Ein Gastbeitrag von Helmut Pfeifer

Prinzip der Evolution: Aus einer Variation von Individuen wird durch Umwelteinflüsse (Pfeile) dasjenige ausgewählt, das am besten angepasst ist (Mitte). (Bild: youtube screenshot)

Nachdem Helmut Pfeifer bisher beschrieben hat, wie sich die biologische Evolution abgespielt hat bzw. abgespielt haben könnte, geht es in dieser Folge darum, was Wissenschaftler, wie etwa Paläontologen, Geologen, Zoologen usw. an Wissen zusammengetragen haben und welche evolutionären Gesetzmäßigkeiten sie daraus ableiten.

Der zeitliche Rahmen für die Entwicklung des Lebens auf der Erde beträgt ungefähr vier Milliarden Jahre, eine unfassbar lange Zeit. Begonnen hat alles sehr klein und bescheiden: Wie bereits beschrieben, waren die ersten Bewohner unserer Erde winzige Mikroorganismen, den heutigen Bakterien und Blaualgen ähnliche Formen. Sie entfalteten sich in höchst erstaunlicher Weise im weiteren Verlauf der Erdgeschichte zu einer gigantischen Vielfalt bestehend aus Arten, zu denen nicht zuletzt der Mensch zählt. Die einschlägige Wissenschaft unterscheidet mehrere Zeitalter bzw. Perioden der Erdgeschichte, für die jeweils bestimmte Pflanzen- und Tierklassen repräsentativ sind.

Das älteste und längste von der Wissenschaft benannte Zeitalter ist das Präkambrium, vom Beginn des Lebens an bis etwa 600 Millionen Jahre vor unserer Zeit. Es ist gekennzeichnet durch die Existenz vieler mariner Wirbellosen, sowie diverser Klassen von Würmern, Muscheln, Krebse usw.

Das darüber liegende Zeitalter dauerte von 600 bis etwa 270 Millionen Jahren und wird Paläozoikum (Erdaltertum) genannt. Es wird aufsteigend in sechs Untergruppen geteilt: Kambrium, Ordovizium, Silur, Devon, Karbon und Perm. Seit dem frühen Paläozoikum existierten bereits viele Organismen mit Hartteilen, welche als Fossilien gut nachweisbar sind. Neben den marinen Wirbellosen gab es schon Fische, diverse Amphibien, Insekten und einfache Reptilien.

Das Mesozoikum (Erdmittelalter) ist wieder von unten nach oben in drei großen Perioden unterteilt: Trias, Jura und Kreide. Die zeitliche Erstreckung wird zwischen 220 und 135 Millionen Jahren angesetzt. Die markanteste Lebensform dieses Zeitalters sind die Saurier in diversen Formen. Bei den Pflanzen ist der Ginkgobaum hervorzuheben, den es noch als lebendes Fossil gibt und als weltweit verbreitetster Zierbaum kultiviert wird.

Zuletzt kommt das Känozoikum, die Erdneuzeit. Sie ist gekennzeichnet durch zwei Perioden, dem Tertiär beginnend etwa vor 70 Millionen Jahren und dem Quartär dessen Beginn man auf zwei Millionen Jahren schätzt und welche bis in unsere heutige Zeit reicht. Es gilt als das Zeitalter der Säugetiere, weil hier diese Klasse ihre reichste Entfaltung erfahren hat und eine Menge Fossilien Zeugnis davon ablegen. Es wäre aber fehl am Platz die Säugetiere als „dominante“ Tierklasse zu bezeichnen, weil sie mit ihren etwa 4000 rezenten Spezies eine eher kleine Tierklasse darstellt. So ist die Klasse  der Spinnentiere mit über 60.000 Arten vertreten und aus der Klasse der Insekten sind um eine Million derzeit lebenden Arten bekannt, wobei ihre tatsächliche Artenzahl wesentlich höher eingeschätzt wird. Daher könnte man das Känozoikum eher als das Zeitalter der Insekten bezeichnen.

