Evolution

EVOLUTIONSBIOLOGIE

Aus: fachbuchjournal-Ausgabe 4/2019

Jonathan B. Losos: Glücksfall Mensch – Ist Evolution vorhersagbar? Übersetzt aus dem Englischen von Sigrid Schmid und Renate Weitbrecht, gebunden, Carl Hanser Verlag, München 2018, 384 Seiten, zahlreiche s/w-Abbildungen von Marlin Peterson, ISBN 978-3446258426, € 26,00.

In seinem Bestseller Wonderful Life. The Burgess Shale and the Nature of History (Norton, NY, 1989) rekonstruierte der Paläontologe und Evolutionsbiologe Stephen J. Gould (1941–2002) an der Burgess-Fauna (Rocky Mountains, British Columbia) die kambrische Explosion. Aufgrund fehlender deterministischer Befunde entwarf Gould die Kontingenztheorie, wonach überwiegend Zufälle den Verlauf der Evolution bestimmen. Der begnadete science writer schrieb, „die Wege der Evolution seien verschlungen und nicht vorhersagbar; würde man den Film des Lebens noch einmal ablaufen lassen, käme man zu einem völlig anderen Ergebnis“ (zit. n. Losos, S. 12). Jonathan B. Losos (*1961), der Autor des vorliegenden Bandes, war damals Doktorand der Zoologie an der University of California, Berkeley. Der heutige Inhaber des Lehrstuhls für Experimentelle Evolutionsbiologie an der Harvard-Universität schildert, wie er Goulds Bestseller verschlang und sich unversehens „in einer intellektuellen Zwickmühle“ (S. 12) befand. Die Ergebnisse seiner Dissertation Ecomorphological Adaptation in the Genus Anolis standen nämlich im Widerspruch zu Goulds Weltsicht. Damals nahm er bescheiden an, dass sein Forschungsbefund an den Anolis-Echsen, der für eine Wiederholbarkeit der Evolution sprach, „die Ausnahme [war], welche die Regel bestätigt“ (S. 12). Dabei stellte sich durchaus die Frage, ob das Modell der Kontingenz überhaupt stimmt, denn Losos‘ Daten passten hervorragend zur Konvergenztheorie des britischen Paläontologen Simon Conway Morris (*1951). Der heutige Professor für Evolutionary Palaeobiology am Department of Earth Sciences der Universität Cambridge (UK) ist der härteste Kritiker der Kontingenztheorie und vertritt die in weiten Biologenkreisen anerkannte Auffassung, dass makroevolutive Entwicklungen durch das Vorherrschen analoger funktions- und evolutionsmorphologischer Rahmenbedingungen häufig zu ähnlichen Lösungen führen.

Solange Evolution nur als ein geologische Epochen umfassender Prozess verstanden wurde, war es nicht möglich, die Kontroverse Kontingenz vs. Konvergenz einer Lösung näher zu bringen. Aber in den rd. 30 Jahren nach Veröffentlichung von Goulds Werk [zu dt.: Zufall Mensch: Das Wunder des Lebens als Spiel der Natur (Hanser, 1991)] hat die Evolutionsbiologie bedeutende Fortschritte gemacht. Dazu zählt neben den bahnbrechenden Ergebnissen der Evolutionären Genetik auch die Entwicklung einer Experimentellen Evolutionsbiologie.

Während die Kontrahenten Gould und Conway Morris paläontologische Indizien zur Frage Zufall oder Notwendigkeit beitrugen, forscht der Bostoner Herpetologe Losos an lebenden Organismen und zeigte: „Evolution ereignet sich nicht immer im Schneckentempo“ (S. 37). Losos lenkt zunächst den Blick auf den Pixar-Film Arlo & Spot, eine fiktive Welt, die nie von einem Meteoriten getroffen wurde, und fragt: Was wäre, wenn?. Dieser kontrafaktische Einstieg ist natürlich spekulativ, denn im Konjunktiv ist bekanntlich alles möglich. Aber ist bei einer Evolutionsprognose wirklich jedes Szenario denkbar? Oder gibt es nur begrenzte Möglichkeiten? Ist Evolution vorhersagbar?

