Evolutionstheorien: Ursprung des Lebens und der Artenvielfalt

Die zentrale Hypothese über die Entstehung des Lebens

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

• Panspermie-Hypothese: Das Leben entstand im Weltraum und reiste in Sporenform von einem Planetensystem zu einem anderen.
• Präbiotische Synthese-Hypothese: Das Leben entstand aus organischen Molekülen auf der Erde, die wiederum aus anorganischer Materie gebildet wurden.

Präbiotische Synthese: Oparin und Haldane

Im Jahr 1923 schlugen Oparin und Haldane vor, dass sich in einer primitiven Atmosphäre eine Reihe organischer Moleküle aus Gasen gebildet haben könnten. Ihre Theorie basiert auf folgenden Annahmen:

• Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren war die Erde von einer sauerstofffreien Atmosphäre umgeben, die aus Methan, Ammoniak, Wasserstoff und Wasserdampf bestand.
• Als die Temperatur sank, kondensierte Wasserdampf zu Wolken, die Regen bildeten und Ozeane entstehen ließen.
• Solarenergie und elektrische Entladungen führten dazu, dass anorganische Verbindungen in der Atmosphäre reagierten und organische Verbindungen bildeten, die sich auf der Oberfläche ablagerten und vom Regen in die Ozeane gespült wurden.

Das Miller-Urey-Experiment (1953)

Im Jahr 1953 bestätigte ein wissenschaftliches Experiment von Stanley Miller die Hypothese von Oparin und Haldane. Miller entwarf ein Experiment mit mehreren Kammern, das die angenommenen Bedingungen der frühen Erde reproduzierte:

• In einer Kammer befanden sich Wasser, Methan, Ammoniak und Wasserstoff.
• Wasser wurde erhitzt, um Dampf zu erzeugen, der in eine zweite Kammer geleitet wurde.
• Dort wurde der Dampf elektrischen Entladungen ausgesetzt.
• Nach Abkühlung kondensierte der Dampf und fiel zurück.

Biologische Evolution: Ursprung der Vielfalt

Biologische Evolution ist der Prozess der Umwandlung von Arten im Laufe der Zeit. Es gibt zwei Hauptkategorien von Theorien über den Ursprung der Arten:

• Unveränderlichkeit (Konstanz der Arten): Arten blieben seit ihrer Entstehung unverändert.
• Veränderlichkeit (Evolution): Arten können sich verändern und neue Arten hervorbringen. Hierzu gibt es verschiedene Evolutionstheorien: Lamarckismus, Darwinismus, die Synthetische Theorie und die Theorie des punktuierten Gleichgewichts.

Unveränderlichkeit (Konstanz der Arten)

Diese Theorie besagt, dass Arten seit ihrer Entstehung unverändert geblieben sind. Sie stützte sich auf die Auslegung der Genesis und anderer heiliger Schriften. Der Kreationismus erklärt die Entstehung der Arten als Geschöpfe Gottes, die über die Zeit unverändert blieben. Nach der Bibel wird der Erde ein Alter von etwa 6000 Jahren zugeschrieben.

Der Naturforscher Carl von Linné, dem wir die aktuelle binominale Klassifikation der Arten verdanken, war ein starker Befürworter der Unveränderlichkeit. Die Entdeckung von Fossilien war jedoch ein Rückschlag für die Verfechter dieser Theorie, da diese als Überreste von Lebewesen vergangener Epochen interpretiert wurden, die heute nicht mehr existieren.

Dies führte zur Katastrophentheorie, die vom Naturforscher Georges Cuvier beschrieben wurde. Sie besagt, dass in der Vergangenheit Lebewesen existierten, die sich von den heutigen unterschieden und durch Naturkatastrophen ausgelöscht wurden.

