Mit dem am 12. Februar begangenen Darwin-Tag wird jedes Jahr dem Geburtstag des großen Naturforschers gedacht. Der britische Wissenschaftler hat im 19. Jahrhundert wesentliche Erkenntnisse über die Evolution gewonnen und damit das traditionelle Verständnis vom Leben auf der Erde und der Stellung des Menschen auf den Kopf gestellt. Für Diethard Tautz und Paul Rainey vom Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön sowie Ralf Sommer vom Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen hat Darwin das Fundament für die Erforschung der Evolution gelegt – ein Forschungsgebiet das nicht mehr nur in die Vergangenheit blickt, sondern auch immer mehr in die Zukunft.
Diethard Tautz: "Darwin war ein Revolutionär!"
Was war Ihrer Meinung nach die zentrale Erkenntnis Darwins?
Darwins große Leistung besteht darin, dass er die natürliche Selektion als treibende Kraft hinter der Evolution erkannt hat. Er hat die unglaubliche Vielfalt des Lebens auf der Erde dadurch erklärt, dass Individuen, die sich fortpflanzen und ihre Eigenschaften an Nachkommen weitergeben können, um knappe Ressourcen kämpfen. 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!
Prof. Diethard Tautz ist Direktor am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie in Plön. Er hat unter anderem herausgefunden, dass neue Gene aus zuvor funktionslosen DNA-Abschnitten entstehen können.
War er ein Revolutionär?
In gewisser Weise war er das! Seine Erkenntnis, dass für Leben kein übernatürlicher Schöpfer notwendig ist, fiel ja in eine Zeit, in der Religion noch eine zentrale Rolle im Leben vieler Menschen spielte. Dass er sich von der religiösen Deutung der Entstehung des Lebens gelöst hat, kann man deshalb schon als revolutionär bezeichnen. Was für ein Tabubruch das war, sieht man ja auch daran, dass er dafür bis heute von Anhängern der biblischen Schöpfungsgeschichte kritisiert wird.
Was können wir heute noch von Charles Darwin lernen?
Er war ein unglaublich genauer Beobachter. Die Erkenntnisse, die er auf seinen Weltreisen gewonnen hat, hat er sehr sorgfältig ausgewertet und auch mit Experimenten überprüft. Daraus hat er dann eine Fülle von Schlüssen gezogen. Seine Bücher quellen förmlich über vor Ideen. Das macht sie auch teilweise mühsam zu lesen, aber sie sind nach wie vor ein Fundus für Ideen.
Hat er sich nie geirrt?
Eigentlich nicht. Eine Zeitlang sah es mal so aus, als sei seine Vorstellung von Vererbung völlig falsch gewesen. Er hatte winzige Partikel, sogenannte Gemmulae, postuliert, die die Erbinformationen aus allen Körperteilen zu den Geschlechtsdrüsen transportieren sollten. Da sich Körper- von den Keimbahnzellen weitestgehend getrennt entwickeln, schien Darwins Konzept nicht zuzutreffen. Heute weiß man, dass durchaus eine Verbindung zwischen Körper- und Keimbahnzellen besteht, wenngleich die eigentliche Vererbung anders funktioniert. Obwohl zu seinen Lebzeiten die Grundlagen der Genetik noch unbekannt waren, lag er auch hier nicht völlig daneben.
Paul Rainey: "Wo Leben ist, gibt es Evolution!"
Werden wir die Evolution eines Tages so gut verstehen, dass wir ihren Verlauf vorhersagen können?
Das ist tatsächlich ein lohnendes Ziel! Die Frage ist, wann und wie exakt wir das werden tun können. Am wenigsten schwierig ist dies bei asexuellen Organismen mit großen Individuenzahlen und starker Selektion, zum Beispiel Bakterien und Viren. Deshalb gibt es für Mikroorganismen und Viren schon Modelle, die ihre künftige Entwicklung recht zuverlässig beschreiben können. Für die Entwicklung von Impfstoffen und Antibiotika ist dies natürlich enorm wichtig.
So kennen wir inzwischen ein paar der Regeln, nach denen sich ein bestimmtes Bakterium an neue Lebensbedingungen in unserem Labor anpasst. Manche dieser Regeln lassen sich auf andere Organismen übertragen.
