WIE SEX DIE EVOLUTION ANTREIBT

Als Charles Darwin vor 150 Jahren den „Ursprung der Arten” veröffentlichte, legte er mit diesem Werk die solide Basis für einen Neubau. Seither gilt für die Biologie, dass all ihre Funde und Befunde erst in Zusammenhang mit der Evolution einen Sinn ergeben. Wir wissen nun auch, dass Evolution eine Gegebenheit ist wie die Drehung der Erde um sich selbst und um die Sonne – und keine Theorie. Die zentrale Leistung Darwins und seines Mitentdeckers der natürlichen Selektion, Alfred Russel Wallace, lag jedoch nicht in der Entdeckung „der Evolution”. Was sie vor eineinhalb Jahrhunderten gleichzeitig und weit voneinander entfernt herausfanden, war der Mechanismus, auf dem Evolution beruht: Die natürliche, durch keine Zielvorgaben gelenkte Auslese von Variationen, welche die Organismen durch Mutationen in Überfülle erzeugen.

Wie diese Mutationen zustande kommen, wussten beide Väter der Evolutionstheorie nicht, weil die Erbträger im Genom noch nicht bekannt waren. Doch dass die Variationen weitgehend erblich sind, war längst klar. Tier- und Pflanzenzüchter nutzten diese Gegebenheiten. Was sie aus den Wildformen hervorholten, erwies sich als schier unglaublich vielfältig. Für Darwin enthielt die Fülle des Materials, das er über Jahrzehnte und unter Mithilfe vieler Naturforscher zusammengetragen hatte, so viel Beweiskraft, dass er überzeugt war, den richtigen Mechanismus gefunden zu haben: Die wichtigsten Vorgänge waren Mutation und Selektion.

Nicht IMMer Überlebt DER STÄRKSTE

Ihre gestaltende Kraft verstärkt die Isolation: In kleinen, von der Hauptmasse der Artgenossen abgetrennten Populationen verläuft Evolution schneller. Das Neue kann sich rascher und wirkungsvoller manifestieren, wenn es vom Alten gut genug isoliert ist. Die ganze Vielfalt des Lebens wurde mit diesem höchst einfachen System von variabler Überschussproduktion an Nachkommen und der Auslese durch die Umwelt erklärbar.

Die große Überzeugungskraft der Darwin’- schen Theorie steckt in ihrer Schlichtheit. Das macht sie jedoch anfällig für falsche Auslegungen. Sozialdarwinisten und andere missbrauchten Darwins Formulierung „survival of the fittest” für ihre politischen Zwecke: Das „Überleben des Passendsten” wurde als „Überleben des Tüchtigsten” oder gar „des Stärksten” gedeutet. Anderen, die in der Welt Ordnung und Vorbestimmung suchten, missfielen die Zufälligkeiten, die in Darwins Erklärung mitspielen. Der Natur musste doch eine gewollte, zielführende Zweckmäßigkeit innewohnen! Menschen, die so empfanden, erschien das freie Wechselspiel von Leben und Umwelt nicht überzeugend. Es fehlte der (tiefere) Sinn, der die Entwicklung in Gang hält und in die richtige Richtung auf ein Endziel lenkt.

Darwin, so könnte man es ausdrücken, hatte nicht die postulierte „Lebenskraft” für die lebendige Natur entdeckt. Die stellte man sich als gestaltendes Gegenstück zur physikalischen Schwerkraft vor, die alles hinabzieht. Allenfalls hatte er einen Teil gefunden, dem das Hauptstück noch fehlte. Wie sonst hätten ungerichtete Ausleseprozesse der Evolution eine Richtung geben können? Darwin wurde vorgehalten, die Natur müsse „rot vor Blut an Zähnen und Krallen” sein, weil sich die Tüchtigsten, die Fittesten, eben nur mit brutaler Gewalt durchsetzen könnten. Was wir vorfinden, stimmt damit aber nicht überein: Die Natur ist weder ein Chaos noch eine Ansammlung von Siegern unablässiger Kämpfe in einem Meer von Blut.

NICHT ALLES IST NÜTZLICH IN DER NATUR

Dass er gründlich – und nicht selten absichtlich – missverstanden wurde, war Darwin bewusst. Doch ein ganz anderes Problem bedrückte ihn noch viel mehr: Variation und Selektion sollten über die lange Zeit der Evolution hinweg zu bestens angepassten Organismen geführt haben. In vielen Fällen sieht das auch so aus, etwa wenn Delfine als Säugetiere sogar die Fischform übertreffen und schneller und effizienter als die echten Fische geworden sind. Oder wenn am Vogelflügel die speziellen Anpassungen an größtmögliche Geschwindigkeit, rasche Beschleunigung und große Wendigkeit leicht abzulesen sind – auch für Techniker. Die lebendige Welt ist voller solch exzellenter Anpassungen. Sie alle belegen und unterstützen Darwins Sicht.

