Evolution im Zeitraffer

Nicht immer vollzieht sich der Artenwandel in Jahrtausenden. Dass es auch viel rascher gehen kann, haben Forscher bei Vögeln und Walen beobachtet. Von Martin Koch

Vögel spielten in der Geschichte der Evolutionstheorie von Anfang an eine wichtige Rolle. Beinahe legendär geworden sind die sogenannten Darwinfinken, von denen heute 13 Arten auf den Galápagos-Inseln im östlichen Pazifik leben, etwa 1000 Kilometer vom südamerikanischen Festland entfernt. Die etwa 20 Zentimeter großen Singvögel unterscheiden sich voneinander vor allem durch ihre Ernährungsgewohnheiten sowie die Form und Länge ihrer Schnäbel.

Nach heutiger Kenntnis war die Gründerpopulation aller Darwinfinken, die womöglich aus einem einzigen Weibchen mit befruchteten Eiern bestand, vor rund zwei Millionen Jahren zufällig vom Festland auf eine der Galápagos-Inseln gelangt. Hier konnte sie sich frei von Konkurrenz vermehren und ausbreiten. Mit der Zeit besiedelten die Finken weitere Inseln des Galápagos-Archipels, wo sie jeweils andere Umweltbedingungen vorfanden und sich immer mehr von der Ausgangsart wegentwickelten. Nach langer geografischer Trennung hatten sich die verschiedenen Inselpopulationen genetisch so weit voneinander entfernt, dass sie sich untereinander nicht mehr erfolgreich fortpflanzen konnten: Aus der Ausgangsart waren mehrere neue Arten entstanden.

Zu deren Markenzeichen gehörten erkennbar unterschiedliche Schnabelformen, die sich als Anpassung an spezielle Nahrungsquellen deuten lassen. So besitzen die bis heute auf Galápagos lebenden körnerfressenden Finken dicke und klobige Schnäbel, bei den insektenfressenden Arten fallen sie dagegen schmal und spitz aus. Eine Finkenart benutzt sogar Kakteenstacheln, um unter der Borke nach Insektenlarven zu bohren. »Die Schnäbel der Darwinfinken sind damit so unterschiedlich wie in Mitteleuropa die von Kernbeißer, Spatz, Grasmücke und Specht, die zu ganz verschiedenen Vogelfamilien gezählt werden«, bemerkt der Zoologe und Wissenschaftsautor Matthias Glaubrecht.

Nicht selten wird behauptet, dass Darwin bereits während seines Aufenthalts auf Galápagos (1835) durch die Gestalt und Verbreitung der später nach ihm benannten Finken in einem Heureka-Moment zu seiner Abstammungslehre inspiriert worden sei. Das ist jedoch eine Legende. In Wirklichkeit nahm Darwin von den Finken zunächst wenig Notiz und hielt nicht einmal deren genauen geografischen Fundort fest. Erst nach seiner Rückkehr nach London machte ihn der britische Ornithologe John Gould auf die Besonderheiten der mitgebrachten Vögel aufmerksam, unter denen sich auch mehrere Spottdrosseln befanden. Sie stammten von verschiedenen Galápagos-Inseln und gehörten unterschiedlichen Arten an. Außerdem ähnelten sie einer auf dem südamerikanischen Festland lebenden Spottdrosselart, aus der, wie Darwin schlussfolgerte, die drei Galápagos-Arten hervorgegangen sein mussten. Nicht lange danach skizzierte er in seinem Notizbuch erste Gedanken zur Veränderlichkeit der Arten und legte damit gewissermaßen den Grundstein für seine epochale Theorie.

