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EVOLUTION

Artentstehung

Selektion: Anpassung an Umweltbedingungen

Die Darwinfinken sind eine Unterfamilie der Ammern, die mit vier Gattungen und 13 Arten nur auf den Galápagos-Inseln und mit einer Spezies auf der 800 Kilometer nordöstlich gelegenen Kokos-Insel vorkommen. Aufgrund ihres beschränkten Vorkommens bezeichnet man sie auch als Galapagosfinken. Sie gehen entwicklungsgeschichtlich auf eine Stammart zurück, die Ende des Tertiärs (vor etwa zehn Millionen Jahren) vom südamerikanischen Festland auf die Inseln verdriftet wurde. Aus dieser Stammform entwickelten sich in Anpassung an unterschiedliche Umweltbedingungen verschiedene Arten, die vor allem aufgrund des wichtigen Konkurrenzfaktors Nahrung unterschiedliche Ernährungsstrategien entwickelten und somit verschiedene ökologische Nischen bildeten.

Ihre Spezialisierungen drücken sich vor allem in unterschiedlichen Schnabelkonstruktionen und der Körpergröße aus. Das Spektrum reicht von langen, spitzen Schnäbeln der Insektenfresser, die an Laubsänger erinnern, bis zu kernbeißerähnlichen Schnäbeln, mit denen sich harte Körner und Nüsse knacken lassen. Eine besondere Gruppe der Darwinfinken sind die Spechtfinken, die als Werkzeug bei der Nahrungssuche abgebrochene Ästchen oder Opuntienstacheln verwenden, mit denen sie Larven aus Löchern in Baumstämmen holen. Damit haben sie auf den Galapagos-Inseln ähnliche Nischen gebildet wie Spechte in anderen Lebensgemeinschaften.

Selektion: Konvergenz

Unter Konvergenz versteht man in der Evolutionsbiologie die Entwicklung ähnlicher Merkmale bei nicht verwandten Arten mit ähnlicher Lebensweise. Homologe Strukturen haben einen gemeinsamen evolutionären Ursprung und oft eine unterschiedliche Funktion. Im Gegensatz dazu besitzen analoge Strukturen, die Konvergenzen begründen, eine ähnliche Funktion, sind aber unabhängig voneinander entstanden. Sie sind daher auch kein Merkmal für den Verwandtschaftsgrad von Organismen.

Manche Säugetiere haben ihre Haare unabhängig voneinander zu Stacheln entwickelt, so die Igel unter den Insektenfressern, die Stachelschweine unter den Nagetieren und die Ameisenigel unter den Kloakentieren. Betrifft die Ausbildung der Konvergenz mehrere Organe, so dass unter Einfluss gleicher Lebensbedingungen zum Teil sehr ähnliche Arten ohne Verwandtschaftsbeziehungen entstehen, spricht man auch von Lebensformtypen. Ein Beispiel hierfür ist die Ausbildung von stromlinienförmigen Körpern bei schnellschwimmenden aquatischen Organismen. Dieses Merkmal kommt in allen Wirbeltiergruppen vor und wurde meist zusammen mit einer Endflosse als Antriebsorgan entwickelt.

Konvergente Entwicklung führt vor allem in geographisch voneinander getrennten Regionen zu ähnlichen (nicht verwandten) Arten. Die ökologische Nische der nektarsaugenden Vögel wird in Amerika von den Kolibris, in Afrika von den Nektarvögeln, auf Hawaii von den Kleidervögeln und in Australien von den Honigfressern besetzt, die alle unterschiedlichen Familien oder Ordnungen entstammen. Bei Pflanzen stellt die Entwicklung der Stammsukkulenz ein Beispiel für eine Konvergenz dar. Während sie in Amerika von Kakteen ausgebildet wird, kommen in Afrika entsprechend gebaute Wolfsmilchgewächse vor und auf Madagaskar die nur hier existierenden „Kakteenbäume”, die Didiereaceen.

Übergangsformen: Augenmodelle

Viele Übergangsformen zwischen den einzelnen Organen sind im Laufe der Evolution verloren gegangen, aber beim Auge sind so gut wie alle Übergangsformen zwischen dem Flachauge und Linsenauge noch zu finden. Es wird ja nicht das

1.) Das Flachauge (bei Quallen, Seesternen, Ringelwürmern)

Flachaugen enthalten nur wenige Sehzellen und können aufgrund eines fehlenden optischen Apparates (z.B. Blende, Linse usw.) nur die ungefähre Richtung des einfallenden Lichtes bestimmen.

