Die synthetische Evolutionstheorie dient der Beschreibung des Artwandels, also der Veränderlichkeit der Arten. Die synthetische Evolutionstheorie erweitert die Evolutionstheorien von Darwin und Wallace. Sie vereinigt viele Erkenntnisse aus diversen Bereichen der Naturwissenschaften, wie Genetik, Zoologie, Ökologie, Biochemie und Physik.
Synthetische Evolutionstheorie Definition
Die synthetische Evolutionstheorie ist aus einer Kombination der Genetik, der Molekularbiologie und den Erkenntnissen Darwins entstanden. Die synthetische Evolutionstheorie, wie wir sie heute kennen, wurde erstmals von Theodosius Dobzhansky und Ernst Mayr entwickelt.
Eine allgemeingültige Definition der synthetischen Evolutionstheorie gibt es nicht, da die Theorie ständig durch neue Erkenntnisse erweitert wird.
Wie Merkmale an die nächste Generation vererbt werden, wusste Darwin noch nicht. Die Vererbungsregeln entdeckte erst Gregor Mendel. Er wird daher auch als "Vater der Genetik" bezeichnet. Die nach ihm benannten Mendelschen Regeln bildeten die Basis für die Populationsgenetik und erlaubten neue Erkenntnisse in der Evolutionsforschung.
Die Populationsgenetik befasst sich mit den Vererbungsvorgängen innerhalb einer Population. Sie untersucht z. B. die Änderungen von Allelfrequenzen und deren Zusammenhang mit den Evolutionsfaktoren. Eine Population ist eine Gruppe Individuen einer Art, die miteinander leben und sich untereinander fortpflanzen können.
Synthetische Evolutionstheorie – Grundlage Darwin
In seiner Evolutionstheorie wies Charles Robert Darwin darauf hin, dass Lebewesen sich durch Anpassung an ihre Umgebung weiterentwickeln. Sogenannte positive Entwicklungen setzen sich durch, während negative Entwicklungen zum Aussterben einer Art führen können.
Zwischen einzelne Arten gibt es einen Wettbewerb um Nahrung, Lebensraum oder Fortpflanzung. Ein Wettbewerb nämlich das weitere Überleben einer Art.
Darwin sagte, dass "der Fitteste überlebt" (engl. "survival of the fittest"). Das heißt nicht, dass die stärkeren Individuen einer Population überleben. Stattdessen überleben jene Individuen, die am besten an ihrer Umwelt angepasst sind. Die Tiere, die sich nicht angepasst haben, werden "ausgeschlossen" und sterben nach einiger Zeit aus.
Die wichtigsten Merksätze von Darwin:
Die wichtigsten Annahmen von Darwin:Der Neodarwinismus ist eine Bewegung aus dem 19. Jahrhundert, auf Friedrich Leopold August Weismann und Alfred Russel Wallace zurückgehend. Benannt nach Charles Robert Darwin, verteidigt die Bewegung die Theorie Darwins der natürlichen Selektion. Der Neodarwinismus ist daher als Weiterentwicklung der Evolutionstheorie Darwins zu betrachten.
Der Neodarwinismus ist eine moderne Ursprungslehre. Die Lehre versucht die Entstehung neuer Arten durch Mutation und natürliche Selektion zu erklären.
Du darfst den Neodarwinismus nicht mit der synthetischen Evolutionstheorie verwechseln. Die synthetische Evolutionstheorie basiert auf Erkenntnissen aus der Genetik, Zoologie, Ökologie, Biochemie und die Physik. Im Vergleich zum Neodarwinismus basiert die synthetische Evolutionstheorie auf fünf Evolutionsfaktoren:
Vergleich synthetische Evolutionstheorie mit Darwins Evolutionstheorie
Darwins Evolutionstheorie war für das 19. Jahrhundert eine weitreichende Entdeckung. In der Theorie wies Darwin oft auf antireligiöse Elemente hin. Diese stießen an religiöse Glaubensvorstellungen und wurden von der Gesellschaft abgelehnt. Naturwissenschaftler*innen waren hingegen stark beeindruckt von Darwins neuartigen Erkenntnissen.