Prof. Paul Rainey leitet die Abteilung Mikrobielle Populationsbiologie am Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie. Er stellt Evolution im Labor nach und untersucht die dabei entstehenden Veränderungen von Bakterien.
Wenn wir die Zeit wieder an den Ursprung des Lebens zurückdrehen könnten, würde die Evolution nochmal ähnlich ablaufen?
Ich glaube schon – zumindest in groben Zügen, denn das Leben wird wieder ähnliche Wege finden, sich an dieselben Umweltbedingungen anzupassen. Wir können dies als sogenannte Konvergenz bezeichnete Phänomen heute beispielsweise bei Beuteltieren und den höheren Säugetieren beobachten. Diese beiden Gruppen haben sich vor 100 Millionen Jahren voneinander getrennt und unabhängig voneinander entwickelt. Trotzdem besitzen sie denselben Körperbau.
Ob darunter menschenähnliche Arten sein würden, ist schwer zu sagen. Ich kann mir aber gut vorstellen, dass irgendwann wieder ein mehr oder weniger intelligenter Zweibeiner entstehen würde.
Dem könnte allerdings die Unsicherheit entgegenstehen, mit der Zellen mit Zellkern auf der Erde entstanden sind. Das war damals eine Revolution und geschah nur ein einziges Mal. Wenn die Entstehung sogenannter eukaryotischer Zellen also tatsächlich eine absolute Rarität in der Evolution ist, könnte das Leben auf der Erde auch dauerhaft nur aus Mikroorganismen bestehen.
Kann Evolution denn noch anderswo im Universum ablaufen, und was würde sie hervorbringen?
Das ist sehr gut möglich! Leben ist alles, was an Evolution durch natürliche Auslese teilnimmt. Damit Evolution stattfinden kann, müssen die Organismen sich voneinander unterscheiden und Nachkommen produzieren, die ihnen ähnlich sind. In dem Moment, in dem diese Bedingungen gegeben sind, bevorzugt die natürliche Auslese bestimmte Formen, und das ist Leben!
Auf anderen Planeten wird das Leben ebenfalls aus einzelnen Einheiten bestehen, die sich fortpflanzen und dabei Erbinformation verändern. Deshalb wird Leben immer hierarchisch aufgebaut sein und aus sich selbst kopierenden Einheiten bestehen, die in höhere, sich kopierende Einheiten eingebettet sind. Das ist eine zwangsläufige Folge der Art und Weise, wie die natürliche Selektion arbeitet.
Auf der Erde bestehen vielzellige Organismen aus einzelnen Zellen, die wiederum Organellen beherbergen, und Chromosomen mit vielen einzelnen Genen. Auf anderen Planeten gibt es vielleicht höhere Organisationsstufen, die zum Beispiel Insektenkolonien auf der Erde ähneln. Das könnten zum Beispiel menschenähnliche Organismen innerhalb eines Superorganismus sein oder Wesen, die mit künstlicher Intelligenz eine symbiotische Verbindung eingegangen sind – eine Vorstellung, die vielleicht gar nicht so weit entfernt von unserer eigenen Zukunft ist.
Ralf Sommer: "Die Evolution ist schnell und oft konservativ!"
Der Begriff "Artensterben" ist derzeit in aller Munde. Wie wirkt sich das massenhafte Aussterben von Tieren, Pflanzen und Mikroorganismen auf die Evolution aus?
Im Moment wird so viel darüber berichtet, dass man meinen könnte, das sei ein neues Phänomen. Dabei findet das Artensterben schon seit mindestens 50 Jahren statt, eigentlich schon viel länger. Inzwischen wissen wir auch, dass der Mensch in allen Regionen, die er im Lauf seiner Geschichte besiedelt hat, viele der großen Säugetierarten wie Mammuts oder Riesenfaultiere ausgerottet hat. Ebenso unter den Vögeln, wie etwa der Dodo auf Mauritius. Neu ist dagegen die Erkenntnis, dass sich das Artensterben immer weiter beschleunigt.
