Gesundheit: Explosion des Lebens

Seit Charles Darwin stehen Naturforscher vor einem nicht eben kleinen Rätsel. Wie lässt sich erklären, dass im Verlauf der Erdgeschichte immer wieder neue Tierformen entstanden, noch dazu scheinbar plötzlich und unvermittelt aus dem Nichts? Machte die Evolution gar Sprünge und jagte das Leben in gewaltigen Sätzen zu neuen Höhen?

Obgleich Darwins epochales Werk, das 1859 zum Bestseller wurde, mit seinem Titel „Über den Ursprung der Arten“ bereits eine Antwort suggeriert, zerbrechen sich Biologen tatsächlich bis heute den Kopf darüber, wie es zur millionenfachen Vielfalt und Vielgestaltigkeit an Tierarten überall auf der Erde kam. Warum gibt es so verschiedene Formen, wie sie Wattwurm und Wachtel, Schnecke und Schnabeltier, Qualle und Quagga verkörpern? Warum gibt es überhaupt so viele unterschiedliche Arten? Auf der Erde leben zwischen 13 und 30 Millionen Arten; allen voran ein Millionenheer an Käfern und Krebsen, Schnecken, Schmetterlingen und Spinnen.

Mit seiner Theorie der Evolution durch Auswahl (Selektion) konnte der britische Naturforscher nur eine Teilantwort auf die Frage nach der Vielfalt geben. Demnach haben sich in der Natur durch allmählichen Wandel aufgrund von Anpassung und Auslese immer wieder neue Arten gebildet. Kleine Variationen und große Zeiträume sind der Stoff, aus dem Evolution ist.

Darwin erkannte zufällige genetische Veränderungen und die nachfolgende zwangsläufige Auslese durch die Umwelt als Triebfedern der Evolution – und die Natur als Ergebnis des Zusammenspiels von Zufall und Notwendigkeit.

In der fossilen Überlieferung erscheinen neue Lebensformen stets unvermittelt und plötzlich. Viele Paläontologen, die versteinerte Überreste früherer Lebewesen erforschen, haben daher so ihre Schwierigkeiten mit Darwins Idee allmählicher Veränderungen. Wo neue Arten und nicht selten sogar ganze Tierstämme abrupt auftauchen, sehen sie sprunghafte Ereignisse und vermuten unerkannte Mechanismen am Werk.

Zu solchen scheinbaren Sprüngen der Natur zählen etwa das Erscheinen der Tierwelt im Kambrium vor 540 Millionen Jahren (siehe Kasten), die Eroberung des Landes, als im Devon vor rund 360 Millionen Jahren amphibienhafte Wirbeltiere erschienen und zur Auffächerung der Vierfüßer führten. Neben der Eroberung des Luftraumes durch Vögel in der Kreidezeit vor 140 Millionen Jahren gilt Experten auch die Kolonisierung des Meeres durch Wale vor 50 Millionen Jahren als wichtige Innovation des Lebens.

Einige Forscher glauben, dass es so etwas wie „Makroevolution“ gibt. Damit meinen sie die Entstehung gänzlich neuer Baupläne und Blaupausen für Tierformen, seien dies nun landgängige Vierbeiner, fliegende Vögel oder ins Meer zurückgekehrte Wale. Mit dem wie abrupt und sprunghaft wirkenden Auftreten neuer Tiergattungen, Familien, Ordnungen und gar ganzer Klassen konfrontiert, fragen Paläontologen seit Darwins Zeiten immer wieder, ob dabei mehr als nur das simple Zusammenwirken von Mutation und Selektion im Spiel ist. Vielen reicht die Auswahl aus dem zufallsbedingten Angebot genetischer Varianten nicht aus. Weder um das Erscheinen gänzlich neuer Lebensformen zu erklären noch um die explosionsartige Auffächerung und ökologische Einnischung vieler ähnlicher Tierarten in einem neuen Lebensraum zu erklären.

Dagegen sind inzwischen dank der gemeinsamen Forschungen von Systematikern, Biogeografen und Genetikern die Grundzüge einer „Mikroevolution“ weitgehend unstrittig. Diese beschäftigt sich mit den Vorgängen auf dem Niveau von Tiergruppen (Populationen) und einzelnen Arten. Zwei grundsätzliche Erkenntnisse haben sich durchgesetzt. Zum einen, dass es durch Anpassung und Auslese zum Wandel innerhalb einzelner Populationen kommt; zum anderen, dass sich neue Tochterarten überwiegend durch räumliche Trennung der Gründerpopulationen bilden.

So werden Teilbestände einer Ausgangsart immer wieder beispielsweise durch sich auffaltende Gebirge oder neue Inseln, durch entstehende Meeresarme oder veränderte Flussläufe voneinander getrennt; sie durchlaufen fortan jeweils ihre eigene Evolution. Dauert dieser Prozess lange genug an, sammeln sich derart viele genetische Veränderungen an, dass diese Gründerpopulationen letztlich zu getrennten Arten werden.

Somit gibt es in der Evolutionsbiologie eine erhebliche Kluft zwischen einerseits der lebendigen Welt im Kleinen, also den inzwischen weithin anerkannten Vorgängen auf Artniveau, und andererseits im Großen, den in Stein festgehaltenen und aus grauer Vorzeit überlieferten makroevolutiven Mustern im Werdegang der Lebewesen.

Während viele Evolutionsbiologen die Wirkung auf Artniveau – also genetische Variation, natürliche und sexuelle Selektion sowie insbesondere räumliche Trennung – letztlich auch für die Ursache der Veränderungen im Großen halten, fehlen den Paläontologen bislang Belege für spezielle makroevolutive Mechanismen. Diese noch mysteriösen Faktoren werden lediglich vermutet.

Makroevolutionisten nutzen heute gern die jüngsten Befunde der Molekulargenetik und evolutionären Entwicklungsbiologie. Sie begeistert dabei etwa die Idee von einer radikalen Umorganisation im Erbgut oder vom An- und Abschalten von Steuer- und Regulatorgenen, ohne dass sich allerdings bislang ein Zusammenhang mit dem Erscheinen neuer Baupläne in der Erdgeschichte belegen ließ.

Des Rätsels Lösung könnte dagegen in der lückenhaften Überlieferung fossiler Lebensformen liegen. Denn kaum einmal gelingt es, die Zeitzeugen evolutiver Vorgänge zu finden. Der kürzlich verstorbene Evolutionsbiologe Ernst Mayr fand dafür eine simple Erklärung. Evolutive Veränderungen, rascher Wandel und radikale Neuerungen finden in kleinen Gründerpopulationen und oft am Rand des Verbreitungsgebietes statt. Zu evolutionären Innovationen kommt es im stillen Kämmerlein der Natur.

Erst nachdem sich diese Neuerungen durchgesetzt haben, werden sie auch in Fossilien sichtbar. Wenn indes immer nur im Abstand von zehn- oder gar hunderttausend Jahren ein Fossil überliefert wird, so gleicht dies einem Kriminalroman, dessen Handlung sich uns kaum erschließt, wenn wir nur jede zehnte oder gar hundertste Seite lesen können. Am Ende ist der Mörder der Gärtner. Aber wir wissen nicht, wie es dazu kam.

Matthias Glaubrecht