Nach heutigem Stand war Darwins Evolutionstheorie zwar gut, es fehlten aber viele Informationen, die erst mit der Zeit von Forscher*innen aufgedeckt wurden. Diese ergänzte Version bezeichnet man als die synthetische Evolutionstheorie.
Die Wissenschaftler*innen bestimmten fünf Evolutionsfaktoren, die die Bildung neuer Lebensformen bestimmt:
- Isolation
- Rekombination
- Selektion
- Gendrift
- Mutation
Es gibt aber auch noch andere Evolutionsfaktoren, die allerdings nicht so einflussreich sind wie die oben genannten. Diese sind Genfluss, Hybridisierung und Migration.
Evolutionsfaktoren
Evolutionsfaktoren sind biologische Prozesse. Diese führen innerhalb einer Spezies zu Veränderungen.
Isolation
Wenn Populationen einer Art über einen längeren Zeitraum getrennt sind, werden neue Arten gebildet. Man kann hier zwischen geografischer, ökologischer und reproduktiver Isolation unterscheiden. Die neu entstandene Art muss nicht unbedingt von der Ausgangspopulation getrennt sein. Sie können miteinander in einem Lebensraum leben.
Abbildung 1: Artbildung durch Isolation
Die Artbildung wird in allopatrische und sympatrische Artbildung unterteilt.
Die allopatrische Artbildung beschreibt die Neuentstehung einiger Arten durch geografischer Isolation. Das bedeutet, eine Population wird in eine oder mehrere Teilpopulationen getrennt. Kontinentaldrift oder Klimawandel sind einige Gründe für die geografische Isolation (Separation).
Wenn eine neue Art im gleichen Gebiet entsteht, wie die Ausgangsart, nennt man diese sympatrische Artbildung. Die zwei Arten können sich aufgrund einiger Isolationsmechanismen nicht fortpflanzen. Es kommt auch nicht zum Genfluss. Deswegen entwickeln sich die Arten unabhängig voneinander.
Rekombination
Rekombination bedeutet "Neugestaltung" des genetischen Erbgutes. Das heißt, das Erbgut innerhalb einer Zelle wird ausgetauscht oder zu einer neuen Anordnung kombiniert.
Wenn die Rekombination mit der Mutation kombiniert wird, sorgen diese für eine hohe Variabilität der betroffenen Art.
Selektion
Unter Selektion versteht man die Beschränkung des Reproduktionserfolgs bestimmter Individuen innerhalb einer Population. Selektion basiert auf die Konkurrenz um begrenzte Ressourcen.
Die Selektion besteht aus drei Arten:
- natürliche Selektion
- sexuelle Selektion
- künstliche Selektion
Gendrift
Die Gendrift beschreibt die zufällige Veränderung der Allelfrequenz im Genpool einer Population. Gendrift wird durch unbewusste Ereignisse stark begünstigt.
Die Allelfrequenz bezeichnet die Häufigkeit der Genvariationen.
Eine Gendrift ist wahrscheinlicher, je kleiner die Population und gibt es in zwei Formen:
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Mutation
Mutationen sind zufällige Veränderungen in der DNA. Sie können durch Mutagene hervorgerufen werden und sind permanent.
Mutagene sind Einflussfaktoren (biologische, chemische oder physikalische), die zur Veränderung der DNA führen. Mutagene sind z. B. UV-Strahlung oder radioaktive Strahlung, hohe Temperaturen oder Chemikalien.
