Artbildung: Isolation und Evolution verstehen
Wie aus Populationen neue Arten werden: Genfluss, Isolation und drei Wege der Artbildung.
Kurz gesagt
Artbildung entsteht, wenn sich Populationen einer Ausgangsart getrennt entwickeln und schließlich keine fruchtbaren gemeinsamen Nachkommen mehr hervorbringen. Eine räumliche Barriere kann den Genfluss unterbrechen; sie allein macht aber noch keine neue Art.
Aus einer Art können mehrere werden, wenn ihre Populationen kaum noch Gene austauschen und sich unabhängig entwickeln. Entscheidend ist am Ende, ob sie bei erneutem Kontakt noch fruchtbare gemeinsame Nachkommen hervorbringen können.
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Eine Population umfasst Individuen derselben Art in einem Gebiet, die sich untereinander fortpflanzen können. Der Austausch von Erbanlagen zwischen Populationen heißt Genfluss. Wird der Genfluss eingeschränkt, können sich die Erbanlagen getrennter Populationen unabhängig voneinander verändern. Dafür sorgen vier wichtige Ursachen, die Fachleute Evolutionsfaktoren nennen: Mutation liefert neue Varianten, Rekombination kombiniert vorhandene Erbanlagen neu, Selektion begünstigt unter bestimmten Bedingungen vererbbare Merkmale, und der Zufall verändert, welche Erbanlagen häufig sind. Diesen Zufall nennen Fachleute Gendrift. Er wirkt vor allem in kleinen Populationen stark, etwa wenn ein Sturm zufällig einen Teil der Tiere tötet, ganz unabhängig davon, wie gut sie angepasst sind.
Biologischer Artbegriff
Nach dem biologischen Artbegriff gehören Populationen zu einer Art, wenn sich ihre Individuen unter natürlichen Bedingungen miteinander fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen hervorbringen können. Verschiedene Arten sind in diesem Sinn reproduktiv voneinander isoliert.
| Begriff | Bedeutung |
|---|---|
| Mutation | Das genetische Material verändert sich dauerhaft. Dadurch können neue Varianten entstehen. |
| Rekombination | Bei sexueller Fortpflanzung werden vorhandene Erbanlagen neu kombiniert. |
| Selektion | Umweltbedingungen begünstigen bestimmte vererbbare Merkmale. |
| Zufall | Zufällige Ereignisse verändern, welche Erbanlagen in einer Population häufig sind, besonders stark in kleinen Populationen. |
Merke: Isolation allein erzeugt noch keine neue Art. Erst wenn sich die getrennten Populationen durch Mutation, Rekombination, Selektion und Zufall auseinanderentwickeln und schließlich eine Fortpflanzungsbarriere entsteht, ist die Artbildung abgeschlossen.
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Allopatrische Artbildung beginnt mit einer geografischen Trennung. Ein Gebirge, ein Gewässer, eine große Entfernung oder ein anderes Hindernis teilt eine Population.
Beispiel
- 1Ein breiter Graben mit einem Fluss durchschneidet einen Lebensraum. Für einen Geier ist er kaum ein Hindernis, weil der Vogel ihn überfliegen kann. Für eine kleine, wenig mobile Zebraspinne kann dieselbe Struktur eine starke Barriere sein.
- 2Treffen die Spinnenpopulationen beider Seiten über viele Generationen nicht mehr aufeinander, kann ihr Genfluss enden. Unterschiedliche Mutationen, Zufall und verschiedene Umweltbedingungen können ihre Erbanlagen immer weiter auseinanderführen. Neue Arten wären aber erst entstanden, wenn eine erfolgreiche Fortpflanzung auch bei einem späteren Kontakt nicht mehr möglich wäre.
Merke: Eine Barriere wirkt nicht für jede Art gleich. Entscheidend ist, ob die betroffenen Organismen sie tatsächlich überwinden und dadurch Gene austauschen können.
Beispiel: Schritte einer möglichen allopatrischen Artbildung
- 1Eine geografische Barriere trennt die Ausgangspopulation.
- 2Der Genfluss zwischen den Teilpopulationen endet oder wird stark eingeschränkt.
- 3Mutation und Rekombination erzeugen beziehungsweise kombinieren genetische Varianten.
- 4Zufällige Ereignisse verändern, welche Erbanlagen in jeder Teilpopulation häufig sind.
- 5Unterschiedliche Umweltbedingungen führen zu unterschiedlicher Selektion.
- 6Über viele Generationen können sich Unterschiede zwischen den Teilpopulationen ansammeln.
- 7Schließlich verhindert reproduktive Isolation die Entstehung fruchtbarer gemeinsamer Nachkommen.
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Bei sympatrischer Artbildung entsteht eine Fortpflanzungsbarriere im selben geografischen Gebiet. Unterschiedliche Paarungs- oder Blühzeiten, Paarungsverhalten, Lebensräume oder Nahrungsquellen können den Genfluss verringern. Bei Pflanzen kann auch Polyploidie eine solche Barriere schaffen. Eine andere Lebensweise allein belegt noch keine neue Art; entscheidend ist die schließlich entstandene reproduktive Isolation.
