Charles Darwin

Evolution in Schwarzweiß | Wissenschaft

Kurz nachdem er 1909 seine zweite Amtszeit als Präsident beendet hatte, unternahm Teddy Roosevelt unter der Schirmherrschaft der Smithsonian Institution eine einjährige Jagdsafari in Afrika. Viele von Roosevelts Trophäen wurden als Exponate im Smithsonian und im American Museum of Natural History in New York ausgestellt. Roosevelts Safari-Erlebnisse, die in seinem Buch zelebriert werden Afrikanische Wildpfade (1910) gab ihm starke Meinungen darüber, wie Tiere mit ihrer Umgebung verschmolzen oder nicht verschmolzen:

Schwarz und Weiß sind normalerweise die auffälligsten Farben in der Natur (und werden dennoch von zahlreichen Lebewesen getragen, die im Kampf ums Leben erfolgreich waren); aber fast jede Tönung ... harmoniert ziemlich gut mit zumindest einigen Landschaften, und nur in wenigen Fällen bei den größeren Säugetieren und in fast keinem bei denen, die die offenen Ebenen besuchen, gibt es den geringsten Grund für die Annahme, dass die Kreatur etwas gewinnt? profitieren, was auch immer von seiner 'Schutzfärbung' genannt wird.



Roosevelt spottet aus zwei Gründen über den Schutzwert der Färbung. Erstens hatte der außergewöhnliche berittene Jäger keine Schwierigkeiten, Großwild zu entdecken, zu verfolgen und zu erbeuten; seine Jagdgesellschaft erschoss mehr als 500 Säugetiere. Offensichtlich schützten die Farben der Tiere sie nicht vor ihm . Und zweitens, während die Tatsache der Evolution zu der Zeit von Wissenschaftlern (und Roosevelt) weithin akzeptiert wurde, war Darwins Erklärung der primären Rolle der natürlichen Selektion als Mechanismus der Evolution dies nicht. Die natürliche Auslese war in Ungnade gefallen, insbesondere in Bezug auf die Tierfärbung. Viele Naturforscher hatten in den 1890er Jahren Darwinsche Erklärungen der Färbung als völlig fehlende Beweise kritisiert und andere Erklärungen angeboten. Einige schlugen beispielsweise vor, dass die Färbung direkt durch äußere Faktoren wie Klima, Licht oder Ernährung verursacht wird.



Diese alternativen Ideen wurden bald durch das Aufkommen der Wissenschaft der Genetik und den Nachweis durch Züchtungsexperimente (wie sie ursprünglich von Gregor Mendel durchgeführt wurden) zunichte gemacht, dass Färbung eine ererbte Eigenschaft von Pflanzen und Tieren ist. Aber bis in die letzten Jahre wussten wir nicht, wie Gene die Tierfärbung bestimmen oder wie die Variation der Gene die Variation der Färbung in der Natur beeinflusst. Ein neues Verständnis davon, wie Tierfarben erzeugt werden, insbesondere einfache Schwarz-Weiß-Muster, und Feldstudien zu den Vor- und Nachteilen von Farbschemata in verschiedenen Lebensräumen liefern jetzt einige der besten Beispiele dafür, wie natürliche Selektion und Evolution funktionieren.

Eines der am weitesten verbreiteten Phänomene im Tierreich ist das Vorkommen dunkel pigmentierter Varietäten innerhalb von Arten. Alle Arten von Motten, Käfern, Schmetterlingen, Schlangen, Eidechsen und Vögeln haben ganz oder überwiegend schwarze Formen. Am bekanntesten sind vielleicht die dunklen Großkatzen wie der schwarze Leopard und der schwarze Jaguar. Diese schönen Tiere werden in Zoos oft als Kuriositäten ausgestellt, kommen aber auch in großer Zahl in freier Wildbahn vor.



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Alle diese sogenannten melanischen Formen entstehen durch eine vermehrte Produktion des Pigments Melanin in Haut, Fell, Schuppen oder Federn. Melanische Pigmentierung kann viele Rollen erfüllen. Melanin schützt uns und andere Tiere vor den ultravioletten Strahlen der Sonne; es kann Tieren in kälteren Klimazonen oder höheren Lagen helfen, ihren Körper schneller zu erwärmen, und im Gegensatz zu Roosevelts Skepsis gegenüber schützender Färbung verbirgt schwarzes Pigment einige Tiere vor Raubtieren.

