Denkanstöße – Die Triebkräfte der Evolution

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Die Evolutionstheorie ist untrennbar mit dem Namen Charles Darwin verbunden. Er hat als erster ihre Grundsätze formuliert und das damals vorherrschende Dogma von der göttlichen Schöpfung und der Einzigartigkeit des Menschen erschüttert. Darwinismus wurde die Evolutionstheorie genannt, ganz so, als sei es eine Ideologie wie der Marximus.

Dabei wird aber immer wieder vergessen, dass Darwin zwar die Grundlagen gelegt hat, aber keineswegs alle Phänomene erklären konnte. Damals wusste niemand von der DNA und den molekularen Grundlagen der Vererbung. So nahm Darwin fälschlich an, dass erworbene Merkmale an die Nachkommen weitergegeben werden konnten.

Seine Theorie beantwortete auch nicht die Frage, auf welche Weise neue Arten entstanden. Gut, Tiere und Pflanzen veränderten sich ständig und diejenigen Neuentwicklungen, die am besten mit der jeweiligen Umwelt harmonierenden, setzten sich durch. Aber nach welchen Regeln veränderten Tiere und Pflanzen ihr Aussehen oder ihren Stoffwechsel? Und auf welche Weise wurden sie selektiert? Bereits Darwin hatte erkannt, dass die sexuelle Selektion, die Auswahl des Geschlechtspartners, eine große Rolle spielte. Nur dadurch konnten sich so sinnlose, ja hinderliche Merkmale wie das riesige Geweih eines Hirschs oder die Schwanzfedern eines Pfauen ausbilden. Aber davon abgesehen sind viele Tier und Pflanzenarten keineswegs so gut angepasst, wie man es bei einer anhaltenden strengen Auswahl erwarten sollte. Die Evolutionstheorie war zweifellos ein großer Wurf, aber sie bedurfte der genauen Ausarbeitung. Im Laufe des zwanzigsten Jahrhunderts arbeiteten viele Wissenschaftler daran, Darwins grundlegende Ideen zu überprüfen, zu spezifizieren, zu korrigieren und zu ergänzen.

Die wichtigste Erweiterung wird als die Synthetische Theorie der biologischen Evolution bezeichnet. Sechs Wissenschaftler haben den größten Anteil an ihrer Entstehung gehabt: Theodosius Dobhansky, Ernst Mayr, Julian Huxley, George Simpson, Bernhard Rensch und G. Ledyard Stebbins. Sie entwickelten bereits in den dreißiger und vierziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts die verschiedenen Aspekte dieser noch immer gültigen Theorie.

Synthetisch heißt die Theorie, weil sie Erkenntnisse aus den verschiedensten Fachgebieten zusammengeführt hat, um die Mechanismen der Evolution zu klären. Ulrich Kutschera, einer der bekanntesten Evolutionsbiologen des beginnenden 21. Jahrhunderts, teilt die Weiterentwicklung der Evolutionstheorie in vier Stufen ein, von denen die synthetische Theorie die vorletzte ist. Die vierte und letzte Stufe verdanken wir größtenteils den Erkenntnissen der Molekularbiologie, die sich erst in der zweiten Hälfte des zwanzigsten Jahrhunderts entfalten konnte.

Ernst Mayr, einer der Begründer der synthetischen Theorie, hat die Ideen und Erkenntnisse seines langen Forscherlebens in seinem letzten Buch „Konzepte der Biologie“ zusammengefasst. Er war bereits über neunzig Jahre alt, als er das Buch zusammenstellte und 99 Jahre alt, als es 2004 schließlich erschien.

 

 

 

Ernst Mayr verbrachte den Großteil seines Lebens in den USA, aber er stammt aus Deutschland. Er wurde in 1905 Kempten geboren und begann in Greifswald ein Medizinstudium, das er aber bald abbrach, um in Berlin Zoologie zu studieren. Im Jahre 1928 reiste er nach Neuguinea und auf die Salomonen, um für Lord Walter Rothschild und das American Museum of Natural History exotische Vögel zu sammeln. Diese Expedition, die ihn in abgelegene, von Weißen noch nie betretene Bergregionen Neuguineas führte, legte den Grundstein seiner späteren Theorien. Die Expedition war ein gefährliches Abenteuer und in der Tat wurde zwischenzeitlich sein Ableben vermeldet. Das war glücklicherweise ein Irrtum und er kehrte im Jahre 1930 ohne bleibende Schäden nach Berlin zurück.

