Charles Darwin (1809-1882) zögerte viele Jahre, bevor er seinen schriebEvolutionstheorieVeröffentlicht. Er war sich bewusst, dass die Theorie, so einfach ihre Grundprinzipien auch erscheinen mögen, eine Vielzahl biologischer Phänomene nicht ohne Weiteres erklären kann. Ich hätte noch mehr gezögert, wenn ich nicht in den 1850er Jahren gewusst hätte, dass der britische Naturforscher Alfred Russel Wallace (1823-1913) ähnliche Ideen entwickelt, wie er selbst sie mit einer Veröffentlichung erwartet hatte.
In einer fast vorausgegangenen Veröffentlichung ließen beide Naturforscher 1858 die Grundzüge ihres Konzepts der Linnean Society of London vorlesen, stießen aber zunächst auf wenig Resonanz. Einer breiten Öffentlichkeit wurde Darwins Evolutionstheorie mit dem im Folgejahr erschienenen Buch „On the Origin of Species by Means of Natural Selection“ bekannt. Anders als der Titel vermuten lässt, steht im Mittelpunkt der Arbeit nicht die Frage, wie neue Arten entstehen, sondern der Mechanismus der Entstehungnatürliche Auslese. In der Einleitung fasst Darwin seine Säulen in zwei Sätzen zusammen, die hier in deutscher Übersetzung wiedergegeben werden:
„Da viel mehr Individuen jeder Art geboren werden, als überleben können, und da es einen wiederkehrenden Kampf ums Dasein gibt, folgt daraus, dass jedes Wesen, auch wenn es in irgendeiner Weise leicht modifiziert ist, unter den Komplex fällt und manchmal vorteilhaft für das Leben ist. wechselnden Bedingungen hat es eine bessere Überlebenschance und wird daher natürlich selektiert. Aufgrund des starken Vererbungsprinzips wird jede ausgewählte Linie dazu neigen, ihre neue und modifizierte Form zu verbreiten.«
Hier finden Sie alles, was Sie über die wesentlichen Prinzipien der natürlichen Auslese wissen müssen. Die Anpassung an die Umwelt resultiert aus einer Kombination von Nachkommenschaft, Existenzkampf, Variation, Vererbung und ökologischen Grundbedingungen. Diese Zusammenhänge lassen sich experimentell beliebig oft reproduzieren und stellen eine sichere Gesetzmäßigkeit dar. In diesem Sinne handelt es sich nicht mehr wirklich um eine Theorie im alltäglichen Sinne, weshalb wir oft eher von Evolutionsbiologie als von Evolutionstheorie sprechen.
Einige Wissenschaftler fordern jetzt eine Überarbeitung der theoretischen Grundlagen der Evolutionsbiologie, um eine sogenannte erweiterte evolutionäre Synthese zu schaffen. derzeit üblichSynthetische Evolutionstheorie, argumentierten sie, reiche nicht mehr aus, um den Prozess der Evolution angemessen zu beschreiben. Das ist richtig? Sind die Ideen von Darwin und Wallace obsolet geworden? Hätten die beiden ihre Ideen ähnlich formuliert, wenn sie über das heutige biologische Wissen verfügten?
Darwin selbst war sein größter Kritiker. Er erkannte, dass man zuerst verstehen muss, wie sich Organismen entwickeln und ihre Eigenschaften erben, bevor man richtig einschätzen kann, wie Variation und Vererbung evolutionäre Ereignisse prägen. Als um 1900 dieMendelsche Regelnwiederentdeckt wurden, stellten die Forscher fest, dass sie mit darwinistischen Ideen in Konflikt geraten würden, da sie nicht mit der Annahme der „kleinen Änderungen“ vereinbar seien. Mutationen schienen nur große Auswirkungen zu haben, nicht die von Darwin postulierten kleinen Variationen. Dies löste eine Welle neuer Evolutionstheorien aus, und Darwin und Wallace gerieten in Vergessenheit.
