Verschiedene Mutatanten der Ackerschmalwand (Arabidopsis thaliana)

Evolution

Ohne Evolution gibt es kein Leben

„Nichts in der Biologie ergibt Sinn außer im Licht der Evolution betrachtet.“ So lautet der berühmte Titel eines Artikels von Theodosius Dobzhansky aus dem Jahr 1973. In dem Artikel bezeichnet der russisch-amerikanische Evolutionsbiologe die Evolution als Mittel, mit dem Gott das Leben auf der Erde erschaffen hat. Was aber ist Evolution genau?

In der Biologie wird Evolution als die allmähliche Veränderung vererbbarer Merkmale von Generation zu Generation bezeichnet. Wenn also eine ursprünglich unbehaarte Nashorn-Art während einer Eiszeit ein schützendes Fell entwickelt, ist das Evolution. Auch wenn immer neue Varianten des Coronavirus entstehen, spricht man von Evolution.

Evolution läuft nur dann ab, wenn es unter den Merkmalen einer Gruppe von Organismen eine Auslese gibt. Bei diesem auch als natürliche Selektion bezeichneten Vorgang werden Merkmale unterschiedlich häufig an die nächste Generation weitergegeben: Manche werden häufiger, andere werden seltener oder verschwinden.

Selektion

Die Selektion ist also die treibende Kraft hinter der Evolution. Damit eine Auslese stattfinden kann, braucht es folgende Voraussetzungen:

  • Ein Merkmal muss in verschiedenen Varianten vorhanden sein.
  • Das Merkmal muss vererbbar sein.
  • Verschiedene Ausprägungen des Merkmals müssen zu Unterschieden in der Fitness führen.

Die britischen Naturforscher Charles Darwin und Alfred Wallace haben diese fundamentalen Prinzipien der Evolution entdeckt. Mit ihnen lässt sich die riesige Vielfalt des Lebens auf der Erde erklären: Individuen mit unterschiedlichen Merkmalen konkurrieren miteinander um knappe Ressourcen und geben ihre Eigenschaften an Nachkommen weiter. Dadurch passen sich die Individuen laufend an neue Umweltbedingungen an und bringen so die unterschiedlichsten Formen und Überlebensstrategien hervor.

Ein verblüffend einfaches Prinzip für ein so ungeheuer vielfältiges Phänomen wie das Leben!

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Evolution - nur eine Theorie?

Wenn Forschende anhand ihrer Untersuchungen Schlussfolgerungen ziehen, nennt man diese eine Hypothese oder Theorie. Die „Evolutionstheorie“ ist deshalb aber keine rein hypothetische Annahme, sondern beruhte von Anfang an auf Messungen und Beobachtungen. Heute lässt sich Evolution zudem im Labor nachstellen und untersuchen. Dass sich das Leben auf der Erde nach den Prinzipien der Evolution entwickelt hat, ist heute eine wissenschaftlich anerkannte Tatsache.

Ihre Eigenschaften geben Organismen auf der Erde über ihr Erbgut weiter. In der DNA eines Individuums sind alle Informationen gespeichert, die für seine Funktion nötig sind. Hinzu kommen chemische Veränderungen am DNA-Molekül. Dank dieser sogenannten epigenetischen Veränderungen kann ein Organismen Eigenschaften, die er im Laufe des Lebens erworben hat, ebenfalls an seine Nachkommen weitergeben.

Damit Evolution ablaufen kann, müssen also das Genom und/oder das Epigenom verändert werden. Solche Veränderungen nennt man Mutationen. Veränderungen an der DNA entstehen mehr oder weniger zufällig durch Umwelteinflüsse wie Strahlung oder erbgutverändernde Stoffe. Auch wenn sich Zellen teilen und ihre DNA verdoppeln, um sie auf ihre Tochterzellen aufteilen zu können, können Kopierfehler vorkommen und so neue Varianten für die Evolution entstehen. 

Max-Planck-Forschende haben entdeckt, dass manche DNA-Regionen besser vor Mutationen geschützt sind und warum das so ist. Die Reparaturmaschinerie der Zellen bewahrt daduch besonders wichtige Gene vor potenziell schädlichen Veränderungen. Diese Erkenntnis widerspricht dem bis dahin herrschenden Dogma, dass Mutationen nicht mit derselben Häufigkeit in wichtigeren und weniger wichtigen Genen – also nicht gleichmäßig verteilt – auftreten.