Doch Abweichungen davon kommen mehr als genug vor, um die Theorie der Anpassung durch Umwelt-Selektion ernsthaft herauszufordern. Darwin kannte diesen Schwachpunkt. Es bereitete ihm „Albträume”, wie er sich ausdrückte, wenn er etwa an das Prachtgefieder von Vögeln wie dem Argusfasan dachte. In der Vogelwelt gibt es besonders viele Arten, bei denen die Männchen geradezu luxuriös prächtig, die Weibchen dagegen unscheinbar schlicht gefiedert sind. Wie können dann beide, wenn sie doch so unterschiedlich sind, gleichermaßen „angepasst” sein? Widerspricht nicht die zur Schau gestellte Schönheit der Notwendigkeit der Anpassung?

SEXUELLE WAHL GIBT DIE RICHTUNG VOR

Wie vertragen sich Prachtkleider der Vögel, luxuriöse Bildungen bei Säugetieren wie das Geweih der Hirsche und extreme Geschlechtsunterschiede wie bei manchen Schmetterlingen mit dem „ survival of the fittest”? Darwin, der in seinem Hauptwerk „Über den Ursprung der Arten” den Menschen nur mit einem Satz fast am Ende des Buches erwähnt („Licht wird auch fallen auf den Menschen und seine Geschichte”), bot zwölf Jahre später im weit weniger beachteten Werk „Die Abstammung des Menschen” seine Lösung mit einer anderen Form von Selektion an. Er nannte sie „sexuelle Selektion”, weil sie von den Geschlechtern ausgeht und innerhalb der Arten wirkt.

Anders als die natürliche Selektion, die ungerichtet verläuft, weil in der Natur keine Instanz vorhanden ist, die eine Richtung vorgibt, ist die sexuelle Selektion von Anfang an gerichtet. Denn es wird gewählt, bevor die Paarung vollzogen wird. Häufig, bei den Vögeln und den Säugetieren in aller Regel, treffen die Weibchen die Wahl. Sie erkennen und bewerten jede Besonderheit bei den Männchen. Durch Bevorzugung einer bestimmten Variante erzielt diese mehr Nachkommen als die Konkurrenz. Die besondere Eigenschaft wird nun weitervererbt, und, wenn sich der Geschmack der Weibchen nicht ändert, auch weiterentwickelt. So entsteht aus kleinen Anfängen – beispielsweise etwas vergrößerten, glänzenden Deckfedern des Oberschwanzes – nach und nach ein so gewaltiges und prächtiges Gebilde wie das Rad des Pfauenhahns. Kleine Knochenzapfen, die aus dem Schädeldach hervorkommen, eignen sich zum Kampf, sodass die weiblichen Hirsche die Sieger auswählen können. Die Geweihe der Männchen werden dadurch größer und größer – bis sie eigentlich ihre Träger behindern und schädigen sollten. Darwin folgerte, dass die sexuelle Selektion auf Abwege geraten und mit der natürlichen in Konflikt kommen kann. Sie blieb denn auch ein gutes Jahrhundert lang seine Schwachstelle im Gesamtkonzept. Erst in unserer Gegenwart wurde die Problematik wieder aufgegriffen, die in der sexuellen Selektion steckt. Schönheit und ihre Steigerung betrachtet man nun als äußere Zeichen für Gesundheit und Fitness. Gelöst ist Darwins Dilemma damit trotzdem nicht – denn warum wirkt sexuelle Selektion nicht bei allen Arten?

GENE ALS AHNENTAFELN

Doch die natürliche Selektion wurde nie ernstlich in Zweifel gezogen. Seit das Vererbbare in Form der Gene fassbar geworden ist, kann man damit sogar gut rechnen und die Wirkung der Selektion als „Änderung von Genfrequenzen” in Formeln fassen: Die Zahl mancher Gene nimmt von Generation zu Generation zu, die anderer nimmt ab. Wie überhaupt die Genetik mit ihren Entdeckungen Darwin zunächst umfassend bestätigte und dann rasch überholte.

