Grundlagen: Die 5 Säulen der Evolution - Teil 1: Eine Übersicht
(Neuauflage:
Dieser Artikel war bereits einmal online (22.10.2018), wurde aber noch einmal zurückgezogen, um ihn komplett zu überarbeiten. Außerdem sollte er einst eine durchgehende Artikelreihe begründen. Da ist durch das eingefügte Inhaltsverzeichnis nicht mehr nötig. Außerdem wird er einfach verlinkt, wenn zwischen diesem und dem folgenden Artikel einige Zeit vergangen ist. So ist es ja bereits mehrfach mit anderen Artikelreihen geschehen, die durch andere Artikel oder Videos unterbrochen wurden, um das Ganze aufzulockern.)
Ich bin eigentlich wenig begeistert, neben den aktuell laufenden Artikelserien noch eine weitere zu eröffnen, aber ich habe schon eine Weile nichts mehr gepostet hier und wollte diesen Umstand nun wieder ändern. Aber eben nicht mit weiteren Kolonnen an Videos. Die werden schon noch folgen, sondern mit geschriebenen Artikeln. Auch damit ein Mix gewahrt bleibt. Die offenen oder angefangen Artikelreihen sind im Folgenden kurz angerissen:
Nach all der Zeit und über 10 Jahren in diesem Thread habe ich mich aber erst einmal entschlossen, die grundsätzlichsten Sachen zu erörtern.
Darwin beschrieb einst 5 Säulen der Evolution. Am bekanntesten sollten diese beiden sein: Mutation und Selektion. Aber es gibt da auch Variation, Adaption und den genetischen Drift.
Auch meine Vorstellung von Evolution ist recht vage, aber ich versuche dennoch die 5 Säulen, die 5 Teiltheorien in kurzen Sätzen zu erläutern. In den nächsten Teilen geht es dann an die einzelnen Säulen mit gewaltigem Aufwand.
Mutation
(lat. mutare "ändern, verwandeln")
Die Mutation beschreibt eine dauerhafte Veränderung des Erbgutes. Sie betrifft zunächst nur das Erbgut einer Zelle, wird aber von dieser an alle eventuell entstehenden Tochterzellen weitergegeben. Eine Mutation kann Auswirkungen auf die Merkmale eines Organismus haben oder nicht (stille Mutation). Merkmalsänderungen können negative, positive oder auch gar keine Folgen hinsichtlich der Lebensfähigkeit und/oder des Fortpflanzungsvermögens haben. Mutationen können spontan auftreten oder durch äußere Einflüsse verursacht werden, wie beispielsweise Strahlung oder erbgutverändernde Chemikalien.
Genommutationen sind Veränderungen der Anzahl der Chromosomen, Chromosomenmutationen sind Veränderungen der Chromosomenstruktur selbst.
Zwar sind Mutationen mit positiven Folgen seltener als solche neutraler oder negativer Auswirkung. Doch wenn eine positive Mutation auftritt, trägt der Mechanismus der natürlichen Selektion dazu bei, dass diese sich in einer Population ausbreiten kann.
Selektion
(lat. selectio "Auswahl/Auslese")
Falls die Individuen einer Population in einem oder mehreren Merkmalen variieren, bewirkt die Selektion einen unterschiedlichen Fortpflanzungserfolg, indem einige Individuen länger überleben, mehr Nachkommen produzieren können, Feinden besser entkommen oder widerstehen können, resistenter gegen Krankheiten sind, und so weiter. Man sagt dazu, die Individuen mit höherem Fortpflanzungserfolg besitzen eine höhere Fitness. Die selektierten Merkmale, die die höhere Fitness bewirken, können genetisch bedingt, also erblich sein, oder es kann sich um umweltbedingte Varianten oder Modifikationen handeln. Evolutionär wirksam ist nur die Selektion erblicher Merkmale.
Die unterschiedlichen Individuen besitzen nur in seltenen Ausnahmefällen vollkommen unterschiedliche Gene. In der Regel ist es so, dass die vererbten Unterschiede auf geringfügige Varianten desselben Gens (Allele) zurückzuführen sind. Die meisten dieser Unterschiede betreffen sogar nur ein einzelnes Basenpaar.
