Der Leidensweg der Systematiker

Es ist im Internet weitläufig anerkannt, dass die Evolution früher oder später aus jedem Lebewesen eine Krabbe macht. Aber ist euch mal aufgefallen, dass der gleiche Effekt in der Natur relativ häufig auftritt? Vögel, Insekten und Fledermäuse haben eigentlich nichts miteinander zu tun, aber haben alle Flügel. Delfine, Haie und generell Fische sind alle sehr ähnlich geformt. Und Giraffen sind auch nicht die ersten Tiere mit langen Hälsen; erinnert euch nur mal an die Sauropoden!

Okay, hier ist also irgendetwas im Busch. Warum sind sich Tiere, die örtlich oder zeitlich unfassbar weit voneinander entfernt sind, oder generell nichts miteinander zu tun haben, so ähnlich?

Hinter diesem Phänomen steht ein Prozess mit dem Namen “Konvergente Evolution”. Schauen wir uns dazu ein Beispiel an:

Stellt euch vor, ihr seid ein kleines Säugetier vor etlichen Millionen Jahren, das in seinem Lebensraum mit vielen anderen Arten in Konkurrenz steht. Um den größeren Raubtieren zu entkommen, seid ihr sehr gut im Springen geworden, weil ihr euch so möglichst schnell und weit von euren Feinden entfernen könnt. Irgendwann stellt ihr fest, dass in der Luft alles voll mit Insekten ist, die ihr am Boden nicht fangen könnt, weil sie euch zu schnell entwischen. So beginnt eine evolutionäre Reise, bei der sich über mehrere Generationen zuerst die Fähigkeit, mit Häuten zwischen den Gliedmaßen zu gleiten, entwickelt und später das Fliegen an sich. Die Reise endet schließlich bei den modernen Fledertieren.¹

„Vetrau mir, du musst dem Tiger nur oft genug aus dem Weg springen und irgendwann kannst du fliegen!“

Ein paar weitere Millionen Jahre vorher ging es einem kleinen Dinosaurier aus der Gruppe der Aviale ganz ähnlich. Nur das er statt Häuten Federn entwickelte, die womöglich zuerst zur Paarung oder Temperaturregulierung gut waren, später aber Verwendung zum Gleiten und Fliegen fanden. Er ist der direkt Vorfahre aller modernen Vögel.

Konvergente Evolution ist also der Effekt des Entstehens von Merkmalen mit ähnlichen Funktionen, im Beispiel oben eben das Fliegen mit Flügeln. Solche Merkmale nennt man Analogien. Sie ähneln sich nicht nur in der Funktion die sie erfüllen, sondern oft auch vom äußerlichen Aussehen oder sogar in ihrer Anatomie.

Analoge Merkmale sind für gewöhnlich das Resultat von sogenannten Selektionsdrücken. Solche Drücke können, wie oben beschrieben, eine nicht genutzte Nahrungsquelle, ein Fressfeind oder allgemein das Biotop in dem das Tier lebt, sein. Die Evolution sorgt dann dafür, dass Individuen, die sich diesem Druck besser anpassen, eher überleben als andere. Diese Individuen geben ihre angepassten Merkmale an folgende Generationen weiter und eine bestimmte Eigenschaft entwickelt sich. Wenn verschiedene Spezies den selben Drücken ausgesetzt sind, kann es passieren, dass sie alle ähnliche Lösungsansätze entwickeln, was dann eben die konvergente Ausprägung von analogen Merkmalen ist. Dabei ist es egal, wie genetisch verschieden die Spezies sind, da es oft viele verschiedene Wege zum Ziel gibt.

Wählen wir als Habitat mal das Meer. Hier ist ein möglicher Selektionsdruck gut schwimmen zu können. Und tatsächlich ist ein stromlinienförmiger Körper, der das Schwimmen natürlich erleichtert, bei Meerestieren sehr weit verbreitet. Egal ob wir uns Delfine und Wale anschauen, die erst vor etwa 50 Millionen Jahren ins Wasser gewandert sind, oder (moderne) Haie, die etwas mehr als viermal so lange existieren, die Fischform ist nicht zu übersehen. Sogar beim Ichthyosaurier, der nochmal früher existierte, sieht es genauso aus. Die Form, die wir als “typisch Fisch”² kennen ist also scheinbar ein ziemliches Optimum für Meeresbewohner, die es auf effiziente Fortbeweung unter Wasser abgesehen haben, weswegen viele Arten zu ihr konvergieren.

