Wissenswert

Hessischer Rundfunk
hr2-kultur
Redaktion: Dr. Karl-Heinz Wellmann
Wissenswert
Charles Darwin zum 200. Geburtstag (4):
Evolutionsforschung heute
Von Dagmar Röhrlich
Donnerstag, 12.02.2009, 08.30 Uhr, hr2-kultur
Sprecherin: Sabine Weithöner
Sprecher: Jochen Nix
Erzähler: Marian Funk
09-015
COPYRIGHT:
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Seite 2
Regie
Musik, kurz freistehend, danach unterm Text
Erzähler:
Die Bouvet-Insel am Ende der Welt, irgendwo im Südatlantik, zwischen dem Kap
der Guten Hoffnung und der Antarktis. Die wütende Brandung hat steile Klippen
aus dem Basalt geschnitten. Ansonsten sieht man nichts von den Steinen: ein
Gletscher hüllt die Bouvet-Insel ein. Hier ist es immer kalt, und Besucher sind
selten. 1928 ist ein norwegisches Forschungsschiff vorbei gekommen, und der
Schiffsbiologe Ditlaf Rustad fing ein paar seltsame Fische. Sie hatten große
Augen und einen langen, vorstehenden Kiefer voller Zähne. Sie waren völlig
blass, fast durchsichtig – und sie hatten farbloses Blut.
Regie
Musik, kurz freistehend, dann weg
Sprecherin: Aber alle Wirbeltiere besitzen rote Blutkörperchen; in ihnen steckt das
eisenhaltige Atempigment Hämoglobin! So stand es in den Lehrbüchern, bis
1954. Dann veröffentlichte der Tierphysiologe Johan Ruud, dass im Blut der
antarktischen Eisfische kein bisschen Hämoglobin steckt. Jedes andere
Wirbeltier würde ohne diesen roten Farbstoff sofort sterben, denn das
Hämoglobin bindet in Kiemen oder Lungen reichlich Sauerstoff an sich, und im
Blutstrom gelangt der Sauerstoff bis in die entlegendsten Ecken des Körpers.
O-Ton 2, Leinfelder
Nichts ist kategorisch in der Biologie, das würde auch gar nicht zur Theorie von Darwin passen, der da
sagt: Alles ist im Fluss.
Seite 3
Sprecherin:
Reinhold Leinfelder, er ist Leiter des Deutschen Museums für Naturkunde in Berlin. Aber
wie konnte im Verlauf der Evolution diese merkwürdige Eigenheit entstehen? Die Antwort lieferte die
Untersuchung der Eisfisch-DNA, also ihrer Erbanlagen – eine Vorgehensweise, von der Darwin noch nicht
einmal träumen konnte. Wie Vererbung funktioniert, das wusste damals niemand.
O-Ton 3, Leinfelder
Das waren Dinge, die Darwin nicht lösen konnte. Es war nicht bekannt, wie diese
Informationen weitergegeben werden könnten.
Sprecherin: Auch über die Zeit, die der Evolution zur Verfügung stand, um die Vielfalt des
Lebens zu entwickeln, gab es nur Vermutungen. Mitte des 19. Jahrhunderts
glaubte der gebildete Bürger, dass sein Planet einige Millionen Jahre alt sei,
allenfalls einige zehn Millionen Jahre. Darwin erkannte, dass das für die
Entwicklung der Arten nicht ausgereicht haben kann – und das bereitete ihm
Ungemach beim Formulieren seiner Theorie.
Heute hat sich dieses Problem in Wohlgefallen aufgelöst. Die Erde ist
viereinhalb Milliarden Jahre alt, und wahrscheinlich ist sie schon seit
dreieinhalb oder vier Milliarden Jahren belebt. Zeit für die Artenentstehung gab
es also reichlich. Außerdem wissen wir heute, wie Vererbung funktioniert – auch
durch Laborstudien.
O-Ton 4, Caroll
So I think Darwin would be delighted to learn about molecular biology.
Sprecher:
Darwin wäre begeistert gewesen, etwas über Molekularbiologie zu erfahren,
weil viel von der Biologie im 21. Jahrhundert genau in seinem Geist
durchgeführt wird und wir uns die Fragen stellen, mit denen er sich auch
beschäftigen würde. Wir arbeiten heute noch immer an der Beantwortung von
Fragen, die er aufgeworfen hat. Aber zu seiner Zeit gab es noch keine
Technologie, mit der man diesen Fragen hätte nachgehen können.
