Frage der Woche – Kann man der Evolution zusehen?

Frage der Woche:Kann man der Evolution zusehen?

17. Mai 2010, 21:34 Uhr

Charles Darwin dachte, die Evolution sei zu langsam, um sie direkt zu beobachten. Doch hier hatte er Unrecht.

Als Charles Darwin während seiner Reise mit dem Forschungsschiff Beagle 1835 die Galápagos-Inseln besuchte, war er noch weit davon entfernt, die Theorie aufzustellen, die ihn später berühmt machen sollte.

Er bemerkte aber bereits zu dieser Zeit, dass auf den Inseln mehrere sehr ähnliche Arten von Vögeln lebten, die sich deutlich in der Form ihrer Schnäbel unterschieden. Offenbar nutzten die Tiere unterschiedliche Nahrungsquellen. Allerdings beobachtete er, dass einige Arten gemeinsam im Schwarm die gleichen Samen vom Boden pickten.

Anhand der Kadaver, die Darwin nach England mitbrachte, konnte der Vogelspezialist John Gould vom zoologischen Museum in London eine Reihe von nah verwandten Arten identifizieren, die ausschließlich auf den Galápagos-Inseln lebten. Heute werden sie als Darwin- oder Galápagosfinken bezeichnet und sie stellen eines der anschaulichsten Beispiele für die Anpassung an Umweltbedingungen dar, die zur Bildung neuer Arten führt.

Doch wieso hatte Darwin verschiedene Arten beim gemeinsamen Mahl beobachtet? Und wieso hatten diese Tiere dann überhaupt so unterschiedliche Schnäbel entwickelt?

Dieselben Fragen stellten sich knapp 140 Jahre später Rosemary und Peter Grand von der amerikanischen Princeton University. Und anders als Darwin, der lediglich fünf Wochen auf den Galápagos-Inseln verbrachte, nahm sich das Wissenschaftler-Ehepaar Zeit. Viel Zeit. Mehr als 30 Jahre beobachteten sie die Vogelpopulationen auf der Insel Daphne Major jedes Jahr über einen Zeitraum von sechs Monaten hinweg.

Das Eiland ist so klein, dass die Forscher jeden einzelnen Vogel fangen, messen und beringen konnten. Weniger als einen halben Quadratkilometer teilen sich hier die spitzschnäbeligen Kaktus-Grundfinken (Geospiza scandens) und die Mittel-Grundfinken (Geospiza fortis) mit stumpfen Schnäbeln.

Beim ersten Besuch sahen auch die Grants, dass die Tiere gemeinsam speisten. Doch als die Regenzeit vorüber war, änderte sich das Bild. Die kleinen, weichen Körner wurden knapp. Und nun geschah, was Darwin nicht mehr hatte beobachten können: Die Mittel-Grundfinken knackten die verbleibenden Samen mit ihren großen Schnäbeln, die Kaktus-Grundfinken dagegen wichen auf die Samen der Feigenkakteen aus. Eine Folge der Evolution? Oder waren Gott während des Schöpfungsakts die Farben ausgegangen, so dass er sich bei den Galápagosfinken darauf beschränkte, Größe und Schnabelform zu variieren?

Es kommt auf jeden Millimeter an

Nun gibt es auch innerhalb der Arten verschieden große Tiere mit unterschiedlich langen Schnäbeln. Und anhand dieser Merkmale konnten die Forscher der Evolution tatsächlich gewissermaßen bei der Arbeit zusehen: Einige Jahre nach dem Beginn ihrer Studien kam es auf den Inseln zu einer schweren Dürre. Für die Finken blieben nur noch die großen, harten Samen von Kakteen und dem Bürzeldorn übrig. An diesen aber scheiterten viele Vögel.

In normalen Jahren hatten etwa neun von zehn Finken die Trockenzeit überstanden. Doch nach der Dürre waren etwa 86 Prozent der Mittel-Grundfinken gestorben. Die Überlebenden zeichneten sich durch eine besondere Eigenschaft aus: Während die Schnäbel vor der Dürre im Mittel etwa 10,7 Millimeter lang und 9,4 Millimeter hoch gewesen waren, lag der Durchschnitt danach bei 11,1 Millimetern Länge und fast 10 Millimetern Höhe. Es hatten demnach vor allem jene Tiere überlebt, die besonders große Schnäbel besaßen.

Da die Finkenweibchen im Durchschnitt kleiner sind als die Männchen, überlebten von ihnen besonders wenige. Aufgrund des Männchen-Überschusses hatten die wenigen Weibchen die Möglichkeit, gezielt auszuwählen. Und sie bevorzugten offenbar unter den sowieso schon relativ großen Männchen die allergrößten. Das spiegelte sich im Nachwuchs wieder. Die Schnäbel waren bei den Finken der nächsten Generation im Schnitt etwas größer als die der Elterngeneration vor der Dürre.

Die Population der Mittel-Grundfinken auf Daphne Major hatte sich verändert, und zwar aufgrund der Umweltbedingungen (natürliche Selektion) und den Vorlieben der Weibchen (sexuelle Selektion).

Mal größer, mal kleiner

Im Verlauf der Untersuchungen konnten die Grants noch mehrmals beobachten, wie sich diese Entwicklung wiederholte. Käme es auf den Galápagos-Inseln nur zu "normalen" und trockenen Jahren, so wäre zu erwarten, dass schließlich alle Mittel-Grundfinken auf Daphne Major so groß wären, dass sie selbst die härtesten Samen knacken könnten. Doch die Grants hatten das Glück, dass sie noch eine weitere Erkenntnis der Evolutionsforscher bestätigen konnten: Die Evolution hat keine vorgegebene Richtung und verfolgt kein bestimmtes Ziel.