Variation
(lat. variare "verändern")
Die phänotypische (#1) Variation bezeichnet die Unterschiede von Merkmalen zwischen den Mitgliedern derselben Art oder verwandter Arten. In der Population einer Art sind keine zwei Individuen exakt identisch. Einige der Variationen sind erblich, sie werden an die Nachkommen weitergegeben. Variation führt zur biologischen Diversität einer Population. Sie bietet das Rohmaterial für evolutionäre Veränderung.
Adaption
(lat. adaptare "anpassen")
Eine evolutionäre Anpassung ist ein Merkmal eines Organismus, das für sein Überleben beziehungsweise seine Fortpflanzungsfähigkeit vorteilhaft ist, und das durch natürliche Selektion für seinen gegenwärtigen Zweck entstanden ist. Ein Merkmal kann in diesem Zusammenhang sowohl eine körperliche Besonderheit als auch eine Verhaltensweise sein. Damit ein Merkmal adaptiv ist, muss es erblich sein.
Merkmale, die für den Organismus vorteilhaft sind, aber deren Ursprung auf einen anderen Zweck zurückgeht, werden als Exadaptionen bezeichnet. Der alternativ dafür gebrauchte Ausdruck Präadaptation wird heute vielfach vermieden, weil er den falschen Eindruck einer zielgerichteten Entwicklung auf den neuen Zweck hin vermittelt.
Genetischer Drifts
Als Gendrift bezeichnet man in der Populationsgenetik eine zufällige Veränderung der Allelfrequenz innerhalb des Genpools (Gesamtheit der Gene aller Individuen) einer Population. Die natürliche Selektion hingegen ist direkt an den Überlebens- und Reproduktionserfolg von Individuen gekoppelt, also deren Angepasstheit an ihre Umwelt. Der genetische Drift dagegen hat keine derartigen Ursachen, sondern ist rein zufallsbestimmt. Die Universität von California in Berkeley hat auf ihrer netten Webseite versucht, das Ganze mit einem Cartoon zu verdeutlichen:
Der Fuß ist hier Symbol für den Zufall. Ohne Selektion auszuüben wird hier ein zufälliger Teil der Individuen aus der Population "entfernt".
Jede weitere Vereinfachung dieser 5 Säulen führt zu einem noch vageren oder unzureichenderen Verständnis. All diese Säulen sind messbar, sind experimentell bestätigt. Dies bestärkt Evolutionsvertreter eben - durchaus berechtigt - darin, dass an der Sache was dran sein muss. Wer möchte, kann darin gerne das Wirken eines Gottes sehen, aber für die Aussagen der Theorie ist es unerheblich.
In den folgenden Beiträgen dieser Artikelserie werde ich auf die 5 Säulen in einzelnen eingehen.
#1 - Phänotyp
Es ist zwischen dem, durch Erbanlagen und Umwelteinflüssen geprägten Erscheinungsbild eines Organismus (Phänotyp) und der genetischen Grundlage (Genotyp) zu unterscheiden.
(Neuauflage:
Dieser Artikel war bereits einmal online (22.10.2018), wurde aber noch einmal zurückgezogen, um ihn komplett zu überarbeiten. Außerdem sollte er einst eine durchgehende Artikelreihe begründen. Da ist durch das eingefügte Inhaltsverzeichnis nicht mehr nötig. Außerdem wird er einfach verlinkt, wenn zwischen diesem und dem folgenden Artikel einige Zeit vergangen ist. So ist es ja bereits mehrfach mit anderen Artikelreihen geschehen, die durch andere Artikel oder Videos unterbrochen wurden, um das Ganze aufzulockern.)
Ich bin eigentlich wenig begeistert, neben den aktuell laufenden Artikelserien noch eine weitere zu eröffnen, aber ich habe schon eine Weile nichts mehr gepostet hier und wollte diesen Umstand nun wieder ändern. Aber eben nicht mit weiteren Kolonnen an Videos. Die werden schon noch folgen, sondern mit geschriebenen Artikeln. Auch damit ein Mix gewahrt bleibt. Die offenen oder angefangen Artikelreihen sind im Folgenden kurz angerissen:
- "Where is everybody?", über die Wahrscheinlichkeit und Suche nach Außerirdischen, hat seinen letzten Eintrag im November 2022 erhalten.
- "Rezension: Whatsapp 29. Mai 2021 - Kameras und Augen", über die mangelhafte und doch irgendwie passende Vergleichbarkeit von biologischen Organismen und technischen Innovationen, der eigentlich nur 1 oder 2 Artikel noch fehlen.