Ab 1931 war er am American Museum of Natural History in New York angestellt. Die Ergebnisse seiner Expedition folgten ihm: Lord Rothschild sah sich gezwungen, seine Kollektion von 280000 exotischen Vögeln zu verkaufen, und Mayrs Museum erwarb diesen einmaligen Schatz. Hauptsächlich aus seinen Untersuchungen an den Vögeln entwickelte Mayr seine Theorie der allopartischen Speziation (der Artbildung durch räumliche Trennung). Er definierte erstmals eine Art als Gruppe von Individuen, die zur gemeinsamen Fortpflanzung fähig sind. Dabei ist jedes Individuum einmalig und unterscheidet sich in tausend Einzelheiten von allen anderen. Wenn die Gemeinschaft in zwei räumlich getrennte Gruppen zerfällt, dann entstehen daraus mit der Zeit neue Arten. Das geschieht nicht etwa vorrangig durch Selektion, also durch Zuchtwahl, sondern durch die Ansammlung von zufälligen Veränderungen, die auf beiden Seiten der Barriere unterschiedlich sind. Wenn nur wenige Individuen von der Fortpflanzungsgemeinschaft getrennt werden, geht das besonders schnell, weil dann die Wahrscheinlichkeit größer ist, dass bestimmte Erbmerkmale rein zufällig häufiger vertreten sind und sich in der neuen Gemeinschaft durchsetzen (der sogenannte Gründereffekt).

Wie Mayr nachwies, spielt der Zufall bei der Evolution eine sehr große Rolle, viel größer jedenfalls, als das vorher vermutet wurde. Darwin hatte noch angenommen, dass sich äußere Merkmale bei Benutzung verstärken und bei Vernachlässigung zurückbilden. Dies sollte sich auf die Nachkommen übertragen, und die bestangepassten Individuen pflanzen sich bevorzugt vor (natürliche Selektion). Das alles, so nahm Darwin an, folgt einer deutlich erkennbaren Logik und Gesetzmäßigkeit. Ernst Mayr aber etablierte den Zufall als den Meister, den Wegweiser der Evolution. Die Menschen sind nicht etwa die höchsten aller Lebewesen, sie haben sich vielmehr größtenteils durch Zufall aus einer Folge von Affenarten entwickelt. Evolution hat keine Richtung, kein Ziel, so dass der Begriff Höherentwicklung keinen Sinn macht. Der Mensch ist ein Lebewesen wie jedes andere, er steht, evolutionär betrachtet, nicht höher als jedes Gemüse.

In seinem letzten Buch ging es Mayr nicht darum, seine Thesen zu verteidigen. Das wäre auch gar nicht nötig, denn sie waren längst überall anerkannt und man hatte ihn mit Preisen überhäuft. Nein, sein Anliegen war die Etablierung der Biologie als eigene Wissenschaft. Im englischen Original heißt sein Buch „What makes Biology unique? Considerations on the autonomy of a scientific discipline“.