Im Gegensatz zu früheren Massenaussterben ist das gegenwärtige ganz eindeutig durch den Menschen verursacht – daran gibt es keinen Zweifel! Wie sich das auf die Evolution auswirken wird, lässt sich im Moment nicht vorhersagen. Das hängt von den Veränderungen ab, die der Mensch heute und in Zukunft verursacht, und die können wir zum jetzigen Zeitpunkt kaum absehen. Klar ist aber: Wir werden sehr viele Arten verlieren!
Prof. Ralf Sommer ist Direktor am Max-Planck-Institut für Entwicklungsbiologie in Tübingen. Er erforscht an Fadenwürmern, wie sich Umwelt und Genetik gegenseitig beeinflussen.
Warum können sich die Organismen nicht an die Veränderungen wie den Klimawandel anpassen? Das haben sie doch auch in der Vergangenheit schon häufiger geschafft.
Die Erwärmung erfolgt im erdgeschichtlichen Maßstab ungeheuer schnell. Manche Arten kommen mit so rasanten Veränderungen nicht zurecht. Andere werden sich anpassen können, denn die Evolution kann ebenfalls schnell sein. So galt der Birkenspanner lange Zeit als Ausnahme: Der Nachtfalter wechselte im 19. Jahrhundert innerhalb weniger Jahrzehnte seine Farbe von hell nach dunkel und passte sich so an die wegen der hohen Luftverschmutzung in England schwarz gewordenen Bäume an. Heute wissen wir, dass Veränderungen über kurze Zeiträume wie beim Birkenspanner eher die Regel sind. Generell findet Evolution auf Populationsebene statt und nicht zwischen Arten. Zur Klimaerwärmung kommen aber noch die vielen anderen Veränderungen durch den Menschen wie die Zerstörung von Lebensräumen hinzu. Alles zusammengenommen ist für viele Arten einfach zu massiv, als dass sie sich daran anpassen können.
Was haben Sie aus Ihrer eigenen Forschung über die Evolution gelernt?
Ich interessiere mich besonders dafür, wie Genetik und Umwelt zusammenspielen und wie Neuheiten entstehen. Wie schafft es die Evolution also beispielsweise, so etwas Kompliziertes wie ein Auge oder einen Flügel hervorzubringen, und was geschieht dabei im Erbgut? Unsere Forschung und die anderer Forschungsgruppen zeigt, 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. Unsere Forschung hat gezeigt, dass diese Umwidmung von Genen ein zentrales Prinzip der Evolution ist und dass die Umwelt dabei eine entscheidende Rolle spielt.
Erstveröffentlichung: Webseite der Max-Planck-Gesellschaft.
18 Kommentare
Kommentare
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
Schöner Artikel,
Michael Fischer am Permanenter Link
So steil scheint die These nicht zu sein. Aus dem Wikipedia-Artikel zur Globalen Erwärmung: Der berechnete Erwärmungstrend über die letzten 50 Jahre (1956 bis 2005) in Höhe von 0,13 °C ± 0,03 °C[Anm.
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
Seit Mitte des 19. Jhd. können wir die Änderungen der Erdtemperatur direkt messen. Welche Messmethoden zur Bestimmung der Erdtemperatur früherer Jahrmillionen haben wir mit einer zeitlichen Auflösung < 1000 a?
Michael Fischer am Permanenter Link
Das ist mir schon klar, aber es spielt aufgrund der starken Diskrepanzen in den Temperaturanstiegen vermutlich gar keine Rolle.
"Bei der menschengemachten globalen Erwärmung wird jedoch erwartet, dass die Temperatur vom Ende des 20. bis Ende des 21. Jahrhunderts um 4 bis 5 °C steigt."
"Am Übergang zum Eozän erwärmte sich die Erde innerhalb von wahrscheinlich 4.000 Jahren um etwa 4 °C in äquatorialen Bereichen und bis zu 10 °C in höheren Breiten..."
Der Unterschied bei den Steigungen beträgt grob Faktor 20! Auch bei einer Auflösungsgrenze von 4000 Jahren - den Berg dieses Jahrhunderts bekommt man m.E. unmöglich da hineingequetscht.
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
"Am Übergang zum Eozän erwärmte sich die Erde innerhalb von wahrscheinlich 4.000 Jahren um etwa 4 °C in äquatorialen Bereichen..."
