Evolutionsbiologie

Gegenstand und wissenschaftliches Vorgehen

Die Evolutionsbiologie ist ein Teilbereich der Biowissenschaften. Sie untersucht, wie sich Organismen im Verlauf der Erdgeschichte bis heute verändern, und erforscht die Evolutionsfaktoren, also Einflüsse auf diese Veränderungen. Wichtige Aufgaben sind die Rekonstruktion der Stammesgeschichte von Organismen, das Zusammenwirken von Evolutionsfaktoren und Umwelt sowie die Evolution von Genomsystemen. Ein Genom ist die Gesamtheit der genetischen Information eines Organismus.

Das Fach verbindet Erkenntnisse und Methoden vieler Disziplinen, darunter Geologie, Paläontologie, Ökologie, Biogeographie, Anatomie, Physiologie, Biochemie, Verhaltensbiologie, Molekularbiologie und Genetik. Die chemische Evolution beschäftigt sich dagegen mit dem Beginn des Lebens auf der Erde.

Biologische Evolution bedeutet, dass sich Organismen in variablen Populationen über zahlreiche Generationen verändern. Sie ist sowohl im kleinen Maßstab als auch im großen Maßstab ein realhistorischer Naturvorgang. Grundprinzipien können experimentell und analytisch geprüft werden; Fossilabfolgen mit datiertem Alter ermöglichen eine Rekonstruktion, die jedoch nie vollständig ist. Evolutionsbiologie ist deshalb keine einzelne, alle Fragen erklärende „Generaltheorie“, sondern ein Theoriensystem aus verschiedenen Forschungsansätzen.

Evolution kann als Systemeigenschaft von Populationen verstanden werden: Mit jeder Nachkommenschaft entsteht neue Variabilität. Genetische Informationen werden besonders von den Individuen weitergegeben, die sich erfolgreicher fortpflanzen. Gute Anpassung an Umweltbedingungen ist dabei oft wichtig; besonders in kleinen Populationen spielen aber auch Zufallskomponenten bei der unterschiedlichen Weitergabe von Genen eine erhebliche Rolle. Unterschieden wird zwischen Genotyp, dem „Erbbild“, und Phänotyp, dem „Erscheinungsbild“ eines Organismus.

Zu den Methoden gehören physikalische Altersdatierungen, chemische Untersuchungen organischer Reste in Gesteinen, zell-, entwicklungs- und molekularbiologische Studien, DNA-Sequenzanalysen sowie Stammbaum-Rekonstruktionen. Mit solchen Stammbäumen lassen sich Verwandtschaftsverhältnisse und die Abzweigung von Stammeslinien erkennen, beispielsweise der Menschen- und Schimpansen-Linie. Geologisch-tektonische und paläoklimatologische Untersuchungen helfen, frühere Lebensräume und Umweltbedingungen zu rekonstruieren.

Entwicklung zur modernen Evolutionsbiologie

Als Ursprung der wissenschaftlichen Evolutionsbiologie gilt Jean-Baptiste de Lamarcks Buch Philosophie Zoologique von 1809. Lamarck vertrat darin die Auffassung, Organismen seien keine konstanten Schöpfungen, sondern aus Urformen hervorgegangen. Sein Werk wird heute oft auf den Lamarckismus reduziert, obwohl dieser nur einen Teilaspekt darstellt.

1858 stellten Charles Darwin und Alfred Russel Wallace eine Theorie vor, die erstmals Mechanismen der Artentransformation beschrieb. Darwin nannte sie „Deszendenz mit Modifikation“. Zentral waren Variation und natürliche Selektion; die sexuelle Selektion ergänzte Darwin 1871 als weiteren Spezialaspekt. August Weismann und Wallace entwickelten die Abstammungslehre zur „Neo-Darwin’schen Theorie“ weiter. Sie betrachtete die sexuelle Reproduktion als Hauptursache biologischer Variabilität, weil sie Erbanlagen neu kombiniert, und die gerichtete natürliche Selektion als zentrale Antriebskraft des Artenwandels.