Doch dann kam mit dem britischen Evolutionstheoretiker Ronald Fisher (1890-1962) ein Wissenschaftler, der nicht nur die biologischen Aspekte, sondern auch die mathematisch-statistischen Konsequenzen eines Vererbungsmechanismus betrachtete, der Gene mischt, die jede Generation neu bearbeiten. Fisher zeigte, dass Mutation, Variation und Selektion den Mendelschen Regeln entsprechen, wenn sie auf ganze Populationen angewendet und über viele Generationen hinweg beobachtet werden. In seinem Buch The Genetical Theory of Natural Selection (1930) befasste er sich so ausführlich mit den statistischen Implikationen der Mendelschen Genetik, dass nur wenige behaupten können, alles verstanden zu haben.
Evolutionsbiologen leiteten aus dieser besonderen Arbeit die Grundlagen abGenetik der Populationund sie waren auch in der Lage, Darwins Ideen mit neuen biologischen Entdeckungen zu kombinieren. Biologen und Evolutionisten veröffentlichten einflussreiche Bücher, die von einem breiteren Publikum verstanden werden konnten. Dazu gehörten Theodosius Dobzhanskys Genetics and the Origin of Species (1937), Ernst Mayrs Systematics and the Origin of Species (1942) und Julian Huxleys Evolution: The Modern Synthesis (1942).
Während dieser Debatte wurde das Konzept der "modernen Synthese" der Evolutionsbiologie gefestigt. Dabei ging es nicht um eine neue Evolutionstheorie, sondern um eine verständlichere Formulierung der relevanten mathematischen Zusammenhänge, quasi um eine Umschreibung der Gleichungen der Naturgeschichte. Letztendlich ist die moderne Synthese eine Kombination aus Theorien, Beobachtungen und experimentellen Beweisen aus Genetik, Embryologie, Zoologie, Botanik, Ökologie, Paläontologie und Molekularbiologie. Er versöhnt die Mendelsche Genetik mit der Darwinschen Idee der graduellen Evolution (die eher in vielen Zwischenschritten als in Anfällen und Anfängen abläuft). Seine wichtigste Entdeckung ist, dass das Auftreten neuer Arten nur mit Hilfe der Populationsgenetik erklärt werden kann. Darwin selbst wollte sich nur ungern dazu äußern, wie Arten entstanden sind, zumal er keine brauchbare Definition einer Art hatte.
Schulen unterrichten jetzt Evolutionsbiologie auf der Grundlage der modernen Synthese. Dadurch entsteht oft der Eindruck, dass die gewonnenen Erkenntnisse abgeschlossen sind und alle evolutionären Phänomene erklärt werden können. Evolutionsbiologie, aber auch Genetik, Ökologie, Verhaltensforschung und Entwicklungsbiologie entwickeln sich ständig weiter. Forscher machen ständig empirische und experimentelle Entdeckungen, ebenso wie es ständige theoretische Fortschritte gibt. Dies wirft die Frage auf, ob eine „erweiterte evolutionäre Synthese“ notwendig ist. Einige Evolutionsbiologen wie Kevin Laland von der University of St. Andrews im Vereinigten Königreich bestehen darauf, weil sie nicht sehen, wie einige empirische Beobachtungen in die bestehende Theorie passen. Dabei geht es ihnen aber nicht darum, bisherige Erklärungen evolutionärer Ereignisse aufzugeben, sondern diese zu erweitern. Offensichtlich ist weniger klar, wie dies konkret geschehen soll. Darüber hinaus sind sich viele Biologen nicht einig über die Notwendigkeit einer solchen Überprüfung.