Inzwischen wissen wir, dass in den Genen der Organismen auch ihre Evolution gespeichert ist. Die früheren Ordnungssysteme der Lebewesen, wie sie der berühmte Schwede Carl von Linné vor 250 Jahren eingeführt hat, hingen noch bis vor wenigen Jahrzehnten von den Annahmen oder der Intuition der Systematiker ab. Die molekulargenetischen Stammbäume zeigen nun aber nicht nur den Grad der Verwandtschaft an, sondern sie machen auch die Zeit errechenbar, die seit der Trennung der verschiedenen Stammeslinien vergangen ist. Dieses neue System kommt ohne irgendeinen Bezug auf Anpassungen aus. Wie die Ahnentafeln von Menschengeschlechtern gibt es nur die Abfolgen wider, nicht aber die Gründe, warum es zu bestimmten Entwicklungen gekommen ist. Trotz dieses Defizits stecken interessante Informationen darin: Dem Menschen weist die Molekulargenetik die beiden Schimpansenarten (Schimpanse und Bonobo) ganz eindeutig als nächste Verwandte zu, gefolgt von Gorilla und Orang Utan. Bewiesen ist auch, dass das menschliche Erbgut zahlreiche Gene anderer Säugetiere, ja sogar Gene von Taufliegen und Bakterien enthält. Sie alle gehören zu unserer ferneren Verwandtschaft. Damit ähneln die neuen Befunde verblüffend dem Stammbaum, den Darwins stärkster Verbündeter auf dem Kontinent, der deutsche Biologe Ernst Haeckel, Ende des 19. Jahrhunderts aufgestellt hatte. Haeckel wusste wie Darwin noch nichts von der Natur des Genoms, aber er ahnte offensichtlich die richtige Richtung. In seinen „Welträtseln” formulierte er die großen Fragen der Biologie, von denen seither lediglich eine einzige weitgehend geklärt ist: das Rätsel der Vererbung.

Für Haeckel stand jedoch ein anderes viel größeres und bis heute ungelöstes Rätsel im Vordergrund: das des Geistes. Darwins Evolutionsmechanismus ist an die Materie gebunden, er wirkt auf das Erbgut ein – modern gesprochen: auf die Gene. Doch der Geist ist nicht Materie und auch nicht in konkreten Einheiten fassbar. Liegt die Welt des Geistigen damit grundsätzlich außerhalb der Darwin’schen Welt der Evolution? An dieser „obersten Grenze” reiben und scheiden sich bis heute die Geister – wie umgekehrt auch an der untersten, an der es darum geht, ob Leben spontan aus nicht lebendiger Materie entstehen kann.

KEIN LEBEN AUS DEM LABOR

Viele Modelle sind zur Entstehung des Lebens entworfen worden. Doch aus keinem einzigen ging in einem Experiment neues Leben hervor. Dass hochgradig geordnete und gespeicherte Information allein nicht ausreicht, zeigen die Viren. Wie sie gebaut sind und funktionieren, das ist schon sehr weitgehend erforscht. Sie führen mit ihrer buchstäblich ungeheuerlichen Fähigkeit zu mutieren direkt vor Augen, wie Evolution verläuft. Tatsächlich folgt das Virus-Genom genau dem Darwin’schen Prinzip von spontanen und zufälligen Mutationen, die der Selektion unterworfen sind. Doch die Viren brauchen einen lebenden Organismus, um selbst lebendig werden zu können. Ohne diesen, ohne einen passenden „Wirt”, bleiben sie leblos und inaktiv wie eine Software ohne Hardware.

Sucht die Forschung den Ursprung des Lebens daher vielleicht zu einseitig bei den Informationsträgern? Oder, noch allgemeiner gefragt: Ist Genetik doch nicht alles? Wenn das Genom stets einen Behälter mit „Stoffwechsel” braucht, also eine nach außen abgeschlossene biochemische Apparatur, die es kontrollieren und verbessern, aber ohne die es nicht existieren kann – war der Stoffwechsel dann vielleicht zuerst da? Und ist er autonomer, als man das gegenwärtig einschätzt? Bekannte, aber auch aufregende neue Befunde nähren diesen Verdacht. So sind unsere roten Blutkörperchen ohne Zellkern zwei bis drei Monate lang überlebensfähig und höchst effizient im Transport von Sauerstoff. Auch endet das Leben, wie wir wissen, nicht gleichzeitig für alle Teile unseres Körpers. Organe von Gestorbenen können, solange der Stoffwechsel darin noch funktioniert, mit Erfolg in Lebendige verpflanzt werden.