In der Mutation unterscheidet man zwischen drei Arten:
- Gen- oder Punktmutation
- Chromosomenmutation
- Genommutation
Synthetische Evolutionstheorie – Schema
Abbildung 2: Schema zur synthetischen Evolutionstheorie
In Abbildung zwei siehst Du ein grobes Schema zum Ablauf der Evolution nach der synthetischen Evolutionstheorie. In der Population besitzen bestimmte Organismen (hier: die gelben Rechtecke) überflüssige Organe, die sie nicht mehr benötigen. Andere Lebewesen (hier: die Kreise und die Rauten) besitzen die Organe nicht. Sie zeigen dadurch einen Selektionsvorteil und setzen sich durch. Die Tiere (Kreise und Rauten) überleben und können ihre Merkmale an die nächste Generation abgeben.
Sollten z. B. die Kontinente auseinanderdriften (geografische Isolation), entstehen zwei Teilpopulationen. In einer Population können sich die Tiere (hier: die Kreise), aufgrund ihres Selektionsvorteils, besser durchsetzen. Hier leben trotzdem einige andere Tiere (hier: die Rauten). In der anderen Population sind die anderen Tiere (die Rauten) besser angepasst und können sich eher vermehren, als die Kreise. Die Rauten und Kreise unterscheiden sich in nur wenigen Merkmalen.
Wegen der Änderungen der Umweltbedingungen brauchen einige Organismen überflüssige Organe nicht mehr. In der neuen Generation der Population gibt es einige Individuen, die diese überflüssigen Organe dann nicht mehr besitzen. Weil sie dann ein Selektionsvorteil zeigen, überleben sie besser als die anderen und können ihre vorteilhaften Merkmale an die nächste Generation vererben.
Die Organismen mit den überflüssigen Organen sterben aus. Durch Isolation können zwei neue Arten entstehen. Die neuen Arten unterscheiden sich in wenigen Merkmalen. In den einzelnen Populationen gibt es einige Individuen aus alten Generationen.
Synthetische Evolutionstheorie – Beispiel
Wie die synthetische Evolutionstheorie abläuft und wie neue Arten entstehen können, lässt sich am besten durch ein paar Beispiele verdeutlichen:
Giraffe
Durch Darwins Evolutionstheorie ist bekannt, dass diejenigen Organismen überleben, die besser an ihre Umweltbedingungen angepasst sind. Jedoch konnte die Evolution der Giraffen noch besser mithilfe der synthetischen Evolutionstheorie erklärt werden.
Innerhalb einer Giraffenpopulation gibt es einige Giraffen, die zu kurze Hälse haben, um die Nahrung auf den Bäumen zu erreichen. Einige andere Giraffen besitzen aufgrund einer Mutation keinen kurzen Hals, sondern einen langen Hals. Durch den Besitz des langen Halses zeigen die Giraffen einen Selektionsvorteil und setzen sich durch. Diese Tiere überleben und können somit das Merkmal des langen Halses an die folgende Generation abgeben. Die Giraffen mit den langen Hälsen würden aufgrund von mangelnder Ernährung aussterben.
Sollte es zum Beispiel zur geografischen Isolation durch Kontinentaldrift oder einer Naturkatastrophe kommen, entstehen zwei Teilpopulationen der Giraffen. In einer Population setzen sich die Giraffen besser durch, die an die neue Umgebung besser angepasst sind. Innerhalb dieser Population leben trotzdem einige Giraffen, die keinen langen Hals besitzen.
In der anderen Population sind insbesondere Giraffen mit kurzen Hälsen an die neue Umgebung besser angepasst, weil es nur kleine Bäume gibt. Hier können sie sich eher vermehren, als Giraffen mit langen Hälse. Zwischen den zwei Populationen gibt es letztlich keine großen Unterschiede in den Merkmalen.
Synthetische Evolutionstheorie Beispiel Hainschnirkelschnecken
Die Hainschnirkelschnecken (Cepaea femorales), auch bekannt als Schwarzmündige- oder Hain-Bänderschnecke, ist in West- und Mitteleuropa weitverbreitet. Die Schnecken leben meist in Gärten, Parks oder auf Friedhöfen und ernähren sich hauptsächlich von abgestorbenen oder verrotteten Pflanzenteilen.
