Die Evolution erklärt, wie alle Lebewesen, einschließlich uns, entstanden sind. Es wäre leicht anzunehmen, dass die Evolution funktioniert, indem Organismen kontinuierlich Merkmale hinzugefügt werden, wodurch ihre Komplexität ständig erhöht wird. Einige Fische entwickelten Beine und gingen auf das Land. Einige Dinosaurier entwickelten Flügel und begannen zu fliegen. Andere entwickelten Gebärmutter und begannen, jung zu leben.
Dies ist jedoch eine der vorherrschendsten und frustrierendsten Missverständnisse über die Evolution. Viele erfolgreiche Zweige des Lebensbaums sind einfach geblieben, wie z. B. Bakterien, oder haben ihre Komplexität verringert, wie z. B. Parasiten. Und es geht ihnen sehr gut.
In einer aktuellen Studie In Nature Ecology and Evolution veröffentlicht, haben wir das gesamte Genom von über 100 Organismen (hauptsächlich Tiere) verglichen, um zu untersuchen, wie sich das Tierreich auf genetischer Ebene entwickelt hat. Unsere Ergebnisse zeigen, dass die Ursprünge großer Tiergruppen, wie die des Menschen, nicht mit der Hinzufügung neuer Gene, sondern mit massiven Genverlusten zusammenhängen.
Der Evolutionsbiologe Stephen Jay Gould war einer der stärksten Gegner von „der Marsch des Fortschritts”, Die Idee, dass Evolution immer zu einer erhöhten Komplexität führt. In seinem Buch Full House (1996) verwendet Gould das Modell des Trunkenboldspaziergangs. Ein Betrunkener verlässt eine Bar in einem Bahnhof und geht ungeschickt über den Bahnsteig hin und her, wobei er zwischen der Bar und den Bahngleisen schwingt. Wenn genügend Zeit zur Verfügung steht, fällt der Säufer in die Spur und bleibt dort stecken.
Die Plattform stellt eine Komplexitätsskala dar, wobei der Pub die geringste Komplexität und die Tracks die maximale Komplexität aufweist. Das Leben entstand, als man aus der Kneipe kam, mit der geringstmöglichen Komplexität. Manchmal stolpert es zufällig in Richtung der Tracks (entwickelt sich auf eine Weise, die die Komplexität erhöht) und manchmal in Richtung der Kneipe (reduziert die Komplexität).
Keine Option ist besser als die andere. Einfach zu bleiben oder die Komplexität zu reduzieren, kann je nach Umgebung besser überleben, als sich mit zunehmender Komplexität weiterzuentwickeln.
In einigen Fällen entwickeln Tiergruppen jedoch komplexe Merkmale, die der Funktionsweise ihres Körpers eigen sind, und können diese Gene nicht mehr verlieren, um einfacher zu werden - sie bleiben in den Bahngleisen stecken. (In dieser Metapher gibt es keine Züge, über die man sich Sorgen machen müsste.) Zum Beispiel kehren mehrzellige Organismen selten zurück, um einzellig zu werden.
Wenn wir uns nur auf die Organismen konzentrieren, die in den Bahngleisen gefangen sind, dann haben wir eine voreingenommene Wahrnehmung des Lebens, die sich in einer geraden Linie von einfach zu komplex entwickelt, und glauben fälschlicherweise, dass ältere Lebensformen immer einfach und neuere komplex sind. Der wahre Weg zur Komplexität ist jedoch schwieriger.
Gemeinsam mit Peter Holland von der Universität Oxford haben wir untersucht, wie sich die genetische Komplexität bei Tieren entwickelt hat. Vorher, wir haben gezeigt dass die Hinzufügung neuer Gene der Schlüssel zur frühen Entwicklung des Tierreichs war. Es stellte sich dann die Frage, ob dies während der späteren Entwicklung der Tiere der Fall war.
Den Baum des Lebens studieren
Die meisten Tiere können in Gruppen eingeteilt werden Hauptentwicklungslinien, Zweige am Baum des Lebens, die zeigen, wie sich die heute lebenden Tiere aus einer Reihe gemeinsamer Vorfahren entwickelt haben. Um unsere Frage zu beantworten, untersuchten wir jede Tierlinie, für die eine Genomsequenz öffentlich verfügbar war, und viele nicht-tierische Linien, mit denen wir sie vergleichen konnten.
Eine tierische Linie ist die der Deuterostome, zu denen Menschen und andere Wirbeltiere sowie Seesterne oder Seeigel gehören. Ein anderes sind die Ecdysozoen, die Arthropoden (Insekten, Hummer, Spinnen, Tausendfüßer) und andere Mausertiere wie Spulwürmer umfassen. Wirbeltiere und Insekten gelten als einige der komplexesten Tiere. Schließlich haben wir eine Linie, die Lophotrochozoen, zu denen unter anderem Tiere wie Weichtiere (z. B. Schnecken) oder Ringelblumen (Regenwürmer) gehören.
Wir haben diese vielfältige Auswahl an Organismen genommen und untersucht, wie sie auf dem Baum des Lebens zusammenhängen und welche Gene sie teilen und welche nicht. Wenn ein Gen in einem älteren Ast des Baumes vorhanden war und nicht in einem jüngeren, folgerten wir, dass dieses Gen verloren gegangen war. Wenn ein Gen in älteren Zweigen nicht vorhanden war, aber in einem jüngeren Zweig auftrat, betrachteten wir es als ein neues Gen, das in dem jüngeren Zweig gewonnen wurde.
Ein Lebensbaumdiagramm, das die sich ändernde Anzahl von Genen verschiedener Tiergruppen zeigt. Nach unten weisende orangefarbene Dreiecke zeigen Genverluste an. Nach oben weisende grüne Dreiecke zeigen Gengewinne an. Je größer das Dreieck, desto größer die Veränderung. Jordi Paps, Autor zur Verfügung gestellt
Die Ergebnisse zeigten eine beispiellose Anzahl verlorener und gewonnener Gene, was in früheren Analysen noch nie zuvor gesehen wurde. Zwei der Hauptlinien, die Deuterostome (einschließlich Menschen) und die Ecdysozoen (einschließlich Insekten), zeigten die größte Anzahl von Genverlusten. Im Gegensatz dazu zeigen die Lophotrochozoen ein Gleichgewicht zwischen Genneuheiten und Verlusten.
Unsere Ergebnisse bestätigen das Bild von Stephen Jay Gould, indem sie zeigen, dass auf Genebene Tierleben entstanden ist, indem sie die Kneipe verlassen und einen großen Komplexitätssprung gemacht haben. Aber nach der anfänglichen Begeisterung stolperten einige Linien näher an die Kneipe heran, indem sie Gene verloren, während andere Linien durch den Gewinn von Genen auf die Spur zusteuerten. Wir betrachten dies als die perfekte Zusammenfassung der Evolution, eine durch Alkohol verursachte zufällige Wahl zwischen der Bar und der Bahnstrecke. Oder, wie das Internet-Mem sagt: „Geh nach Hause Evolution, du bist betrunken".
Über den Autor
Jordi Paps, Dozent, School of Biological Sciences, Universität Bristol, University of Bristol und Cristina Guijarro-Clarke, Doktorandin in Evolution, Universität von Essex
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