Zwischen 1937 und etwa 1950 verband die Synthetische Theorie der biologischen Evolution populationsgenetische Studien mit Paläontologie, vergleichender Anatomie und Biogeographie. Beteiligt waren unter anderem Theodosius Dobzhansky, Ernst Mayr und Julian Huxley. Die moderne integrative Evolutionsbiologie entwickelte sich besonders in den Jahren 1940 bis 1950. 1946 entstand in den USA die Society for the Study of Evolution; 1987 wurde die European Society for Evolutionary Biology (ESEB) gegründet. Die Verzögerung der Forschung in Kontinentaleuropa wird vermutlich auch mit den Folgen des Zweiten Weltkriegs erklärt.

Ab 2000 wurde die auf sechs Haupt-Thesen beruhende Synthetische Theorie zur „Erweiterten Synthetischen Theorie der biologischen Evolution (expanded synthesis)“ ausgebaut. Dabei wurde auch die von Konstantin Mereschkowski entwickelte Theorie der Symbiogenese einbezogen. Die molekularphylogenetisch ausgerichtete Evolutionsbiologie untersucht Verwandtschaft und Entwicklung mithilfe molekularer Daten. Sie kann etwa die Einbindung parasitischer DNA als Transposons in Genome höherer Organismen rekonstruieren und mit dem Prinzip der molekularen Uhr ungefähr datieren.

Modifizierende Erklärungsansätze

Für einzelne Evolutionsaspekte wurden Hypothesen entwickelt, die Evolution grundsätzlich nicht unbedingt bestritten, aber andere Erklärungen anboten. In der stalinistisch geführten Sowjetunion war der Lyssenkoismus vom Deutsch-Sowjetischen Krieg bis Anfang der 1960er Jahre offizielle Staatsdoktrin. In Anlehnung an Iwan Mitschurin und Trofim Lyssenko lehrte er eine besondere Weitergabe erworbener Eigenschaften. Er wurde besonders zur angeblichen Ertragssteigerung in der Landwirtschaft propagiert und bekämpfte zugleich die im Westen gelehrte Evolutionstheorie.

Andere Ansätze erklärten die Formbildung komplexer, vor allem tierischer Lebewesen durch „Vitalfaktoren“, etwa bei Hans Driesch, oder durch eine „Innerlichkeit“, etwa bei Adolf Portmann. In den 1960er und 1970er Jahren entstand am Senckenberg Forschungsinstitut die von Wolfgang Gutmann begründete „Frankfurter Evolutionstheorie“. Sie deutete Lebewesen als „hydraulische Konstruktionen“, verwendete eine Hydroskelett-Theorie und postulierte hypothetische Gallertoide als Ausgangsformen aller Gestaltentwicklungen.

Skepsis und Alternativvorstellungen

Die wissenschaftlich fundierte Evolutionsbiologie entwickelt sich seit rund 200 Jahren weiter und wird weiterhin kritisch diskutiert. Ein Teil der Kritik ist religiös motiviert. Dabei werden manchmal alternative Erklärungen angeboten oder Evolution insgesamt bestritten. In solchen Diskussionen werden wissenschaftliche Begriffe oft anders verwendet, empirische Befunde und Experimente anders bewertet oder Fakten missverstanden. So kann die Ähnlichkeit fossiler Laubblätter mit heutigen Arten fälschlich als Beweis für eine Nicht-Evolution gedeutet werden.

Skepsis kann auch entstehen, weil die Wissenschaft manche Evolutionsprozesse noch nicht erklären kann und Fossilberichte lückenhaft bleiben. Als Alternative wird dann teilweise ein göttlicher Schöpfungsakt angenommen, der entweder die Entstehung von Arten oder die gesamte Evolution vorgegeben und gelenkt habe. Auch Schöpfungsmythen werden dabei als Erklärung realer Abläufe verstanden.

Genannt werden zudem ein Grundtypen-Modell, das nach dem Artikel zahlreiche wissenschaftliche, begriffliche und terminologische Missverständnisse und Mehrdeutigkeiten enthält, sowie Intelligent-Design-Theorien. Diese gehen von „perfekt erschaffenen Lebewesen“ aus, berücksichtigen jedoch nicht die zahlreichen „Design-Fehler“ wie genetische Defekte und Aberrationen, die als Nebeneffekte molekularer Evolutionsprozesse beschrieben werden. Der Third Way of Evolution versucht Erklärungen jenseits von Kreationismus und den Erkenntnissen der Evolutionsbiologie anzubieten.