Unter einem Evolutionsfaktor versteht man Vorgänge, die die Allelfrequenzen und somit den Genpool (= Gesamtheit aller Genvariationen in einer Population) verändern. Nach der synthetischen Evolutionstheorie sind diese Vorgänge die Ursache aller evolutionären Veränderungen.

Es gibt 4 besonders wichtige Evolutionsfaktoren:

1. Mutation

Eine Mutation (lat.mutare = ändern) ist die Veränderung des Erbguts. Es gibt drei verschiedene Arten von Mutationen:

  • Genmutation: Veränderung eines einzelnen Gens
  • Chromosmenmutation: Veränderung der Chromosomenstruktur
  • Genommutation: Veränderung der Anzahl der Chromosomen

Mutationen haben zwei Eigenschaften: Sie treten zufällig und ungerichtet auf, d.h. sie verfolgen kein direktes Ziel, haben keinen bedeutenden Zweck und entstehen zeitlich spontan. Die Wahrscheinlichkeit einer Mutation kann aber durch sogenannte Mutagene erhöht werden, das sind z.B.: Chemische Stoffe, Radioaktivität, UV-Strahlung und Röntgenstrahlung.

Die Mutationen sind ein sehr wichtiger Evolutionsfaktor, da sie dafür sorgen, dass neue Allele in den Genpool der Population kommen. Für das Individuum kann eine Mutation ein Vorteil, ein Nachteil oder unbedeutend sein.

Wenn für ein Individuum eine Mutation ein Vorteil ist (z.B.: Die Laktosetoleranz bei Menschen), dann ist dieses Individuum dem Rest der Population ohne diese Mutation überlegen. Normalerweise verbreitet sich diese Mutation dann innerhalb der Population und eine erhöhte Fitness sorgt für das schnellere Verbreiten der Gene des Individuums. So breiten sich Mutation dann in der Population aus.

Wenn aber eine Mutation für ein Individuum ein Nachteil ist, kann dies im schlimmsten Fall zum Tode führen, wenn lebenswichtige Stoffwechselvorgänge betroffen sind.

Mutationen, die weder ein Vorteil noch ein Nachteil für das Individuum sind, werden stille Mutationen genannt. Mutationen können auch an Orten entstehen, wo keine wichtigen Informationen enthalten sind oder sie verändern nicht die Aminosäurenabfolge im Code, da viele Aminosäuren viele Codierungen zulassen.

Von den stillen Mutationen sind aber auch noch die neutralen Mutationen zu unterscheiden. Es kann zwar zu einer phänotypischen Ausprägung kommen, aber sie hat keinen Einfluss für die Selektion.

Zum Beispiel sind blaue Augen bei Menschen ein gutes Beispiel dafür. Diese Mutation ist etwa vor 10.000 Jahren aufgetaucht.

Weitere Beispiele:

  • Die Laktose Toleranz bei Menschen: Die Fähigkeit Milchzucker (Laktose) abzubauen ist Grundlage einer Mutation. Normalerweise besitzt man nur im Säuglingsalter die Fähigkeit, den Milchzucker der Muttermilch abbauen und somit verdauen zu können. Wissenschaftler vermuten, dass diese Mutation zwischen der Steinzeit und dem Beginn der Viehzucht aufgetreten ist und einen großen Selektionsvorteil mit sich brachte, da sie das Ernähren und Verdauen von tierischer Milch ermöglichte.

  • Die Rot-Grün-Sehschwäche: Bei einer Rot-Grün-Sehschwäche haben Menschen das Problem, die Farben Rot und Grün auseinander zu halten. Die Ursache dafür ist eine Veränderung der Aminosäurensequenz, welche das Sehen von Farben beinflusst. Das wichtige Protein Opsin wird dabei nicht richtig gebildet, welches dann die Wahrnehmung der Farben verändert.

  • Der Industriemelanismus: Der Birkenspanner war früher ein weißer Falter, der aufgrund seiner Tarnung kaum auf Birkenstämmen zu sehen war und deswegen von seinen Fressfeinden nicht erkannt wurde. Als dann im Zeitalter der Industrialisierung der Flechtenbewuchs der Birken aufgrund der Luftverschmutzung abnahm und damit die Birken immer weniger weiß eingefärbt waren, war der Birkenspanner sehr leicht zu sehen und wurde von seinen Fressfeinden gefressen. Jedoch tauchte dann aufgrund einer Mutation ein schwarzer Birkenspanner auf, der dann wieder optimal an die schwarzen Birken angepasst war und überlebte.