Die moderne Synthese hat bereits einige wichtige Fortschritte gemacht, vor allem im Hinblick auf die Rolle des Kampfes ums Dasein, woher Variation kommt und wie ökologische Faktoren die Speziation beeinflussen. In jüngerer Zeit wurde das Wissen um epigenetische und polygene Vererbung hinzugefügt. Darüber hinaus wird das Fach zunehmend durch Computermodelle und Mathematisierung beeinflusst, um über das „bloße Erzählen“ hinauszugehen. Dies ist heute von großer Bedeutung, um beispielsweise Infektionszyklen und die Ausbreitung mutierter Viren zu beschreiben.
Wer eine „erweiterte evolutionäre Synthese“ fordert, muss sich zunächst darüber im Klaren sein, welche konzeptionellen Fortschritte bereits erzielt wurden und wo die Frage jetzt steht.
Gibt es einen Existenzkampf?
Darwin identifizierte den „Kampf ums Dasein“ als Faktor der natürlichen Auslese. Viele interpretieren dies als „Überleben des Stärksten“ in einem Kampf, in dem es um alles geht. Manche erheben es sogar ins HerzDarwinismus. Aber seit den 1940er Jahren fragen sich Evolutionsbiologen, ob allgegenwärtige Rivalität mit der Tatsache vereinbar ist, dass wir fast überall kooperative Individuen sehen. Warum arbeiten die verschiedenen Mitglieder eines vielzelligen Organismus zusammen, wenn am Ende nur die Keimzellen an die nächste Generation weitergegeben werden? Warum kooperieren Insekten, wenn sich nur ihre Königin fortpflanzt? Warum helfen sich Menschen gegenseitig, wenn sie keinen direkten Nutzen daraus ziehen? Auch Bakterien schließen sich zusammen, um Nahrungsquellen besser zu nutzen oder sich gemeinsam gegen Viren zu wehren.
Um dies zu erklären, schlugen Evolutionsbiologen zunächst vor, dass Gruppen und nicht Individuen ausgewählt wurden. Dies würde Kooperation zu einem weiteren evolutionären Prinzip machen. Aber dieser Ansatz ist unhaltbar, da Trittbrettfahrer und Betrüger die Community ausnutzen können, ohne in sie zu investieren. Dadurch verschaffen sie sich einen persönlichen Vorteil auf Kosten anderer. Gibt es zu viele Betrüger, zerfällt die Gruppe, obwohl eine Zusammenarbeit langfristig zu besseren Anpassungen und besseren Überlebenschancen führen würde. Ein klassisches Beispiel dafür ist diesGefangenendilemma.
Tatsächlich ist das Zusammenspiel von Kooperation, Konflikt und Interessenausgleich zu einem der komplexesten und noch immer ungelösten Probleme der Evolutionsbiologie geworden. Es ist nur bedingt intuitiv zu erfassen; dafür braucht man einen theoretischen Ansatz und leistungsfähige mathematische Modelle.
Der "Kampf ums Dasein" weicht nun»evolutionär stabile Strategie«(ESS): Ein Konzept, das 1973 vom theoretischen Biologen John Maynard Smith und dem Populationsgenetiker George Robert Price eingeführt wurde. ESS stellt eine Strategie dar, die eine Population widerstandsfähig gegen Eindringlinge macht. Wenn genügend Mitglieder einer Gruppe es verwenden, kann keine alternative Strategie es verbessern. Einmal erreicht, haben Betrüger, die dagegen verstoßen, keinen systematischen Vorteil mehr.
ESS findet ein Äquivalent in den Wirtschaftswissenschaften: die sogNash-Gleichgewicht. Beide können mit spieltheoretischen Methoden untersucht werden. Obwohl das Individuum in der Regel Selektionseinheit bleibt, befindet es sich nicht in einem kontinuierlichen Existenzkampf, sondern ist Teil eines kooperativen „Spiels“, bei dem der Erfolg des eigenen Verhaltens vom Verhalten der anderen Spieler abhängt.
Woher kommt die Variation?