Ende 1982 kam es auf den Galápagos-Inseln zu extremen Niederschlägen. Davon profitierten Ranken, die im nächsten Jahr die größeren Pflanzen wie den Bürzeldorn überwucherten. Ihre Samen aber sind klein und weich. Ein großer Schnabel war kein Vorteil mehr. Im Gegenteil: Kleinere Vögel konnten sich offenbar effizienter ernähren, und sie brauchten auch weniger zu fressen. Während der anschließenden Trockenheit starben wieder viele Vögel. Doch diesmal wurden vor allem größere Tiere Opfer der Dürre. Und die durchschnittliche Schnabelgröße der Population veränderte sich erneut - jedoch in die andere Richtung - hin zum Kleineren.

Über wenige Generationen hatte sich ein Merkmal der Vögel im Zusammenspiel von Genen und Umweltbedingungen mehrmals in entgegengesetzte Richtungen geändert.

Damit haben die Grants nicht nur einen großartigen Beleg für Darwins Evolutionstheorie erbracht. Sie konnten zeigen, dass er in einem Punkt Unrecht hatte. Denn Darwin hatte angenommen, der Evolutionsprozess sei zu langsam, als dass man ihn beobachten könnte.

Darüber hinaus konnten die Forscher feststellen, wieso die Mittel-Grundfinken und die Kaktus-Grundfinken sich in der Regel nicht miteinander fortpflanzen. Beide Arten ähneln sich äußerlich sehr - bis auf den Schnabel. Und auch ihr Balzverhalten lässt sich kaum unterscheiden. Doch die Arten haben ihre eigenen Lieder. Der Nachwuchs lernt den Gesang vom Vater. Für den Rest ihres Lebens versuchen Söhne, zu klingen wie der Papa, während die Töchter keinem Freier ihre Gunst gewähren, der sie mit dem falschen Lied zu betören versucht.

Wie gut das funktioniert, belegen gerade jene Beispiele, wo es schiefgeht. So übernehmen manchmal Kaktus-Grundfinken die Nester von Mittel-Grundfinken und schmeißen dann das Gelege der vorherigen Besitzer hinaus. Hin und wieder aber übersehen sie ein Ei und ziehen dann den artfremden Nachwuchs mit auf.

Ein männlicher Mittel-Grundfink übernimmt dann den Gesang des Stiefvaters und kann sich sogar erfolgreich mit Kaktus-Grundfinken-Weibchen fortpflanzen. Demnach sind die erlernten Lieder die Barriere, welche die zwei Arten auf derselben Insel voneinander trennt. Und möglicherweise ergibt sich so auch ein kleiner genetischer Fluss zwischen den Arten, der zum Beispiel die Prozesse der Schnabelgrößenentwicklung beeinflussen könnte.

Für die Entstehung der verschiedenen Darwinfinken-Arten lässt sich also folgendes Szenario vorstellen: Einige wenige Finken, die sogenannte Gründerpopulation, hatte sich einst auf den Inseln niedergelassen. Entsprechend der Bedingungen auf den einzelnen Inseln entwickelten die Vögel besondere Merkmale, wie unterschiedliche Schnabelformen.

Außerdem veränderten sich die Balzlieder innerhalb der Populationen. Dialekte kennt man von etlichen Singvögeln, vom Buchfinken bis zum Kolkraben. Sind die Veränderungen zu stark, erscheinen die Stimmen zugereister Vögel den Einheimischen so fremd, dass sie keinen potentiellen Fortpflanzungspartner mehr in ihnen erkennen.

Nach einer Weile, so kann man vermuten, paarten sich deshalb Finken, die es von einer Insel auf die andere verschlagen hatte, nicht mehr mit Vertretern der dort ansässigen Finkenpopulation - selbst wenn das funktioniert hätte.

Aufspaltung in zwei Arten

Auf einer anderen Galápagos-Insel, Santa Cruz, haben Sarah Huber und Jeffrey Podos von der University of Massachusetts in Amherst übrigens inzwischen Hinweise darauf gefunden, dass die Mittel-Grundfinken dabei sind, sich in zwei Arten aufzuspalten. Das hängt damit zusammen, dass weibliche Tiere nicht einfach größere Schnäbel bevorzugen, sondern solche, die ihren eigenen Proportionen ähneln. Große Weibchen, die auf Daphne Major die Dürre überlebt hatten, bevorzugten wie gesagt große Männchen. Aber kleine Weibchen "stehen" offenbar eher auf kleine Männchen. Auf Santa Cruz nun sind die meisten Mittel-Grundfinken entweder groß oder klein. Mittelgroße Tiere dagegen sind selten. Und anhand einer molekulargenetischen Untersuchung an 200 Tieren konnten die Forscher zeigen, dass es zwischen diesen beiden Gruppen deutliche genetische Unterschiede gibt.

Es finden sich übrigens noch weitere Beispiele, wo Tierarten sich aufgrund von Umweltbedingungen "vor den Augen" der Forscher stark verändert haben. So konnten etwa Forscher der University of Texas in Austin beobachten, wie bestimmte Scheckenfalter-Arten (Melitaeinae) innerhalb weniger Jahre ihre Wirtspflanze wechselten. Auch das Auftreten von Resistenzen bei Insekten gegenüber Pestiziden oder bei Bakterien gegenüber Antibiotika gelten als Beispiele für evolutionäre Prozesse.