Dies ist ein Repost vom 24.April 2010. Die Beobachtung der Speziation ist die zweite in meiner Evolutionsserie, die mit dem merkwürdigen Fall von Hunden begann.

Wir haben gesehen, dass die kleinsten Unterschiede zu dramatischen Variationen führen können, als wir uns die große Vielfalt bei Hunden ansahen. Aber trotz ihrer Unterschiede sind alle Hunderassen immer noch die gleichen Arten wie sie und ihre Vorfahren. Wie teilen sich Arten? Was verursacht Speziation? Und welche Beweise haben wir dafür, dass es jemals zu einer Artbildung gekommen ist?

Evolutionskritiker greifen oft auf die Maxime zurück, dass niemand je gesehen hat, wie sich eine Spezies in zwei Teile gespalten hat. Während das eindeutig ein Strohmann ist, weil die meisten Artenbildung viel länger als unsere Lebensdauer dauert, ist es auch nicht wahr. Wir haben gesehen, wie sich Arten gespalten haben, und wir sehen weiterhin, dass Arten jeden Tag auseinander gehen.

Zum Beispiel gab es die beiden neuen Arten der amerikanischen Ziegenbärte (oder Schwarzwurzeln, Gattung Tragopogon), die im vergangenen Jahrhundert entstanden sind. In den frühen 1900er Jahren wurden drei Arten dieser Wildblumen – die Schwarzwurzel (T. dubius), die Wiesenwurzel (T. pratensis) und die Austernpflanze (T. porrifolius) – aus Europa in die Vereinigten Staaten eingeführt. Als ihre Populationen expandierten, interagierten die Arten und produzierten oft sterile Hybriden. Aber in den 1950er Jahren erkannten Wissenschaftler, dass es zwei neue Variationen von Ziegenbart gab. Obwohl sie wie Hybriden aussahen, waren sie nicht steril. Sie waren perfekt in der Lage, sich mit ihrer eigenen Art zu vermehren, aber nicht mit einer der ursprünglichen drei Arten – die klassische Definition einer neuen Art.

Wie kam es dazu? Es stellt sich heraus, dass die Elternpflanzen Fehler machten, als sie ihre Gameten schufen (analog zu unseren Spermien und Eiern). Anstatt Gameten mit nur einer Kopie jedes Chromosoms herzustellen, schufen sie Gameten mit zwei oder mehr, ein Zustand, der Polyploidie genannt wird. Zwei polyploide Gameten verschiedener Arten, jeweils mit der doppelten genetischen Information, die sie haben sollten, verschmolzen, und schuf ein Tetraploid: eine Kreatur mit 4 Chromosomensätzen. Aufgrund des Unterschieds in der Chromosomenzahl konnte sich das Tetrapoid nicht mit einer seiner Elternarten paaren, aber es wurde nicht daran gehindert, sich mit anderen Arten zu vermehren.

Dieser Prozess, bekannt als Hybridspeziation, wurde mehrfach in verschiedenen Pflanzen dokumentiert. Aber nicht nur Pflanzen spezifizieren sich durch Hybridisierung: Auch Heliconius-Schmetterlinge haben sich auf ähnliche Weise gespalten.

Es braucht keine Masse von Mutationen, die sich über Generationen ansammeln, um eine andere Spezies zu erschaffen – alles, was es braucht, ist ein Ereignis, das eine Gruppe von Individuen reproduktiv von einer anderen isoliert. Dies kann sehr schnell passieren, in Fällen wie diesen von Polyploidie. Eine einzige Mutation kann ausreichen. Oder es kann in einem viel, viel langsameren Tempo passieren. Dies ist die Artbildung, für die die Evolution bekannt ist – die allmählichen Veränderungen im Laufe der Zeit, die Arten trennen.

Aber nur weil wir nicht alle Speziationsereignisse von Anfang bis Ende sehen können, heißt das nicht, dass wir keine Artenspaltung sehen können. Wenn die Evolutionstheorie wahr ist, würden wir erwarten, Arten in verschiedenen Stadien der Trennung auf der ganzen Welt zu finden. Es würde solche geben, die gerade erst begonnen haben, sich zu spalten und reproduktive Isolation zu zeigen, und solche, die immer noch wie eine Art aussehen, sich aber seit Tausenden von Jahren nicht mehr gekreuzt haben. In der Tat finden wir genau das.