Bewahren und Erneuern

Auffallend ist, dass die verschiedenen heute lebenden Klassen der Pflanzen und Tiere ein sehr unterschiedliches Alter aufweisen. Das zeigt, dass es heute stammesgeschichtlich alte und junge Klassen gibt. Dies deutet darauf hin, dass Evolution einerseits immer Neues schafft, anderseits aber auch alte Baupläne bzw. Strukturen bewahrt. Insbesondere wird auch klar, dass Evolution bei verschiedenen Organismengruppen mit unterschiedlichem Tempo verlaufen ist. Desgleichen erhebt sich die oft diskutierte Frage, ob die Evolution „Sprünge“ macht oder graduell, also kontinuierlich als eine Häufung unzähliger kleiner Abänderungen verläuft. Mit anderen Worten: Sind alle Evolutionsvorgänge als eine Aneinanderreihung von mehr oder minder kleinen Änderungen charakterisierbar?

Dem Modell der graduell verlaufenden kontinuierlichen Evolution wurde durch die als Saltatismus bezeichnete Theorie widersprochen. Es ist eine Theorie, welche, wie der Name sagt, sehr wohl Evolutionssprünge annimmt. Wie sooft gibt es auch in dieser Frage Aspekte und Argumente, die für und gegen die beiden Theorien sprechen. Es erscheint aber sehr wahrscheinlich, dass die Evolution oft über längere Zeiträume so zusagen stagnierte und dass es dann wiederum Phasen des raschen Wandels gab. Rascher Wandel bedeute dabei nicht plötzliche Veränderung gleichsam über Nacht, sondern nur signifikant höhere Evolutionsraten im Vergleich zur jeweils vorangegangenen Phase. Allerdings ist dies auch nur als relativ zu verstehen, denn die Evolution ist ein komplexer Vorgang, der sich nicht ohne weiteres mit unterschiedlichen Modellen beschreiben lässt.

Wie vorhin schon erwähnt, zeigt die Evolution des Lebenden ganz grob gesprochen, zwei grundsätzliche Eigenschaften. Auf der einen Seite ist sie sehr innovativ und erzeugt mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten fortgesetzt neue Arten und Gattungen und auch neue Organisationstypen. So ist die Organisation der Insekten schon bei oberflächlicher Betrachtung völlig verschieden von der der Reptilien oder Säugetiere. Auf der anderen Seite bewahrt sie alte Strukturen und baut auf ihnen auf. Was sich einmal bewährt hat, so lautet die Faustregel, wird mit großer Zähigkeit und Ausdauer beibehalten bzw. bewahrt. Der Mechanismus der Speicherung und Weitergabe genetischer Information, der genetische Code, blieb seit der Entstehung des Lebens seinem Wesen nach gleich und hat sich seit über drei Milliarden Jahren nicht verändert. Er ist für nahezu alle heute lebenden Organismenarten ein grundlegendes Merkmal.

Dieser Umstand wird häufig als Beweis für die gemeinsame Wurzel und Verwandtschaft aller Organismenarten angesehen. Allerdings ist jede einzelne Organismenart durch ein spezifisch genetisches Programm charakterisiert, das sehr variabel ist. Es verleiht jeder Spezies ihre genetische Identität und Einmaligkeit, kann sich aber im Laufe der Zeit verändern. Anatomische Merkmale, physiologische Eigenschaften und Verhaltensleistungen werden wohl kontinuierlich von einer zur anderen Generation übertragen, aber dem gegenüber stehen Veränderungen in der Generationsabfolge. Indem bei den Nachkommen einer Elterngeneration neue Genkombinationen auftreten und sich in der Ontogenese oder individuellen Entwicklung beim „Kopieren“ der genetischen Information gelegentlich Fehler einschleichen, entsteht eine genetische Vielfalt der Individuen, die Evolution überhaupt erst ermöglicht.

Einige Charakteristika der Evolution

Seit dem 19. Jahrhundert wurde immer wieder versucht, allgemeine Gesetzmäßigkeiten oder zumindest Regelmäßigkeiten für die Abläufe der Evolution zu finden. So wurde z.B. einmal festgestellt, dass sich für die Stammesverzweigung für viele Stammesreihen ein gewisses Grundmuster feststellen lässt. Demzufolge verläuft die Evolution im wesentlichen in drei Phasen: Einer „explosiven“ Phase der Entstehung neuer Arten folgt die Phase der Spezialisierung, die nach einer gewissen Zeit schließlich in die Phase der „Überspezialisierung“ mit Entartung mündet, die dann den Beginn des Aussterbens anzeigt. Es wird aber allgemein gezweifelt, ob sich dieses Schema tatsächlich allgemein anwenden lässt.