Als ich das las, habe ich mich zuerst gefragt, ob denn das nötig ist. Für mich, der ich mehr als 50 Jahre nach Mayr geboren wurde, war Evolution eine Selbstverständlichkeit, eine historische Erkenntnis ähnlich wie Newtons Gravitationsgesetze und Keplers Gesetze der Planetenbewegung. Die Biologie habe ich immer als eigenes Fach betrachtet, als die Lehre von der Ordnung, der Entwicklung und dem Wechselwirken alles Lebendigen. Erst das Buch von Ernst Mayr hat mir gezeigt, wie sehr die Biologen noch in jüngster Zeit um die Anerkennung ihres Fachs als eigenständige Wissenschaft kämpfen mussten. Mayr wendet sich dabei sowohl gegen die seit fast hundert Jahren überholte Ansicht von einer Teleologie (einer zielgerichteten Entwicklung) des Lebendigen. Tatsächlich ist die Evolution, wie bereits gesagt, zufällig. Er grenzt sich aber auch gegen die Physik ab. Biologie, so sagt er, kennt keine Gesetze, nur Konzepte, oder salopp ausgedrückt: Faustregeln. Die Gesetze der Physik sind universell, Ausnahmen werden nicht gemacht. Jede Regel der Biologie kennt auch Gegenbeispiele und der Zufall spielt immer eine große Rolle. Könnte man die Richtung der Evolution, die Entwicklung der Arten, vorausberechnen, wenn man nur genügend Daten hätte? Der französische Mathematiker Laplace meinte im neunzehnten Jahrhundert, dass ein Geist, der die Gegenwart vollständig erfasst, die Vergangenheit als auch die Zukunft vollständig berechnen könne. Betrachten wir die Evolution nur deshalb als zufallsgesteuert, weil uns die Daten fehlen, um sie so genau vorherzusagen, wie beispielsweise die Planetenbewegungen? Nein, meint Mayr (und ich stimme ihm zu), das ist unmöglich, das Zufallselement der Evolution ist nicht eliminierbar.

Im übrigen gilt für die Geologie und die Astronomie ganz ähnliches. Die Physik bestimmt zwar die Umwandlung der Gesteine und den Wärmefluss, der die Kontinentaldrift in Bewegung hält, aber sie legt nicht für alle Zukunft die Position der Gebirge, die Faltung der Gesteine und das Aussehen der Küstenlinien fest. Mit Hilfe physikalischer Gesetze lässt sich die grundsätzliche Entwicklung der Galaxien berechnen, aber nicht ihr exaktes Erscheinungsbild zu einem beliebigen Zeitpunkt. Schon kleinste Störungen können große Folgen haben. Auch hier gelten also nur Faustregeln.

Welche Bedeutung hat die Abgrenzung der Lehre vom Lebendigen gegenüber den exakten Naturwissenschaften? Heutzutage wohl eine eher geringe. Es ist anerkannt, dass die Biologie ein Recht auf eigene Regeln hat, dass sie nicht lediglich eine praktische Anwendung von Physik und Chemie darstellt. Dass sie auch eine beschreibende und historische Komponente hat. Aber immerhin sollte man nicht vergessen, dass es ein Verdienst von Menschen wie Ernst Mayr ist, diese Erkenntnis zu verbreiten und durchzusetzen.

Thomas Grüter

Veröffentlicht von

www.thomasgrueter.de

Thomas Grüter ist Arzt, Wissenschaftler und Wissenschaftsautor. Er lebt und arbeitet in Münster.

12 Kommentare

  1. praktische Anwendung

    Wenn die Geophysik eine praktische Anwendung von Physik ist, wäre es nach dieser Argumentation die Biologie dann nicht auch?

    Andere wiederum mögen die Physik als praktische Anwendung der Mathematik sehen …

    Ich denke, die Eigenständigkeit einer Disziplin kommt nicht aus einer fundamentalen Abgrenzung, sondern aus der Notwendigkeit, Fachwissen getrennt von dem Umfassenden zu erforschen (und zu lehren).

    Diese Notwendigkeit rührt allein aus der gesellschaftlichen Bedeutung.

    So ist die Physiologie in meinen Augen auch eine eigenständige Disziplin.

  2. @Markus: eigenständige Physik

    Wahrscheinlich wirst du mir zustimmen, daß die Physik keineswegs als praktische Anwendung der Mathematik angesehen werden kann: Wie oft verwenden Physiker den formalen Apparat “kreativ” i.e. ohne ausgereifte Begrifflichkeit, um natürliche Ereignisse oder Vorgänge zu verstehen. Viele Entwicklungen in der Funktionalanalysis sind von Physikern angestoßen worden. Das jüngste mir in die Finger gekommene Beispiel ist die Random Matrix Theory, die ihre Wurzeln in de statistischen Mechanik hat.