Bei parapatrischer Artbildung leben die Populationen in benachbarten Gebieten. Eine Kontakt- oder Hybridzone kann zunächst begrenzten Genfluss erlauben. Unterschiedliche Umweltbedingungen können auf beiden Seiten andere vererbbare Merkmale begünstigen.
Polyploidie
Polyploidie ist die Vervielfachung des vollständigen Chromosomensatzes. Sie kann dazu führen, dass sich polyploide Pflanzen nicht mehr erfolgreich mit der Ursprungspopulation fortpflanzen können.
| Form | Räumliche Situation | Ausgangspunkt der Trennung |
|---|---|---|
| allopatrisch | geografisch getrennte Gebiete | wirksame räumliche Barriere |
| sympatrisch | dasselbe Gebiet | Fortpflanzungsbarriere ohne geografische Trennung |
| parapatrisch | benachbarte Gebiete | begrenzter Kontakt und unterschiedliche Umweltbedingungen |
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Verschieden aussehende Populationen oder Unterarten sind nach dem biologischen Artbegriff noch nicht unbedingt verschiedene Arten. Entscheidend ist, ob sie miteinander fruchtbare Nachkommen hervorbringen können. Bleiben Paarungen aus, entstehen keine Nachkommen oder sind gemeinsame Nachkommen unfruchtbar, besteht eine Fortpflanzungsbarriere.
Der Fortpflanzungstest hat Grenzen: Bei Fossilien lässt sich die Fruchtbarkeit gemeinsamer Nachkommen nicht direkt prüfen. Für ungeschlechtlich fortpflanzende Organismen passt das Kriterium der Fortpflanzung zwischen zwei Individuen nicht. Fachleute nutzen dann weitere Merkmale und Verwandtschaftshinweise. Gleiches Aussehen allein ist ebenfalls unsicher: Individuen einer Art können verschieden aussehen, während verschiedene Arten einander ähneln.
Beispiel
- 1Zwei getrennte Populationen entwickeln verschiedene Fellfarben. Nach einem späteren Kontakt paaren sie sich und ihre Nachkommen sind fruchtbar. Dann gehören sie nach dem biologischen Artbegriff weiterhin derselben Art an.
- 2Bleiben Paarungen aus, entstehen keine Nachkommen oder sind gemeinsame Nachkommen unfruchtbar, besteht eine Fortpflanzungsbarriere. Dann kann die Artbildung abgeschlossen sein.
Beispiel: Ein Artbildungsweg bei flugunfähigen Käfern
- 1Weil die Käfer weder fliegen noch den breiten Wasserlauf überqueren können, wirkt er als geografische Barriere.
- 2Der Genfluss zwischen den beiden Teilpopulationen wird unterbrochen.
- 3Mutation und Rekombination erzeugen beziehungsweise kombinieren unterschiedliche Varianten. Zufällige Ereignisse können die Erbanlagen der beiden Gruppen zusätzlich verändern.
- 4Auf hellem Boden können andere Färbungen begünstigt sein als auf dunklem Boden. Die Selektion wirkt deshalb in verschiedene Richtungen.
- 5Über viele Generationen sammeln sich Unterschiede zwischen den Populationen an.
- 6Die unterschiedliche Färbung beweist allein noch keine Artbildung. Entscheidend ist, ob die Käfer bei erneutem Kontakt fruchtbare Nachkommen hervorbringen können.
- 7Ist das dauerhaft nicht möglich, besteht reproduktive Isolation: Nach dem biologischen Artbegriff sind zwei Arten entstanden.
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Alles auf einen Blick
Artbildung
Populationen sind durch Genfluss verbunden
geografisch, im selben Gebiet oder zwischen Nachbargebieten
Mutation, Rekombination, Selektion und Zufall
reproduktive Isolation
keine fruchtbaren gemeinsamen Nachkommen
Fossilien und ungeschlechtliche Fortpflanzung
Prüfe einen möglichen Artbildungsweg
- 1Eine Population flugunfähiger Käfer wird durch einen breiten Wasserlauf getrennt. Auf einer Seite ist der Boden hell, auf der anderen dunkel. In beiden Gruppen gibt es vererbbare Farbunterschiede. Sind schon zwei Arten entstanden?
- 2Der Wasserlauf kann den Genfluss unterbrechen, wenn die Käfer ihn nicht überwinden können.
- 3Mutation und Rekombination liefern Varianten; Zufall und unterschiedliche Selektion auf hellem und dunklem Boden können die Erbanlagen der Gruppen über Generationen auseinanderführen.
- 4Die Färbung allein entscheidet nicht. Erst wenn die Gruppen auch bei erneutem Kontakt keine fruchtbaren gemeinsamen Nachkommen hervorbringen können, liegt nach dem biologischen Artbegriff reproduktive Isolation vor.
Fehler finden
Fehler in Zeile 4Die Färbung ist kein Beweis für reproduktive Isolation. Richtig: Erst wenn keine fruchtbaren gemeinsamen Nachkommen möglich sind, ist die Artbildung nach dem biologischen Artbegriff abgeschlossen.
Lückentext
Bei allopatrischer Artbildung unterbricht eine Barriere wie ein breiter Fluss den . Mutation und liefern genetische Unterschiede, und Selektion begünstigt je nach Umwelt andere Merkmale. Abgeschlossen ist die Artbildung erst bei Isolation.