In den Wüsten des Südwestens der USA zum Beispiel gibt es Aufschlüsse von sehr dunklen Gesteinen, die in den letzten zwei Millionen Jahren durch Lavaströme entstanden sind. Unter diesen Felsen lebt die Felsentaschenmaus, die in dunklem Schwarz und einer hellen, sandigen Farbe auftritt. Naturforscher in den 1930er Jahren beobachteten, dass Mäuse, die auf den Lavafelsen gefunden wurden, typischerweise melanisch waren, während diejenigen auf den umgebenden sandfarbenen Granitfelsen normalerweise hell waren. Diese Farbabstimmung zwischen Fellfarbe und Lebensraumhintergrund scheint eine Anpassung gegen Raubtiere, insbesondere Eulen, zu sein. Mäuse, die farblich an ihre Umgebung angepasst sind, haben in jedem der beiden Habitate einen Überlebensvorteil gegenüber nicht übereinstimmenden Mäusen.

Die Rock Pocket Maus ist in zwei Farben erhältlich, dunkel und hell. Die dunklen harmonieren gut mit Lavagestein (oben rechts) und die hellen sind gegen Sandstein getarnt (oben links). In der „falschen“ Umgebung platziert, sind die Mäuse für Raubtiere leicht zu sehen.(Dr. Michael Nachmann)



Schwarze Jaguare, wie das Junge auf der linken Seite, haben eine Mutation, die dazu führt, dass sie mehr vom Pigment Melanin produzieren als gefleckte Jaguare.(Daniel Karmann / dpa / Corbis)

Einige Peitschenschwanz-Eidechsen (diese gehören zur Gattung Aspidoscelis) sind dank einer Mutation ähnlich der bei dunklen Jaguaren oder schwarzen Schafen dunkler als gewöhnlich.(Dr. Erica Bree Rosenblum)

Zwergohreidechsen gibt es in zwei Farben, je nachdem, welche Version sie von einem Gen erben, das die Melaninproduktion beeinflusst.(Dr. Erica Bree Rosenblum)

Eidechsen der Gattung Sceloporous kommen in einer Vielzahl von Farben vor, abhängig zum Teil davon, welche Version sie eines Melanin-Gens tragen.(Dr. Erica Bree Rosenblum)

Der Lebensraum von Felstaschenmäusen kommt in zwei Farben vor: dunkles Lavagestein und heller Sandstein.(Dr. Michael Nachmann)

Wo Felsentaschenmäuse in dunklem Lavagestein leben, haben sie eher eine Mutation, die dazu führt, dass sie mehr Melanin produzieren und ein dunkles Fell haben.(Dr. Michael Nachmann)

Vor kurzem haben Michael Nachman und seine Mitarbeiter an der University of Arizona detaillierte Feld- und genetische Studien an Taschenmäusen durchgeführt. Sie fanden heraus, dass sich die Mäuse mit Mäusen aus anderen Lebensräumen kreuzen und zwischen Gesteinsarten wandern. Die Mäuse sind eindeutig eine Spezies, nicht zwei. Was macht Fell schwarz oder hell? Nur ein paar Unterschiede im Code eines einzelnen Gens. Diese einfache Vererbungsgrundlage bedeutet, dass die Entstehung schwarzer Mäuse aus hellen Eltern in nur einem oder sehr wenigen Mutationsschritten erfolgte. Aber für Mäuse, die in den zuvor fremden Lebensraum des schwarzen Lavagesteins eindrangen, waren diese kleinen genetischen Schritte ein riesiger Evolutionssprung. Nachman und Hopi Hoekstra (jetzt an der Harvard University) schätzten, dass dunkle Mäuse einen Überlebensvorteil von etwa 60 Prozent oder mehr gegenüber hellen Mäusen auf den dunklen Lavagesteinen haben. Mit anderen Worten, die Fellfarbe dieser Art unterliegt eindeutig einer sehr starken natürlichen Selektion.

Das Gen, das an der Entstehung des Melanismus bei Steintaschenmäusen beteiligt ist, wird Melanocortin-Rezeptor 1 oder MC1R oder kurz genannt. Das ist keine sehr interessante Information, bis ich Ihnen sage, dass die melanischen Formen von Jaguaren, Schneegänsen, Polarfuchsen, Zaunkönigen, Banaquits, goldenen Löwenäffchen, Skua, zwei Arten von Eidechsen und Hauskühen, Schafen und Hühner werden durch Mutationen in genau diesem Gen verursacht. Bei einigen Arten sind genau die gleichen Mutationen unabhängig voneinander im Ursprung ihrer dunklen Formen aufgetreten. Diese Entdeckungen zeigen, dass die Entwicklung des Melanismus kein unglaublich seltener Zufall ist, sondern ein häufiger, wiederholbarer Prozess. Evolution kann sich wiederholen und tut es auch.

