Die Evolution: Beweise, Mechanismen und Natürliche Selektion

Beweis für die Evolution: Ein fundamentaler Prozess

Die biologische Evolution ist möglicherweise der wichtigste Prozess auf der Erde, der alle Lebewesen beeinflusst. Da dieser Prozess extrem langsam abläuft und Tausende oder Millionen von Jahren benötigt, um sich zu manifestieren, kann er nicht direkt an einzelnen Lebewesen beobachtet werden. Dennoch ist die Evolution ein unaufhaltsamer Prozess, der mit dem Erscheinen des Lebens begann und seitdem nichts an Kraft verloren hat.

Obwohl wir die Evolution aufgrund ihrer extremen Langsamkeit nicht in Echtzeit beweisen können, lässt sich ihre Existenz durch eine Reihe von Ereignissen und Befunden belegen, die ihre Existenz untermauern.

Biogeografische Beweise

Biogeografische Beweise finden sich weltweit und bestehen aus der Existenz von Gruppen mehr oder weniger ähnlicher, verwandter Arten, die in miteinander verbundenen Lebensräumen (durch Nähe, Lage oder Eigenschaften) vorkommen. Ein typisches Beispiel ist eine Reihe von Inseln, auf denen sich jede Artengruppe an spezifische Bedingungen angepasst hat.

Der evolutionäre Beweis liegt darin, dass all diese Arten von einem einzigen nahegelegenen Vorfahren abstammen, der zu allen anderen führte, als sich kleine Gruppen von Individuen an die Bedingungen eines bestimmten Ortes anpassten, der von den anderen getrennt war.

Typische Beispiele für Biogeografie:

• Die Galapagosfinken, die von Darwin untersucht wurden.
• Die Drepano-Vögel der Hawaii-Inseln.
• Die großen flugunfähigen Vögel der südlichen Hemisphäre:
  • Südamerikanische Nandus
  • Strauße in Afrika
  • Der Elefantenvogel Madagaskars (ausgestorben)
  • Der Kasuar und Emu in Australien
  • Der riesige Moa von Neuseeland (ebenfalls ausgestorben)

Paläontologische Beweise (Fossilien)

Die Untersuchung von Fossilien liefert uns einen sehr direkten Eindruck von den Veränderungen, durch die sich Arten in andere umgewandelt haben. Zahlreiche Fossilienreihen von Pflanzen und Tieren ermöglichen es uns, die Umweltbedingungen zu rekonstruieren, an die sie sich anpassen mussten, und wie sich diese verändert haben. Beispiele hierfür sind:

• Die Reihe der englischen Seeigel.
• Die Entwicklung von Reptilien zu Vögeln, belegt durch den Archaeopteryx.
• Die Evolution der Pferde zur Anpassung an die sich öffnenden Great Plains.

Anatomische Beweise

Anatomische Vergleiche liefern wichtige Informationen, da Anpassungen ein direktes Spiegelbild der Umwelt sind. Wir unterscheiden drei Hauptformen anatomischer Beweise:

1. Rudimentäre Organe (Verkümmerte Organe)

Viele Lebewesen besitzen nicht funktionale, verkümmerte Strukturen, die bei ihren Vorfahren voll funktionsfähig waren, aber im Laufe der Generationen ihren Nutzen verloren haben. Diese werden rudimentäre Organe genannt. Beispiele:

• Beim Menschen: Der Blinddarm, Weisheitszähne, Körperbehaarung oder das Steißbein.
• Bei Tieren: Die verkümmerten Hinterbein-Knochen von Walen und Pythons, die verkümmerten Bein-Knochen von Pferden oder die verkümmerten Flügel von Straußen und Pinguinen.

2. Homologe Organe (Adaptive Divergenz)

Das Studium der Anatomie zeigt, dass evolutionär nahestehende Arten Strukturen besitzen, die sehr ähnlich sind, aber aufgrund unterschiedlicher Anpassungen an verschiedene Umgebungen unterschiedliche Funktionen erfüllen. Diese homologen Organe haben denselben evolutionären Ursprung, aber unterschiedliche Funktionen.