Ein anderes Beispiel sind Augen. Augen sind UM DIE 50-MAL UNABHÄNGIG VONEINANDER aus der Evolution hervorgegangen!³ Dabei gibt es zahlreiche verschiedene Ausprägungen, was es Biologen leichter macht, die Entwicklung des Auge vom Frühstadium bis zu einem Kameraauge mit Linse nachzuvollziehen. Ironisch, dass sich Evolutionsgegner oft ausgerechnet das Auge als Beweis für Kreationismus heraussuchen. Das Kameraauge (welches wir besitzen) hat sich dabei mindestens drei mal analog entwickelt, einmal eben bei den Wirbeltieren, bei den Wirbellosen und überraschenderweise auch bei Quallen.

Es gibt aber nicht nur den Effekt, dass sich nichtverwandte Arten in die gleiche Richtung entwickeln, sondern auch noch das Gegenteil zu diesen Analogien, sogenannte Homologien. Bei einer Homologie besteht ein genetischer Zusammenhang, die Arten sind also relativ eng verwandt, allerdings hat sich ein Merkmal bei beiden Spezies unterschiedlich entwickelt. Das beste Beispiel dafür sind vermutlich die Gliedmaßen von Säugetieren. Arten, die an Land leben, haben Beine (und Arme), Arten im Wasser Flossen und fliegende Arten Flügel. Trotzdem besteht ein gemeinsamer Bauplan, allerdings haben andere Lebensräume dafür gesorgt, dass unterschiedliche Ausprägungen entstehen.

Um einen Stammbaum von Lebewesen zu erstellen, ist es demnach wichtig, Homologien von Analogien zu unterscheiden! Nah verwandte Arten können durch Homologien weit entfernt erscheinen und Arten, die genetisch nichts mit einander zu tun haben, sich aufgrund von Analogien sehr ähnlich sein. Die Lebewesen trotzdem richtig einzuteilen ist Aufgabe der Systematik.

Um eine Homologie festzustellen, nutzt man gewöhnlicherweise drei Kriterien⁴:

• Gemeinsame Lage: Strukturen wie Gliedmaßen liegen relativ zu anderen Strukturen an der selben Stelle. Das ist zum Beispiel bei den eben erwähnten Flossen, Beinen und Flügeln von Säugetieren der Fall. Sie sehen alle veschieden aus, aber der Grundbauplan bestehend aus verschieden geformten Armknochen, Handknochen etc. ist bei allen gleich.
• Spezielle Ähnlichkeit: Hier lässt man die Lage außen vor und vergleicht nur den Aufbau der Struktur anhand von mehreren Merkmalen.
• Gleiche Ontogenese: Man betrachtet, ob sich z.B. Organe im Embryonenstadium ähneln, und dann außeinanderentwickeln. Wie man vielleicht merkt, sind diese Kriterien nicht allzu perfekt und lassen einigen Spielraum für die eigene Interpretation. Je nachdem welche Merkmale man unter welchen Aspekten untersucht, kann man leicht zu unterschiedlichen Ergebnissen kommen. Ich erspare euch hier mal genaue Beispiele, weil ich die entsprechende Stelle im Lehrbuch ungefähr siebenmal lesen musste, bis ich sie verstanden habe. Vertraut mir einfach: Es gibt viele Fälle, in denen das Unterscheiden von Homologien und Analogien extrem schwer ist.

Bevor sich die Genetik als Wissenschaft etabliert hat, war das auch ein ziemliches Problem für die Systematik. Weil es eben so schwer ist, Arten richtig einzuteilen, brauchte es viele viele Jahre, bis jemand genug Expertise dafür hatte, und meistens war dieser Mensch dann auch der einzige, der sich auf dem Gebiet auskennt. Seine Forschung zu überprüfen war für Außenstehende also unmöglich. Selbst wenn es jemanden gab, der sich zufällig ähnlich gut auskannte, dann konnte es zu Interessenskonflikten kommen, die nur durch “Konsultation eines Psychiaters” lösbar waren⁵.