Die Apfelmagdenfliege Rhagoletis pomonella ist ein Paradebeispiel für eine Art, die gerade erst zu divergieren beginnt. Diese Fliegen sind in den Vereinigten Staaten beheimatet und ernährten sich bis zur Entdeckung Amerikas durch Europäer ausschließlich von Weißdornen. Aber mit der Ankunft neuer Menschen kam eine neue potenzielle Nahrungsquelle in seinen Lebensraum: Äpfel. Zuerst ignorierten die Fliegen die Leckereien. Aber im Laufe der Zeit erkannten einige Fliegen, dass sie auch die Äpfel essen konnten, und begannen, die Bäume zu wechseln. Während dies allein nicht erklärt, warum die Fliegen speziieren würden, tut dies eine merkwürdige Eigenart ihrer Biologie: Apfelmaden paaren sich auf dem Baum, auf dem sie geboren werden. Als ein paar Fliegen über Bäume sprangen, schnitten sie sich vom Rest ihrer Spezies ab, obwohl sie nur wenige Meter entfernt waren. Als Genetiker Ende des 20.Jahrhunderts genauer hinschauten, stellten sie fest, dass die beiden Arten – diejenigen, die sich von Äpfeln ernähren, und diejenigen, die sich von Weißdorn ernähren – unterschiedliche Allelfrequenzen aufweisen. Tatsächlich begann Rhagoletis pomonella direkt vor unserer Nase die lange Reise der Artbildung.

Wie zu erwarten, sind andere Tiere in diesem Prozess viel weiter – obwohl wir es nicht immer erkennen, bis wir uns ihre Gene ansehen.

Orcas (Orcinus orca), besser bekannt als Killerwale, sehen alle ziemlich ähnlich aus. Es sind große Delfine mit schwarzen und weißen Flecken, die in Rudeln jagen und in Sea World nette Tricks ausführen. Aber seit einigen Jahrzehnten glauben Meeressäuger, dass die Geschichte mehr zu bieten hat. Verhaltensstudien haben gezeigt, dass verschiedene Gruppen von Orcas unterschiedliche Verhaltensmerkmale haben. Sie ernähren sich von verschiedenen Tieren, handeln anders und sprechen sogar anders. Aber ohne eine Möglichkeit, den Walen unter Wasser zu folgen, um zu sehen, mit wem sie sich paaren, konnten die Wissenschaftler nicht sicher sein, ob die verschiedenen Walkulturen einfach Macken waren, die von Generation zu Generation weitergegeben wurden, oder ein Hinweis auf viel mehr.

Jetzt haben Genetiker getan, was die Verhaltensforscher nicht konnten. Sie schauten sich an, wie die Wale brüten. Als sie sich das gesamte mitochondriale Genom von 139 verschiedenen Walen auf der ganzen Welt ansahen, fanden sie dramatische Unterschiede. Diese Daten deuten darauf hin, dass es tatsächlich mindestens drei verschiedene Arten von Killerwalen gibt. Die phylogenetische Analyse ergab, dass die verschiedenen Orca-Arten seit 150.000 bis 700.000 Jahren getrennt sind.

Warum haben sich die Orcas getrennt? Die Wahrheit ist, wir wissen es nicht. Vielleicht war es ein Nebeneffekt von Modifikationen für die Jagd auf verschiedene Beutequellen, oder vielleicht gab es eine Art physische Barriere zwischen Populationen, die seitdem verschwunden ist. Alles, was wir wissen, ist, dass während wir damit beschäftigt waren, Höhlenwände zu bemalen, etwas Gruppen von Orcas dazu brachte, sich zu spalten und mehrere Arten zu schaffen.

Es gibt viele verschiedene Gründe, warum Arten auseinander gehen. Am einfachsten und offensichtlichsten ist eine Art physikalische Barriere – ein Phänomen, das als allopatrische Speziation bezeichnet wird. Wenn Sie sich Fischarten im Golf von Mexiko und vor der Küste Kaliforniens ansehen, werden Sie feststellen, dass es viele Ähnlichkeiten zwischen ihnen gibt. In der Tat sehen einige der Arten fast identisch aus. Wissenschaftler haben sich ihre Gene angesehen, und Arten auf beiden Seiten dieser dünnen Landbrücke sind enger miteinander verwandt als mit anderen Arten, sogar solche in ihrem Gebiet. Was passiert ist, ist, dass vor langer Zeit die Kontinente Nord- und Südamerika getrennt und die Ozeane miteinander verbunden waren. Als die beiden Landmassen verschmolzen, Populationen von Arten wurden auf beiden Seiten isoliert. Im Laufe der Zeit haben sich diese Fische so weit voneinander entfernt, dass sie getrennte Arten sind.