2.) Das Pigmentbecherauge

Beim Pigmentbecherauge ist der Sehfleck schalenförmig eingesenkt. Dadurch wird das Sehfeld zwar verkleinert, dafür kann die Richtung der Lichtquelle besser festgestellt werden.
Es kann auch eine ungefähre Vorstellung von Hell-Dunkel-Verteilung vermittelt werden.

3.) Das Grubenauge

Das Grubenauge leitet sich vom Pigmentbecherauge ab. Wenn die Einsenkung eine Blasenform annimmt und die Sehöffnung bis auf ein kleines Loch verengt wird, spricht man von einem Grubenauge. Bei diesem Auge wird ein Bild auf den Augenhintergrund geworfen.
Das erzeugte Bild ist weder lichtstark noch besonders scharf. Je enger das Sehloch ist, desto schärfer ist das Bild, gleichzeitig aber auch umso lichtschwächer. Die Bildschärfe wird also immer auf Kosten des Lichteinfalls erhöht.

4.) Das Linsenauge

Das Auge ist aus 4 Schichten aufgebaut: Als erste und äußerste Schicht bildet die widerstandsfähige harte Augenhaut die Wand des Auges. Der gewölbte und durchsichtige Teil der Aderhaut bezeichnet man als Hornhaut (Kornea); die Stelle durch die das Licht eindringen kann.
Auf der Innenseite der harten Augenhaut liegt die Aderhaut.
Es folgt die schwarze Pigmenthaut, die dazu dient um Reflexionen des einfallenden Lichtes zu verhindern (verantwortlich dafür ist der dunkle Farbstoffkörper (Pigment) in den Zellen dieser Schicht. Die innerste Schicht vor der Hohlkugel des Augapfels ist die Netzhaut oder Retina.

Hinter der Hornhaut liegt die Iris oder auch Regenbogenhaut, welche wiederum vor der Linse aufliegt. Diese umschließt die Pupille. Die Pupille die dient als Instrument zur Regelung des Lichteinfalls. Je höher die Lichtintensität, desto enger wird sie.

Die Vielfalt

Über die Artenvielfalt aller Lebewesen auf der Erde lassen sich nur Vermutungen anstellen. Während man beispielsweise über die Diversität der Säugetiere mit etwa 4000 Spezies gut orientiert ist, wurde wahrscheinlich die Mehrzahl der Arten von Insekten, wirbellosen Tiefseebewohnern und Mikroorganismen noch gar nicht entdeckt. Heute sind rund 1,5 Millionen Tier und 1 Million Pflanzenarten bekannt. Grobe Schätzungen über die gesamte Mannigfaltigkeit reichen von drei Millionen bis zu 100 Millionen Spezies. In Sri Lanka wurden beispielsweise bei der Erforschung des Kronendaches des Regenwaldes über 100 unbekannte Froscharten entdeckt – bis dahin waren für Sri Lanka nur 18 Froscharten beschrieben worden (Science, 2002).

In den Tropen ist die biologische Vielfalt am größten, global gesehen nimmt sie vom Äquator zu den Polarregionen ab. Das World Conservation Monitoring Centre (WCMC) der Vereinten Nationen identifizierte 25 so genannte Hot spots (Gebiete mit besonders hoher Artenvielfalt), z. B. die tropischen Anden, Madagaskar und Inselgruppen wie die Karibik, die Philippinen und die indonesischen Sunda-Inseln. Auch die Mittelmeerküste gehört mit ihrer besonderen Vielfalt an heimischen Pflanzenarten zu diesen Hot spots. In Deutschland leben nach einer 2004 veröffentlichten Erfassung des Bundesamtes für Naturschutz rund 48 000 Tierarten, davon machen die Insekten über 33 000 Arten aus.

Arten sind nicht stabil, sie sind in beständiger Veränderung. So gibt es beispielsweise Geschwisterarten. Es handelt sich um Arten, die nicht morphologisch, sehr wohl aber genetisch unterscheidbar sind.

Die Vielfalt beschränkt sich nicht auf die Zahl der Arten. Auch innerhalb der Arten gibt es eine Vielfalt.

In den Sechzigerjahren des 20. Jahrhunderst wurde die Vielfalt innerhalb von Tierarten erstmals mittels Elektrophorese bestimmt. Zu diesem Zweck trennt man Enzyme auf einem Elektrophoresegel auf. Jede "Bande" auf dem Gel zeigt ein Enzym, das wiederum ein bestimmtes Allel eines Gens repräsentiert.

Es erhebt sich nun die Frage, warum es innerhalb der Arten so eine große Vielfalt gibt, wenn doch die Selektion so stark sein soll.

Zu diesem Zweck betrachten wir die Verteilung von Genen in einer Population:

Das Hardy-Weinberg-Gesetz:

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