Wie gesagt lösten die Genetik und andere Fortschritte in der Systematik einige dieser Probleme, allerdings nur bei lebenden Arten. Bei uralten Fossilien hat man weiterhin Probleme, daher gibt es auch so häufig Nachrichten über die Neueinteilung von Spezies nach neuen Erkenntnissen.

Jetzt kennt ihr die Grundlagen von Systematik und Konvergenz. Zeit für den Endgegner: Bäume.

Zuerst einmal müssen wir uns überhaupt einig werden, was ein Baum ist. Bäume haben nämlich das gleich Problem wie Fische, und zwar das sie keine phylogenetische Gruppe bilden, also unter Umständen evolutionär miteinander gar nichts zu tun haben. Deswegen beschränkt man sich erst einmal darauf zu sagen, dass alles was aus Holz ist und Blätter hat ein Baum ist.

Wenn Bäume keine phylogenetische Gruppe bilden, dann spricht schon mal einiges dafür, dass die Form “Baum” mehrfach durch Konvergenz aus verschiedenen Pflanzen hervorgegangen ist. Die grosse, hohe und langlebige Form scheint also evolutionär begehrt zu sein. Das hab ich zumindest angenommen, und Bäume einfach als weiteres Beispiel für konvergente Evolution betrachtet.

Falsch gedacht. So halb zumindest. Es stellt sich nämlich heraus, dass der Prozess nicht nur in eine Richtung abläuft. Soll heissen, dass es gut sein kann, dass sich ein Baum in verdammtes Gänseblümchen verwandelt. Tatsächlich ist der gemeinsame Vorfahre von Erdbeeren, Hanf und Brennnesseln, also drei sehr unbaumartigen Pflanzen, die alle aus der Gruppe Rosales stammen, mit hoher Wahrscheinlichkeit ein Baum gewesen. Bäume sind also mehrfach unabhängig durch konvergente Evolution entstanden, allerdings heißt dass nicht, dass sie ein Baum bleiben.

Gruppenfoto vom jährlichen Treffen der Familie Rosales

Ganz grob gesagt liegt der Grund für dieses Verhalten in der Art und Weise, wie der Baum wächst. Für gewöhnlich passiert das in zwei Stufen. In der ersten Stufe ähnelt der junge Baum noch viel mehr anderen, nicht-holzigen Arten. Erst in der zweiten Wachstumsphase bildet sich Holz um den ursprünglichen, weichen Kern. So betrachtet scheint es tatsächlich recht wahrscheinlich, dass ein Baum die zweite Phase genetisch ausschaltet und im ersten Entwicklungsstadium verbleibt.

Das führt dann eben dazu, dass Bäume und andere Gewächse im Stammbaum der Pflanzen bunt durchmischt sind, und man von der äusseren Form schlecht auf den Verwandtschaftsgrad zurückschliessen kann. Ich frag mich echt, wie Botaniker bei sowas nicht den Willen verlieren…

Hier sind noch ein paar weitere lose Fakten und Quellen zum weiterlesen:

• Das wohl beste Auge haben die sogenannten Fangschreckenkrebse. Sie können mit jedem Auge individuell 3D sehen, haben 16 verschiedene Farbrezeptoren, sehen UV-Licht und können Polarisation von Licht wahrnehmen. Grund dafür ist wohl sexuelle Selektion, da die Krebse auffallende Farben zur Paarung verwenden.
• Der Begriff “Kladistik”, der die Wissenschaft der EInteilung von Lebewesen in Gruppen nach Verwandschaftgrad beschreibt, war ursprünglich eine Beleidigung, bzw. hatte einen negativen Beiklang. So ein bisschen wie Gotik früher einmal “schrecklich, wie von Goten gebaut” meinte, oder Impressionismus “unechte Kunst, nur aus Impressionen bestehend” bedeutete.
• Wenn ihr noch mehr zu den Seltsamkeiten von Pflanzen lesen wollt, empfehle ich diesen Blogbeitrag. Dem verdanke ich auch meine Infos über Bäume.
• Das Beitragsbild stammt von Wikipedia und zeigt einen (vermutlich veralteten) Stammbaum sämtlichen Lebens.