    In diesem Sinne ist die Physik eigenständig, kommuniziert ihre Modelle aber in mathematischer Sprache.

    Mich würde interessieren, was Helmut als Anatom zur Eigenständigkeit der Physiologie für eine Meinung hat.

  3. Ich stimme Dir zu – jedoch wenn Du “… ohne ausgereifte Begrifflichkeit, …” schreibst, fällt mir die Zustimmung für einen kurzen Moment schwer.

    Mein Punkt ist, dass alles was wir unter einer Disziplin verstehen doch “man made” ist, oder? Grenzen zwischen Disziplinen sind letztlich willkürlich.

  4. Erworben

    bitte, wo schreibt Darwin, dass erworbene Eigenschaften vererbt werden können? War das nicht Lamarck?

  5. Emergenz

    Ich wuerde zustimmen, dass die Grenzziehung zwischen Bilogie und z.B. Physik nicht zufällig ist. Wo neue Systemeigenschaften emergieren, braucht es neue Perspektiven. Und Leben ist eine neue Systemeigenschaft ggue. Unbelebtem…

  6. Biophysik?

    Aber was ist dann Biophysik?

    Also insbesondere der theoretische Bereich der Biophysik (also nicht der Teil, der einfach nur physikalische Messmethoden auf Biologie anwendet)?

    In den USA wird dieser in der Tat oft als Mathematische Biologie bezeichnet, aber es gibt auch Gründe ihn in der Physik zu orten.

    Für mich verschwinden hier Grenzen.

  7. Biophysik

    Natürlich ist Biophysik notwendig und sinnvoll. Beispielsweise lässt sich die Form und der Aufbau der Knochen aus der Last herleiten, die sie tragen. Umgekehrt kann man aus der Form prähistorischer Knochen auf die Richtung und das Ausmaß dieser Last schließen. Biologische Systeme sind den gleichen physikalischen Gesetzen unterworfen wie das übrige Universum. Aber sie haben eben auch eigene Regeln, die sich nicht unmittelbar aus der Physik ableiten lassen. Entweder sind sie emergent (=bekommen plötzlich einen großen, vorher kaum absehbaren Einfluss, siehe Kommentar von Michael Blume) oder sie ergeben sich aus zufällig entstandenen Strukturen des Lebendigen. Zum Beispiel gilt in der Evolution die Regel, dass eine einmal verlorene Eigenschaft oder Fähigkeit ganz neu erworben werden muss. Sie kann in aller Regel nicht wieder aktiviert werden. Sollte sie wieder gebraucht werden, muss sie völlig neu “erfunden” werden.

  8. zwei Fragen…

    “Mayr wendet sich dabei sowohl gegen die seit fast hundert Jahren überholte Ansicht von einer Teleologie (einer zielgerichteten Entwicklung) des Lebendigen”
    Können Sie das noch vertiefen warum diese Ansicht überholt ist?

    “Nein, meint Mayr (und ich stimme ihm zu), das ist unmöglich, das Zufallselement der Evolution ist nicht eliminierbar. “
    Was ist Zufall? Es werden meistens nur Dinge mit dem Titel “Zufall” belegt die man (noch) nicht vorhersagen kann.
    Ein gutes Beispiel, das Prof. Dürr immer bringt, ist ein Pendel. Das lässt sich sehr gut Vorhersagen aber am aller obersten Punkt wird es dann schwierig. Dort würd man im ersten Moment sagen es ist Zufall wo es hinfällt. Ist es aber nicht, da das Pendel durch “alles” beeinflusst werden kann. Bsw. ein Photon aus dem Andromedanebel. Dieser Punkt wird auch Bifurkationspunkt genannt. Bei einem Tripelpendel steigt die Zahl dieser Punkte auf unendlich. Dürr unterstellt dem Lebendigen ebenso eine unendlich Anzahl dieser Punkte.
    Somit wären subtile Wechselwirkungen und nicht “Zufall” der Treiber?!

    Ich freu mich auf Ihre Antwort.

