Würde die Evolution bei einem Neustart anders laufen?

Ob die Evolution rückwärtslaufen kann und ob sie bei einem Neustart anders laufen würde, ist umstritten. Aber beschleunigen kann sie.

Ihnen, den Karpfen, hat man die Schuppen weggezüchtet, bis sie glatt waren wie Spiegel. Aber bei Bedarf können sie neue bauen.
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Ihnen, den Karpfen, hat man die Schuppen weggezüchtet, bis sie glatt waren wie Spiegel. Aber bei Bedarf können sie neue bauen.
Ihnen, den Karpfen, hat man die Schuppen weggezüchtet, bis sie glatt waren wie Spiegel. Aber bei Bedarf können sie neue bauen. – REUTERS

Irgendwann im Mittelalter hatten Mönche genug von der Mühe des Schuppens, die ihnen die Karpfen in den Klosterteichen bereiteten, sie züchteten die Bewehrung weg, bis die Haut glatt war wie ein Spiegel. Das wurde ein Erfolgsmodell, allerorten, 1922 etwa wurden Spiegelkarpfen aus Frankreich nach Madagaskar exportiert, für Fischfarmen, in der Natur gab es dort keine Karpfen. Aber bald waren die ersten Ausbrecher in den Flüssen, und nach kurzer Zeit – 40 Generationen – hatten sie wieder, was sie vor Ungemach schützt, Parasiten vor allem.

Hatten sie so etwas wie ein genetisches Gedächtnis, das bei Bedarf wieder weckt, was einmal nützlich war? Dass es so etwas geben könnte, war in den Lehrbüchern verboten, seit 1893 der Franzose Louis Dollo ein nach ihm benanntes Gesetz formulierte: Wenn ein komplexes Lebewesen einmal verloren ist oder wenn ein komplexes Detail eines Lebewesens es ist, kommt es nie mehr: Ausgestorbene Arten stehen nicht auf, Vögeln wachsen keine Zähne mehr, Schlangen keine Beine, perdu!

Aber die Karpfen auf Madagaskar waren nicht die Ersten, die widersprachen oder es zumindest zu tun schienen: Man hatte schon bemerkt, dass manche Insekten, Schrecken, deren Ahnen die Flügel abgelegt hatten, doch wieder damit ausgestattet waren; andere Insekten, Falter, hatten zur Tarnung die Farbe der Umwelt eingenommen, als die Luft dicht mit Dreck verhangen war, sie wechselten zurück, als Reinhaltegesetze griffen. Ähnliches ist Aidan Couzins (Adelaide) an Zähnen von Kängurus aufgefallen: In dürren Zeiten, in denen es nur hartes Gras gab, wurden sie verstärkt, das entfiel wieder, als Regen kam und zarteres Futter sprießen ließ (Evolution 70, S. 568).

All das spricht aber nicht unbedingt gegen Dollo, sondern nur für die Macht der Umwelt bzw. der Selektion: Die neuen Flügel der Schrecken kamen auf anderen molekularen Wegen zustande als die alten, die neuen Schuppen der Karpfen auch, Marc Vandenputte (Paris) hat es gezeigt (Proc. Roy. Soc. B 2016.0945). Und wenn anderes Futter kommt, wie bei den Kängurus, dann müssen eben andere Zähne her, in diesem Fall sind die molekularen Details noch unklar.

Aber nicht immer gibt es alternative Wege: Als die Ahnen der Wale ins Wasser stiegen und die der Fledermäuse in die nächtliche Luft, hatten beide das gleiche Problem, das der Orientierung im Finstern. Beide lösten es mit Echolokation, und beide bauten sie gleich auf, bis in die feinsten molekularen Details: Die Gene bzw. Proteine sind identisch (Nature 502, S. 228). So ist es auch bei all denen, die sich gegen Gifte wappnen mussten, die das Herz bzw. Ionenkanäle darin attackieren. Solche Gifte haben etwa Kröten, aber auch Wolfsmilchpflanzen – und alle, die sich über sie hermachen, Schlange, Igel oder, bei Wolfsmilch, Insekten, haben identische Gegengifte bzw. Punktmutationen der Ionenkanäle entwickelt (Pnas 112, S. 11911).