Losos‘ Gedankenspiele über Dinosauride und reptilische sowie außerirdische Humanoide sind anregend, da der Autor nicht in künstlerischer Freiheit schwelgt, sondern die Rahmenbedingungen von Evolution verdeutlicht. Eloquent schildert Losos, wie eine jugendliche Faszination für Dinosaurier und Echsen schon früh seinen Berufsweg prägte, wie er bereits als Zoologie-Student in der Karibik an Anolis-Echsen das Wirken der natürlichen Selektion unter unterschiedlichen Umweltbedingungen erforschte. Der anfängliche autobiografische Schwung erlischt etwas, wenn er anschließend zahlreiche Beispiele für Konvergenz im Tier- und Pflanzenreich darlegt und evolutionäre Besonderheiten vom skurrilen Fingertier bis zur hawaiischen Vulkanpalme schildert. Das wohl bekannteste evolutionäre Unikat ist das in Australien lebende Schnabeltier. Wenn der Reptilien-Kurator am Harvard-Museum seine in den 1980er Jahren begonnenen Studien an Anolis-Echsen auf den Karibik-Inseln schildert, wenn er beschreibt, wie sich mehrere Arten so sehr gleichen, dass Laien sie nicht auseinanderhalten können, gelingt ihm eine begeisternde Werbung für die Feldforschung. Akribisch kennzeichnet er die morphologischen Unterschiede der Anolis-Populationen, von denen einige, die auf dünnen Ästen leben, eine schmale Körperform, sehr kurze Beine und einen spitz zulaufendem Kopf haben, andere, die am Boden leben, sind dagegen stämmig und besitzen lange Hinterbeine, einen kurzen Kopf und wenig effektive Haftsohlen, während weitere in Baumkronen lebende, eine grüne Haut und sehr große Haftsohlen besitzen. Nach Losos kommt jeder dieser Typen, die angeblich auf einen einzigen Urtyp zurückgehen, auf allen Inseln vor, und alle haben sich offenbar unabhängig voneinander entwickelt. Durch ein ausgeklügeltes Forschungsdesign wies er die nach Conway Morris bestehenden „Zwänge der Evolution“ und die „fast unvermeidbare Allgegenwart von Konsequenzen“ nach (S. 25). Losos schildet experimentelle Ansätze, wonach sich ein erneutes Abspielen des Films des Lebens dank der schnellen Evolution (indirekt) überprüfen lässt. Dazu gehören neben der Untersuchung der Vielfalt der Guppy-Arten auf Trinidad, „in der unordentlichen, unkontrollierbaren, wilden Natur“ (S. 151), auch jüngere Studien an AnolisEidechsen, die den Vorwurf entkräften, es handele sich bei den oben aufgezeigten Unterschieden gar nicht um das Ergebnis evolutionärer genetischer Veränderungen, sondern nur um phänotypische Plastizität.

Ferner erläutert Losos landwirtschaftliche Experimente, die erstmals vor 170 Jahren bei London vorgenommen wurden und im Kontext des Aufstiegs der Kunstdüngerindustrie große Bedeutung zum Nachweis evolutionärer Prozesse erlangten, beschreibt ‚Turbo‘-Experimente an Stichlings-Populationen in Schwimmbecken sowie kontrollierte Experimente an Hirschmäusen in den Sandhills von Nebraska und gibt einen Ausblick in zukünftige experimentelle Feldstudien.