Seite 4
Sprecherin: Unsere Kenntnisse über einzelne Gene oder das komplette Erbgut bestimmter
Organismen vermehren sich so rasch, dass man sogar kleinere Veränderungen
im Erbgut nachvollziehen kann, erklärt Sean Carroll; er ist Molekular- und
Evolutionsbiologe an der University of Wisconsin in Madison, USA. Jeder
Evolutionsschritt findet in der DNA statt und hinterlässt verräterische Spuren in
ihr. Auch im Erbgut der Eisfische.
O-Ton 5, Carroll
Well their red blood cell genes –
Sprecher:
Von den Genen, die die roten Blutkörperchen kodieren, ist eines völlig
verschwunden und ein anderes nur noch ein Fragment. Wenn wir uns die DNA
als einen Text mit vier Buchstaben vorstellen, sehen wir zwar noch ein Stück
vom Text, aber er ist unvollständig, und das Gen funktioniert nicht mehr. Es ist
zu einem Fossil innerhalb der DNA geworden, ein molekulares Fossil. Aber
dieses Fossil erzählt uns, dass die Ahnen dieser Fische rote Blutkörperchen
hatten und funktionierende Gene zur Herstellung von Hämoglobin, aber die
heutigen Eisfische haben das nicht mehr.
Sprecherin: Vor Neuseeland leben Verwandte der Eisfische, und die haben noch ihr rotes
Blut. Die DNA der Eisfische verrät, wie und wann dieser Verlust abgelaufen ist –
und andere wissenschaftliche Fakten unterstützen die Befunde aus der DNAAnalyse.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach unterm Text
Seite 5
Erzähler:
Es beginnt vor mehr als 50 Millionen Jahren. Das Klima in der
Antarktis ist noch subtropisch warm. Aber die Kontinente werden Jahr für Jahr
und Zentimeter für Zentimeter ein wenig verschoben. Vor 30 Millionen Jahren
zerreißt die letzte Landverbindung zwischen der Antarktis und Südamerika. Die
Drake-Passage öffnet sich. Der sechste Kontinent liegt nun isoliert, weit unten
im Süden. Plötzlich fließt ein Ring aus kaltem Wasser um die Antarktis, isoliert
sie: Ein mächtiger Eispanzer beginnt zu wachsen – und der Meeresring wird
kälter und kälter. Schließlich fallen die Wassertemperaturen unter den
Gefrierpunkt.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach weg
Sprecherin: Das sind schwierige Verhältnisse für wechselwarme Tiere wie Fische: Ihr Blut
wird bei Kälte zähflüssig, irgendwann kann es nicht mehr durch den Körper
pulsieren.
O-Ton 6, Carroll
Most fish either migrated or died out in that ultracold water
Sprecher:
In diesem eiskalten Wasser starben die meisten Fische aus, die es nicht
geschafft hatten, rechtzeitig wegzuwandern. Aber eine bestimmte Gruppe der
Fische blühte auf. Diese Fische hatten eines gemeinsam: Sie entwickelten
molekulare Frostschutzmittel, und einige verzichteten dabei sogar auf die roten
Blutkörperchen.
Seite 6
Sprecherin: Um ihr Blut so flüssig wie nötig zu halten, reduzierten viele Antarktisfische die
Zahl ihrer roten Blutkörperchen – und dabei gingen die Eisfische weiter als die
anderen. In der Wasserwelt, in der sie nun lebten, brauchten sie keine Spezialmoleküle zum Sauerstofftransport mehr, denn kaltes Wasser ist sehr viel
sauerstoffreicher als warmes. Große Kiemen und große Blutgefäße, eine
schuppenlose, gasdurchlässige Haut und ein besonders leistungsfähiges Herz
reichten, um genügend Sauerstoff auch ohne rote Blutkörperchen ins Blut zu
bringen.
O-Ton 7, Caroll
We can now reconstruct the time line of that by understanding
Sprecher:
Wenn wir die Beziehung der Eisfische mit ihren Verwandten verstehen, die noch
rote Blutkörperchen haben; wenn wir dabei die molekularen Veränderungen als
Zeitmesser verwenden, dann können wir die Zeitlinie rekonstruieren, auf der
das alles passiert ist. Danach hat der Verlust der roten Blutkörperchen einige
Millionen Jahre gedauert.
Sprecherin: Genauer gesagt: 15 bis 25 Millionen Jahre. Diese Zeit ist seit den ersten
Anpassungen an die Kälte vergangen, und vor sieben Millionen Jahren, als sie
die Fähigkeit zur Hämoglobin-Produktion aufgaben, waren die Eisfische
gleichsam perfekt an ihre kalte Umgebung angepasst. Aus einem ganz
normalen Fisch war ein Eiswasserspezialist geworden – dank einer Vielzahl von
Mutationen, von zufälligen Veränderungen im Erbgut, die ihren Trägern einen
Vorteil im Überlebenskampf brachten und den sie daher an ihre Nachkommen
weitergeben konnten. Alle Vielfalt in der Natur hat ihre Ursache in solchen
Mutationen, in kleinen Veränderungen des Erbguts, die sich irgendwann einmal
für die Vorfahren der heutigen Lebewesen als vorteilhaft erwiesen haben.