Darwin erkannte, dass die natürliche Auslese einen Vererbungsmechanismus erforderte. Wir wissen nur, welche molekulare Maschinerie daran beteiligt ist, aus der Entschlüsselung derDNA-Strukturvon den Molekularbiologen James Watson und Francis Crick im Jahr 1953; Daten der Biochemikerin Rosalind Franklin machten diese Entdeckung möglich. Die Vorläufer der modernen Synthese kannten den Mechanismus noch nicht; Folglich konnten sie es bei der Konstruktion ihrer Theorie nicht berücksichtigen. Heute ist klar: genetische Variation entsteht durch Veränderungen in der DNA, hauptsächlich durch den Austausch von Basenpaaren, den „Buchstaben“ der Erbinformation. Wenn Organismen ihre DNA replizieren, funktioniert das weitgehend fehlerfrei, aber nicht ganz fehlerfrei. Mit jeder Generation treten neue Fehler oder Mutationen auf, die zu den von Darwin postulierten Variationen führen, die wiederum zur Selektion genutzt werden.
Allerdings stellte der japanische Genetiker Motoo Kimura in den 1960er Jahren die These auf, dass sich die meisten Mutationen nicht durch Selektion, sondern durch neutrale Zufallseffekte durchsetzen. mit Gleichungen vonDiffusionstheorieer leitete Gesetzmäßigkeiten ab, nach denen beispielsweise die Zeit, die eine solche Mutation braucht, um sich zu etablieren, der vierfachen Bevölkerungsgröße in Generationen entspricht. ENTWEDER "neutralEvolutionstheorie“, die heute eine der wichtigsten Säulen der Evolutionsbiologie darstellt. Denn sie lässt sich in Formeln ausdrücken, die Vorhersagen zulassen und den Effekt der natürlichen Auslese als statistische Abweichung erkennen lassen.
Wir wissen heute, dass Veränderungen in DNA-Sequenzen meist den Gesetzen der neutralen Evolutionstheorie folgen. Genetische Analysen der Verwandtschaft und sogMolekulare Uhren, mit dem anhand von DNA-Sequenzvergleichen Altersschätzungen vorgenommen werden können.
Die japanische Genetikerin Tomoko Ohta erweiterte 1973 die neutrale Evolutionstheorie. In ihre „Quasi-Neutrale Theorie“ bezog sie auch genetische Veränderungen mit ein, die nicht streng neutral sind, aber positive oder negative Auswirkungen auf den Phänotyp haben können. Ohta zeigte: Um zu verstehen, ob und wie sich solche Varianten evolutionär durchsetzen, muss man die Größe der Population berücksichtigen, in der sie vorkommen. In kleinen Gruppen können sogar eindeutig vorteilhafte Mutationen durch zufällige Drift verloren gehen, während genetische Mutationen in großen Populationen auch mit minimalen Auswirkungen zur ökologischen Anpassung beitragen.
das gefallene Dogma
Vor allem der deutsch-amerikanische Biologe Ernst Mayr hat das Prinzip eingeführtAllopatrische Speziationbekannt geworden - als eine der wichtigsten Ideen der modernen Synthese. Dies ist die erste wirkliche Theorie der Speziation ("Speziation"). Es entstand aus theoretischen Überlegungen und folgte den Prinzipien der Populationsgenetik und des Genflusses.
Getrennte Arten zeichnen sich nach vorherrschendem Verständnis dadurch aus, dass sie kein genetisches Material mehr untereinander austauschen, also reproduktionstechnisch voneinander isoliert sind. Von Ronald Fisher entwickelte Genflussformeln zeigen jedoch, dass nur ein kleiner Prozentsatz des Austauschs pro Generation ausreicht, um ein einheitliches Muster zu erzeugen.Genpoolkonserviert. Dies führt zu einem großen Hindernis für das Auftreten neuer Arten. Dies veranlasste Mayr zur Aufstellung des Dogmas der allopatrischen Speziation, wonach nur die räumliche Trennung von Populationen ein wirksamer Mechanismus zur Entstehung neuer Arten ist. Mayr gab damit die Ansicht auf, dass die Anpassung an die Umwelt auch einen wichtigen Beitrag zur Speziation leistet, wie Darwin und Wallace vermuteten.