Beispiel: Die Flosse eines Delfins und der Flügel einer Fledermaus haben denselben inneren Aufbau, aber die eine dient dem Schwimmen und der andere dem Fliegen. Dieses Phänomen wird Adaptive Divergenz genannt, bei der Lebewesen ihre Körper an die Lebensweise und die Umgebung anpassen.

3. Analoge Organe (Adaptive Konvergenz)

Evolutionär weit voneinander entfernte Arten, die sich an dieselbe Umgebung anpassen müssen, entwickeln ähnliche Strukturen, die jedoch keine evolutionäre Verwandtschaft aufweisen. Diese werden als analoge Organe bezeichnet.

Beispiel: Die Flügel eines Insekts und die Flügel eines Vogels. Analoge Strukturen sind ein Phänomen der Adaptiven Konvergenz, bei dem Lebewesen erfolgreiche anatomische Muster wiederholen.

Embryologische Beweise

Embryologische Studien von Wirbeltieren geben einen interessanten Einblick in die evolutionäre Entwicklung von Tiergruppen. Die frühen Stadien dieser Entwicklung sind bei allen Wirbeltieren gleich, sodass es anfangs unmöglich ist, sie zu unterscheiden. Erst im weiteren Verlauf des Prozesses entwickelt jede Wirbeltiergruppe einen Embryo, der sich vom Rest unterscheidet. Je näher die Arten verwandt sind, desto ähnlicher bleiben die Embryonen.

Dies fasste Ernst Haeckel in dem Satz zusammen: „Die Ontogenese rekapituliert die Phylogenese.“

Biochemische Beweise

Die neuesten und wahrscheinlich stärksten Beweise bestehen aus dem Vergleich bestimmter Moleküle, die in allen Lebewesen vorkommen. Je kleiner die Entwicklungsunterschiede zwischen den Lebewesen sind, desto ähnlicher sind diese Moleküle und umgekehrt. Dies wird hauptsächlich anhand von Proteinen (z. B. Blutproteinen) und DNA durchgeführt.

Mechanismen der Evolution

Lebewesen sind das, was sie sind, dank der genetischen Information, die in ihren Zellen gespeichert ist. Diese Information wird zwar durch die Umgebung, in der wir leben, geprägt, aber Veränderungen, die während des Lebens eines Lebewesens erworben werden, werden niemals an die Nachkommen weitergegeben. Das Einzige, was wir an unsere Kinder vererben, sind unsere Gene.

Grundlagen der Evolution

Genetische Information und Umwelt bilden die Grundlage der Evolution. Zunächst sollten Individuen derselben Art und Population identische genetische Informationen besitzen (dies betrifft Gene und Allele). Alle Individuen wären grundsätzlich gleichermaßen für ihre Umwelt geeignet, abgesehen von individuellen Unterschieden (z. B. wer stärker ist, bekommt mehr Nahrung).

Die Rolle der Mutation und Variation

Die Frage ist, warum Populationen im Laufe der Zeit unterschiedliche Individuen hervorbringen. Nehmen wir eine Population von Bären, die ursprünglich alle kurzes Haar hatten. Wie entstand das lange Haar?

Die Antwort liegt in den genetischen Mutationen. Eine Mutation verändert das Gen gerade so weit, dass es zwar dasselbe Gen bleibt, aber zu einem etwas anderen Merkmal führt – dem sogenannten Allel. Wenn Bären beispielsweise nur Allele für kurzes Haar trugen, kann durch eine Mutation ein Allel entstehen, das Informationen für etwas längeres Haar trägt.

Anpassung und Fitness

Jedes Lebewesen kommt mit einer Reihe von Merkmalen zur Welt, die durch seine genetische Information bestimmt sind und durch die Umgebung geprägt werden. Jedes Wesen lebt besser oder schlechter an dem Ort, an dem es lebt, abhängig davon, wie gut seine Merkmale entwickelt sind:

• Wer ein dickes Fell hat, hält Kälte besser aus.
• Wer agil ist, kann auf Bäume klettern, um Raubtieren zu entkommen.
• Wer schwimmen kann, ertrinkt nicht beim Überqueren eines Flusses.

