Evolution: Faktoren, Belege und Artbildung

Eine Population umfasst Lebewesen derselben Art, die zur gleichen Zeit in einem Gebiet leben und sich untereinander fortpflanzen können. Ihre vererbbaren Merkmale kommen oft in unterschiedlichen Varianten vor.

Der Genpool umfasst die Gesamtheit der genetischen Varianten einer Population. Ändert sich die Häufigkeit eines Allels im Genpool, findet Evolution statt.

Evolution betrifft also Populationen über Generationen. Ein einzelner Käfer entwickelt während seines Lebens nicht erblich eine neue Körperfarbe, nur weil sich seine Umwelt verändert.

Evolution benötigt Unterschiede, an denen weitere Faktoren ansetzen können. Zwei wichtige Quellen dieser Vielfalt sind Mutation und Rekombination.

Nicht jede Mutation wird weitergegeben. Eine Mutation in einer Körperzelle gelangt normalerweise nicht direkt in die nächste Generation. Mutationen in Fortpflanzungszellen oder deren Vorläufern können dagegen vererbbar sein.

Mutation und Rekombination erfüllen verschiedene Aufgaben:

• Mutation erzeugt neue genetische Varianten.
• Rekombination mischt vorhandene Varianten neu.

Natürliche Selektion ist keine bewusste Auswahl. Sie entsteht, wenn vererbbare Merkmalsvarianten unter bestimmten Umweltbedingungen zu unterschiedlichem Fortpflanzungserfolg führen.

Für Selektion müssen drei Bedingungen erfüllt sein:

1. Ein Merkmal kommt in verschiedenen Varianten vor.
2. Die Varianten sind zumindest teilweise vererbbar.
3. Die Varianten führen unter den herrschenden Bedingungen zu Unterschieden im Fortpflanzungserfolg.

Angepasstheit ist daher kein endgültiger Idealzustand. Der Vorteil eines Merkmals hängt von der jeweiligen Umwelt ab. Verändern sich die Bedingungen, kann auch sein relativer Vorteil steigen, sinken oder verschwinden.

Nicht jede Veränderung des Genpools beruht auf einem Vorteil. Bei der Gendrift ändern sich Allelhäufigkeiten zufällig. Dieser Einfluss ist besonders in kleinen Populationen stark.

Eine starke, vorübergehende Verkleinerung einer Population heißt Flaschenhalseffekt. Dabei kann viel genetische Vielfalt verloren gehen. Beim Gründereffekt entsteht eine neue Population aus wenigen Mitgliedern einer Ausgangspopulation. Auch ihre Allelhäufigkeiten können zufällig von denen der Ausgangspopulation abweichen.

Selektion und Drift lassen sich durch eine Leitfrage unterscheiden:

• Hängt die unterschiedliche Weitergabe mit dem Merkmal und dem Fortpflanzungserfolg zusammen? Dann spricht das für Selektion.
• Entsteht die Veränderung durch eine zufällige Stichprobe der Population? Dann spricht das für Gendrift.

Neben Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift beeinflussen Genfluss und Isolation die genetische Entwicklung von Populationen.

Genfluss kann Unterschiede zwischen Populationen verringern, weil Allele ausgetauscht werden.

Nach einer Trennung wirken Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift in den Teilpopulationen weiter. Da Umweltbedingungen und Zufallsereignisse verschieden sein können, entwickeln sich ihre Genpools zunehmend auseinander.

Entstehen neue Arten durch eine geographische Trennung, spricht man von allopatrischer Artbildung. Artbildung ohne geographische Trennung heißt sympatrische Artbildung.

Der biologische Artbegriff fasst Populationen als eine Art zusammen, wenn sie sich unter natürlichen Bedingungen miteinander fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen können. Er lässt sich bei Fossilien oder ungeschlechtlich lebenden Organismen jedoch nicht unmittelbar anwenden.

Vergangene Evolution wird nicht aus einem einzigen Fund abgelesen. Besonders überzeugend ist das Zusammenwirken voneinander teilweise unabhängiger Beleglinien.

Fossilien zeigen zeitliche Abfolgen

Fossilien sind erhaltene Reste oder Spuren früherer Lebewesen. Ihre Lage in Gesteinsschichten kann eine relative Reihenfolge zeigen: Welche Formen traten früher oder später auf? Geeignete Materialien erlauben zusätzlich absolute Datierungen.

Die Fossilüberlieferung ist unvollständig. Organismen mit harten Strukturen werden eher erhalten als viele weichkörperige Lebewesen. Eine Lücke im Fossilbericht beweist deshalb nicht, dass es keine Zwischenformen gab.

Homologien weisen auf gemeinsame Abstammung

Die Vorderextremitäten von Wirbeltieren können trotz unterschiedlicher Aufgaben einen gemeinsamen Grundbauplan besitzen. Das stützt eine Verwandtschaftshypothese.

Die Grabwerkzeuge von Maulwurf und Maulwurfsgrille erfüllen eine ähnliche Aufgabe. Der Maulwurf besitzt jedoch ein inneres Knochenskelett, die Maulwurfsgrille ein Außenskelett. Die Ähnlichkeit zeigt eine ähnliche Anpassung, aber keine enge Verwandtschaft aufgrund dieses Merkmals.

Weitere Beleglinien ergänzen sich

• Rudimente sind zurückgebildete homologe Strukturen, die auf Merkmale von Vorfahren hinweisen können.
• Embryonalentwicklung zeigt bei verwandten Arten Ähnlichkeiten in frühen Entwicklungsstadien.
• Biogeographie untersucht, wie die Verteilung von Arten mit ihrer Abstammung und geographischen Isolation zusammenhängt.
• Molekulare Vergleiche nutzen Ähnlichkeiten in DNA oder Proteinen, um Verwandtschaftshypothesen zu prüfen.

„Theorie“ bedeutet nicht „bloße Vermutung“

Eine wissenschaftliche Theorie verbindet zahlreiche Beobachtungen, Messungen und überprüfbare Erklärungen. Die Entwicklung des Lebens nach evolutionären Prinzipien gilt als wissenschaftlich anerkannte Tatsache. Details einzelner Abläufe und Verwandtschaftsverhältnisse werden weiterhin erforscht.

Evolution kann beobachtet werden

Viele Veränderungen benötigen sehr lange Zeiträume. Bei Organismen mit kurzen Generationszeiten, etwa Bakterien, können sich Variantenhäufigkeiten aber innerhalb von Monaten verändern und experimentell untersuchen lassen.

Evolution verfolgt kein Ziel

Evolution strebt weder Vollkommenheit noch zwangsläufig größere Komplexität an. Merkmale können entstehen, umgewidmet oder verloren werden. Entscheidend ist ihr Einfluss unter den jeweiligen Bedingungen – oder bei Gendrift schlicht der Zufall.

Evolution erklärt nicht unmittelbar den Ursprung des ersten Lebens

Evolution setzt vermehrungsfähige Systeme voraus, die Varianten vererben können. Wie aus komplexen Molekülen die ersten Zellen entstanden, ist nicht vollständig geklärt. Vorgeschlagen wurden unter anderem selbstkopierende RNA-Moleküle und abgegrenzte Reaktionsräume, doch diese Möglichkeiten sind keine abgeschlossene Erklärung.