BIOLOGISCHE EVOLUTION: THEORIEN, PROZESSE, BEWEISE UND BEISPIELE - BIOLOGIE - 2025

Die biologische Evolution ist eine Veränderung der Eigenschaften von Gruppen von Organismen im Laufe der Generationen. Gruppen von Organismen derselben Art sind als "biologische Populationen" bekannt.

Im Wesentlichen besagt die moderne neo-darwinistische Evolutionstheorie, dass Evolution aus einer allmählichen Veränderung der Lebensformen besteht. Es begann - vermutlich - mit einem Molekül, das sich vor etwa 3,5 Milliarden Jahren selbst replizieren konnte.

Quelle: Chensiyuan

Im Laufe der Zeit kam es zu einer Verzweigung der Abstammungslinien und es entstanden neue und vielfältige Arten. Die Mechanismen für diese evolutionäre Veränderung sind natürliche Selektion und Gendrift.

Die Evolutionsbiologie versucht zu verstehen, woher die biologische Vielfalt stammt und wie sie erhalten bleibt. Da es sich um eine zentrale Wissenschaft in der Biologie handelt, wird sie allgemein als ein einheitlicher Gedanke betrachtet, der die verschiedenen Disziplinen der Biowissenschaften integriert.

Diese vereinheitlichende Eigenschaft der Evolutionsbiologie wurde in dem berühmten Satz von Theodosius Dobzhansky markiert: "In der Biologie macht nichts Sinn, außer im Lichte der Evolution."

Heute hat die Evolutionsbiologie alle Fortschritte in der Wissenschaft genossen und ermöglicht die Rekonstruktion von Phylogenien unter Verwendung zahlreicher molekularer Merkmale und leistungsfähiger statistischer Analysen.

Was ist der Evolutionsprozess?

Evolution ist ein Begriff, der von den lateinischen Wurzeln evolvere abgeleitet ist und bedeutet, ein verborgenes Potenzial zu entfalten oder aufzudecken. Heute ruft das Wort Evolution einfach eine Veränderung hervor. Es ist wahrscheinlich Teil unseres täglichen Lexikons, sich auf Änderungen an einem Objekt oder einer Person zu beziehen.

Die biologische Evolution bezieht sich jedoch auf Veränderungen in Gruppen von Organismen im Laufe der Generationen. Diese allgemeine Definition der Evolution wird von Futuyma (2005) verwendet. Es ist wichtig zu beachten, dass sich Organismen als Individuen nicht entwickeln, während sich Gruppen von Organismen entwickeln.

In der Biologie wird die Gruppe von Individuen derselben Art, die zeitlich und räumlich nebeneinander existieren, als Populationen bezeichnet. Damit eine Veränderung in einer Population als evolutionär angesehen werden kann, muss sie über genetisches Material von einer Generation zur nächsten weitergegeben werden.

Wissenschaftliche Evolutionstheorien

Seit jeher ist der Mensch von Natur aus neugierig auf den Ursprung des Lebens und die Existenz der enormen Vielfalt, die organische Wesen darstellen.

Da der britische Naturforscher Charles Darwin (1809-1882) einen wesentlichen Einfluss auf die Entwicklung dieser Wissenschaft hatte, werden wir die vor und nach seinen Beiträgen vorgeschlagenen Theorien untersuchen.

Vor Darwin: Kreationismus und die Unveränderlichkeit von Arten

Vor Darwin waren Naturforscher und andere Wissenschaftler von einem kreationistischen Denken über die Herkunft von Arten geprägt.

Es wurden essentielle Visionen behandelt, bei denen jede Art eine unveränderliche Essenz hatte und die Variation, die wir in der Gruppe beobachteten, nur auf Unvollkommenheiten des Seins zurückzuführen war. Diese Vorstellung wurde in der Zeit von Platon und Aristoteles behandelt.

Zeit später begannen Christen, die Bibelstellen wörtlich zu interpretieren und verstanden, dass organische Wesen in einem einzigen Ereignis von einer übernatürlichen Einheit erschaffen wurden. Diese Auffassung erlaubte keine Veränderung der Arten im Laufe der Zeit, da sie unter göttlicher Vollkommenheit geschaffen worden waren.

Im 18. Jahrhundert war es das Ziel der Naturforscher, den von Gott geschaffenen göttlichen Plan zu katalogisieren. Zum Beispiel legte Linnaeus den Grundstein für die gegenwärtige Taxonomie, indem er diesem Gedankengang folgte.