Im Kapitel Evolution unter dem Mikroskop geht es u.a. um das berühmte Langzeit-Evolutionsexperiment an Escherischia coli, das seit 1988 in einem Labor der Michigan State University läuft. Im dem von Richard Lenski entwickelten mikrobiologischen Projekt wachsen 12 ursprünglich genetisch identische Bakterien-Populationen unter exakt kontrollierten Bedingungen inzwischen in der 70 000. Generation, um die „entscheidende Rolle von zufälligen Ereignissen (historischen Zufällen) in der adaptiven Evolution“ (S. 249) nachzuweisen. Das Ergebnis ist in die Annalen der Evolutionsbiologie eingegangen: In der Generation 33 127 entstand in einem Glaskolben eine Probe von E. coli, die einen großen evolutionären Sprung gemacht hatte, nämlich Citrat verwerten konnte. Aber das Ergebnis ist nicht einseitig zu interpretieren, da nach Lenski „jede Population wirklich ihrem eigenen Weg folgt, und beide Kräfte – das Zufällige und das Vorhersagbare – […] zusammen das [bewirken], was wir Geschichte nennen“ (vgl. S. 280). Oder anders gesagt: „Die Evolution ist in einem beträchtlichen Ausmaß vorhersehbar, selbst wenn die Geschichte von Mutationen unvorhersehbar ist“ (S. 285), da unter Kontingenz (= Möglichkeit, Eventualität) nach Gould auch noch „unbedeutende Einzelheiten“ zu verstehen sind, d.h. eine „kausale Abhängigkeit“ von Geschehnissen besteht.

Erst im 12. Kapitel geht es auf 25 Seiten um Das Milieu Mensch und im Fazit Schicksal, Zufall und der »unvermeidliche« Mensch auch um uns und das „Glück, dass wir hier sind, dass sich die Ereignisse so abgespielt haben, wie sie es taten.“ (S. 352). Glück? Angesichts der anthropogenen Auswirkungen auf unseren Planeten eine einseitige Perspektive.

Losos‘ Buch ist eine ideen- und anekdotenreiche sowie bisweilen erfrischend humorvolle Lektüre über die Mechanismen der Evolution, über die Kontroverse Kontingenz vs. Konvergenz und die diesbezüglichen Ergebnisse der jungen Experimentellen Evolutionsbiologie. Die mit Leidenschaft für die eigene Disziplin vorgetragene Wissenschaftserzählung bietet jedoch viel bekanntes biologisches Wissen und letztlich auch nur die zu erwartenden kompromisshaften Antworten auf die Frage der Vorhersagbarkeit von Evolution, weshalb all jene, die sich mit der Ordnung des Lebendigen und den Systembedingungen der Evolution befassen, in der flüssigen Lektüre nichts grundsätzlich Neues erfahren. Da aber in der breiten Öffentlichkeit selbst 160 Jahre nach der ‚Darwinschen Revolution‘ noch eine breite Skepsis an den Erkenntnissen des Evolutionsprozesses besteht, bietet der Band für Laien einen äußerst lesenswerten, zwar fordernden, aber nicht überfordernden populärwissenschaftlichen Einblick in naturalistische Vorstellungen. Laut Meinung des Harvard-Emeritus E.O. Wilson (*1929) ist der Band seines Kollegen „eines der besten evolutionsbiologischen Bücher, die jemals geschrieben wurden“. Kann man dem Lob widersprechen? Urteilen Sie selbst! Abschließend sei erwähnt, dass der englische Buchtitel Improbable Destinies. Fate, Chance and the Future of Evolution lautet, weshalb der Mensch als eine „weitere einzigartige Spezies“ (sensu R. Foley) nur eine marginale Rolle spielt. Wie schon bei Goulds Band (s.o.) wählte der Hanser Verlag offenbar auch diesmal aufgrund größerer Werbewirksamkeit mit Glücksfall Mensch einen irreführenden anthropologischen Titel, schade: Man merkt die Absicht und man ist verstimmt. (wh)

 

Menno Schilthuizen (2018): Darwin in der Stadt. Die rasante Evolution der Tiere im Großstadtdschungel. Aus dem Englischen von Kurt Neff und Cornelia Stoll, dtv, München, 20 s/w-Abb., 364 S., ISBN 978-3-42328990-0. € 22,00