Ein anderes Charakteristikum ist das zu beobachtende Phänomen, dass wenn eine Organisationsart einen neuen Lebensraum besiedelt, sich diese sehr rasch aufspaltet. Ein gutes Beispiel liefern z.B. die bekannten „Darwin-Finken“ auf den Galapagosinseln, die einander stark ähneln, sich aber nur in ihren Schnabelformen deutlich voneinander unterscheiden, die geeignet sind, Nahrung auf verschiedenste Weise aufzunehmen und somit unterschiedliche Quellen nutzen können. Anpassung kann neue Arten hervorbringen, aber es besteht auch die Gefahr, dass die Flexibilität einer Spezies vermindert und somit ihre Überlebensfähigkeit eingeschränkt wird. Dies deshalb, weil sich die Art nicht mehr auf, wodurch auch immer bewirkte Änderungen der Umwelt einstellen kann. Das Aussterben ist dann eine fast unausweichliche Konsequenz.

Eine weitere Gesetzmäßigkeit sind die Parallelentwicklungen. Damit ist gemeint, dass Vertreter ganz unterschiedlicher Organisationklassen in der Auseinandersetzung mit den jeweils gleichen Umweltbedingungen anatomische Strukturen mit sehr ähnlichen oder gleichen Funktionen entwickelt haben. Es gibt dafür etliche Beispiele, wie etwa für Flügel, die unabhängig voneinander bei verschiedenen Tierklassen wie Insekten, Reptilien (Flugsaurier), Vögeln und Säugetieren (Fledermäuse) entwickelt worden sind. Der Unterschied besteht nur darin, dass Extremitäten von Wirbeltieren aus Knochen bestehen, Insektenflügel jedoch aus Hautausstülpungen. Sie haben jedoch die gleiche Funktion, nämlich, dass sie dem Träger gestatten, sich fliegend fortzubewegen. Auch bei in Wasser lebenden Wirbeltieren gibt es ähnliche Analogien, wie etwa die so genannte „Torpedokonstruktion“, die sich bei Fischen und Reptilien entwickelt hat.

Evolutionäre Trends

Es stellt sich die Frage, ob sich aus der Evolution bestimmte Tendenzen oder Trends herauslesen lassen. Dabei ist die Annahme von bestimmten Regelmäßigkeiten nicht einfach von der Hand zu weisen. Die eben erwähnten Parallelentwicklungen zeigen, dass die Evolution wiederholt Strukturen mit sehr ähnlichen oder gleichen Funktionen hervorgebracht hat und somit bestimmten Mustern folgt. Dabei folgen verschiedene Stammesreihen eine sehr konstante Entwicklung in eine bestimmte Richtung. Eines der markantesten Beispiele dafür ist die Entwicklung des Pferdes, das sich aus einer Zwergform bis zur heutigen Größe entwickelt hat, wobei sich die Zahl seiner Zehen bis zum jetzigen einzehigen Springfuß gewandelt hat. Aus einem eher langsamen Waldtier wurde ein schnell laufender Steppenbewohner, der vom Laub- zum Grasfresser mutierte. Wie im Falle des Pferdes gibt es auch andere Tiere, die an Größe zunahmen und frühere Formen allmählich durch solche ersetzten, welche die Tiere leistungsfähiger machten. Andere Varianten und Seitenzweige hatten wegen sich wandelnder Umweltbedingungen keine Überlebenschancen und starben aus.

Es gibt jedoch keine Regel wonach Organismen in der Evolution stets größer werden, ja es gibt Beispiele von etlichen Tiergruppen, die in der Vergangenheit viel größer waren als ihre heutigen Vertreter. Generell kann gesagt werden, dass es in der Evolution keine Zukunftsplanung gibt, sondern nur Entscheidungen für den Augenblick. Was sich momentan bewährt ist entscheidend, anderes stirbt aus. Evolutionäre Trends können als ganz bestimmte Entwicklungsmuster verstanden werden, die unter bestimmten Umweltbedingungen auftreten, auf die betroffene Lebewesen adäquat reagieren können.

