Evolutionstheorien: Von Darwin bis zum Ursprung des Lebens

Der Ursprung der Variabilität

Darwin konnte nicht erklären, wie Variabilität entsteht, an der die natürliche Selektion ansetzt und wie solche Schwankungen von Generation zu Generation weitergegeben werden. Viele der Unterschiede zwischen Individuen beruhen auf genetischen Variationen, die durch zwei Prozesse entstehen: Mutation und sexuelle Fortpflanzung.

Mutationen als Quelle der Variabilität

Mutationen sind zufällige Veränderungen in den Genen. Diejenigen, die die Keimzellen (Gameten) betreffen, werden an die Nachkommen weitergegeben. Es gibt verschiedene Typen:

• Schädliche Mutationen: Sie verleihen einen Überlebensnachteil und werden tendenziell durch natürliche Selektion eliminiert, da Individuen, die sie tragen, weniger wahrscheinlich überleben.
• Vorteilhafte Mutationen: Sie bieten Vorteile, indem sie die Überlebensfähigkeit verbessern.
• Neutrale Mutationen: Sie sind weder nützlich noch schädlich und werden von der natürlichen Selektion weder begünstigt noch eliminiert, es sei denn, es kommt zu einer Umweltveränderung.

Vererbbare Mutationen erzeugen die Variation, an der die natürliche Selektion ansetzt.

Geschlechtliche Fortpflanzung als Quelle der Variabilität

Die geschlechtliche Fortpflanzung schafft Variabilität durch genetische Rekombination während der Meiose und die zufällige Vereinigung der Gameten bei der Befruchtung. Die Mischung elterlicher Gene schafft neue Genkombinationen in den Individuen, die sie einzigartig machen. Einige dieser Merkmale können den Nachkommen helfen, unter ungünstigen Bedingungen zu überleben.

Neo-Darwinismus oder Synthetische Evolutionstheorie

Evolution durch natürliche Selektion

Die von Darwin und Wallace vorgeschlagene Evolutionstheorie besagt, dass die natürliche Selektion der Mechanismus ist, durch den sich Arten im Laufe der Zeit verändern. Die Kernpunkte sind:

• Überlebenskampf: Umweltressourcen sind begrenzt. Wenn mehr Individuen geboren werden, als überleben können, entsteht ein Kampf ums Überleben.
• Variabilität: Innerhalb einer Population besteht Variabilität; Individuen derselben Art weisen Unterschiede auf.
• Selektion: Die Umwelt selektiert besser angepasste Organismen. Individuen, die eine vorteilhafte Anpassung an eine bestimmte Umgebung aufweisen, haben eine größere Überlebenschance.

Die natürliche Selektion wirkt auf die Variationen, die bei Individuen auftreten. Individuen mit vorteilhaften Varianten überleben länger, pflanzen sich häufiger fort und geben diese Veränderungen an ihre Nachkommen weiter. Individuen mit ungünstigen Veränderungen überleben weniger wahrscheinlich. Langsam und stetig verändern sich so die Arten.

Bis 1930 führten neue Erkenntnisse auf dem Gebiet der Genetik eine Gruppe von Wissenschaftlern dazu, eine neue Evolutionstheorie zu formulieren. Diese Theorie schlug Mutationen, genetische Rekombination und natürliche Selektion als die wichtigsten Triebkräfte des evolutionären Wandels vor. Diese Theorie wird als Neo-Darwinismus oder Synthetische Evolutionstheorie bezeichnet und vereint verschiedene Bereiche der Biologie wie Genetik, Paläontologie, Biochemie und Ökologie. Die wichtigsten Merkmale des Neo-Darwinismus sind:

• Lehnt den Lamarckismus ab.
• Genetische Variabilität beruht auf zwei Prozessen: Mutation und Rekombination.
• Die natürliche Selektion wirkt auf die genetische Variabilität.
• Die natürliche Selektion führt zu Veränderungen in der Allelfrequenz einer Population.
• Es entwickeln sich Populationen, nicht Einzelindividuen.
• Die Evolution erfolgt schrittweise (Gradualismus).

Vergleich: Gradualismus und Punktualismus

Gradualismus

Arten bilden eine Entwicklungslinie von der Stammart. Die Umwandlung ist langsam, schrittweise und kontinuierlich, als Folge kleiner Veränderungen über einen längeren Zeitraum. Die Umwandlung zu einer neuen Art tritt nicht bei isolierten Individuen auf, sondern in der gesamten Population.