Dieses Dogma hat die Evolutionsbiologie über Jahrzehnte geprägt. Viele Wissenschaftler haben Artbildung ohne räumliche Trennung, im Fachjargon als bezeichnetSympatrische Speziationbezeichnet, ist dies nur in besonderen Fällen möglich. Einige sind so weit gegangen, abweichende Forschungen aktiv zu unterdrücken.
Letztendlich brauchte es eine neue Generation von Forschern, um das Dogma zu brechen. Eine der wichtigsten theoretischen Überlegungen war dabei, dass Konkurrenz in einer Population stattfindet, die optimal an eine Umgebung angepasst ist. Die meisten Individuen haben die gleiche Anpassung und konkurrieren daher um die gleichen Ressourcen. Dadurch wird aus einer eigentlich vorteilhaften Passform ein Nachteil. Sie können es mit Prospektoren vergleichen, die eine neue Ader finden. Erstere haben große Gewinnaussichten, aber wenn viele weitere hinzukommen, überwiegen die Kosten der gegenseitigen Rivalität sie schließlich. Da kann es sinnvoll sein, dass die Leute nicht mehr Gold waschen, sondern zum Beispiel eine Bar oder einen Laden eröffnen.
Etwas Ähnliches passiert in natürlichen Populationen. Individuen mit genetischen Variationen, die es ihnen ermöglichen, neue Ressourcen zu erschließen, haben einen Vorteil gegenüber der Menge, die von der Hauptressource abhängt. Aufgrund des ständigen Genflusses führt dies jedoch nicht sofort zu einer Aufspaltung in separate Arten. Es muss noch einen weiteren Faktor geben, wie die bevorzugte Paarung ähnlich angepasster Individuen (die»selektive Paarung«) oder eine ökologischeGradientZum Beispiel räumliche Unterschiede in der Umgebungstemperatur, Feuchtigkeit oder Bodennährstoffen. Diese Faktoren können zur Trennung von Genpools führen, was eine sogenannte adaptive Speziation ermöglicht, die viel schneller als der allopatrische Mechanismus ist. Das erklärt, warum sich viele Arten ohne strikte räumliche Trennung ständig in neue teilen. Daher ist Speziation nicht nur ein passives räumliches Phänomen, sondern auch ein aktives ökologisches Phänomen, so wie es sich Darwin und Wallace vorgestellt haben.
Zurück zu Lamarck?
Der französische Naturforscher Jean-Baptiste de Lamarck (1744-1829) war einer der ersten, der noch vor Darwin erkannte, dass Arten nicht unveränderlich sind, sondern sich durch Anpassung an die Umwelt entwickeln. Er ging davon aus, dass Organismen im Laufe ihres Lebens Eigenschaften erwerben, die sie später an ihre Nachkommen weitergeben.
Auch Darwin vermutete einen solchen Mechanismus und verband ihn mit demZelltheorie. Er vermutete, dass jede Zelle im Körper winzige Keime, die sogenannten Gemmules, absondert, die im Organismus zirkulieren, an die nächste Generation weitergegeben werden und so den Nachwuchs prägen. Dem widersprach die Entdeckung der Keimlinie Ende des 19. Jahrhunderts durch den deutschen Arzt August Weismann (1834-1914). Damit sind die Keimzellen (Sperma und Eizelle) als Begründer der nächsten Generation klar von den Körperzellen getrennt. Mendels Regeln und sein Wissen über den der Vererbung zugrunde liegenden Mechanismus schienen auch die Weitergabe individuell erworbener Merkmale an die Nachkommen zu verhindern.