Alle Versuche, einen universellen Trend in der Evolution zu finden, sind bisher fehlgeschlagen. Ein für die Abläufe der Evolution verstandenes Prinzip ist die der Irreversibilität, was bedeutet, dass stammesgeschichtliche Entwicklungen nicht rückgängig gemacht werden können. Die Straßen der Evolution sind demnach „Einbahnstraßen“ und somit wäre z.B. eine Rückentwicklung des Pferdes zu einer kleinen Form mit wieder fünf Zehen ausgeschlossen. Dieses Prinzip kann aber leider bedeuten, dass spezialisierte Formen bei rasch sich wandelnden Umweltbedingungen dem Untergang geweiht sind: Sie können sich nicht rasch genug anpassen und sterben aus.

Das Aussterben in der Evolution

Nicht nur individuelle Lebewesen sind von der Sterblichkeit betroffen, sondern auch Arten existieren nicht ewig. Das Aussterben von Arten ist daher ein grundlegender Aspekt der Evolution. Wenn wir die Systemkategorien der Spezies betrachten, so haben sich fast keine Vertreter in die Gegenwart herübergerettet, was heißt, es haben im Verlaufe der Erdgeschichte viel mehr Arten existiert als heute leben. Die Ursachen von Sterblichkeit sind u.a. das Nachlassen der Lebenskraft, katastrophale Ereignisse oder auch das massive Auftreten konkurrierender Arten. Auch kann die enge Spezialisierung einer Art ihr eigenes Aussterben beschleunigen. Dokumentiert ist auch das Phänomen des Massenaussterbens bei dem gleichzeitig viele Spezies und ganze Klassen ausgelöscht worden sind. Siehe den Untergang der Saurier vor etwa 65 Millionen Jahren, der von katastrophalen Ereignissen verursacht worden sein könnte.

Seit dem Kambrium sind aber noch vier weitere Phasen des Massenaussterbens bekannt, wobei bei einem vor rund 250 Millionen Jahren über 80% aller damals lebenden Tierarten vernichtet worden sein sollen. Die Evolution hat dies alles schließlich überlebt und hat sogar unzählige neue Arten danach hervorgebracht. Von den meisten Menschen unbemerkt, findet auch derzeit ein gewaltiges Massenaussterben unter menschlichem Einfluss statt. Die Aussterbensrate beträgt drei bis fünf Arten pro Stunde! Verantwortlich dafür ist vor allem die massive Rodung tropischer Wälder, die die meisten rezenten Arten beherbergen. Hinsichtlich dieser Geschwindigkeit gibt es keine Parallelen in der bisherigen Evolutionsgeschichte. Betroffen macht auch die neue Tatsache, dass das derzeitige Artensterben auf die Wirkung einer einzigen Spezies, eben dem Menschen zurückzuführen ist.

Weitere markante Aspekte bezüglich der Evolution seien hier noch kurz erwähnt.

Evolution und Fortschritt

Der lange vertretene Standpunkt, dass Evolution schlechthin „Höherentwicklung“ bedeutet, hat sich letztlich nicht als richtig erwiesen, obwohl das Modell des Stammbaums, der eine gradlinige Entwicklung suggeriert, diesen Eindruck vermittelt. Die Evolution führt aber nicht gleichsam automatisch zum Besseren. Die Entwicklungsgeschichte des Menschen etwa, die nicht wie ursprünglich angenommen, linear verlaufen ist, sondern viele „Seitenäste“ seines Stammbaums aufweist, welche teilweise „abgebrochen“ sind, also keine Fortsetzungen aufweisen. Charakteristisch ist zusammengefasst, dass die Evolution sowohl Neues schafft als auch Altes bewahrt. Daher kann von einer geradlinigen Höherentwicklung nicht vorbehaltlos gesprochen werden. Es ist aber richtig, dass in der Gesamtbilanz der Evolution eine Komplexitätszunahme zu verzeichnen ist, wie etwa z.B. die Leistungsfähigkeit vieler Funktionen verbessert worden ist, welche auf die Entwicklung arbeitsteiliger Organe und deren Koordination zurückzuführen sind. Die Evolution kennt keine Absichten und Ziele und es ist bisher kein Gesetz zu erkennen, das eine Höherentwicklung automatisch bestimmt. Es gibt keinen „Pfeil“ der Evolution, und falls es ihn geben sollte, dann fliegt er in keine bestimmte Richtung.