Während der Expedition der HMS Beagle las Darwin fasziniert die Principles of Geology (1830–1833) seines Zeitgenossen und späteren Freundes Charles Lyell (1797–1875). Inspiriert durch die geologische Lektüre ging Darwin zeitlebens von der Vorstellung aus, dass die erbliche Veränderung biologischer Merkmale ein sehr langsamer Prozess sei, der nur in rückblickender Betrachtung über historische Zeiträume erschlossen werden könne. In diesem Sinne schrieb er in Die Entstehung der Arten: „Wir sehen nichts von diesen langsam fortschreitenden Veränderungen, bis die Hand der Zeit auf eine abgelaufene Weltperiode hindeutet“ (in Schilthuizen, S. 95).

Dieser Ansicht folgten die Biologen noch bis vor kurzem, obwohl Darwin sich offenbar irrte, denn „Evolution [ist] nicht einzig eine Sache von Dinosauriern […] oder [findet] allein in der Dimension erdgeschichtlicher Epochen […] statt. Sie ist tatsächlich hier und jetzt zu beobachten“ (S. 13).

Der Leidener Evolutionsbiologe und Ökologe Menno Schilthuizen (*1965) plädiert in seinem fesselnden Sachbuch dafür, den romantisierenden Gegensatz zwischen Natur und menschlicher Umwelt aufzugeben und endlich zu realisieren, dass „in der realen Welt […] unsere Tentakel das Material Natur umklammern“ (S. 16), dass „Natur etwas Dynamisches, im konstanten Wandel Befindliches sei“ (S. 17), was keine neue Erkenntnis ist, denkt man an den altgriechischen Aphorismus panta rhei – alles fließt. Das heißt aber nicht, dass sie hinlänglich begriffen wurde. In der Einführung mit dem Titel „Vorstadt“ führt der niederländische Biodiversitätsforscher seine Leser in die Londoner U-Bahnschächte, in denen die Stechmücke Culex pipiens molestus lebt und die Pendler mit ihren Stichen peinigt, um anschließend ihre Eier in den verschiedensten Wasserlachen der Tube abzulegen. Schilthuizen berichtet von den aufwändigen Studien der Genetikerin Katharine Byrne, die in den 1990er-Jahren die Mückenpopulationen von drei U-Bahnstationen untersuchte und nachwies, dass nicht nur diese sich genetisch unterschieden, sondern sie sich auch gegenüber den oberirdischen Verwandten differenziert hatten. Und zwar nicht nur in den Proteinen, sondern auch in ihrer Lebensweise, da die Stechmücken auf den Londoner Straßen nicht von Menschenblut, sondern von Vogelblut leben. Das ist bemerkenswerter, als man auf den ersten Blick denkt, denn „Proteine in den Fühlern haben die Zusammensetzung gewechselt, sodass die Mücken auf menschliche Ausdünstungen anstelle von Vogelgerüchen reagieren“ (S. 13).

Die geschilderte Erschließung neuer ökologischer Nischen im urbanen Milieu, in dem seit 2007 mehr als die Hälfte der Erdbewohner leben mit rapide steigender Tendenz, ist nur ein Beispiel für „die rasante Evolution der Tiere im Großstadtdschungel“ , die der Untertitel des Bandes ankündigt.

In vier Teilen mit insgesamt 20 Kapiteln, die inhaltlich nur lose miteinander verbunden sind, beschreibt Schilthuizen, wie er als naturbegeisterter Schüler, angeregt von seinem Biologielehrer, eines Wintermorgens in den Dünen vor Rotterdam auf Käferjagd ging. Mit einem großflächigen Spaten grub er sich bis in die frostfreien Schichten des kuppelförmigen Nestes des Roten Waldameise vor, um dann mittels eines Käfersiebs sog. „Ameisengäste“ oder Myrmekophile auszusortieren, denn Ameisen sind sog. „Ökosystem-Ingenieure“, d.h. Organismen, die ihr eigenes Ökosystem organisieren und „[d]amit modifizieren, erhalten und schaffen sie Habitate“ (S. 30).