Melanismus ist nicht nur eine Frage des Verbergens. Die Kleine Schneegans kommt auch in zwei Formen vor, einer weißen und einer melanisch-blauen Form. Bei dieser Art folgt die Paarungspräferenz der Individuen dem Farbschema ihrer Eltern. Anscheinend lernen junge Vögel die Farbe ihrer Eltern und wählen Partner entlang der Familienlinien – Vögel aus blauen Familien bevorzugen blaue Partner und Vögel aus weißen Familien bevorzugen weiße Partner. Paarungspräferenzen unter arktischen Skuas haben eine zusätzliche Wendung, da Weibchen im Allgemeinen dunklere Männchen bevorzugen. Beide Vogelarten entwickeln sich unter sexueller Selektion, ein ebenfalls von Darwin erstmals beschriebener Prozess, bei dem Eigenschaften begünstigt werden, die für das Paarungsspiel von Vorteil sind. Da die sexuelle Selektion einen so starken Einfluss auf den Paarungserfolg hat, ist sie in der Natur eine sehr starke Form der Selektion.

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Eine weitere häufige Form der Tierfärbung ist das Fehlen von Pigmentierung – oder Albinismus. Dieser Zustand wird häufig in natürlichen Populationen von Höhlentieren beobachtet, darunter Fische, Krebse, Insekten, Spinnen und andere Arten. Es wird angenommen, dass das häufige Auftreten von Albinismus bei Höhlentieren die Kehrseite der Evolution unter natürlicher Auslese darstellt. Das heißt, mit wenig oder keinem Licht wird die natürliche oder sexuelle Selektion auf Pigmentfarbe und -muster entspannt. In der Dunkelheit dieser Höhlen werden Mutationen toleriert, die die Pigmentierung aufheben und für Tiere in anderen Lebensräumen generell schädlich wären.

Auch der Albinismus scheint eine einfache genetische Grundlage zu haben, die seine Entwicklung erleichtert. Kürzlich haben Meredith Protas und Cliff Tabin von der Harvard Medical School, Bill Jeffery von der University of Maryland und ihre Mitarbeiter die genetische Grundlage des Albinismus beim mexikanischen Blinden Höhlenfisch identifiziert. Diese Albinofische kommen in etwa 30 Höhlen in der Region Sierra de El Abra im Nordosten Mexikos vor. Jede Population stammt von einer pigmentierten, vollständig gesichteten Oberflächen- oder Flussbewohnerform ab. Die Forscher haben die genetischen Grundlagen des Albinismus in Populationen der Pachón- und Molino-Höhlen untersucht und festgestellt, dass der Albinismus in jeder Population durch Mutationen im gleichen Pigmentierungsgen, jedoch jeweils durch unterschiedliche spezifische Mutationen verursacht wurde. Auch hier hat sich bei diesen Fischen die Evolution zweimal im Ursprung des gleichen Merkmals wiederholt. Darüber hinaus ist das in diesen Fischen mutierte spezifische Gen auch das gleiche Gen, das für den Albinismus bei Menschen, Schweinen, Mäusen und anderen Fischarten verantwortlich ist.

Die Naturgeschichten der Felstaschenmäuse und Höhlenfische zeigen anschaulich, wie sich Tiere an neue Umgebungen angepasst haben; egal wie fremd diese Lebensräume ihren Vorfahren einst waren. Diese obskuren Tiere haben auch die von Biologen seit langem gesuchten konkreten Verbindungen zwischen bestimmten Genen, der natürlichen Auslese und der Evolution in freier Wildbahn hergestellt. Diese Tiere sind zwar nicht so majestätisch wie die Wildtiere der afrikanischen Savanne, veranschaulichen jedoch größere Lektionen, die Roosevelt geschätzt hätte und vielleicht sogar ihre eigene, wenn auch kleine Trophäenbox rechtfertigten, um den anhaltenden Fortschritt beim Verständnis der Funktionsweise der Evolution zu zeigen.

Biografie des Autors:
Sean B. Carroll ist Evolutionsbiologe an der University of Wisconsin. Sein neues Buch, Bemerkenswerte Kreaturen: Epische Abenteuer auf der Suche nach den Ursprüngen der Arten (Houghton Mifflin Harcourt) berichtet über die Erfahrungen und Entdeckungen von unerschrockenen Naturforschern, die die Evolutionstheorie entwickelt und vorangetrieben haben.



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