Das Erscheinungsbild der Cepaea femorales ist sehr variabel. Das Gehäuse weist eine Vielfalt an Farben und Mustern auf. Die Schnecken sind wahre "Meister der Anpassung".
Das Schneckenhaus ist häufig gelb-schwarz gebändert. Es gibt aber einige Häuser, die einfarbig gelb, rosa oder braun sind. Das Gehäuse kann auch rosa-schwarz oder braun-schwarz gestreift sein. Der Weichkörper der Schnecken kann auch sehr variabel erscheinen. Die Färbung variiert von Gelb bis Braun oder Schwarz. Höchstwahrscheinlich sind die verschiedenen Muster und Farben durch eine Vielfalt an Allelfrequenzen entstanden. Die verschiedenen Allelfrequenzen entstehen in diesem Fall durch Mutationen und Rekombinationen innerhalb einer Population.
Eine gelbe Schnecke ist in Gräsern und in Gärten für Fressfeinden sehr schwierig zu sehen im Vergleich zu dunkelbraunen Schnecken.
Vermutlich führten Veränderungen bei Fressfeinden und Lebensräumen zur raschen Anpassung der Schnecken. Die Schnecken kommen in den verschiedensten Lebensräumen vor, was erklärt, warum Schnecken in verschiedensten Lebensräumen aussehen (geografische Isolation).
Wissenschaftler*innen konnten feststellen, dass die durchschnittliche Landtemperatur Europas im 20. Jahrhundert um 1,3 °C gestiegen ist. Sie stellten die Theorie auf, dass das gelbe Gehäuse der Schnecken häufiger vorkommen soll, da es sich durch die Sonne am wenigsten erwärmt. Die Wissenschaftler*innen stellten eine Zunahme fest, jedoch nur bei Tieren, die in Dünen gelebt haben. In den anderen Lebensräumen versteckten sich die Schnecken im Schatten.
Zwischen dem 20. und dem 21. Jahrhundert stellten Wissenschaftler*innen auch fest, dass der Anteil an Schnecken mit gestreiftem Gehäuse gestiegen ist. Das nennen sie schnelle Evolution. Vermutlich hängt das mit der raschen Umweltänderungen oder mit den Fressfeinden zusammen.
Abbildung 4: Cepaea nemoralis mit rotem Gehäuse
Abbildung 5: Capaea nemoralis mit gelbem Gehäuse
Synthetische Theorie der Evolution – Das Wichtigste
- Die synthetische Evolutionstheorie basiert auf die Vorkenntnisse durch Darwins Evolutionstheorie. Ergänzt mit der Populationsgenetik, Evolutionsfaktoren und andere Erkenntnisse aus der modernen Biologie bildet sich die heutige synthetische Evolutionstheorie.
- Die fünf wichtigsten Evolutionsfaktoren sind:
- Isolation
- Rekombination
- Selektion
- Gendrift
- Mutation
- Die Evolutionsfaktoren zusammengemischt führen zur Entstehung neuer Arten.
- Mutation, Rekombination, Gendrift und Isolation beeinflussen die Lebensverhältnisse der Lebewesen. Diese Faktoren sind eher zufällig und richtungslos.
- Die Selektion ist bestimmend für die Phylogenese. Die Phylogenese beschreibt die stammesgeschichtliche Entwicklung aller Lebewesen.
- Der Prozess der Evolution wird nicht in einem Individuum durchgeführt. Die Evolution findet in einer Gemeinschaft der Lebewesen (Population) statt. Diese Lebewesen leben im gleichen Gebiet und pflanzen sich gemeinsam fort.
Nachweise
- Abb. 4: Cepaea nemoralis (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cepaea_nemoralis_2.jpg) von A. Abrahami unter der Lizenz CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
- Abb. 5: Cepaea nemoralis (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Cepaea_nemoralis_edit.jpg) von Mad Max unter der Lizenz CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0/deed.en).
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