Dass die Darwinsche Theorie auf so heftigen Widerstand stieß (und mitunter bis heute stößt), liegt auch daran, dass der darin beschriebene Prozess des Artenwandels viel zu langsam verläuft, um von Menschen wahrgenommen zu werden. In einzelnen Fällen geht es jedoch schneller. Einen solchen Fall schildert jetzt ein niederländisch-britisches Forscherteam um Mirte Bosse vom Netherlands Institute of Ecology in der Fachzeitschrift »Science« (DOI: 10.1126/science.aal3298). Für eine Langzeitstudie hatten die Wissenschaftler das Erbgut von mehreren tausend Kohlmeisen in Großbritannien und den Niederlanden miteinander verglichen und dabei festgestellt: Die Gene, die bei Menschen die Gesichtsform und bei Darwinfinken die Form des Schnabels beeinflussen (insbesondere ein Gen mit der Bezeichnung COL4A5), wichen bei den Kohlmeisenpopulationen deutlich voneinander ab. Die Forscher schauten sich daraufhin die Schnäbel der Kohlmeisen genauer an. »Wir wussten vorher überhaupt nicht, dass es da Größen- oder Längenunterschiede gibt«, erklärte Bosse. »Aber nach dem Hinweis aus dem Erbgut haben wir angefangen zu messen.«

Ergebnis: Die Kohlmeisen in Großbritannien haben im Schnitt längere Schnäbel als ihre Artgenossinnen in den Niederlanden. Um herauszufinden, ob das schon immer so war, werteten die Wissenschaftler historische Forschungsdaten aus. Dabei stellten sie fest, dass die Schnabellänge in den vergangenen fünf Jahrzehnten kontinuierlich gewachsen ist. Was waren die Ursachen dafür? Bosse und ihre Kollegen vermuten, dass ähnlich wie bei den Darwinfinken auch bei den Meisen eine Anpassung an eine neue Nahrungsquelle stattgefunden hat. Denn es ist guter Brauch im Vereinigten Königreich, Meisen reichlich mithilfe von Futterspendern zu füttern. Und wie es scheint, kommen Vögel mit langen Schnäbeln an die in solchen Behältnissen befindlichen Körner besser heran.

Den Rest dürfte die natürliche Auslese besorgt haben. Tatsächlich ziehen britische Kohlmeisen mit einer speziellen Mutation des Gens COL4A5, die vermutlich zu besonders langen Schnäbeln führt, im Schnitt mehr Küken auf als kurzschnäblige Meisen. Zwar wollen die Forscher nicht ausschließen, dass das unterschiedliche Längenwachstum der Schnäbel noch von anderen Faktoren beeinflusst wird. So könnte zum Beispiel das britische Vogelfutter einfach nahrhafter sein als das niederländische. Wie dem auch sei. Die Existenz von zwei Populationen einer Art, die sich geografisch und genetisch an verschiedene Lebensbedingungen angepasst haben, ist häufig der Anlass für die Trennung der Spezies in zwei Arten. So einst geschehen bei den Darwinfinken. Ob es irgendwann auch bei den Kohlmeisen zu einer Artenaufspaltung kommen wird, kann derzeit natürlich niemand vorhersagen.

Lange schien es, als sei zumindest eine vorübergehende geografische Trennung von zwei oder mehr Populationen einer Spezies, etwa durch ein Meer, ein Gebirge oder eine Wüste, notwendig für die Herausbildung neuer Arten. Inzwischen kennt man jedoch Fälle, bei denen die Artbildung auch ohne räumliche Barrieren funktioniert, wenngleich die höchst selten sind. Als Beispiel könnte man die Buntbarsche in den ostafrikanischen Seen anführen. Die vielen Arten von Buntbarschen, die dort leben, sind jeweils aus eingewanderten Arten hervorgegangen und haben sich im Laufe der Zeit durch körperliche Anpassungen neue Nahrungsquellen bzw. ökologische Nischen in den Seen erschlossen. Beobachtet wurde diese Form des Artenwandels außerdem bei Pflanzen und Insekten.