Doch dieses Bild hat sich nun grundlegend geändert. Wir kennen heute die molekularen Prozesse, die dafür sorgen, dass erworbene Eigenschaften an die nächste Generation weitergegeben werden: sogepigenetischSie beeinflussen nicht die Buchstabenfolge der DNA selbst, also ihre Basenfolge, sondern werden durch chemische Veränderungen in der DNA verursacht, wie zum Beispiel die Übertragung von Methylgruppen auf die Bausteine der DNA.Dies löst gewissermaßen einen regulatorischen Schalter aus, der bestimmt, wie aktiv das betroffene Gen ist..
Epigenetische Fingerabdrücke sorgen unter anderem dafür, dass Blut-, Leber- oder Nervenzellen unterschiedliche Funktionen im Körper erfüllen, obwohl sie alle die gleiche DNA-Sequenz tragen. Wie Oliver Rando von der University of Massachusetts und Rebecca Simmons von der University of Pennsylvania 2015 in einem systematischen Review zeigten, können epigenetische Fingerabdrücke, die durch Umwelteinflüsse entstehen, beispielsweise durch eine veränderte Nahrungsversorgung, in das Verhalten einfließen.Keimbahnerreichen. Sie bleiben dann in der nächsten Generation bestehen, auch wenn ihr Auslöser weg ist.
Es tut es wahrscheinlich auf eine Weise, die an Darwins Gemmules erinnert. Alle Zellen im Körper sondern kleine Säcke ab, die Exosomen genannt werden, die durch den Körper wandern. Sie enthalten Teile der Zellen, aus denen sie stammen, einschließlich RNA-regulatorischer Moleküle, die DNA epigenetisch modifizieren können. Inzwischen weiß man zumindest von Spermien, dass sie diese Vesikel während ihrer Reifung aufnehmen, wodurch die Möglichkeit besteht, epigenetische Informationen an die Nachkommen weiterzugeben. Beispielsweise zeigten Forscher um Wei Zhou von der Newcastle University in Australien im Jahr 2019, dass sich Exosomen aus dem Nebenhoden von Mäusen an reifende Spermien anheften und Moleküle auf sie übertragen. Ein weiteres Team unter der Leitung von Lucia Vojtech von der University of Washington zeigte 2014, dass menschliche Spermien zahlreiche Exosomen enthalten, die mit RNA-Molekülen beladen sind, von denen angenommen wird, dass sie eine regulatorische Funktion haben. Obwohl dies nicht genau der Mechanismus ist, den Darwin sich vorgestellt hat, macht es deutlich, dass der Körper und die Keimbahn nicht vollständig getrennt sind. In einer systematischen Übersichtsarbeit aus dem Jahr 2019 hat der Biologe Upasna Sharma von der University of California mehr als 150 Studien zusammengestellt, die das Konzept der generationsübergreifenden Übertragung epigenetischer Informationen unterstützen.
Angesichts dieser Erkenntnisse fordern Befürworter einer „erweiterten Synthese“ eine grundlegende Überarbeitung der Evolutionstheorie. Ihr Argument: Die epigenetische Prägung sollte die Anpassung an neue Umweltbedingungen erheblich beschleunigen, was eine Anpassung von Fishers populationsgenetischen Formeln erfordert. Es liegt jedoch in der Natur epigenetischer Veränderungen, dass sie die DNA-Sequenz nicht beeinflussen. Daher sind seine Wirkungen meist nur für wenige Generationen nachweisbar, danach gehen sie wieder verloren, wie 2020 ein Team um die Neurobiologin Leah Houri-Zeevi von der Universität Tel Aviv zeigte. Daher sind Langzeitwirkungen nicht möglich.