Später wurde diese Ansicht von verschiedenen Denkern in Frage gestellt. Die relevanteste vordarwinistische Theorie der Zeit wurde von Jean Baptiste Lamarck formuliert. Für ihn war jede Art durch spontane Erzeugung individuell entstanden und konnte sich im Laufe der Zeit "weiterentwickeln" oder verbessern.

Eines der wichtigsten von Lamarck festgelegten Prinzipien war die Vererbung erworbener Charaktere. Dieser Naturforscher glaubte, dass die verschiedenen Eigenschaften, die wir im Laufe unseres Lebens erwerben, an unsere Nachkommen weitergegeben werden könnten.

Zum Beispiel musste nach der Lamarkschen Ansicht ein Bodybuilder, der alle seine Muskelgruppen hart arbeitet, Kinder mit entwickelten Muskeln haben. Das gleiche Prinzip würde bei der Nichtbenutzung von Organen gelten.

Darwins und Wallaces Beiträge zur Evolutionsbiologie: natürliche Selektion

Charles Darwins Name erscheint in den meisten Biologietexten, unabhängig von seiner Spezialität. Darwin hat die Biologie und die Wissenschaft im Allgemeinen in unglaublichem Maße revolutioniert - vergleichbar zum Beispiel mit Newtons Beiträgen.

In seiner Jugend hielt Darwin einen Gedanken aufrecht, der den biblischen Lehren treu blieb. Begleitet von einem religiösen Gedanken zeigte Darwin jedoch Interesse an den Naturwissenschaften, weshalb er sich mit den brillantesten wissenschaftlichen Köpfen des Augenblicks umgab.

Die Reise auf dem Beagle

Darwins Leben nahm eine Wendung, als er in jungen Jahren eine Reise an Bord der HMS Beagle begann, einem britischen Schiff, das verschiedene Regionen Südamerikas erkunden sollte. Nach einer Reise, die einige Jahre dauerte, beobachtete und sammelte Darwin eine enorme Vielfalt südamerikanischer Fauna und Flora.

Dank seiner optimalen finanziellen Situation konnte Darwin sein Leben ausschließlich seiner Arbeit in den Biowissenschaften widmen. Nach umfangreichen Meditationen - und auch Vorlesungen über Wirtschaftswissenschaften - entwickelte Darwin seine Theorie der natürlichen Auslese.

Natürliche Selektion ist eine einfache und kraftvolle Idee, die einen wichtigen evolutionären Mechanismus darstellt - obwohl nicht der einzige, wie wir später sehen werden.

Diese Idee wurde nicht nur von Darwin abgeleitet. Ein junger Naturforscher namens Alfred Wallace hatte unabhängig voneinander sehr ähnliche Ideen. Wallace kommunizierte mit Darwin und die beiden präsentierten gemeinsam die Evolutionstheorie durch natürliche Selektion.

Die Entstehung der Arten

Später präsentiert Darwin sein Meisterwerk: "The Origin of Species", das seine Theorie detailliert und mit soliden Beweisen entfaltet. Dieses Buch enthält sechs Ausgaben, an denen Darwin sein ganzes Leben lang gearbeitet hat.

Die Theorie der natürlichen Selektion besagt, dass es bei einer nützlichen und vererbbaren Variation in einer Population von Individuen eine unterschiedliche Reproduktion zwischen den Besitzern des Merkmals geben wird. Diese werden tendenziell mehr Nachkommen hervorbringen, wodurch die Häufigkeit des Merkmals in der Bevölkerung erhöht wird.

Darüber hinaus schlug Darwin auch gemeinsame Vorfahren vor: Alle Arten haben sich in der Evolutionszeit von einem gemeinsamen Vorfahren unterschieden. So können alle organischen Wesen im großen Baum des Lebens dargestellt werden.

Nach Darwin: Neo-Darwinismus und Synthese

Unmittelbar nach der Veröffentlichung von "The Origin" kam es unter den wichtigsten Wissenschaftlern der Zeit zu einer großen Kontroverse. Im Laufe der Jahre wurde die Theorie jedoch allmählich akzeptiert.

Es gab Biologen, die darwinistische Ideen nie akzeptierten, und so entwickelten sie ihre eigenen Evolutionstheorien, die heute fast völlig diskreditiert sind. Beispiele hierfür sind unter anderem Neolamarkismus, Orthogenese und Mutationismus.