Sogar Darwins Problem mit dem Prachtgefieder des Argusfasans und ganz allgemein mit dem luxuriös Schönen in der lebendigen Natur könnte durch die Berücksichtigung des Stoffwechsels eine neue Deutung finden. Denn es ist mit dem Begriff der sexuellen Selektion nicht gelöst worden. Die Zuteilung eines Namens erklärt nichts. Auch die von dem berühmten Evolutionsforscher Amotz Zahavi vertretene Annahme eines die Weibchen beeindruckenden Handikaps (bild der wissenschaft 1/2008, „Amotz Zahavi: Der Vogelversteher”) überzeugt keineswegs alle Evolutionsbiologen.

MÜTTER INVESTIERen ANDERS

Nimmt man nämlich den Stoffwechsel ernst, sind Prachtgefieder oder Hirschgeweih keine Behinderung, sondern eine Alternative zu den Leistungen der Weibchen. Das Protein, das in kurzer Zeit in die Ausbildung des so großartigen Prachtgefieders etwa der Pfauenhähne gesteckt werden muss, entspricht dem Proteingehalt der Gelege der Hennen. Und das Kalziumphosphat des Hirschgeweihs entspricht dem Inhalt des Knochenskeletts der neu geborenen Hirschkälber. Die Milch mit ihrem Kalzium- und Phosphatgehalt kommt als weitere Ausgabe der Muttertiere hinzu.

In der Bilanz entsprechen diese Spitzen-Leistungen des mütterlichen Stoffwechsels den Investitionen der Hirsche in ihr Geweih und ihr Gewicht. Männliches Brunftgehabe wäre somit geradezu ein physiologisches Abbild der weiblichen Schwangerschaft. In meinem neuen Buch „Der Ursprung der Schönheit” , das im Frühjahr 2009 erscheint, führe ich diese von mir entwickelte Deutung der sexuellen Selektion näher aus und begründe sie.

Denn der Stoffwechsel verläuft nicht getrennt in männlich und weiblich. Männchen und Weibchen sind im Prinzip in der Bilanz gleich. Ihre Stoffwechselwege werden durch Hormone nur modifiziert. Hormone bewirken die Zuteilung der „Baustoffe” und stellen den Männchen jenen Überschuss bereit, der bei einigen Tieren in die uns bizarr erscheinenden Bildungen geht. Die prächtigen Männchen leiden nicht unter ihrer Pracht. Die Weibchen haben die größeren Verluste – und werden zum selteneren Geschlecht. Das seltenere Geschlecht trifft die Wahl. Die Weibchen wählen sodann nach Kriterien, die echten Qualitäten entsprechen: Gesundheit und ungestörte Entwicklung. Das Prachtgefieder oder die eindrucksvollen Geweihe stellen beides objektiv zur Schau. Schönheit drückt Gesundheit und damit „gute Gene” aus – beste Voraussetzungen für die ungleich höheren Investitionen, die den Weibchen mit großen Gelegen oder mit dem Austragen der Jungen in ihrem Körper bevorstehen. (Nur bei uns Menschen ist alles anders: Hier konkurriert das schöne Geschlecht mit weiblicher Attraktivität um starke und kluge Männer, die verlässliche Versorger der Kinder sind.)

DIE UMWELT DIKTIERT NICHT ALLES

Darwins sexuelle Selektion erhält bei dieser Betrachtung einen anderen Sinn. Sie führt nicht zu Irrwegen, sondern verhindert solche. Das Geschehen im Stoffwechsel ist dabei ungleich wichtiger als die häufig vorschnell so genannte Anpassung an die Umwelt. Dass ihr bis heute eine übergroße Bedeutung zugemessen wird, geht auf Darwin zurück. Dem physiologischen Kenntnisstand seiner Zeit zufolge konnte er sich praktisch nur am Äußeren der Lebewesen orientieren. Die inneren Vorgänge im Körper waren damals noch nahezu unbekannt. Daher hielt Darwin die Organismen für „angepasster”, als sie es sind. Heute wissen wir: Die Umwelt bestimmt den Gang der Evolution weniger als die Autonomie der Organismen und ihre fortschreitende Loslösung von den Außenbedingungen.

Die Möglichkeiten der Evolution halten noch so manche Überraschung bereit. Mit Darwin begann die rationale Erforschung der Vergangenheit des Lebens. Mit unserer Generation und ihren ersten Eingriffen ins Genom fing die Zeit der gezielten und gelenkten Evolution an. Die Gentechnik funktioniert – das ist der stärkste Beweis dafür, dass Darwin die Forschung auf den richtigen Weg gebracht hat – so wie erst die Technik die Physik umfassend beweisen konnte. Darwins Werk ist noch lange nicht ausgeschöpft. Evolution bleibt spannend. ■

Der Evolutionsbiologe JOSEF H. REICHHOLF aus München ist im Darwin- Jahr ein gefragter Mann.

von Josef Reichholf