  9. @Peter

    Zum Thema Teleologie: Eine Vertiefung würde extrem viel Raum einnehmen, allein das sehr gedrängte Kapitel zu dem Thema in Ernst Mayrs Buch hat 26 Seiten. Für Interessierte empfehle ich Richard Dawkins Buch “der blinde Uhrmacher”. Erschwerend kommt hinzu, dass Teleologie kein einheitlicher Begriff ist. Mayr weist beispielsweise darauf hin, dass verschiedene Wissenschaftsphilosophen die Teleologie jeweils etwas anders definieren.

    Seit den Erkenntnissen der Neodarwinisten wie August Weismann und Alfred Russell Wallace ist die Idee der Teleologie im Sinne eines göttlichen Plans oder der Höherentwicklung zum immer vollkommeneren Wesen überholt. Das war vor etwa hundert Jahren. Die etwa 70 Jahre alte synthetische Theorie der Evolution hat das bestätigt. Auch die Idee, dass bestimmte Entwicklungen, wie zum Beispiel die Vogelfeder, niemals zufällig hätten entstehen können, ist inzwischen widerlegt. Eine Vogelfeder, hieß es lange Zeit, sei so ideal zu Fliegen geeignet, dass sie extra dafür konzipiert gewesen sein muss. Also müsse die Entwicklung der Vögel auf die Eigenschaft des Fliegens hin ausgerichtet gewesen sein. Aber inzwischen hat man gefiederte, flugunfähige Dinosaurier gefunden, deren Federn offenbar eine ganz andere Funktion hatten. Der Aufbau ihrer Federn lässt aber keinen Zweifel daran, dass eben diese Dinosaurier Vorfahren der Vögel sind.

    Zum Thema Zufall: Ein Pendel mit zwei Gelenken, ein sogenanntes Doppelpendel verhält sich in der Tat chaotisch. Seine Bewegungen hängen kritisch von kleinsten Umweltveränderungen ab. Wenn ich es beispielsweise leicht anblase, wird es sich von da an anders bewegen als bei völlig unbewegter Luft. Stellen Sie sich die Richtung der Evolution als große Zahl von Doppelpendeln vor, die einander beeinflussen, dann haben sie in etwa eine Idee, was ich unter Zufall verstehe. Man kann sich darüber streiten, ob die Richtung der Evolution prinzipiell oder nur effektiv unvorhersehbar ist, aber in jedem Fall kann ein externer Beobachter nicht genügend Informationen sammeln, um die Entwicklung exakt vorherzusagen. Beispielsweise wäre die Entwicklung der Säugetiere und damit des Menschen ohne den Einschlag eines großen Asteroiden vor 65 Millionen Jahren ganz anders verlaufen. Eine Vorhersage der Evolution kann also nicht gelingen, wenn man nur lokale, regionale oder globale Daten heranzieht. Auch die Bewegungen der Körper des Sonnensystems sind so wichtig, dass man sie nicht außer acht lassen kann. Eine Berechnung der Evolution ist deshalb in jedem Fall effektiv unmöglich, aber Überlegungen zur möglichen oder wahrscheinlichen Entwicklung anhand der Faustregeln (der Konzepte) der Biologie sind natürlich legitim. Die exzellente Fernseh-Serie “Die Zukunft ist wild” (auch auf DVD erhältlich) ist ein sehenswertes Beispiel für eine solche Spekulation.