Diese Fähigkeit, besser oder schlechter zu leben, nennen wir Anpassung an die Umwelt. Wer besser angepasst ist, lebt besser, frisst gut, entkommt Raubtieren und lebt länger. All dies führt dazu, dass diese Individuen mehr Nachkommen haben und somit ihre Gene an die nächste Generation weitergeben. Dies ist das Prinzip des Survival of the Fittest (Überleben des Angepasstesten).

Natürliche Selektion

Individuen, die besser an die Umwelt angepasst sind, hinterlassen mehr Nachkommen in der nächsten Generation. Im negativen Sinne leben weniger gut angepasste Individuen kürzer und hinterlassen weniger Nachkommen, sodass ihre Gene nach mehreren Generationen tendenziell verschwinden. Es bleiben nur die Gene übrig, die eine bessere Fitness ermöglichen. Die Umwelt wählt die besten Gene für eine bestimmte Umgebung aus – dies nennen wir Natürliche Selektion.

Beispiel Bären: In einer heißen Umgebung leben Bären mit kurzem Haar besser als Bären mit langem Haar. Kurze Haare Bären leben länger und hinterlassen mehr Nachkommen. Schließlich werden weniger Bären mit langem Haar geboren.

Wenn sich die Umwelt nachhaltig verändert, ändert sich die Selektion. Die zuvor am besten angepassten Individuen sind möglicherweise nicht mehr im Vorteil. Wenn das Klima kälter wird, werden langhaarige Bären, die zuvor schlechter lebten, nun die Stärksten sein. Die natürliche Selektion begünstigt nun diejenigen, die sich vor Kälte schützen können. Nach vielen Generationen wird das Allel für kurzes Haar verschwunden sein, und die Art hat sich leicht verändert, möglicherweise zu einer neuen Unterart, die durch langes, dickes Haar gekennzeichnet ist.

Evolutionäre Kräfte

Wie wir gesehen haben, sind genetische Mutationen die Hauptkraft, da sie für den Großteil der genetischen Variabilität von Populationen verantwortlich sind. Es wirken jedoch auch andere sehr wichtige evolutionäre Kräfte:

• Geschlechtliche Fortpflanzung: Verantwortlich für die Durchmischung von Genen und Allelen bei Individuen.
• Populationsgröße (Genetische Drift): Wenn die Population sehr klein ist, treten genetische Veränderungen schneller auf.
• Migration: Bewegungen von Individuen verändern den Gen- und Allelbestand der Population.
• Natürliche Selektion: Die Umwelt wählt die günstigsten genetischen Kombinationen aus, sodass die am besten geeigneten Individuen mehr Nachkommen produzieren und ihre biologische Fitness steigt.

Mikroevolution und Makroevolution

Manchmal begünstigt die natürliche Selektion Allele, die zu größeren Veränderungen in den Populationen führen. Dies kann zur Entstehung neuer Arten führen, was wir Mikroevolution nennen. Oder es können völlig neue Gruppen von Lebewesen entstehen, während frühere Arten aussterben – dies wird Makroevolution genannt.

Alles hängt davon ab, ob Mutationen neue Allele oder Gene hervorbringen, die zu Merkmalen führen, die sich stark von den bestehenden unterscheiden, und ob diese unterschiedlichen Merkmale durch eine bessere Anpassung an die Umgebung ausgewählt werden.

Artbildung (Speziation)

Wenn eine Population ihre genetische Information durch Mutationen verändert und die Kombination aus geschlechtlicher Fortpflanzung und natürlicher Selektion neue genetische Kombinationen begünstigt, wird die Population schließlich nicht mehr zur ursprünglichen Art gehören und eine neue Art bilden. Diesen Prozess nennen wir Artbildung (Speziation).

Die Frage bleibt, ob dieser Prozess langsam und schrittweise verläuft (wie von Darwinisten und Neo-Darwinisten angenommen) oder schnell und abrupt (wie beim „Saltationismus“ oder dem Modell des Punktualismus bzw. unterbrochenen Gleichgewichts).