Es müssen nicht nur Kleinstlebewesen sein, die die Ökosysteme verändern. Ein Klick auf die Internetadresse www. welikia.org zeigt anhand der interaktiven Karte des Mannahatta Project, wie die ursprünglich bewaldeten und sumpfreichen Biberlandschaften Manhattens sich durch das Wirken des Menschen gewandelt haben. Wir sind längst im Anthropozän angekommen, denn der moderne Homo sapiens ist „Mutter Naturs ultimativer ÖkosystemIngenieur“ (Kap. 1).

Menno Schilthuizen stellt bezüglich seines Verständnisses von Natur klar, „dass ich die Städte der Menschen für ein ganz und gar natürliches Phänomen halte, auf einer Ebene mit den Megabauten, die andere Ökosystem-Ingenieure für ihre Gesellschaften errichten“ (S. 39). Dabei konzediert er, dass die Größenordnung der menschlichen ÖkosystemIngenieure die von Ameisen, Termiten, Korallen und Bibern um mehrere Potenzen übersteigt, und so betrachtet der Autor moderne Millionenstädte als das was sie sind: „ein aufregendes, neuartiges, ökologisches System“ (S. 39). In den unzähligen Bauwerken aus Sand, Holz, Stahl, Asphalt und Beton in unseren Städten erschließen sich einheimische und zugewanderte Tier- und Pflanzenarten, sog. „Anthropophile“ nach Schilthuizen (S. 33 u. 309), vielfältige neue ökologische Nischen, worunter Biologen die Gesamtheit der biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, die das Überleben einer Art beeinflussen, versteht. Der weltweit forschende Stadtökologe zeigt, wie schwierig, ja gar unmöglich es ist, zwischen Natur und Stadt zu unterscheiden. Unsere Städte sind im globalen Nahrungsnetz der Organismen auch nichts anderes als „Ameisenhaufen aus Ziegelstein, Beton und Stahl. Seine Kernthese lautet deshalb, „wir [müssen] die Evolutionskräfte bejahen und nutzen, die genau hier und genau jetzt neuartige Ökosysteme schaffen“ (S. 18). Skeptiker dieses pragmatischen Ansatzes sollten sich fragen, wo es eigentlich noch die viel beschworene unberührte Natur in unseren Breiten gibt, wenn die städtische Artenvielfalt die ländliche schon übersteigt.

Schilthuizen schildert, wie die Stadtnaturforschung sich schon früh entwickelte (die Gründung der Pariser naturwissenschaftlichen Gesellschaft erfolgte bereits 1790, in Belfast 1821, in Bombay 1883) und führt wissensreich in die frühen Erkenntnisse über den Wandel der biologischen Vielfalt in den Städten ein, um dann der Frage nachzugehen, „was über Erfolg und Misserfolg einer urbanen Spezies entscheidet“ (S. 70).

Der erfahrene Stadtnaturforscher zeigt an dem Phänomen der urbanen „Präadaptation“, wie einige Arten geradezu wie geschaffen sind für das Leben in der Stadt, z.B. Austernfischer (Haematopus ostralegus). In Leiden haben die üblicherweise am Strand brütenden Küstenvögel, die ihre Muschel-Nahrung mit einem langen Schnabel aus dem Watt ziehen, den Kiesstrand gegen die Flachdächer des Klinikums, das Watt gegen den Rasen und die Muscheln gegen Regenwürmer getauscht. Dass Schilthuizen den umstrittenen Begriff Präadaptation, das ist die evolutionäre Anpassung vor dem Einsetzen des Selektionsdruckes, verwendet, freut mich als evolutionärer Anthropologe besonders, da Evolutionstrends (auch in der Primatologie) erst durch Präadaptation resp. Prädisposition verständlich werden.