Die Motoren der Evolution

Wie Evolution zustande kommt hat Darwin in Grundzügen in der bis heute gültigen Theorie vorgezeigt: Aus einer großen Anzahl von Varianten jeder Art werden durch natürliche Auslese (Selektion) die jeweils tauglichsten ausgewählt und die weniger tauglichen verschwinden allmählich. Wie diese Auslese im Einzelnen wirkt, war immer wieder eine recht umstrittene Frage unter Evolutionsbiologen. In den letzten Jahrzehnten konnten einige Fragen bezüglich der Wirkungsweise der Selektion befriedigend geklärt werden. Grundsätzlich gilt, dass die Selektion an einer durch Neukombination der Gene und Mutationen entstandenen (genetischen) Vielfalt ansetzt und so der Evolution ihre jeweils spezifische Richtung verleiht. Diese Richtung ist – wie vorhin schon erwähnt – nicht von vornherein festgelegt. Die Selektion bevorzugt jedenfalls diejenigen Varianten, welche im Moment die besten Chancen haben, für längere Zeit zu bestehen.

Sexualität und die Entstehung genetischer Vielfalt

Zu den bedeutendsten „Erfindungen“ in der Geschichte des Lebens auf der Erde gehört die Sexualität. Sie ist in der Organismenwelt die dominierende Fortpflanzungsweise. Das heißt, die überwiegende Mehrzahl der Arten tritt in zwei Geschlechtern auf, einem weiblichen und einem männlichen, und erzeugt ihre Nachkommen auf dem Weg sexueller Kontakte zwischen den Geschlechtern. Diese Art der Fortpflanzung garantiert eine ungeheure genetische Vielfalt. Die Nachkommen sind immer ein Resultat der Durchmischung der elterlichen genetischen Potenzen und wird als genetische „Rekombination“ bezeichnet. Sie ist für die Evolution von sehr großer Bedeutung, weil sie eine genetische Vielfalt erzeugt, welche das „Grundmaterial“ für die Auslese liefert. Die genetischen Unterschiede sind es, welche die Evolution in Gang setzen. Darwin wusste von Genetik noch ziemlich wenig, aber er hat die Bedeutung der genetischen Variation intuitiv richtig erkannt.

Die Bedeutung von Mutationen

Eine weitere Quelle für genetische Vielfalt ist die Mutation. Allerdings ist die Mutationsrate, also die Häufigkeit von spontanen Änderungen einzelner Gene („Erbträger“) im Allgemeinen recht niedrig. Mutationen lassen sich aber beträchtlich erhöhen, beispielsweise durch Röntgenstrahlen oder durch verschiedene chemische Substanzen. Für die Erzeugung genetischer Vielfalt ist die Neukombination der Gene im Prozess der geschlechtlichen Fortpflanzung wichtiger. Die natürliche Auslese schränkt das Überleben und die Ausbreitung mutierter Individuen manchmal ein, manchmal kann sich Mutation auch günstig auswirken und die Lebensfähigkeit ihrer „Träger“ steigern. Viele Mutationen bleiben aber sozusagen unsichtbar.

Die Wirkung der natürlichen Auslese

Der in ihren Grundzügen heute bestätigten Theorie Darwins zufolge beruht die Evolution auf zwei voneinander unabhängigen Faktorenkomplexen:

  1. Der zufälligen und ungerichteten Produktion von erblichen Variationen wie die der genetischen Rekombination und der Mutation.
  2. Der natürlichen Auslese, die aus der Fülle zufällig entstandener Varianten diejenigen bevorzugt, die für die jeweiligen Lebensbedingungen relativ besser geeignet sind als andere.

Diese Selektion, auch natürliche Auslese genannt, bestimmt die Frequenz bestimmter Gene in der nächsten Generation (Generationsfolge) und genau das ist Evolution. Die überwiegende Mehrzahl der heutigen Evolutionsbiologen sind sich einig in der Überzeugung, dass aus dem Zusammenwirken dieser beiden Faktorenkomplexe die Evolution des Lebenden hinreichend erklärt werden kann. Von einem „Plan der Evolution“ kann keine Rede sein. Richard Dawkins verwendet die Metapher vom blinden Uhrmacher, um die Rolle der Selektion zu veranschaulichen. Blind deshalb, weil sie keine Konsequenzen plant bzw. keinen Zweck im Sinn hat. Dennoch beeindrucken uns die lebenden Resultate der natürlichen Auslese und erwecken den Anschein von Planung als seien sie von einem Meisteruhrmacher entworfen worden. Es gab natürlich verschiedene Ansichten bezüglich der Selektion, welche auf verschiedenen Ebenen ansetzen kann, aber wie immer man es ansieht, die natürliche Auslese verfolgt letzten Endes keine Absichten.