Arten können sich auch ohne so klare Grenzen spalten. Wenn Arten wie die Apfelmaden fliegen – ohne eine vollständige, physikalische Barriere – divergieren, spricht man von sympatrischer Speziation. Sympatrische Speziation kann aus allen möglichen Gründen auftreten. Alles, was es braucht, ist etwas, das eine Gruppe dazu bringt, weniger Sex mit einer anderen zu haben.

Bei einer Art von Monarchenfliegenfängern (Monarcha castaneiventris) ging es um das Aussehen. Diese kleinen Insektenfresser leben auf den Salomonen östlich von Papua-Neuguinea. Irgendwann entwickelte eine kleine Gruppe von ihnen eine einzige Aminosäurenmutation im Gen für ein Protein namens Melanin, das das Farbmuster des Vogels bestimmt. Einige Fliegenschnäpper sind alle schwarz, während andere kastanienfarbene Bäuche haben. Obwohl die beiden Gruppen durchaus in der Lage sind, lebensfähige Nachkommen zu produzieren, vermischen sie sich nicht in freier Wildbahn. Die Forscher fanden heraus, dass die Vögel die andere Gruppe bereits als eine andere Art sehen. Die Männchen, die heftig territorial sind, reagieren nicht, wenn ein andersfarbiges Männchen ihren Rasen betritt. Wie die Apfelmaden kreuzen sich die Fliegenschnäpper nicht mehr und haben damit den ersten Schritt zu zwei verschiedenen Arten gemacht.

Dies mag wie kleine Änderungen erscheinen, aber denken Sie daran, wie wir mit Hunden gelernt haben, können sich kleine Änderungen summieren. Da sie sich nicht kreuzen, werden diese verschiedenen Gruppen im Laufe der Zeit noch mehr Unterschiede ansammeln. Wenn sie es tun, werden sie sich immer weniger ähneln. Die resultierenden Tiere werden wie die Arten sein, die wir heute deutlich sehen. Vielleicht werden sich einige an einen Lebensstil anpassen, der sich völlig von ihren Schwesterarten unterscheidet – die Orcas zum Beispiel können dramatisch voneinander abweichen, da kleine Veränderungen es ihnen ermöglichen, besser für ihre einzigartigen Beutetypen geeignet zu sein. Andere können ziemlich ähnlich bleiben, sogar schwer zu unterscheiden, wie verschiedene Arten von Eichhörnchen heute sind.

Der Punkt ist, dass alle Arten von Kreaturen, von den kleinsten Insekten bis zu den größten Säugetieren, gerade eine Artbildung durchlaufen. Wir haben beobachtet, wie sich Arten gespalten haben, und wir sehen weiterhin, wie sie auseinander gehen. Artenbildung findet überall um uns herum statt. Evolution hat nicht nur in der Vergangenheit stattgefunden; Es passiert gerade jetzt und wird noch lange weitergehen, nachdem wir aufgehört haben, danach zu suchen.

1. Soltis, D., & Soltis, P. (1989). Allopolyploide Speziation in Tragopogon: Erkenntnisse aus Chloroplasten-DNA American Journal of Botany, 76 (8) DOI: 10.2307/2444824

2. McPheron, B., Smith, D., & Berlocher, S. (1988). Genetische Unterschiede zwischen Wirtsrassen von Rhagoletis pomonella Nature, 336 (6194), 64-66 DOI: 10.1038/336064a0
3. Uy, J., Moyle, R., Filardi, C., & Cheviron, Z. (2009). Der Unterschied in der Gefiederfarbe, der bei der Artenerkennung zwischen beginnenden Arten verwendet wird, ist mit einer einzelnen Aminosäuresubstitution im Melanocortin verbunden?1. Der amerikanische Naturforscher, 174 (2), 244-254 DOI: 10.1086/600084
4. Phillip A Morin1, Friedrich I. Bogenschütze, Andrew D Foote, Julie Vilstrup, Eric E Allen, Paul Wade, John Durban, Kim Parsons, Robert Pitman, Lewyn Li, Pascal Bouffard, Sandra C Abel Nielsen, Morten Rasmussen, Eske Willerslev, M. Thomas P Gilbert, & Timothy Harkins (2010). Die vollständige phylogeographische Analyse des mitochondrialen Genoms von Killerwalen (Orcinus orca) weist auf die Genomforschung mehrerer Arten hin