Ein Weg, ein Ziel? Offenbar gibt es für manche Probleme nur eine Lösung, selbst auf dem grenzenlosen Experimentierfeld der Evolution, die alle Zeit der Welt hat. Oder führt gar prinzipiell nur ein Weg nach Rom? Diese theologisch geladene Debatte stieß eher unabsichtlich der Evolutionsbiologe Stephen Jay Gould an, als er 1989 fragte, ob alles auch ganz anders hätte laufen können: Er schlug ein Gedankenexperiment vor, in dem das „Tonband des Lebens“ zurückgespult bzw. auf den „reset button“ gedrückt wird. Für Gould war klar, dass dann ein neues und offenes Spiel begonnen hätte, er erntete aber Widerspruch, vor allem vom Paläontologen Simon Conway Morris. Der trug aus seinem Fachgebiet Beispiele zusammen und überhöhte sie zu einer Spielart des Kreationismus, also des Glaubens an eine Schöpfung ohne Schöpfer, aber mit intelligentem Design: Es habe nur einen Weg gegeben, und der habe auch nur ein Ziel gehabt, uns: „Life's Solution: Inevitable Humans in a Lonely Universe“, betitelte Morris eine Kampfschrift 2004.

Sieht man von der Glaubensfrage ab, sprechen für Morris etwa Eidechsen in der Karibik, die zu verschiedenen Zeiten auf verschiedene Inseln kamen und sich doch überall völlig gleich entwickelten, sich identisch spezialisierten, die auf dem Boden für das Leben auf dem Boden, die in den Bäumen für das Leben dort, Jonathan Losos (Harvard) hat es in 20-jährigem Mühen erkundet (Proc. Roy. Soc. B 275, S. 2749).

Zachary Blout (Michigan State University) referiert es, er ist in seiner eigenen Forschung aber auf ein Gegenbeispiel gestoßen, im längsten Experiment mit Bakterien: 1988 begann es mit zwölf identischen Populationen von E. coli. Von denen wurde und wird am Ende jedes Tages ein Prozent in eine neue Petrischale gesetzt, ein Teil des Rests wurde/wird tiefgefroren. Zunächst entwickelten sich alle ziemlich gleich, sie wurden größer, fanden bessere Wege zum Nutzen der Nährlösung bzw. der Glukose darin. Dann, 2003, nach über 33.000 Generationen, schlug eine Population einen neuen Weg ein, sie erschloss einen bis dahin ungenutzten Teil der Nährlösung, Citrose.

Für gewöhnlich kann E. colidas nicht, aber dieses fand über zwei Stufen hin (American Scientist 105, S. 156). Es gibt also Alternativen, aber könnte das Bakterium auch wieder zurück? Eher nicht, bei mehrstufigen Mutationen kann am Ende verloren sein, was am Anfang da war. Zumindest war das so bei einem Hormonrezeptor in Wirbeltieren, der vor 450 Millionen Jahren kam. Er band an viele Hormone, aber kaum an Cortisol. Auf das – und nur auf es – spezialisierte er sich nach 40 Millionen Jahren. Joseph Thornton (University of Oregon) hat es rekonstruiert und versucht, es rückgängig zu machen, es misslang: „Ich würde nie sagen, dass die Evolution nie reversibel ist, aber hier hat sie eine Brücke hinter sich verbrannt“ (Nature 461, S. 515).

Zurück geht es also nicht immer. Und nach vorn? Auch nicht, aber in der Not kann die Evolution beschleunigen, das haben viele Experimente gezeigt, bei denen Bakterien unter Stress gesetzt wurden. Der wirkt sogar selektiv, das hat Thomas Ferenci (Sydney) gerade gezeigt (PLoS Biology 8. 6.): Wenn in der Nährlösung Phosphor fehlt, erhöht der Mangel die Mutationsrate viel stärker und in anderen Regionen des Genoms als der von Eisen. ?

("Die Presse", Print-Ausgabe, 16.07.2017)

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