Die Rolle ökologischer Faktoren

Weil Organismen in eine Umwelt mit vielen auf ihn einwirkenden Einflüssen eingebettet sind, spielen ökologische Komponenten in der Evolution eine wesentliche Rolle. Das können einerseits klimatische Faktoren sein (Temperatur, Luftfeuchtigkeit usw.), anderseits sind sie den Herausforderungen durch andere Lebewesen ausgesetzt, wie etwa konkurrierenden Artgenossen, Räuber, Parasiten und dgl. mehr. Im Allgemeinen wird die Größe und Dichte einer Population durch ökologische Faktoren gehemmt, weil die Ressourcen immer knapper und die Konkurrenten unter den Artgenossen immer mehr werden. Die natürliche Reaktion besteht in diesem Fall in einer Reduzierung der Populationsgröße. Das bedeutet, dass die unbegrenzte Reproduktion von Lebewesen in der Natur bei keiner Art langfristig gesehen realisierbar ist.

Lebewesen werden auch durch katastrophale Naturereignisse, wie etwa Dürreperioden, Überschwemmungen, strenge Winter usw. in ihrer Vermehrung behindert. Letztlich geht es bei jedem Organismus um sein genetisches Überleben, nämlich der Ausbreitung der eigenen Gene. Dabei sind entsprechender Raum und genügend Nahrung zwei ganz entscheidende Faktoren, welche zum genetischen Überleben notwendig sind. Neben dem Wettbewerb zwischen den Individuen derselben Art ist auch eine Konkurrenz zwischen verschiedenen Arten häufig. Jede Art lebt in ihrer spezifischen Nische. Gemeint damit ist die Tatsache, dass verschiedene Arten die gleiche Umwelt auf unterschiedliche Weise nutzen.

Ein gutes Beispiel dafür ist die unterschiedliche Form des Nahrungserwerbs, welche den Konkurrenzdruck vermindern können und die große Vielfalt der Arten begründen. Zu den ökologischen Faktoren im Leben eines Organismus gehören auch Arten, die ihm nach dem Leben trachten und die man allgemein als Räuber bezeichnet. Selbst große Arten können von Räubern bedroht werden, weil sich diese als leichte Beute ihrer Jungtiere bemächtigen sobald sie allein gelassen worden sind. Man muss in diesem Zusammenhang auch sehen, dass Räuber von ihrer Beute stark abhängen, weil die Verfügbarkeit von Beutetieren ihr eigenes genetisches Überleben bestimmt. Räuber passen aber auch ihre Fortpflanzungsrate dem Vorhandensein von Beutetieren an.

Das heißt, ganz allgemein gesprochen, dass die Dynamik von Populationen verschiedener Arten wechselseitig beeinflusst wird und diese voneinander abhängig werden können. So war die Evolution der Insekten für die Blütenpflanzen im Hinblick auf die Bestäubung bedeutsam und umgekehrt stellen die Blütenpflanzen mit Nektar und Pollen eine Nahrungsgrundlage für gewisse Insekten dar. In ihrer engen Beziehung zueinander haben es beide Organismengruppen zu einer sehr großen Artenvielfalt gebracht.

Die Bedeutung der inneren Selektion

Mit dem Ausdruck innere Selektion wird der Umstand bezeichnet, dass Lebewesen ihre eigene Evolution mitbestimmen. In dem Maße, in dem die einzelnen Struktur- und Funktionsglieder eines Lebewesens aufeinander bezogen sind und sich gegenseitig kontrollieren, kanalisieren sie bereits bestimmte weitere Entwicklungswege noch bevor sie der Selektion durch die Außenwelt ausgesetzt werden. Das heißt, dass bestimmte Veränderungen des Konstruktionsgefüges eines Lebewesens gar nicht erst zugelassen und nicht durch Umweltanpassung erzwungen werden können. Es gibt also Entwicklungszwänge, die nicht auf äußeren Ursachen beruhen, sondern in den Organismen selbst liegen.