Aber gerade in ihnen liegt der Schlüssel zum Verständnis der Evolution. Gegner der Evolutionstheorie argumentieren seit langem, dass es sehr unwahrscheinlich ist, dass einige Anpassungen allein durch natürliche Selektion erfolgen. Allerdings zeigte Fisher bereits 1954, dass eine über viele Generationen stabile Kombination aus Selektion und Vererbung selbst die unwahrscheinlichsten Ereignisse möglich macht. Er verglich es mit dem Aufgeben eines gewissenProtonim ganzen Universum zu finden, für die es eine extrem geringe Erfolgswahrscheinlichkeit von 10 hat-79sagte, dass die natürliche Selektion einer genetischen Variante, die nur einen Vorteil von 2 % pro Generation erzeugt, eine solch unwahrscheinliche Anpassung in 10.000 Generationen hervorbringen kann. Folglich kann die Evolution nur durch gemischte Selektion und stabile Vererbung über lange Zeiträume erklärt werden.
Die epigenetische Prägung bleibt höchstens für wenige Generationen erhalten und bedarf daher keiner grundlegenden Erweiterung der Evolutionstheorie. Es kann jedoch für sog. geeignet seinphänotypische Plastizitäterklären. Gemeint ist die Tatsache, dass nicht nur die DNA-Sequenz das Aussehen des Organismus bestimmt, sondern auch die Umwelt. Es ist jedoch nicht klar, ob die phänotypische Plastizität die evolutionäre Anpassung beschleunigt oder verlangsamt. Beides scheint denkbar. Ganze Populationen könnten sich dank epigenetischer Veränderungen schneller an neue Umgebungen anpassen. Andererseits können epigenetische Mechanismen den Selektionsdruck auf die DNA-Sequenz verringern, wodurch langfristige Anpassungen unwahrscheinlicher werden.
Die Genotyp-Phänotyp-Beziehung
Ein weiteres Argument von Befürwortern einer erweiterten evolutionären Synthese betrifft die Frage, wie Sprünge in der evolutionären Entwicklung des Phänotyps entstehen. Auch dies ist ein bekanntes Problem, aber die Entdeckung von Entwicklungskontrollgenen hat ihm neue Nahrung gegeben. Ein ganzes Forschungsgebiet, die evolutionäre Entwicklungsbiologie (kurz: Evo-Devo), beschäftigt sich mit der Rolle, die die individuelle Entwicklung im evolutionären Geschehen spielt. Letztlich geht es ihm um die weitgehend unbeantwortete Frage, wie die linear geordnete eindimensionale Information der DNA-Sequenz die dreidimensionale Struktur der DNA-Sequenz bestimmt.Phänotypproduziert. Experten sprechen hier von der Genotyp-Phänotyp-Beziehung.
Evo-Devo-Forscher haben gezeigt, dass eine veränderte Aktivität von Entwicklungskontrollgenen beispielsweise zu neuen Körperformen, sogar zu neuen Körperplänen führen kann.Augen statt Antennen bei Fliegen. Ist dies der Schlüssel zum Verständnis der sogenannten Makroevolution, des plötzlichen Erscheinens neuer Lebensformen, wie einige Fossilienfunde vermuten lassen? Folgt die Makroevolution anderen Gesetzen als den bisher bekannten? Auch nach rund 30 Jahren intensiver Forschung zu Evo-Devo gibt es dafür noch keinen Beweis. Ein mögliches Gegenargument wäre: Mutationen in Entwicklungssteuerungsgenen führen oft zu so vielen Veränderungen auf einmal, dass sie sich fast immer nachteilig auf die Betroffenen auswirken. Große und nützliche Veränderungen lassen sich daher eher durch viele kleine Schritte erreichen. Dann allmählich, wie Darwin und Wallace postulierten.