2. Gendrift

Gendrift ist die zufällige Veränderung der Genhäufigkeit eines bestimmten Allels innerhalb einer Population. Besonders bei kleineren Populationen hat der Gendrift eine Bedeutung, da Allele sehr schnell aus dem Genpool einer Population verschwinden können. Im Gegenteil kann es aber auch nach z.B.: einer Naturkatastrophe passieren, dass bestimmte Gene auf einmal sehr häufig und extrem vorkommen, wenn nur ein wenig Individuen überlebt haben und die meisten von ihnen ein zuvor seltenes Allel in sich tragen.

Es gibt insegesamt zwei Beispiele für einen Gendrift:

  • Der Gründereffekt: Bei dem Gründereffekt wird eine neue Population durch einige wenige Individuen gegründet.

Innerhalb der neuen Population (P2) unterscheidet sich die Allelfrequenz (=Allelhäufigkeit) von der nun isolierten Ausgangspopulation (P1). Es besteht kein Genfluss mehr zwischen den beiden Populationen.

Die Folge davon ist eine geringe Genvariabilität, weil manche Allele nur in einer bestimmten Population auftreten. Der Genpool von P1 besteht aus einer ganz anderen Zusammensetzung der Allelen als bei P2.

Eine notwendige Bedingung für den Gründereffekt ist die Isolation der Ausgangspopulation. (Siehe Allopatrische Artenbildung)

  • Der Flaschenhalseffekt: Beim Flaschenhalseffekt wird die genetische Variabilität in Verbindung mit der zufälligen Änderung der Allelhäufigkeiten stark reduziert.

Als Vorraussetzung sollte es ein Ereignis geben, z.B.: eine Naturkatastrophe, in der viele Individuen getötet werden, eine plötzliche goegrafische Isolation durch das Ansteigen des Meeresspiegels, oder das einzelne Individuen zufällig auf eine noch nicht von ihnen bevölkerte Insel kommen, damit der Flaschenhalseffekt eintritt.

Bei allen Fällen ist die zufällige Auswahl der Individuen unabhängig von ihren Anpassungsfähigkeiten an die neue Umwelt sehr wichtig.

3. Rekombination

Rekombination ist die Neuverteilung von Erbgut während der Meiose. Die Rekombination ermöglicht die Zeugung von zwei identischen Nachkommen und ist maßgeblich für eine hohe genetische Variabilität. Im Gegensatz zu den Mutationen sorgt die Rekombination für eine andere Verteilung von bereits vorhandenen genetischem Material.

=> Keine Veränderung des Genpools.

Es gibt zwei Arten von Rekombination:

  • Die Interchromosomale Rekombination:

In der Metaphase während der Meiose "versammeln" sich alle Chromosome in der Äquatorialebene. Dann bei der Anaphase verteilen sich die homologen Chromosome zufällig und werden von Zugfasern des Spindellapparats an den Rand der Zelle gezogen. So werden die Chromosomenpaare neu kombiniert und bestehen nun aus mütterlichen und väterlichen Chromosomen.

  • Die Intrachomosomale Rekombination:

Sie betrifft die Rekombination zwischen den homologen Chromosomen innerhalb der Meiose. Bei der Prophase legen sich die Chromatiden übereinander (crossing over = übereinander legen). Es kann dabei passieren, dass die Teilabschnitte brechen, und dann mit Teilen des anderen Chromatids wieder angeschlossen werden, sodass es zum teilweisen Austausch von väterlichen und mütterlichen Chromosomen kommt.

4. Selektion

Selektion (lat. selectio = Auswahl) kann in drei Unterbegriffe eingeteilt werden:

  • Natürliche Selektion: Lebewesen, die besser an ihre Umwelt angepasst sind als andere Lebewesen, haben eine erhöhte Wahrscheinlichkeit, dass sie ihre Gene weitergeben, als andere, schlechter an die Umwelt angepasste Lebewesen. Grundsatz dieser These ist, dass Individuen die länger leben öfter ihre Gene weitergeben können und umso besser ein Individuum an seine Umwelt angepasst ist, desto öfter wird er seine Gene an die nächste Generation weitergeben können. Bei diesem Grundsatz spricht man von einer sogenannten "Fitness".

  • Sexuelle Selektion: Die innerartliche Auswahl von Sexualpartnern, welche sich aus der Konkurrenz um Fortpflanzungspartnern ergibt. Die Sexuelle Selektion erklärt auch, wieso manche Tiere bestimmte Eigenschaften haben, die für die natürliche Selektion nutzlos und eher vom Nachteil wären, z.B.: die Schwanzfedern des Pfaus, die die Flucht vor Fressfeinden behindern würden, aber ein wichtiges Balzmittel sind.