Vor allem komplexe Strukturen können nur dann funktionieren, wenn sich ihre verschiedenen Teile auch gemeinsam, also aufeinander abgestimmt, entwickelt haben. So erfüllten beispielsweise Herz, Lunge, Leber und andere Organe ihre jeweils spezifischen Funktionen, beeinflussen einander aber auch gegenseitig. Das Konstruktions- und Funktionsgefüge eines Lebewesens bildet eine Ganzheit. Lebewesen sind an ihre Umwelt angepasst und können darüber hinaus als aktive Systeme begriffen werden, die in ihre Umwelt eingreifen und nicht einfach darauf warten, was geschehen wird, um sich dann den neuen Gegebenheiten durch Anpassung zu fügen oder eliminiert zu werden. Die Anpassungsfähigkeit spielt eine bedeutende Rolle, welche nicht durch die Umwelt bestimmt wird, sondern allein Sache der Lebewesen ist. Wenn wir feststellen, dass die innere Selektion von vornherein solche Varianten ausscheidet, welche nicht als lebensfähig erscheinen, so erkennen wir, dass diese innere Selektion das Vorfeld für die Umweltselektion bedeutet. Das heißt, innere und äußere Selektion sind einander ergänzende Faktoren im Evolutionsgeschehen.

Die Entstehung von Bauplänen

Unter einem Bauplan versteht man die Summe gemeinsamer, abstammungsgleicher Merkmale einer Pflanzen- oder Tiergruppe. Wie ein Bauplan in der Evolution entstehen kann der sich von anderen Bauplänen fundamental unterscheidet, ist eine zentrale Frage der Makroevolution, welche die Evolutionsbiologen massiv entzweit.

Ein gutes Beispiel liefern die Klasse der Vögel an deren evolutionärer Basis der bekannte Urvogel Archaeopteryx steht. Er trug noch Reptilienmerkmale, aber in Hinblick auf sein Federkleid stellte er bereits eine evolutionäre Neuheit dar. Dies ist ein schönes Beispiel für die Mosaikrevolution, womit Evolutionsabläufe gemeint sind, bei denen einige Strukturen oder Organe eine starke Umgestaltung erfahren, andere wiederum weitgehend unverändert bleiben und somit ein Mosaik von alten und neuen Merkmalen ergaben. Bei der Entstehung neuer Baupläne wie z.B. bei den Vögeln, müssen in den Organismen selbst liegende Entwicklungspläne maßgeblich verantwortlich sein. Dabei ist wichtig, dass Merkmale und Funktionen miteinander gekoppelt evolvieren. So ist bei den Vögeln die Entwicklung von Federn wahrscheinlich mit der Flugfähigkeit direkt verbunden. Zwar ist die Flugfähigkeit nicht unbedingt von Federn abhängig wie dies die Fledermäuse beweisen, aber sie haben keine so große Artenvielfalt entwickelt wie die Vögel. Grundsätzlich sind für den Erwerb der Flugfähigkeit bei Wirbeltieren eine relative Leichtigkeit des Skeletts und die Möglichkeit des auf und ab Bewegens der Vordergliedmaßen erforderlich. Diese Bedingungen wurden bereits von einigen Sauriern prinzipiell erfüllt, aber die Oberfläche ihrer Vordergliedmaßen war zu klein, ihre Auf- und Ab Bewegung ermöglichte kein Verweilen in der Luft. Die Federn, das entscheidend neue Merkmal bei Archaeopteryx, könnte das Resultat einer Selektion für eine größere Oberfläche gewesen sein. Fortan könnte die Entwicklung dieses Merkmals von der Selektion verstärkt worden sein.