- Und "Studienprojekt: Hiob 38", über die Welt vor der fiktiven Sintflut und wie die Wissenschaft der Geologie diese Geschichte aktuell betrachtet, die erst diesen Juni gestartet wurde.
Nach all der Zeit und über 10 Jahren in diesem Thread habe ich mich aber erst einmal entschlossen, die grundsätzlichsten Sachen zu erörtern.
Darwin beschrieb einst 5 Säulen der Evolution. Am bekanntesten sollten diese beiden sein: Mutation und Selektion. Aber es gibt da auch Variation, Adaption und den genetischen Drift.
Auch meine Vorstellung von Evolution ist recht vage, aber ich versuche dennoch die 5 Säulen, die 5 Teiltheorien in kurzen Sätzen zu erläutern. In den nächsten Teilen geht es dann an die einzelnen Säulen mit gewaltigem Aufwand.
Mutation
(lat. mutare "ändern, verwandeln")
Die Mutation beschreibt eine dauerhafte Veränderung des Erbgutes. Sie betrifft zunächst nur das Erbgut einer Zelle, wird aber von dieser an alle eventuell entstehenden Tochterzellen weitergegeben. Eine Mutation kann Auswirkungen auf die Merkmale eines Organismus haben oder nicht (stille Mutation). Merkmalsänderungen können negative, positive oder auch gar keine Folgen hinsichtlich der Lebensfähigkeit und/oder des Fortpflanzungsvermögens haben. Mutationen können spontan auftreten oder durch äußere Einflüsse verursacht werden, wie beispielsweise Strahlung oder erbgutverändernde Chemikalien.
Genommutationen sind Veränderungen der Anzahl der Chromosomen, Chromosomenmutationen sind Veränderungen der Chromosomenstruktur selbst.
Zwar sind Mutationen mit positiven Folgen seltener als solche neutraler oder negativer Auswirkung. Doch wenn eine positive Mutation auftritt, trägt der Mechanismus der natürlichen Selektion dazu bei, dass diese sich in einer Population ausbreiten kann.
Selektion
(lat. selectio "Auswahl/Auslese")
Falls die Individuen einer Population in einem oder mehreren Merkmalen variieren, bewirkt die Selektion einen unterschiedlichen Fortpflanzungserfolg, indem einige Individuen länger überleben, mehr Nachkommen produzieren können, Feinden besser entkommen oder widerstehen können, resistenter gegen Krankheiten sind, und so weiter. Man sagt dazu, die Individuen mit höherem Fortpflanzungserfolg besitzen eine höhere Fitness. Die selektierten Merkmale, die die höhere Fitness bewirken, können genetisch bedingt, also erblich sein, oder es kann sich um umweltbedingte Varianten oder Modifikationen handeln. Evolutionär wirksam ist nur die Selektion erblicher Merkmale.
Die unterschiedlichen Individuen besitzen nur in seltenen Ausnahmefällen vollkommen unterschiedliche Gene. In der Regel ist es so, dass die vererbten Unterschiede auf geringfügige Varianten desselben Gens (Allele) zurückzuführen sind. Die meisten dieser Unterschiede betreffen sogar nur ein einzelnes Basenpaar.
Variation
(lat. variare "verändern")
Die phänotypische (#1) Variation bezeichnet die Unterschiede von Merkmalen zwischen den Mitgliedern derselben Art oder verwandter Arten. In der Population einer Art sind keine zwei Individuen exakt identisch. Einige der Variationen sind erblich, sie werden an die Nachkommen weitergegeben. Variation führt zur biologischen Diversität einer Population. Sie bietet das Rohmaterial für evolutionäre Veränderung.
Adaption
(lat. adaptare "anpassen")
Eine evolutionäre Anpassung ist ein Merkmal eines Organismus, das für sein Überleben beziehungsweise seine Fortpflanzungsfähigkeit vorteilhaft ist, und das durch natürliche Selektion für seinen gegenwärtigen Zweck entstanden ist. Ein Merkmal kann in diesem Zusammenhang sowohl eine körperliche Besonderheit als auch eine Verhaltensweise sein. Damit ein Merkmal adaptiv ist, muss es erblich sein.
Merkmale, die für den Organismus vorteilhaft sind, aber deren Ursprung auf einen anderen Zweck zurückgeht, werden als Exadaptionen bezeichnet. Der alternativ dafür gebrauchte Ausdruck Präadaptation wird heute vielfach vermieden, weil er den falschen Eindruck einer zielgerichteten Entwicklung auf den neuen Zweck hin vermittelt.