Andernfalls verschwinden die Veränderungen schnell wieder aus der
Population.
Seite 7
Regie Musik, kurz freistehend, danach unterm Text
Erzähler:
Die Pinacate-Wüste in Arizona, an der Grenze zu Mexiko. Hier erhebt sich aus
weiten, hellen Sanddünen eine Bergkette aus dunklem Vulkangestein. In dieser
Wüste leben Taschenmäuse1, niedliche Fellknäuel mit Knopfaugen und großen
Backentaschen, in denen sie ihre Nahrung verstauen und die sie ausklappen
können, um sie zu reinigen. In der Pinacate-Wüste sind manche dieser Nager
fast vollkommen schwarz, die anderen hell – ganz so wie die Wüste oder die
Berge um sie herum.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach weg
Sprecherin: Heute entschlüsseln Darwins Erben das Entstehen von Veränderungen auf
molekularer Ebene. Eines der Tiere, bei denen das sehr gut untersucht ist, ist
die Taschenmaus. Bei ihr entscheidet vor allem die Fellfarbe über Leben und
Tod.
O-Ton 8, Carroll
A light coloured mouse on dark rock is very easy for things like owls
Sprecher:
1
Eine helle Maus auf einem dunklen Felsen ist für eine Eule, eine Schlange oder
eine Eidechse eine leichte Beute. Deshalb haben vor allem jene Mäuse überlebt,
die eine dunkle Färbung entwickelten – aber diese dunklen Mäuse finden wir
nur auf den Lavafelsen, während selbst direkt neben den Felsen auf dem hellen
Sand helle Mäuse leben. Biologen konnten die Veränderungen in der DNA
haargenau nachvollziehen, die abliefen, damit die dunkle Form der Mäuse
entstehen konnte.
Chaetopidus intermedius
Seite 8
Sprecherin: Ob die Maus schnell im Magen der Eule endet oder eine Chance hat, unentdeckt
zu bleiben, hängt von einem einzigen Gen ab, das ein bestimmtes Eiweiß zu
erzeugen hilft. „Befiehlt“ es die falsche Farbe, ist es bald aus mit der Maus.
Wenn alles passt, erben die Nachkommen den Vorteil und können ihrerseits
viele Nachkommen zeugen – solange sie nicht auf eine Fläche mit der falschen
Farbe geraten. Die Biologen fanden auch heraus: Ob Höhlenfisch, Taschenmaus,
Goldkopf-Löwenäffchen oder Schneegans – wenn es um die Körperfarbe geht,
ist über alle Grenzen im Tierreich hinweg immer dieses eine Gen beteiligt. Die
Evolution muss augenscheinlich oft auf ähnliche Methoden zurückgreifen, um
ähnliche Ziele zu erreichen.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach unterm Text
Erzähler:
Alle paar Monate werden gewaltige Lotto-Jackpots beworben, und dann pilgern
plötzlich Menschen in die Annahmestellen, die sonst nie Lotto spielen. Voller
Hoffnung setzen sie ihre Kreuzchen, obwohl die Wahrscheinlichkeit für einen
Hauptgewinn winzig ist. Die Chance, mit der richtigen Zahlenkombination alles
abzuräumen, liegt bei etwa 1:140 Millionen. Man könnte auch sagen: Es gilt als
sechsmal wahrscheinlicher, von einem Blitz erschlagen zu werden, als den
Jackpot zu knacken – und diese Todesart ist bekanntlich eine sehr seltene.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach weg
Seite 9
Sprecherin: Dennoch lockt der Jackpot, denn irgendwer wird ja tatsächlich gewinnen. Auch
in der Evolution geht es um solche Wahrscheinlichkeiten – und um Zufälle.
Dieses Wechselspiel zwischen Zufall, Selektion und Zeit erfassen die
Molekularbiologen immer besser. Und in der Evolution gibt es durchaus auch
wirklich große Zufälle. Ein Beispiel ist der arktische Kabeljau. Auch er ist
frostfest, nur wie er es geworden ist, das erstaunt selbst die Forscher. Sie
vermuten, dass sein Frostschutzgen aus einem Stück „Informations-Müll“ in der
DNA entstanden ist, aus so genannter „Junk-DNA“.