Der Bauplan aller Klassen und Ordnungen der Wirbeltiere ist durch ein Innenskelett wie folgt gekennzeichnet: Ein Kopfskelett, eine Wirbelsäule und vier Extremitäten. Von diesem, der sich vor etwa 500 Millionen Jahren herausgebildet hat, ist keine Wirbeltierart entscheidend abgewichen. In seinen Details jedoch hat dieser Bauplan mannigfache Abwandlungen erfahren. Insbesondere haben sich die Extremitäten sehr verschieden entwickelt- Flossen, Flügel, Beine, Schaufeln (Vordergliedmaßen der Maulwürfe) usw. – und sind nur bei manchen Arten (vor allem Schlangen) stark reduziert worden oder verschwunden. Weiters wird der jeweilige „Unter-Bauplan“ durch spezifisches Zusammenwirken innerer Entwicklungsbedingungen beeinflusst.  So erzwingen z.B. Körpergröße und Körpergewicht von Säugetieren wie Elefanten, Nashörner und Flusspferde einen massiven Bau der Gliedmaßen, der umgekehrt wiederum die Voraussetzung für ein entsprechendes Körpergewicht ist.

Zufall und Plan in der Evolution

Die angesprochenen Probleme führen letztlich zu einer auch philosophisch bedeutsamen Frage: Welche Rolle spielen Zufall und Plan in unserer Welt? Für den Menschen angenehmer ist eine geplante, berechenbare und harmonisch geordnete Welt, als eine solche voller Überraschungen und Zufällen.

Zur Zeit der ersten lebenden Systeme vor über drei Milliarden Jahren hätte man unter keinen Umständen die Entwicklung der Organismen und das Auftreten vielfältiger Arten voraussehen können. Nichts sprach auch dafür, dass aus einzelligen Lebewesen, nach unzähligen Schritten der Homo Sapiens entstehen und nun sogar über seine eigene Herkunft kritisch nachdenken hätte können.

Die Frage liegt auf der Hand, wie denn die Evolution das bewerkstelligen konnte. Nachdem Evolution auf der zufälligen Erzeugung genetischer Varianten durch Mutation, Neukombination von Genen und natürlicher Auslese beruht, bleibt die Frage, wie aus dem „Chaos“ ein komplexes Lebewesen entstehen hatte können. Oder anders gefragt: Wie können Zufälle und ein „blinder Konstrukteur“ irgendwas Zweckvolles hervorbringen? Sie können, wenn man sich folgendes vor Augen führt:

  1. Jede Änderung in der Evolution besteht aus einer Reihe von Schritten, wobei der erste Schritt lediglich der Erzeugung von genetischer Vielfalt dient, wo der reine Zufall regiert. Er sorgt dafür, dass durch Mutation und genetischer Rekombination das Material für die Evolution vielfältig bleibt.
  2. Die zufällig entstandenen genetischen Varianten des Lebens sind nicht nur voneinander verschieden, sondern sie unterscheiden sich in ihren Tauglichkeitsgraden. Die Selektion begünstigt dabei alles, was die Wahrscheinlichkeit des genetischen Überlebens erhöht.
  3. Außenweltfaktoren sowie Konstruktions- und Funktionsbedingungen engen die Möglichkeit einer sozusagen schrankenlosen Entwicklung ein und lenken mittels ihrer Komplexen Wechselwirkung die Entwicklung in bestimmte Richtungen

Die Evolution wird auch zutreffend mit einem Spiel verglichen. So wie der Ausgang eines Spiels, ist auch die Evolution „offen“, aber wie bei jedem Spiel gelten auch für die Evolution Regeln. Das sind zunächst einmal die physikalischen Grundgesetze. Die Entstehung jedes neuen Bauplans bedeutet jedoch bereits weitere Regeln. Organismen sind wie Gebäude, die nur deshalb nicht einstürzen, weil alle ihre Teile sorgfältig miteinander verknüpft sind. Was auf Zufällen beruht, kann schließlich planvoll geordnet sein. Die Frage Zufall oder Plan ist falsch gestellt, weil Evolution beides zugleich ist. Die Evolution schafft mit jedem ihrer Schritte neue Gesetzlichkeiten, was dem gesamten Evolutionsprozess den Charakter der „Selbstplanung“ verleiht. Die Evolution ist wie ein Strom, dessen Verlauf über viele Kilometer keiner vorgegebenen Richtung folgt, sondern sich seine Wege selbst sucht. Der Zufall kann aber nicht ausufern, weil er von den Naturgesetzen gesteuert wird.

Wie auf Basis dieser Prinzipien die Wirbeltiere und schließlich der Mensch entstehen konnten, lesen Sie demnächst auf diesem Blog.