Zwischen den 30er und 40er Jahren wurden alle anti-darwinistischen Theorien mit dem Aufkommen der evolutionären Synthese verworfen. Dies bestand aus der Vereinigung darwinistischer Ideen mit den Beiträgen einer Reihe von Genetikern und Paläontologen wie Fisher, Haldane, Mayr und Wright.

Die Synthese gelang es, Evolutionstheorien mit korrekten genetischen Prinzipien zu vereinen, da eine der Schwierigkeiten, die Darwin während seiner Arbeit hatte, die Unkenntnis von Genen als Teilchen der Vererbung war.

Evidenz für die Evolution: nur eine Theorie?

Heute ist die biologische Evolution eine Tatsache, die durch robuste und reichlich vorhandene Beweise gestützt wird. Obwohl Biologen nicht an der Richtigkeit des Prozesses zweifeln, hören wir im Alltag, dass Evolution "nur eine Theorie" ist - mit abwertenden Konnotationen.

Dieses Missverständnis ergibt sich aus der Tatsache, dass der Begriff "Theorie" in der Wissenschaft und im Alltag unterschiedliche Bedeutungen hat. Für die meisten Menschen ist eine Theorie eine unsichere Vorhersage einer Tatsache, die durch eine schwache Grundlage gekennzeichnet ist. Für einen Wissenschaftler ist eine Theorie ein Körper aus kohärenten und richtig strukturierten Ideen.

Wenn wir dieser Reihenfolge von Ideen folgen, können wir schließen, dass Evolution eine Tatsache ist, und es gibt Mechanismen, um sie zu erklären, wie beispielsweise die Theorie der natürlichen Selektion. Die herausragendsten Beweise für den Evolutionsprozess sind die folgenden.

Homologie

Zwei Prozesse oder Strukturen sind homolog, wenn das Merkmal direkt von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt wurde. In der Evolutionsbiologie ist Homologie ein grundlegender Punkt, da sie die einzigen Merkmale sind, die es uns ermöglichen, die Beziehungen zwischen Vorfahren und Nachkommen zwischen Gruppen zu rekonstruieren.

Morphologische Homologien

Ein sehr berühmtes Beispiel für Homologie sind die Gliedmaßen von Tetrapoden. Nehmen wir drei Tiere, die sich in ihrer Fortbewegungsart unterscheiden, um zu verstehen, warum Homologie ein solider Beweis für den Evolutionsprozess ist: Menschen, Wale und Fledermäuse.

Diese drei Gruppen teilen einen grundlegenden Strukturplan in ihren Vorderbeinen, weil sie ihn von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt haben. Das heißt, ein Tetrapod der Vorfahren hatte einen Humerus, gefolgt von einem Radius und einer Ulna und schließlich einer Reihe von Phalanxen.

Es gibt keinen funktionellen Grund, warum drei Tiere mit solch unterschiedlichen Lebensstilen denselben Knochenplan in ihren Gliedmaßen teilen sollten.

Wenn das Leben entworfen würde, gibt es keinen Grund, einen Wasser-, einen fliegenden und einen terrestrischen Organismus mit demselben Plan zu bauen. Kein Ingenieur - egal wie unerfahren - würde auf die gleiche Weise einen fliegenden und einen schwimmenden Organismus erschaffen.

Der logischste Weg, dies zu erklären, ist die gemeinsame Abstammung. Alle drei erbten diesen Strukturplan von einem Vorfahren und erfuhren die adaptiven Modifikationen, die wir heute sehen: Flügel, Flossen und Arme.

Molekulare Homologien

Homologien sind nicht auf anatomische Merkmale eines Lebewesens beschränkt. Sie können auch auf molekularer Ebene nachgewiesen werden. Die genetische Information von Lebewesen wird in der DNA gespeichert und in Form von Tripletts übersetzt: Drei Nukleotide entsprechen einer Aminosäure.

Eine universelle molekulare Homologie ist das Lesen dieses genetischen Codes, da praktisch alle organischen Wesen diese Sprache teilen - obwohl es sehr spezifische Ausnahmen gibt.

Der Fossilienbestand

Wenn Darwin seine Theorie der natürlichen Selektion vorschlägt, argumentiert er, dass nicht alle allmählichen Übergangsformen im Fossilienbestand vorhanden sind, weil sie unvollständig sind. Im Gegensatz dazu sehen Gegner darwinistischer Ideen die Diskontinuität der Aufzeichnung als Beweis gegen die Theorie.