Ackerschmalwand Pflanze, Arabidopsis thaliana
Die Entdeckung, dass Pflanzen ihre wichtigsten Gene schützen, verändert unser Verständnis von Evolution mehr

Von Anfang bis Ende

Auf der Erde läuft also Evolution ab, seitdem vor mehreren Milliarden Jahren erstmals vermehrungsfähige Moleküle entstanden, die ihre Eigenschaften und Varianten davon an die nächste Generation weitergeben konnten. Viele Forscher gehen heute davon aus, dass es RNA-Moleküle waren, die sich als erste selbst kopiert und vermehrt haben. Wie dann die ersten Zellen entstanden sind, ist noch unbekannt. Winzige Fetttröpfchen, die den RNA-Molekülen einen geschützten Reaktionsraum geboten haben, könnten dabei eine Rolle gespielt haben. Heiße Quellen oder Süßwassertümpel könnten dafür auf der frühen Erde geeignete Umweltbedingungen geboten haben.

In immer neuen Entwicklungsschritten hat sich das Leben über die Jahrmillionen hinweg an unterschiedliche Umweltbedingungen angepasst und sich neue Lebensräume erschlossen. Auf diese Weise ist die Biodiversität von bis zu zehn Millionen Tier- und Pflanzenarten auf der Erde entstanden. Diese Vielfalt lässt sich in gewisser Weise sogar nur auf diese Weise erklären. Man könnte also auch sagen: Evolution ist Leben – und Leben ist Evolution!

Elixiere aus der Ursuppe
RNA-Moleküle mit Enzymwirkung haben vermutlich bei der Entstehung von Leben auf der Erde eine zentrale Rolle gespielt mehr

Der Fortschritt ist nicht immer eine Schnecke

Die Evolution dauert bis heute an. In vielen Fällen verläuft sie so langsam, dass wir ihre Auswirkungen im Laufe eines Menschenlebens nicht bemerken. Manche Veränderungen laufen jedoch innerhalb weniger Jahre ab. Insbesondere Organismen mit kurzen Generationszeiten können sich relativ schnell an neue Umweltbedingungen anpassen.

Ein Beispiel dafür ist die Hausmaus). Die Art hat sich nach der letzten Eiszeit in eine westliche und eine östliche Unterart aufgespalten. Seitdem haben sich die beiden Linien zwar so weit auseinanderentwickelt, dass sie sich genetisch deutlich unterscheiden. Die Unterschiede sind jedoch noch nicht so groß, dass sich Angehörige der beiden Linien nicht miteinander vermischen könnten. Forschende vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön nutzen dies aus, um anhand der Unterschiede zentrale Evolutionsvorgänge zu untersuchen.

Eine Maus beißt sich durch
Kaum ein Tier hat sich so gut an die von uns geschaffenen Lebensräume angepasst wie die Hausmaus. Für Diethard Tautz vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön lag es also nahe, die kleinen Nager als Modellsystem für die Arbeitsweise der Evolution zu erforschen. mehr

Noch kürzere Generationszeiten als Mäuse besitzen Bakterien. Manche der Mikroben bilden mehrere Generationen pro Tag aus. Evolutionäre Veränderungen lassen sich so schon nach wenigen Monaten beobachten. Bakterien sind deshalb ein ideales Modellsystem, um Evolution im Labor live zu verfolgen. Und nicht nur das – sie lässt sich sogar steuern. Durch veränderte Lebensbedingungen in den Kulturgefäßen können Forschende die Entwicklung der Bakterien in unterschiedliche Richtungen lenken. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie haben so herausgefunden, wie sich das Bakterium Pseudomonas tolaasii zu Zellverbänden zusammenschließen kann. Sie haben damit einen möglichen Weg von der Ein- zur Vielzelligkeit gefunden.

Die Geburt des Kollektivs
Wenn sich Bakterienzellen zu Matten zusammenlagern, könnte dies der erste Schritt auf dem Weg zu einem Organismus sein mehr

Evolution setzt auf Bewährtes

Die Ergebnisse von Max-Planck-Wissenschaftlern und anderer Forschungsgruppen zeigen darüber hinaus, dass die Evolution oft sehr konservativ ist. Sie greift auf bereits vorhandene Gene zurück und gibt ihnen neue Aufgaben. Damit ist auch zu erklären, warum so andersartige Lebewesen wie Fadenwürmer oder Fruchtfliegen so viele Gene besitzen, die auch wir Menschen in uns tragen. Die Umwidmung von Genen ist ein zentrales Prinzip der Evolution und die spielt Umwelt dabei eine entscheidende Rolle.

Und der Rundwurm, der hat Zähne
Für den Entwicklungsgenetiker und Evolutionsbiologen Ralf Sommer vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen sind die Fadenwürmer und Käfer die Akteure und die Insel La Réunion die Kulisse in einem großen Drama: einem Lehrstück über die Evolution, über die Vielfalt in der Natur und wie sie entsteht. mehr
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