  • Künstliche Selektion: Eine Selektion, die von Menschen gesteuert wird, um bestimmte Merkmale bei Tier- und Pflanzenarten zu fördern, z.B.: höhere Milchleistung von Kühen, gegen Krankheit resistente Nutzpflanzen wie Weizen.

Charles Darwin erkannte diesen Mechanismus und sprach in seinem Werk "On the origin of Species" von "Survival of the fittest", ein Satz der oft missverstanden wird. Manche interpretieren ihn so, dass nur der Stärkere überlebt, obwohl eigentlich damit die Individuen gemeint sind, die sich am besten an ihre Umwelt anpassen können.

Nicht die stärksten, sondern die am besten angepassten Organismen geben ihre Gene weiter, was im optimalen Fall zu einem längeren Leben und mehr Nachkommen führt.

Durchaus kommt es auch vor, dass die weniger angepassten Lebewesen ihre Gene weitergeben, weswegen die Selektion auch ein statistischer Wahrscheinlichkeitsprozess darstellt, da eine optimale Anpassung nicht immer die Weitergebung der Gene garantiert.

Prozesse von innerartlicher und außerartlicher Weise sind sehr wichtig, weswegen man die Populationen bei der Selektion auch immer im Ganzem betrachten muss.

Weniger gut angepasste Individuen geben zwar auch ihre Gene weiter, aber statistisch gesehen seltener, als die, die sehr gut angepasst sind und deswegen werden günstige Allele im Genpool häufiger und nachteilige Allele seltener.

Der Selektionsdruck: Auf alle Lebewesen wirken Selektionsfaktoren, die auf die Population "drücken" und den Prozess der Evolution bestimmen. Dies geschieht passiv und die Popluationen werden durch die Selektion an die Umwelt angepasst, nicht durch sie selbst.

Es gibt drei Arten von Selektionstypen:

  • Die Transformierende Selektion:

Bei der Transformierenden Selektion wirkt der Druck von einer Seite aus. Die Population verschiebt sich weg von dem Selektionsnachteil in die andere Richtung. Die x-Achse entspricht der Intensität der Ausprägung der Merkmale und die y-Achse entspricht der Anzahl an Lebewesen.

Ein Beispiel wäre eine Population von Tiefseefischen, die von einem größeren Räuberfisch gejagt wird. Wenn der Tiefseefisch schnell und flink ist, dann entkommt er dem Räuber und wird weniger gefressen. Auf Dauer entwickelt sich die Population der Fische in die Richtung, dass die einzelnen Individuen schneller werden, da die schnelleren Individuen weniger gefressen werden und deswegen ihre Gene öfter weitergeben können.

  • Stabilisierende Selektion:

Bei der Stabilsierenden Selektion wirkt der Druck von beiden Extremseiten auf die Merkmalprägung. Auf Dauer nähert man sich immer mehr dem Mittelwert, da die extremen Formen benachteiligt werden. Die x-Achse beschreibt die Intensität der Merkmalausprägung und die y-Achse der Anzahl der Lebensformen.

Ein Beispiel hierfür wäre die Größe von Flügeln. Vögel mit extrem kleinen oder großen Flügeln sind nicht optimal flugfähig, weswegen sich der Mittelwert auf lange Sicht stabilisiert. Extreme Exemplare kommen deswegen seltener oder gar nicht mehr vor.

  • Disruptive Selektion:

Bei der Disruptiven Selektion bildet sich die Ausbildung von zwei extreme Phänotypen, weswegen die Ausprägung eines Merkmals im Mittelbereich Nachteile hat. Die x-Achse entspricht der Intensität der Ausprägung der Merkmale, die y-Achse entspricht der Anzahl der Individuen.

Ein Besipiel hierfür wären die Darwinfinken (Siehe Adaptive Radiation), deren Arten in Insekten- und in Körner-/Nussfresser eingeteilt werden. Für das Fangen und Fressen von Insekten benötigt man einen feinen, kleinen Schnabel und für das Knacken von Nüssen oder Schalen benötigt man einen kräftigen Schnabel. Der Mittelwert eines Schnabels bringt im Gegensatz zu den spezialisierten Formen keine Vorteile und ist den spezialisierten Formen unterlegen, weswegen es auf Dauer zur Bildung von zwei Extremen kommt: Ein dicker und ein dünner Schnabel.


Quellen

  • https://de.wikipedia.org/wiki/Evolutionsfaktor
  • http://www.biologie-schule.de/evolutionsfaktor-mutation.php
  • http://www.biologie-schule.de/evolutionsfaktor-gendrift.php
  • http://www.biologie-schule.de/evolutionsfaktor-rekombination.php
  • http://www.biologie-schule.de/evolutionsfaktor-selektion.php
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