Weitere Informationen zu diesem Problem werden erst erhalten, wenn die Genotyp-Phänotyp-Beziehung besser verstanden wird. Ein großes wissenschaftliches Konsortium unter Leitung des Bioinformatikers Andrew Wood von der University of Exeter kam 2014 zu dem Schluss: Einzelne Gene mit ihren natürlichen Varianten haben wenig Einfluss auf den Phänotyp. Vielmehr sind sie Kombinationen aus Tausenden von Genen, die das Aussehen des Organismus bestimmen, wie die Größe des menschlichen Körpers. Da sich seine Varianten in jeder Generation zufällig zusammenballen, werden Merkmale wie die Körpergröße in Populationen gefunden.normal verteilt. Dies ist bekannt alspolygenBestimmung des Phänotyps. Schon Darwins Cousin Francis Galton (1822-1911) hatte sie in seinem Werk „Natural Inheritance“ (1889) vorweggenommen, und Fisher entwickelte die mathematischen Grundlagen zu ihrer Beschreibung.
Beim Menschen gibt es schätzungsweise so viele mögliche Kombinationen natürlich vorkommender genetischer Varianten, dass eine Körpergröße von sechs Metern erreicht werden könnte, wenn die entsprechenden Erbfaktoren in einem Individuum zusammengebracht würden, was allerdings nur durch die Genetik zu erreichen wäre Auswahl. Tausende von Generationen. Dafür wären keine neuen Mutationen oder epigenetische Prägungen nötig. Natürliche Variation, zusammen mit den Möglichkeiten der Kombinatorik, bieten ein riesiges Reservoir an phänotypischen Innovationen, die die Grundlage der Tier- und Pflanzenzüchtung bilden. Auch Darwin hatte diese Idee, zum Teil aufgrund seines Interesses an der Taubenzucht.
Da sich Genetiker seit vielen Jahren auf die Auswirkungen einzelner Gene konzentriert haben, wurde der polygenen Phänotypisierung wenig Aufmerksamkeit geschenkt. Fishers mathematischer Ansatz dazu trat in den Hintergrund; Stattdessen haben viele Forscher ein alternatives Modell bevorzugt, bei dem ein oder wenige genetische Merkmale den Phänotyp weitgehend formen, während die anderen nur geringfügige Modifikationen beitragen. Die Genomforschung liefert jedoch zunehmend Hinweise darauf, dass die Genotyp-Phänotyp-Beziehung im Allgemeinen polygen ist und dass viele natürliche genetische Varianten mehr oder weniger gleichermaßen zum Aussehen beitragen.
Es gibt sogar Hinweise auf einen omnigenen Mechanismus, bei dem Varianten aller Gene, die in einem bestimmten Stadium oder in einem bestimmten Organ aktiv sind, zum Phänotyp beitragen, so die Ergebnisse eines Teams unter der Leitung des Genetikers Jonathan Pritchard von der Stanford University im Jahr 2017. Wissenschaftler arbeiten daran, die mathematischen Modelle entsprechend anzupassen, aber das ist schwierig. Ob dies einer grundlegend neuen Theorie bedarf, lässt sich derzeit nicht beantworten.
Brauchen wir eine erweiterte Synthese?
Alle Evolutionsbiologen wissen, dass ihr Fachgebiet damals wie heute vor ungelösten Herausforderungen steht. Darüber hinaus gibt es ständig neue biologische Entdeckungen, die einer Klassifizierung bedürfen. Eine Erweiterung der Evolutionstheorie hat mehrfach stattgefunden und wird dies auch weiterhin tun. Dies sind jedoch keine klar definierbaren theoretischen Sprünge. Auch die Moderne Synthese war kein einheitlicher konzeptioneller Schritt, sondern die Summe vieler neuer Ideen. Viele Forscher sehen daher keinen zwingenden Grund, jetzt eine „erweiterte evolutionäre Synthese“ zu schaffen, die ihrerseits versucht hat, eine Reihe unterschiedlicher Phänomene zu erklären. Verfechter einer solchen Synthese weisen jedoch zu Recht auf nicht abschließend geklärte Punkte hin. Im Nachhinein erwiesen sich Darwins Ideen jedoch als äußerst stabile Grundlage.