Evolution: Faktoren, Belege und Artbildung

Eine Population umfasst Lebewesen derselben Art, die zugleich in einem Gebiet leben und sich untereinander fortpflanzen können. Ihre vererbbaren Merkmale haben oft mehrere Varianten. Der Genpool umfasst die genetischen Varianten der Population. Ändert sich die Häufigkeit eines Allels, einer Variante eines Gens, über Generationen, findet Evolution statt. Ein einzelner Käfer bekommt wegen eines Umweltwechsels nicht erblich eine neue Farbe.

Mutation verändert genetisches Material und kann neue Allele hervorbringen, etwa durch Fehler bei der DNA-Verdopplung oder erbgutverändernde Einflüsse. Eine Mutation in einer Körperzelle wird normalerweise nicht direkt vererbt; eine Mutation in Fortpflanzungszellen oder ihren Vorläufern kann vererbbar sein. Rekombination mischt bei sexueller Fortpflanzung vorhandene Allele neu. Ein Nachkomme kann so eine neue Kombination der elterlichen Varianten bekommen; ein zuvor fehlendes Allel entsteht dadurch nicht.

Natürliche Selektion setzt Varianten eines Merkmals voraus, die zumindest teilweise vererbbar sind und unter den herrschenden Bedingungen zu unterschiedlichem Fortpflanzungserfolg führen. Sie ist keine bewusste Auswahl. Angepasstheit ist kein endgültiger Idealzustand; nach einem Umweltwechsel kann ein Vorteil schwinden.

Auch Zufall verändert den Genpool. Bei Gendrift ändern sich Allelhäufigkeiten unabhängig vom Nutzen einer Variante, besonders stark in kleinen Populationen. Eine zufällige starke Verkleinerung ist ein Flaschenhalseffekt und kann genetische Vielfalt verringern. Gründen wenige Individuen eine neue Population, können deren Allelhäufigkeiten zufällig von der Ausgangspopulation abweichen: der Gründereffekt. Eine Überschwemmung kann zum Beispiel zufällig viele Tiere einer kleinen Population töten; ein zuvor seltenes Allel ist unter den Überlebenden dann überrepräsentiert.

Frage beim Unterscheiden: Hängt die Weitergabe mit dem Merkmal und unterschiedlichem Fortpflanzungserfolg zusammen? Das spricht für Selektion. Ist die Änderung eine zufällige Stichprobe? Das spricht für Gendrift.

Neben Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift beeinflussen Genfluss und Isolation Populationen. Austausch von Allelen kann Unterschiede zwischen Populationen verringern. Isolation schränkt diesen Austausch ein oder unterbricht ihn, etwa durch ein Gebirge. Danach wirken die anderen Evolutionsfaktoren weiter; unterschiedliche Umweltbedingungen und Zufallsereignisse können die Genpools auseinanderentwickeln.

Neue Arten nach geografischer Trennung nennt man allopatrische Artbildung; ohne geografische Trennung spricht man von sympatrischer Artbildung. Isolation schafft nicht sofort eine neue Art. Der biologische Artbegriff fasst Populationen zusammen, die sich unter natürlichen Bedingungen miteinander fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen können. Für Fossilien und ungeschlechtlich lebende Organismen lässt sich dieses Kriterium nicht unmittelbar prüfen.

Evolution wird aus mehreren, teilweise unabhängigen Beleglinien rekonstruiert. Fossilien zeigen zeitliche Abfolgen; geeignete Materialien ermöglichen auch zahlenmäßige Datierungen. Ihre Überlieferung ist lückenhaft, denn Hartteile bleiben eher erhalten als viele Weichteile. Eine Lücke beweist nicht, dass Zwischenformen fehlten.

Homologe Merkmale haben wegen gemeinsamer Abstammung denselben Grundbauplan, auch wenn sie heute anders genutzt werden. Die Vorderextremitäten von Wirbeltieren sind ein Beispiel. Analoge Merkmale haben ähnliche Funktionen, aber verschiedene Grundbaupläne und sind unabhängig entstanden. Maulwurf und Maulwurfsgrille graben mit unterschiedlich aufgebauten Werkzeugen: Der Maulwurf hat ein inneres Knochenskelett, die Grille ein Außenskelett.

Auch Rudimente als zurückgebildete homologe Strukturen, Ähnlichkeiten der frühen Embryonalentwicklung, die geografische Verteilung von Arten sowie Vergleiche von DNA oder Proteinen helfen, Verwandtschaftshypothesen zu prüfen. Eine wissenschaftliche Theorie verbindet überprüfbare Beobachtungen und Erklärungen; sie ist keine bloße Vermutung. Evolution kann bei kurzen Generationszeiten, etwa bei Bakterien, auch experimentell beobachtet werden. Sie hat kein Ziel und erklärt nicht unmittelbar, wie das erste Leben entstand. Dafür braucht Evolution bereits vermehrungsfähige Systeme mit vererbbarer Variation. Selbstkopierende RNA-Moleküle und abgegrenzte Reaktionsräume sind mögliche, noch nicht abschließend bestätigte Schritte zum frühen Leben.