeschränkt.
- Mutation und Rekombination erzeugen beziehungsweise kombinieren genetische Varianten.
- Gendrift verändert die Genpools zufällig.
- Unterschiedliche Umweltbedingungen führen zu unterschiedlicher Selektion.
- Die Populationen entwickeln sich immer weiter auseinander.
- Schließlich verhindert reproduktive Isolation die Entstehung fruchtbarer gemeinsamer Nachkommen.
Ein breiter Graben mit einem Fluss durchschneidet einen Lebensraum. Für einen Geier ist er kaum ein Hindernis, weil der Vogel ihn überfliegen kann. Für eine kleine, wenig mobile Zebraspinne kann dieselbe Struktur eine starke Barriere sein.
Treffen die Spinnenpopulationen beider Seiten über viele Generationen nicht mehr aufeinander, kann ihr Genfluss enden. Unterschiedliche Mutationen, Zufallsprozesse und Selektionsbedingungen können ihre Genpools auseinanderführen. Neue Arten wären aber erst entstanden, wenn eine erfolgreiche Fortpflanzung auch bei einem späteren Kontakt nicht mehr möglich wäre.
Eine Barriere wirkt nicht für jede Art gleich. Entscheidend ist, ob die betroffenen Organismen sie tatsächlich überwinden und dadurch Gene austauschen können.
Wie entstehen Arten ohne vollständige Raumtrennung?
Populationen müssen nicht immer durch eine unüberwindbare geografische Barriere getrennt sein.
Sympatrische Artbildung
Bei der sympatrischen Artbildung leben die entstehenden Arten im selben geografischen Gebiet. Der Genfluss wird durch andere Fortpflanzungsbarrieren eingeschränkt.
Mögliche Wege sind:
- unterschiedliche Paarungs- oder Blühzeiten,
- unterschiedliches Paarungsverhalten,
- die Nutzung verschiedener Lebensräume oder Nahrungsquellen,
- Polyploidie, besonders bei Pflanzen.
Polyploidie
Polyploidie ist die Vervielfachung des vollständigen Chromosomensatzes. Sie kann dazu führen, dass sich polyploide Pflanzen nicht mehr erfolgreich mit der Ursprungspopulation fortpflanzen können.
Auch hier gilt: Eine unterschiedliche Lebensweise allein ist noch keine neue Art. Sie muss den Genfluss langfristig so weit verringern, dass reproduktive Isolation entsteht.
Parapatrische Artbildung
Bei der parapatrischen Artbildung leben Populationen in benachbarten Gebieten. Zwischen ihnen kann zunächst eine Kontakt- oder Hybridzone mit begrenztem Genfluss bestehen. Unterschiedliche Umweltbedingungen auf beiden Seiten können verschiedene Merkmale begünstigen und die Populationen auseinanderführen.
| Form | Räumliche Situation | Ausgangspunkt der Trennung |
|---|---|---|
| allopatrisch | geografisch getrennte Gebiete | wirksame räumliche Barriere |
| sympatrisch | dasselbe Gebiet | Fortpflanzungsbarriere ohne geografische Trennung |
| parapatrisch | benachbarte Gebiete | begrenzter Kontakt und unterschiedliche Umweltbedingungen |
Wann ist Artbildung wirklich abgeschlossen?
Unterarten oder verschieden aussehende Populationen sind nicht automatisch verschiedene Arten. Der entscheidende Test des biologischen Artbegriffs ist die Fortpflanzung: Können die Populationen miteinander fruchtbare Nachkommen hervorbringen?
Zwei getrennte Populationen entwickeln verschiedene Fellfarben. Nach einem späteren Kontakt paaren sie sich und ihre Nachkommen sind fruchtbar. Dann gehören sie nach dem biologischen Artbegriff weiterhin derselben Art an.
Bleiben Paarungen aus, entstehen keine Nachkommen oder sind gemeinsame Nachkommen unfruchtbar, besteht eine Fortpflanzungsbarriere. Dann kann die Artbildung abgeschlossen sein.
Der biologische Artbegriff hat Grenzen:
- Bei Fossilien lässt sich nicht prüfen, ob die früher lebenden Organismen miteinander fruchtbare Nachkommen erzeugen konnten.
- Bei ungeschlechtlich fortpflanzenden Organismen ist Fortpflanzung zwischen zwei Individuen kein geeignetes Kriterium.
In solchen Fällen müssen Fachleute andere Merkmale und Verwandtschaftshinweise heranziehen. Gleiches Aussehen allein bleibt jedoch unsicher: Mitglieder einer Art können verschieden aussehen, und verschiedene Arten können einander ähneln.
Einen Artbildungsweg selbst modellieren
Stell dir folgende Situation vor: Eine Population flugunfähiger Käfer wird durch einen neu entstandenen breiten Wasserlauf getrennt. Auf einer Seite ist der Boden überwiegend hell, auf der anderen dunkel. In beiden Teilpopulationen gibt es vererbbare Unterschiede in der Färbung.
Aufgabe: Entwickle einen plausiblen allopatrischen Artbildungsweg. Erkläre auch, welche Beobachtung am Ende noch nötig ist, bevor du von zwei Arten sprichst.
Lösung
- Weil die Käfer weder fliegen noch den breiten Wasserlauf überqueren können, wirkt er als geografische Barriere.
- Der Genfluss zwischen den beiden Teilpopulationen wird unterbrochen.
- Mutation und Rekombination erzeugen beziehungsweise kombinieren unterschiedliche Varianten. Gendrift kann die Genpools zusätzlich zufällig verändern.
- Auf hellem Boden können andere Färbungen begünstigt sein als auf dunklem Boden. Die Selektion wirkt deshalb in verschiedene Richtungen.
- Über viele Generationen sammeln sich Unterschiede zwischen den Populationen an.
- Die unterschiedliche Färbung beweist allein noch keine Artbildung. Entscheidend ist, ob die Käfer bei erneutem Kontakt fruchtbare Nachkommen hervorbringen können.
- Ist das dauerhaft nicht möglich, besteht reproduktive Isolation: Nach dem biologischen Artbegriff sind zwei Arten entstanden.
Wähle in jeder Lücke die passende Form und prüfe anschließend deine Antworten.
Bei allopatrischer Artbildung unterbricht zuerst eine geografische Barriere den . Mutation und liefern genetische Unterschiede, während Selektion und die getrennten Genpools verändern können. Abgeschlossen ist die Artbildung erst bei .
Karteikasten
Überlege zuerst selbst und drehe die Karte anschließend zum Prüfen um.
Alles auf einen Blick
- Artbildung
- Ausgangspunkt: Populationen sind durch Genfluss verbunden
- Trennung: geografisch, im selben Gebiet oder zwischen Nachbargebieten
- Auseinanderentwicklung: Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift
- Endpunkt: reproduktive Isolation
- Prüfkriterium: keine fruchtbaren gemeinsamen Nachkommen
- Grenze des Artbegriffs: Fossilien und ungeschlechtliche Fortpflanzung
Abschluss-Check
Du kannst Artbildung nun als Ursache-Wirkungs-Kette prüfen: Trennung des Genflusses → unabhängige Veränderung der Genpools → zunehmende Unterschiede → reproduktive Isolation.