Dass ähnliche Prozesse auch bei Säugetieren stattfinden, konnte unlängst ein Forscherteam um Rüdiger Riesch vom Royal Holloway College der University of London nachweisen. Und zwar anhand von Schwertwalen, auch Orcas genannt, die in sämtlichen Weltmeeren vorkommen, von den Tropen bis weit in den Norden und Süden der Erde. An sich stehen einer Paarung von Orcas aus verschiedenen Nachbarpopulationen keine geografischen Hindernisse im Weg. Dennoch leben manche Populationen der Schwertwale ohne sexuelle Kontakte so nebeneinander, als wären sie unterschiedlichen Arten zugehörig. Biologisch gesehen bilden sie sogenannte Ökotypen. Das sind Populationen einer Art, die im Vergleich zu anderen Populationen derselben Art eigene, genetisch fixierte Umweltanpassungen erworben haben.

Die Individuen der verschiedenen Ökotypen von Orcas unterscheiden sich erwartungsgemäß äußerlich voneinander, zum Beispiel in ihrer Größe und Färbung. Viel markanter sind jedoch die Abweichungen im Verhalten. »Als treibende Kraft der Artbildung fungieren bei Orcas womöglich kulturelle Unterschiede«, meint Riesch, der wie viele Biologen den Begriff kulturell sehr weit fasst. »Denn Orcas sind hinsichtlich ihrer Sexualpartner auffallend wählerisch: Sie scheinen sich fast ausschließlich mit Artgenossen einzulassen, die weitgehend die gleichen Gewohnheiten pflegen wie sie selbst.«

Zu den kulturellen Unterschieden, die bei Orcas sexuell trennend wirken, gehört die jeweils bevorzugte Nahrung. So frisst ein Ökotyp im selben Verbreitungsgebiet am liebsten Fische, ein anderer Robben und ein dritter Meeressäuger. Tradiert werden zudem die »Bräuche« bei der Nahrungsbeschaffung. Manche Orcas überwältigen junge Seelöwen trickreich am Strand. Andere bringen durch koordinierte Bewegungen in der Gruppe eine Eisscholle ins Wanken. Damit erreichen sie häufig, dass eine auf der Scholle sitzende und als Beute auserkorene Robbe ins Wasser rutscht. Und auch in der akustischen Kommunikation, die über Klicks, gepulste Rufe oder Pfiffe erfolgt, hat jeder Ökotyp seine eigenen Besonderheiten entwickelt.

Wie erwähnt sind die heute lebenden Ökotypen von Orcas genetisch verschieden. Genetisch unverträglich sind sie jedoch nicht. Allein die kulturellen Barrieren verhindern eine mögliche Paarung. »Man kann sich gut vorstellen, dass diese kulturelle Absonderung das Erbgut der Gruppen im Lauf der Generationen immer unterschiedlicher werden lässt, bis es irgendwann nicht mehr zueinanderpasst«, schreibt Riesch im Journal »Spektrum der Wissenschaft« (4.17). Aus verschiedenen Ökotypen wären dann verschiedene Arten geworden - in erster Linie durch kulturelle Einflüsse, die in diesem Fall ein ähnliches evolutionäres Potenzial entfaltet hätten wie eine räumliche Trennung.

Die bei Schwertwalen beobachteten Prozesse könnten laut Riesch auch bei der Evolution des Menschen eine wichtige Rolle gespielt haben. Denn zumindest die jüngere Evolution des Homo sapiens basierte nach neueren genetischen Studien großenteils auf kleinräumigen kulturellen Innovationen. So brachte zum Beispiel die Rinderhaltung in einigen Populationen Afrikas und Europas eine genetisch bedingte Toleranz für Milchzucker (Laktose) hervor. Und die Inuit auf Grönland erwarben durch eine fettreiche Ernährung in ihrer evolutionären Vergangenheit einen effizienteren Fettstoffwechsel. Allerdings führte diese sogenannte Gen-Kultur-Koevolution nicht zu einer Aufspaltung des Homo sapiens in mehrere Arten. In weiter zurückliegenden Zeiten war die Situation anders, da lebten gelegentlich mehrere Menschenarten gleichzeitig nebeneinander. Man denke etwa an die Neandertaler, die etwas bulligeren Nachbarn des Homo sapiens in Eurasien, die vor rund 30 000 Jahren ausstarben. Auch damals könnte, wie Riesch vermutet, die Kultur eine treibende Kraft der Evolution gewesen sein.

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