  10. @Thomas Grüter

    Danke für ihre Antwort.
    Ich habe mir den Film zum Buch “The blind Watchmaker” angeschaut. Wen es jemanden interessiert: http://video.google.com/videoplay?docid=6413987104216231786#
    Ausser paar Argumenten gegen den Kreationismus, paar Computermodelle und Grunsätzliches zur Evolution wurde nicht wirklich viel gesagt.
    Ich bin immer noch nach der Suche von Argumenten gegen meine Meinung, dass es extemst Unwahrscheinlich ist, dass das ganze durch herumprobieren nach dem Versuch-Irrtum Prinzip geschieht.
    Die natürliche Selektion kann meiner Meinung nach nur die Diversifikation erklären. Für Höherentwicklungen werden dann z.B. solche Modelle erstellt http://www.talkdesign.org/faqs/flagellum.html bei denen dann ja allerdings in wirklich jedem Zwischenschritt die Anpassung an die Umwelt erhöht und die anderen ausselektiert werden musste. Wie gesagt unwahrscheinlich.
    Zum Zufall:
    Ich hab mir die 2-3 Teile der genannten Serie angeschaut. (http://www.veoh.com/collection/ZUKUNFT-Spitt/watch/v7777388b47BFRN3#watch%3Dv7777383E7wxbMr8). Relativ nichtssagend meiner Meinung nach, ist aber natürlich geschmacksache.
    Wenn man das Chaos (was ja eigentlich nur nicht in unsere lineare Denkschemen passt) genauer betrachtet, erkennt man das dort trotzdem ordnende Muster auftreten…

    Viele Grüße
    Peter

  11. @Peter

    Bestimmte Aspekte der Wahrscheinlichkeit sind für die meisten Menschen nicht intuitiv zu verstehen. Ein Beispiel: Jede Woche werden Lottozahlen gezogen. Die Wahrscheinlichkeit, dass bei der Wette 6 aus 49 eine bestimmte Zahlenkombination gezogen wird liegt bei 1:139,8 Millionen (sechs Richtige + Superzahl). Bei zehn Ziehungen hintereinander ist die Wahrscheinlichkeit einer bestimmten Kombination 1:2,85×10^81. Können also die Ergebnisse der Ziehungen der letzten zehn Wochen reiner Zufall sein? Es ist doch geradezu astronomisch unwahrscheinlich, dass genau diese Zahlen gezogen wurden. Also muss jemand die Ziehungen manipuliert haben. Oder etwa nicht?

    Tatsächlich ist die Wahrscheinlichkeit, dass überhaupt eine Zahl gezogen wird, keineswegs 1:139,8 Millionen, sie ist genauso hoch wie die Wahrscheinlichkeit, dass die Ziehung überhaupt stattfindet. Die Wahrscheinlichkeit, dass eine Zahl gezogen wird, die Sie vorher angekreuzt haben, ist allerdings sehr gering. Es ist also nicht die Zahl, die äußerst unwahrscheinlich ist, sondern die Übereinstimmung mit der Zahl auf ihrem Tippschein.

    Jetzt zur Evolution: Wenn, wie auch immer, auf Erde Leben entstanden ist, dann wird es sich verändern. Die Wahrscheinlichkeit, dass überhaupt eine Veränderung stattfindet, muss gegen die Wahrscheinlichkeit aufgerechnet werden, dass keine Veränderung stattfindet. Günstige Veränderungen sorgen dafür, dass die damit ausgestatteten Organismen sich schneller vermehren, oder weitere Lebensräume erobern. Damit bleiben sie bestehen. Eine bestimmte Richtung ist aber nicht vorgegeben. Dadurch entsteht sicher irgendetwas, das vorher nicht da war, genau wie im Lotto irgendeine Zahl sicher gezogen wird.

    Unwahrscheinlich wird es nur dann, wenn jemand vorher einen Plan macht, also sagt: Ich sehe hier einfaches Leben und ich möchte, dass in zwei Milliarden Jahren daraus ein zweibeiniges Lebewesen entsteht, das über sich selbst und die Welt nachdenken kann (es folgt eine genaue Beschreibung der menschlichen Anatomie).

    In diesem Fall (und nur in diesem Fall) ist die Wahrscheinlichkeit einer Übereinstimmung in der Tat verschwindend gering. Damit landen wir in einem Zirkelschluss: Nur wenn wir glauben, dass der Mensch entstehen sollte, dass irgendein Gott vor Milliarden Jahren eine Blaupause von ihm gezeichnet hat, wäre es äußerst unwahrscheinlich, dass der Mensch zufällig aus einer ungerichteten Evolution genau entsprechend dieser Blaupause hervorgegangen ist. Wir müssen also voraussetzen, dass ein Gott existiert, damit wir aus der Richtung der Evolution schließen können, dass er existieren muss.

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