Wir müssen uns daran erinnern, dass der Fossilisierungsprozess eines organischen Wesens ein unwahrscheinliches Ereignis ist, verbunden mit der Wahrscheinlichkeit, dass sich ein Exemplar in einem guten Zustand befindet. Aus diesen Gründen sind weniger als 1% aller Formen, die jemals gelebt haben, im Fossilienbestand vertreten.

Trotzdem wurden sehr gut erhaltene Fossilien gefunden, die als „Fenster in die Vergangenheit“ dienen. Einer der bekanntesten ist Archaeopteryx. In diesem Fossil fallen die Zwischenmerkmale zwischen einem Reptil und einem Vogel auf. Ebenso haben wir mehrere hominide Fossilien, die es uns ermöglicht haben, die Evolution des Menschen zu rekonstruieren.

Einige alternative Theorien wurden vorgeschlagen, um die Diskontinuität des Registers zu erklären, wie beispielsweise die Theorie des unterbrochenen Gleichgewichts.

Biogeographie

Obwohl die Evolution durch Beweise aus vielen Wissensbereichen gestützt wird, war es die Biogeographie, die Darwin von der Richtigkeit des Evolutionsprozesses überzeugte.

Die Verteilung lebender Organismen auf dem Planeten Erde ist nicht homogen, und viele Aspekte dieses Musters können durch die Evolutionstheorie erklärt werden - und nicht durch die spezielle Schöpfungshypothese.

Wenn wir die Fauna ozeanischer Inseln untersuchen (isolierte Elemente, die noch nie Kontakt zum Festland hatten), stellen wir fest, dass die Artenzusammensetzung sehr eigenartig ist. Dies kann beispielsweise auf Inseln im Nordatlantik beobachtet werden, die als Bermuda-Inseln bezeichnet werden.

Bei den in der Region heimischen Wirbeltieren (nicht-marinen) handelt es sich nur um sehr wenige, hauptsächlich Vögel, Zugfledermäuse und Eidechsen. Einige dieser Arten weisen eine signifikante Beziehung zur Fauna Nordamerikas auf. Andere ihrerseits sind auf der Insel endemisch und kommen in keiner anderen Region vor.

Dieses Verteilungsmuster ist mit evolutionären Prozessen kompatibel, da das Gebiet spezifisch mit Tieren besiedelt ist, die fliegen und große Entfernungen zerstreuen können.

Evolution in Aktion: Beispiel für Evolution

Ein weiteres Missverständnis in der Evolutionsbiologie besteht darin, dass es sich um einen extrem langsamen Prozess handelt.

Zwar müssten wir einige Millionen Jahre warten, um komplexe Anpassungen wie kräftige Kiefer oder Augen mit hervorragender Sicht zu erhalten, doch gibt es bestimmte Evolutionsprozesse, die wir in relativ kurzer Zeit mit eigenen Augen beobachten können.

Als nächstes analysieren wir den Fall der Biston-Betularia-Motte als Beispiel für die Evolution in Aktion. Später werden wir über Resistenzen gegen Antibiotika und Pestizide sprechen, ein weiteres Beispiel für die Evolution, das wir in kurzer Zeit beobachten können.

Industrieller Melanismus und

Eines der bekanntesten Beispiele in der Evolutionsbiologie ist der industrielle Melanismus. Dieses Phänomen wurde während der industriellen Revolution dokumentiert und es gelang, einen Zusammenhang zwischen der Variation der Färbung der Biston-Betularia-Motte und der Kontamination ihres Lebensraums herzustellen.

Die Motte hat zwei Morphologien: eine helle und eine dunkle. Vor der Kontamination war die leichte Motte die dominierende Variante, vermutlich weil sie auf der leichten Rinde von Birken saß und von potenziellen Raubtieren - Vögeln - unbemerkt bleiben konnte.

Mit dem Aufkommen der industriellen Revolution stieg die Umweltverschmutzung auf ein signifikantes Maß. Die Rinde der Bäume nahm eine zunehmend dunkle Farbe an, was zu einer Änderung der Frequenzen der hellen und dunklen Varianten der Motten führte.

Die dunkle Motte war eine Zeit lang die dominierende Variante, da sie sich besser in der geschwärzten Rinde verstecken konnte.

Anschließend wurden Umweltsanierungsprogramme durchgeführt, die zur Verringerung der Umweltverschmutzung beitrugen. Dank der Effizienz dieser Programme begannen die Bäume, ihre ursprüngliche charakteristische Farbe wiederzuerlangen.