Michael Fischer am Permanenter Link
"Es ist genauso gut möglich, dass die Temperatur innerhalb von 10 Jahren um 4°C gestiegen ist und danach nicht mehr."
Das soll gehen? Kann ich kaum glauben - wir sind schließlich nicht an der Börse. Es muß ja einen passenden Mechanismus geben, der als Ursache herhalten kann, und das ist hier ein entsprechender Kohlenstoffeintrag. Der muss dann ja logischerweise eine bestimmte Zeit lang angedauert haben. Dann musste die Temperatur noch nachziehen.
Da sollen zehn Jahre ausreichen?!
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
Möglich ja, wahrscheinlich nein. Wenn Sie meinen, die Erhöhung des CO2-Gehaltes der Atmosphäre, sei die einzige und effektivste Möglichkeit zur Erhöhung der mittleren Erdtemperatur, müssen Sie noch viel lesen.
Michael Fischer am Permanenter Link
Mit Verlaub, ich habe extra von "Kohlenstoffeintrag" geschrieben.
Wie es der Zufall will, gibt es ein offenbar brandaktuelles Paper der American Geophysical Union. Hierin heißt es: "A new study finds humans are pumping carbon dioxide into the atmosphere at a rate nine to 10 times higher than the greenhouse gas was emitted during the Paleocene-Eocene Thermal Maximum (PETM)...Scientists can't pin down exactly how much carbon was injected into the atmosphere during the PETM or exactly how long the event lasted. But their best estimates say between 3,000 and 7,000 gigatons of carbon accumulated over a period of 3,000 to 20,000 years, based on ocean sediment cores that show changes to carbonate minerals laid down during this time." (http://www.terradaily.com/reports/Earth_may_be_140_years_away_from_reaching_carbon_levels_not_seen_in_56_million_years_999.html)
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
Wir sind immer noch nicht beim Nachweis angelangt, dass die momentane Temperaturerhöhung in diesem Tempo noch einige Jahrhunderte so weitergeht und was daran schuld ist, oder?
Michael Fischer am Permanenter Link
Ich denke, hierüber besteht in der Fachwelt Konsens. Auch Professor Sommer hat lediglich eine Aussage rezipiert, über die in der Fachwelt Konsens besteht.
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
Ach und das wars dann, ja?
Und dass einer Sommer heißt, macht die Sache auch nicht besser. Im Übrigen: was heißt er "hat lediglich eine Aussage rezipiert"? Meint er das selbst gar nicht, sondern hat nur vor den lauten Schreiern kapituliert?
Michael Fischer am Permanenter Link
Welche Schreier?
Den Grünen wird oft zu Recht vorgeworfen, dass sie sich beim Klimawandel auf den wissenschaftlichen Konsens berufen, diesen aber bei der Bewertung der Gentechnik ablehnen. Umgekehrt gilt natürlich dasselbe.
Unsere Diskussion um Sommer war im Grunde in dem Augenblick vorbei, als ein einfacher Blick in Wikipedia genügte um festzustellen, dass er hier einfach den wissenschaftlichen Stand wiedergegeben hat.
Mir ist nicht klar, was Sie von mir jetzt eigentlich erwarten. Für die aktuelle Erwärmung kommen nur Treibhausgase in Frage, zumindest ist diese Auffassung in der Wissenschaft Konsens. Mehr kann ich dazu auch nicht sagen. Außer vielleicht, dass Treibhausgase meiner persönlichen Meinung nach schon immer der dominante Faktor waren. Ich denke, das ergibt sich ganz logisch daraus, dass das einzig Entscheidende die Strahlungsbilanz ist. Aber da erzähle ich Ihnen ja nichts Neues. Das alles ist gut dokumentiert. Ich muss da ja keine Eulen nach Athen tragen.
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
"Für die aktuelle Erwärmung kommen nur Treibhausgase in Frage, zumindest ist diese Auffassung in der Wissenschaft Konsens. Mehr kann ich dazu auch nicht sagen."
Für mich klingt das alles irgendwie nach: Weil heute nicht Sonntag ist, muss Dienstag sein.
Und vor allem: Was machen wir, wenn der Temperaturanstieg trotz Reduktion des CO2-Ausstoßes weitergeht?