O-Ton 9, Leinfelder
Man hat ja sehr abschätzig diese nicht automatisch in der Proteinsynthese
aktiven Teile als Junk-DNA bezeichnet.
Sprecherin: ... erklärt Reinhold Leinfelder. Junk-DNA besteht meist aus vielfach identisch
wiederholten DNA-Abfolgen, aus denen keine Eiweiße abgeleitet werden können
– deshalb galt sie als sinnlos, als genetischer Schrott.
O-Ton 10, Leinfelder
Da weiß man heute doch deutlich mehr, dass hier zum Teil Kopien drin sitzen,
die dann nach dem Baukastensystem irgendwann mal wieder rausgeholt
werden, dass da insbesondere Steuerungsgene drin sitzen oder auch
Unterdrückungsvorgänge stattfinden. Dann ist da noch sehr, sehr viel Neues
hier in diesen Abschnitten auch zu erwarten.
Sprecherin: Wie eben beim Kabeljau, wo sich ein neues, funktionierendes Gen aus einem
Stück sich rein zufällig wiederholender DNA-Abfolgen gebildet zu haben
scheint. Der klassischen Vorstellung zufolge galt so etwas als unmöglich: Neue
Seite 10
Gene sollten sich stets aus bestehenden entwickeln. Aber der Zufall und die
astronomisch hohe Zahl an Kabeljaueiern, in denen Mutationen ablaufen
können, machte auch diesen ungewöhnlichen Formenwandel möglich.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach unterm Text
Erzähler:
Vor 75.000 Jahren erwacht der Supervulkan Toba auf der Insel Sumatra. Der
größte Vulkanausbruch der vergangenen 500.000 Jahre beginnt. 40 Kilometer
hoch speit der Supervulkan seine Asche, und drei Milliarden Tonnen Schwefelgase gelangen in die Luft. Ein Schleier aus Aerosolen entsteht, der die Sonne
abschirmt. Es wird kalt auf der Erde. Um bis zu 15 Grad Celsius stürzen die
Temperaturen ab. Eisbohrkerne aus Grönland verraten, dass dieser vulkanische
Winter sechs Jahre dauert. Viele Lebewesen sterben in diesen Jahren, auch
viele unserer eigenen Artgenossen. Beinahe sogar alle.
Regie
Musik, kurz freistehend, danach weg
O-Ton 11, Carroll
Natural selection isn´t imposing pressure…
Sprecher:
Die natürliche Selektion prägt nicht notwendigerweise jede Eigenschaft eines
Lebewesens. Manche entwickeln sich ohne diesen stetigen Druck, sondern
durch Zufall. Auf der Ebene der Arten und auf der molekularen Ebene können
wir das sehen. Es ist eine Menge Zufall und Beliebigkeit in der Evolution.
Seite 11
Sprecherin: Die Geschichte unserer eigenen Art ist ein Beispiel dafür. Der Ausbruch des
Supervulkans Toba soll für die Menschheit bleibende Folgen gehabt haben, so
lautet eine Theorie. Den weltweiten vulkanischen Winter sollen vielleicht nur
2000 unserer Vorfahren überstanden haben. Die Menschheit ging durch ein
genetisches Nadelöhr – das bis heute bleibende Spuren hinterließ. Denn
genetisch sind wir Menschen einheitlicher als die meisten anderen Arten –
zugleich aber unterscheiden wir uns äußerlich viel stärker voneinander, als es
bei anderen Arten der Fall ist. Für Darwins Urenkel ist daher beim Erbgut nicht
Schluss, erklärt Ulrich Kutschera; er ist Evolutionsbiologe an der Universität
Kassel:
O-Ton 12, Kutschera
Das wird immer völlig unterschätzt, dass mit der Sequenzierung der Genome,
also mit dem was man als Genetik bezeichnet, was man als Molekularbiologie
bezeichnet, noch überhaupt nicht geklärt ist, warum die Organismen diese und
jene physischen wie auch psychischen Eigenschaften zeigen. Warum sind wir
keine Schimpansen? Wir sind zu 98,5 Prozent auf dem Niveau proteinkodierender Gene identisch mit unser Schwesterart, den Schimpansen.
Sprecherin: 150 Jahre nach Darwins Buch steuert die Evolutionsforschung wieder auf die
Frage zu, die am Anfang seiner Überlegungen stand: Wie entwickelte sich die
Vielfalt des Lebens? Wie entstehen neue Arten? Für Darwin war das die Frage
aller Fragen. Noch heute sucht man nach Antworten, wenn auch mit viel
feineren Instrumenten als vor 150 Jahren.