Wie wir erraten können, hat sich die Häufigkeit der Motten erneut geändert, wobei die klare Variante die dominierende ist. So wurde der Evolutionsprozess in einem Zeitraum von 50 Jahren dokumentiert.

Mechanismen der Evolution

Die biologische Evolution ist ein Prozess, der zwei Schritte umfasst: die Erzeugung der Variation und dann die differentielle Reproduktion der Variationen, entweder durch natürliche Selektion oder durch genetische Drift. Aus diesem Grund sollten die Begriffe natürliche Selektion und Evolution nicht synonym verwendet werden - weil dies nicht der Fall ist.

Aus der Perspektive der Populationsgenetik ist Evolution die Veränderung der Allelfrequenzen im Laufe der Zeit innerhalb einer Population. Die Kräfte, die die Allelfrequenzen ändern, sind also Selektion, Drift, Mutation und Migration.

Natürliche Selektion

Wie bereits erwähnt, bestand Darwins größter Beitrag zur Biologie darin, die Theorie der natürlichen Selektion vorzuschlagen. Dies wurde von den Medien stark falsch interpretiert und falsch dargestellt, was mit falschen Sätzen wie "Überleben der Stärksten" in Verbindung gebracht wurde.

Bedingungen für die natürliche Selektion

Natürliche Auslese ist eine einfache Idee mit großartigen Ergebnissen. Wenn ein System die folgenden Eigenschaften erfüllt, entwickelt es sich unweigerlich durch natürliche Selektion:

Evolutionsbiologische Anwendungen

Die Evolutionsbiologie hat eine Reihe von Anwendungen, sowohl für die Medizin, die Landwirtschaft, die Naturschutzbiologie als auch für andere Disziplinen.

Medizin

Die Evolutionstheorie ist eine wesentliche Wissenschaft auf dem Gebiet der Medizin. So können wir beispielsweise das Ergebnis des wahllosen Einsatzes von Antibiotika zur Behandlung von Infektionskrankheiten vorhersagen.

Wenn wir ein Antibiotikum unnötig anwenden oder die medizinische Behandlung nicht abschließen, werden wir nicht resistente Varianten eliminieren, aber resistente Personen werden ihre Häufigkeit in der Bakterienpopulation erhöhen.

Derzeit ist das Problem der bakteriellen Resistenz gegen die meisten Antibiotika ein Thema von globalem Interesse und Interesse. Die Sensibilisierung für den Einsatz von Antibiotika ist eine Möglichkeit, diese Komplikation zu verringern.

Beispielsweise ist das Bakterium Staphylococcus aureus in Operationssälen häufig und verursacht bei Patienten während Operationen Infektionen.

Heute sind die Bakterien gegen eine Reihe von Antibiotika wie Penicillin, Ampicillin und verwandte Medikamente vollständig resistent. Obwohl neue Antibiotika entwickelt wurden, um dem entgegenzuwirken, sind die Medikamente immer weniger wirksam.

Die Widerstandskrise ist eines der dramatischsten Beispiele der Evolution, die wir mit eigenen Augen beobachten können. Sie dient daher auch als Beweis für den Evolutionsprozess.

Landwirtschaft und Viehzucht

Das gleiche Evolutionsprinzip kann auf den Einsatz von Pestiziden zur Beseitigung von Schädlingen in Kulturpflanzen mit erheblicher wirtschaftlicher Bedeutung übertragen werden. Wenn die gleiche Art von Pestizid über einen längeren Zeitraum angewendet wird, werden wir die Erhöhung resistenter Varianten bevorzugen.

Ebenso versuchen die Landwirte, die "besten" Tiere zu erhalten, die die Produktion maximieren (Milch, Fleisch usw.). Diese Viehzüchter wählen die Personen aus, die sie in der Praxis am nützlichsten finden. Im Laufe der Generationen ähneln die Individuen zunehmend den Wünschen der Menschen.

Dieser Prozess der künstlichen Selektion beim Menschen ähnelt hinsichtlich des unterschiedlichen Fortpflanzungserfolgs der natürlichen Selektion. Mit dem bemerkenswerten Unterschied, dass es in der Natur keine Auswahleinheit gibt.

Naturschutzbiologie

In Naturschutzfragen können Phänomene wie "Engpässe" und die durch Inzucht verursachte Abnahme der Fitness vermieden und Schutzpläne erstellt werden, die die Fitness steigern und die Bevölkerung "gesund" halten.

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