Im Kapitel mit dem Titel des Frank Sinatra-Songs If you can make it there finden sich zahlreiche Beispiele für tierische Anpassungen an die städtische Umwelt, fast in Echtzeit, was Darwin unmöglich schien. Der renommierte Autor beschreibt unterhaltsam, spannend, ohne unnötigen Fachjargon, bisweilen recht humorvoll und immer lehrreich Fälle schnellen evolutiven Wandels. Das Spektrum umfasst die seit der Industrialisierung bekannte Melanisierung der Birkenspanner, die übrigens mit der Abnahme der Rußbelastung seit 1970 wieder rückläufig ist, ferner die immer lauter werdenden Gesänge der in lärmenden Städten lebenden Vögel sowie die innovativen Welse, die im südfranzösischen Albi nach den am Ufer der Tarn trinkenden Tauben als Jagdbeute schnappen. Es geht um einheimische Tiere wie Kaninchen, Füchse und Wildschweine, die zunehmend urbane Lebensräume besiedeln, ebenso um Exoten wie den Blaubandkärpfling (Fundulus heteroclitus), der in der neuen Umgebung dank schneller urbaner Evolution eine unglaubliche PCBResistenz entwickelt hat. Nach Schilthuizen würden die urbanen Kärpflinge „nicht einmal mit den Kiemendeckeln zucken“, während die Intoxikationen die Ursprungspopulation „zehnmal töter als tot gemacht hätten“ (S. 159). Ferner geht es um Spinnen, die ihre Netze gezielt nahe den Motten anziehenden Straßenlichtern bauen, und AnolisEchsen, die in Puerto Rico in den Städten längere Glieder und mehr Lamellen an den Zehenballen als ihre ländlichen Artgenossen entwickelten und mithin schneller sind. Man möchte kaum glauben, dass Gimpel in Mexico-Stadt ihre Nester mit Zigarettenkippen ausstaffieren, so dass diese aufgrund des Nikotins praktisch milbenfrei sind. Die ‚Natur‘ ist nicht – wie vielfach angenommen – extrem schutzbedürftig, sondern unglaublich erfindungsreich, um den Widrigkeiten in der neuen Umwelt zu widerstehen und sich anzupassen. Ob es sich jeweils um evolutive Anpassung handelt und nicht etwa um „Epigenetik, Plastizität, weiche und harte Selektion und all die anderen Verwicklungen im Umkreis der urbanen Evolution“ (S. 191), wird ausdrücklich thematisiert, muss aber vielfach noch offenbleiben. Das tut der Güte des Bandes keinerlei Abbruch, sondern verdeutlicht nur, dass das Potenzial der urbanen Evolutionsforschung längst nicht ausgeschöpft ist. Da wir Menschen „eine Hyperschlüssel-Ökosystemingenieur-Supertramp-Art“ (S. 308) sind, geht Schilthuizens State of the Art urbaner Evolutionsbiologie uns unmittelbar an, weil wir alle auf die eine oder andere Weise schöpferische Ökosystem-Ingenieure werden können. Fazit: Eine perfekte Lektüre über die evolutiven Anpassungsprozesse in unserer unmittelbaren Nachbarschaft, die nicht nur naturinteressierte Laien zu fesseln vermag, sondern wegen des anspruchsvollen Niveaus, der ausführlichen Anmerkungen, der umfangreichen Literaturzitate und des ausführlichen Nachschlageregisters Biologen, Umweltforschern und Stadtentwicklern einen hervorragenden Einblick in die urbane Evolutionsbiologie bietet. (wh) ˜

Prof. Dr. Dr. h.c. Winfried Henke (wh) war bis 2010 Akadem. Direktor am Institut für Anthropologie, Fachbereich 10 (Biologie) der Johannes Gutenberg-Universität Mainz. Er ist Mitglied der Leopoldina – Nationale Akademie der Wissenschaften und der Leibniz-Sozietät der Wissenschaften zu Berlin.

henkew@uni-mainz.de

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