Punktualismus (Punctuated Equilibrium)

Arten folgen nicht einer einzigen Entwicklungslinie von der Stammart. Stattdessen wechseln sich Phasen der Stagnation mit Phasen schneller Artbildung (Speziation) ab. Die Umwandlung in neue Arten erfolgt aus einer kleinen, isolierten Population.

Hypothesen zum Ursprung des Lebens

Es gibt verschiedene Hypothesen, die versuchen, den Ursprung des Lebens zu erklären:

• Die Panspermie-Hypothese: Leben entstand im Weltraum und reiste in Form von Sporen von einem Planetensystem zum anderen.
• Die Hypothese der präbiotischen Synthese: Leben entstand aus organischen Molekülen, die auf der Erde aus anorganischen Stoffen gebildet wurden.

Die präbiotische Synthese

Im Jahr 1923 schlugen Oparin und Haldane vor, dass sich eine Reihe organischer Moleküle aus Gasen in der ursprünglichen Atmosphäre gebildet haben könnte. Ihre Hypothese basierte auf der Annahme, dass der Planet vor etwa 4,5 Milliarden Jahren von einer sauerstofffreien (reduzierenden) Atmosphäre umgeben war, die aus Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf bestand. Als die Temperatur sank, kondensierte Wasserdampf zu Wolken, die Regen verursachten und die Ozeane bildeten. Energie von der Sonne und Blitze führten dazu, dass die anorganischen Verbindungen in der Atmosphäre zu organischen Verbindungen reagierten, die auf die Oberfläche fielen und vom Regen in die Ozeane gespült wurden.

Im Jahr 1953 bestätigte Miller die Hypothese von Oparin und Haldane durch ein wissenschaftliches Experiment. Er entwarf ein Experiment mit mehreren Kammern, das die angenommenen Bedingungen der frühen Erde reproduzierte. In der ersten Kammer befanden sich Wasser, Methan, Ammoniak und Wasserstoff. Heißes Wasser und Dampf zogen in die zweite Kammer, wo sie elektrischen Entladungen ausgesetzt und anschließend abgekühlt wurden.

Biologische Evolution und Ursprung der Artenvielfalt

Biologische Evolution ist die Veränderung der Arten im Laufe der Zeit. Es gibt zwei Haupttheorien über den Ursprung der Arten:

• Fixismus: Arten sind seit ihrer Entstehung unverändert geblieben.
• Evolutionismus: Arten können sich verändern und neue Arten hervorbringen. Dazu gehören verschiedene Evolutionstheorien: Lamarckismus, Darwinismus, die Synthetische Evolutionstheorie und die Theorie des Punktualismus (Punctuated Equilibrium).

Fixismus

Es ist eine Theorie, die besagt, dass die Arten seit ihrer Entstehung unverändert geblieben sind. Diese Theorie hatte ihren Ursprung in der Auslegung der Genesis und anderer heiliger Bücher. Der Kreationismus begrüßt diese Ansicht und erklärt die Entstehung der Arten als Schöpfung Gottes, die im Laufe der Zeit unverändert geblieben sind. Nach der Bibel wird das Alter der Erde auf etwa 6.000 Jahre geschätzt. Dem Naturforscher Carl von Linné verdanken wir die aktuelle binäre Klassifikation der Arten; er war ein starker Befürworter des Fixismus. Die Entdeckung von Fossilien war ein Rückschlag für die Verteidigung des Fixismus, da sie Lebensformen aus vergangenen Zeiten zeigten, die heute nicht mehr existieren. Dies führte den Naturforscher Georges Cuvier dazu, den Katastrophismus zu beschreiben. Er erklärte, dass in der Vergangenheit verschiedene Lebewesen existierten, die sich von den heutigen unterschieden, unverändert blieben und durch Naturkatastrophen ausstarben.

Lamarckismus

Es war die erste Evolutionstheorie, die vom Naturforscher Jean-Baptiste de Lamarck vorgeschlagen wurde. Er dachte, dass sich Arten kontinuierlich über die Zeit verändern. Sie basiert auf folgenden Prinzipien:

• Trend zur Komplexität: Organismen zeigen einen Trend zur Komplexität, indem sie sich von einfachen zu komplexen Formen entwickeln.
• Gebrauch und Nichtgebrauch: Der wiederholte Gebrauch eines Organs fördert dessen Entwicklung. Gebrauch schafft das Organ, Nichtgebrauch führt zur Degeneration. So werden ursprüngliche Merkmale durch eine Reihe erworbener Merkmale ersetzt.
• Vererbbarkeit erworbener Eigenschaften: Veränderungen, die ein Organismus durch die Umwelt erwirbt, können an die Nachkommen weitergegeben werden. Diese Theorie ist auch als Theorie der erworbenen Eigenschaften bekannt.