Genetischer Drifts
Als Gendrift bezeichnet man in der Populationsgenetik eine zufällige Veränderung der Allelfrequenz innerhalb des Genpools (Gesamtheit der Gene aller Individuen) einer Population. Die natürliche Selektion hingegen ist direkt an den Überlebens- und Reproduktionserfolg von Individuen gekoppelt, also deren Angepasstheit an ihre Umwelt. Der genetische Drift dagegen hat keine derartigen Ursachen, sondern ist rein zufallsbestimmt. Die Universität von California in Berkeley hat auf ihrer netten Webseite versucht, das Ganze mit einem Cartoon zu verdeutlichen:
Der Fuß ist hier Symbol für den Zufall. Ohne Selektion auszuüben wird hier ein zufälliger Teil der Individuen aus der Population "entfernt".
Jede weitere Vereinfachung dieser 5 Säulen führt zu einem noch vageren oder unzureichenderen Verständnis. All diese Säulen sind messbar, sind experimentell bestätigt. Dies bestärkt Evolutionsvertreter eben - durchaus berechtigt - darin, dass an der Sache was dran sein muss. Wer möchte, kann darin gerne das Wirken eines Gottes sehen, aber für die Aussagen der Theorie ist es unerheblich.
In den folgenden Beiträgen dieser Artikelserie werde ich auf die 5 Säulen in einzelnen eingehen.
#1 - Phänotyp
Es ist zwischen dem, durch Erbanlagen und Umwelteinflüssen geprägten Erscheinungsbild eines Organismus (Phänotyp) und der genetischen Grundlage (Genotyp) zu unterscheiden.
Die Evolution des Wirbeltierauges lässt sich nach Trevor Lamb grob in sechs Phasen gliedern (#1). Danach hatten in einer ersten Phase bereits vor 600 Millionen Jahren einfache bilaterale Tiere rhabdomerartige (bürstenförmige) und ziliare (mit Wimpern ausgestattete) Fotorezeptoren mit entsprechenden frühen Formen des Sehpigment-Proteins Opsin entwickelt. In diese Sehpigmente sind lichtempfindliche Farbstoffe (Chromophoren) integriert, die entscheidend für die Licht-Wahrnehmung bei Tieren (Phototaxis) sind. Die Rezeptoren können dabei in sogenannten Augenflecken (Ocelli) konzentriert gewesen sein oder sie waren über den ganzen Körper verteilt. 
(Abbildung links: Modell der schrittweisen Evolution eines Linsenauges. Die Zahlen rechts geben die Anzahl evolutionärer Einzelschritte zwischen zwei Abbildungsstufen an.)
Heute ist anerkannt, dass selbst eine primitive Linse, die noch keine Unterstützung durch eine Hornhaut besitzt und nicht akkommodieren kann, evolutionär eine bessere Sehfähigkeit besitzt als ein Auge ohne Linse. Es verfügt bereits über eine gewisse Bildauflösungsfähigkeit. Augen ohne Linse, wie sie die Garnele Rimicaris exoculata auf ihrem Rücken besitzt (Bild rechts), ein Tier, das in der Nähe von Schloten in tiefen Meeresgewässern lebt, ist dagegen evolutionär vorteilhafter als gar kein Auge (#2, #3). Die Lichtempfindlichkeit ist hier maximal, die Bildauflösungsfähigkeit minimal.
Diese Unterschiede waren immer wieder Gegenstand heftig geführter Diskussionen um die Perfektion des Auges und speziell darum, ob das Wirbeltierauge wegen der Inversionslage der Fotorezeptorzellen evolutionär unglücklich gebaut ist (#8). Da die Netzhautzellen sehr energiezehrend sind, müssen sie ausreichend mit Sauerstoff versorgt werden. Die ineffiziente Anordnung der Fotorezeptorzellen auf der inversen, lichtabgewandten Seite ist demnach unter dem Gesichtspunkt der Energieversorgung notwendig (#3). Es ist daher unangebracht, davon zu sprechen, das Wirbeltierauge sei unter dem hier betrachteten Aspekt "keineswegs perfekt", "ungeschickt aufgebaut", oder habe "bestimmte Mängel", wie Trevor Lamb sich äußert (#9).