Michael Fischer am Permanenter Link
"Wir haben keine Ahnung, woher die Temperaturerhöhung kommt, also nehmen wir mal an, der CO2-Anstieg ist daran schuld."
Ich sehe es eher wie bei der Homöopathie: Weil alles andere ausscheidet, bleiben nur Placebo-Effekte übrig.
Klimaänderungen bedeuten Änderungen des Strahlungsantriebes und da gibt es nur drei grundlegende Möglichkeiten: Sonne, Albedo, Treibhausgase. Der Strahlungsantrieb der Sonne beträgt gerade mal 0,05 W/m^2. Das ist praktisch Nichts im Vergleich zu CO2. Albedo wirkt kühlend. Und der Treibhauseffekt ist ja nun auch nichts Neues, sondern wurde schon 1824 von Fourier entdeckt.
"Was machen wir, wenn der Temperaturanstieg trotz Reduktion des CO2-Ausstoßes weitergeht?"
Gute Frage. Was machen wir, wenn sich herausstellen sollte, dass Homöopathie doch wirkt?
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
"Was machen wir, wenn sich herausstellen sollte, dass Homöopathie doch wirkt?"
Albern!
Michael Fischer am Permanenter Link
"Während die Homöopathie keinerlei physikalische Ursachen für sich geltend machen kann, ist die Situation bei der Temperaturerhöhung keineswegs so klar."
Das sehe ich völlig anders. Fakt ist doch, dass es für die Temperaturerhöhung der letzten fünfzig Jahre definitiv keinerlei physikalische Erklärung gibt - außer den Treibhausgasen.
Die Sonnenaktivität ist seit Jahrzehnten praktisch konstant, weist im Mittel sogar einen leichten Abwärtstrend auf. Daher haben ja Vahrenholt/Lüning auch ein Buch mit dem Titel "Die kalte Sonne" geschrieben. Ich habe mir das seiner Zeit sogar gekauft, wortwörtlich heißt es da: "Die Sonne wechselt derzeit in eine lang anhaltende Phase schwächerer Aktivität, die uns eine jahrzehntelange Abkühlungsperiode bescheren wird." Leider ist ihre konkrete Prognose (bis 2030) jetzt schon als kompletter Fehlschlag zu bezeichnen.
"Was machen wir, wenn der Temperaturanstieg trotz Reduktion des CO2-Ausstoßes weitergeht?"
Also gut, noch ein Versuch: Wir schreiben die Physik um!?
Karl-Heinz Büchner am Permanenter Link
"Fakt ist doch, dass es für die Temperaturerhöhung der letzten fünfzig Jahre definitiv keinerlei physikalische Erklärung gibt - außer den Treibhausgasen."
Michael Fischer am Permanenter Link
- Fakt ist doch, dass es für die Temperaturerhöhung der letzten fünfzig Jahre definitiv keinerlei physikalische Erklärung gibt - außer den Treibhausgasen.
"Kann nicht sein."
- Scheint aber zweifelsfrei so zu sein. Sonne oder CO2, das ist hier die Frage. Vahrenholt/Lüning haben daher konsequenterweise (das muß ich den beiden zu gute halten) eine drastische Abkühlung prognostiziert.
"...(Karbon, Kreide), aber keine Spur von hohen Temperaturen."
Wenn Sie das sagen...aber kann das wirklich stimmen? In Wikipedia hört sich das anders an,
- z.B. Karbon: "Das globale Klima besaß anfangs subtropischen Charakter, kühlte jedoch bis zum Ende der Epoche stetig ab und sank zum Schluss deutlich unter das gegenwärtige Niveau...
...durch die Wirkung der Eis-Albedo-Rückkopplung...Die Kombination von verstärkter Bodenerosion mit umfangreichen Inkohlungsprozessen entzog der Atmosphäre große Mengen an Kohlenstoff. Dadurch fiel die atmosphärische CO2-Konzentration im Verlauf des Karbon auf einen bis dahin einmaligen Tiefstwert..."
- Kreide: "Das Klima in der Kreide war allgemein warm und ausgeglichen. Es ermöglichte einigen Dinosauriern, zumindest in den Sommermonaten bis in hohe südliche und nördliche Breiten vorzudringen. Die Pole waren eisfrei, und entsprechend war auch der Meeresspiegel sehr hoch..."