Lamarckismus: Erste Evolutionstheorie

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

• Organismen zeigen einen Trend zur Komplexität, entwickeln sich von einfachen zu komplexen Formen.
• Der häufige Gebrauch eines Organs fördert dessen Entwicklung, während Nichtgebrauch zur Degeneration führt. Die Funktion schafft das Organ. Ursprüngliche Merkmale werden durch erworbene Merkmale ersetzt.
• Erworbene Eigenschaften sind vererbbar. Änderungen, die ein Organismus durch Umwelteinflüsse erwirbt, können an die Nachkommen weitergegeben werden. Diese Theorie ist auch als Theorie der erworbenen Merkmale bekannt.

Evolution durch Natürliche Selektion: Darwin & Wallace

Die von Charles Darwin und Alfred Russel Wallace vorgeschlagene Evolutionstheorie besagt, dass die natürliche Selektion der Mechanismus ist, durch den sich Arten im Laufe der Zeit verändern. Sie lässt sich in folgenden Punkten zusammenfassen:

• Kampf ums Überleben: Es gibt einen Kampf ums Überleben zwischen Organismen, da die Umweltressourcen begrenzt sind und mehr Individuen geboren werden, als überleben können.
• Variabilität innerhalb der Population: Innerhalb einer Population besteht Variabilität. Individuen derselben Art zeigen Unterschiede.
• Selektion der Angepassten: Die Umwelt selektiert besser angepasste Organismen. Individuen, die eine vorteilhafte Anpassung an eine gegebene Umgebung aufweisen, haben eine größere Überlebenschance.

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

Die Herkunft der Variabilität

Mutationen als Quelle der Variabilität

Mutationen sind zufällige Veränderungen, die in den Genen auftreten. Diese Veränderungen in den Keimzellen können an die Nachkommen weitergegeben werden. Es gibt verschiedene Typen:

• Nachteilige 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. Die natürliche Selektion begünstigt oder eliminiert sie nicht, es sei denn, es kommt zu einer Umweltveränderung.

Mutationen erzeugen erbliche Variationen, auf die die natürliche Selektion wirken kann.

Sexuelle Fortpflanzung als Quelle der Variabilität

Sexuelle Fortpflanzung schafft Variabilität durch genetische Rekombination, die während der Meiose in den Gameten stattfindet, und durch die zufällige Vereinigung der Gameten bei der Befruchtung. Die Mischung elterlicher Gene führt zu neuen genetischen Kombinationen, die Individuen einzigartig machen. Einige dieser Merkmale können den Nachkommen helfen, unter ungünstigen Bedingungen zu überleben.

Neo-Darwinismus: Synthetische Evolutionstheorie

Um 1930 führten neue Erkenntnisse im Bereich der Genetik eine Gruppe von Wissenschaftlern dazu, eine neue Evolutionstheorie zu formulieren, die Mutationen, genetische Rekombination und natürliche Selektion als die wichtigsten Motoren des evolutionären Wandels vorschlug. 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:

• Ablehnung des Lamarckismus.
• Genetische Variabilität entsteht durch zwei Prozesse: Mutation und Rekombination.
• Die natürliche Selektion wirkt auf die genetische Variabilität.
• Die natürliche Selektion führt zu Veränderungen in der Allelfrequenz einer Population.
• Die Evolution findet auf Populationsebene statt, nicht bei Einzelindividuen.
• Die Evolution erfolgt schrittweise (Gradualismus).

Gradualismus vs. Punktualismus

Gradualismus: Arten bilden eine einzige evolutionäre Linie aus gemeinsamen Vorfahren. Die Transformation ist langsam, allmählich und kontinuierlich, resultierend aus kleinen Veränderungen über lange Zeiträume. Die Entstehung neuer Arten erfolgt nicht bei isolierten Individuen, sondern in der gesamten Population.

Punktualismus (Theorie des punktuierten Gleichgewichts): Arten folgen nicht einer einzigen evolutionären Linie von der Stammart, sondern es gibt mehrere Verzweigungen. Artbildung erfolgt in Schüben, wobei sich Perioden der Stagnation mit Phasen schneller Veränderung abwechseln. Die Entstehung neuer Arten geschieht in kleinen, isolierten Populationen.