Das Band des Lebens wiedergeben: Ist es möglich?

Wie vorhersehbar ist die Evolution? Die Antwort wird seit langem von Biologen diskutiert, die sich mit dem Ausmaß befassen, in dem die Geschichte die Wiederholbarkeit der Evolution beeinflusst.

Eine in der Ausgabe vom 9. November der Zeitschrift Science veröffentlichte Rezension untersucht die Komplexität der Vorhersagbarkeit der Evolution in außergewöhnlichen Details. Darin untersuchen Forscher des Kenyon College, der Michigan State University und der Washington University in St. Louis die Evidenz aus einer Reihe von empirischen Studien über evolutionäre Wiederholbarkeit und Kontingenz, um Ideen über die Rolle der Kontingenz in der Evolution vollständig zu hinterfragen.

Die Frage nach der Vorhersagbarkeit der Evolution wurde insbesondere vom verstorbenen Paläontologen Stephen Jay Gould gestellt, der in seinem Buch Wonderful Life von 1989 die Ansicht vertreten hat, dass Evolution kontingent und unwiederholbar ist. „Wiederhole das Band eine Million Mal… und ich bezweifle, dass sich so etwas wie der Homo sapiens jemals wieder entwickeln würde“, sinnierte Gould und bemerkte, dass es unmöglich wäre, das Band „wiederzugeben“ und der Geschichte einen erneuten Versuch zu ermöglichen. Doch seit der Veröffentlichung von Wonderful Life haben sich viele Evolutionsbiologen dieser Herausforderung gestellt und ihre eigenen Versionen von Goulds Experiment durchgeführt, wenn auch in kleinerem Maßstab. Dabei sind sie zu unterschiedlichen Schlussfolgerungen über das Zusammenspiel von Zufälligkeit von Mutationen, zufälligen historischen Ereignissen und Richtungsabhängigkeit durch natürliche Selektion gekommen.

„Wie sich die Geschichte entwickelt, ist nicht wirklich vorhersehbar. Historische Ergebnisse hängen von langen Ereignisketten ab, die mit winzigen Details übersät sind. Ein Unionssoldat fand ein fallen gelassenes Paket Zigarren, das mit den Marschbefehlen der konföderierten Armee verpackt war, was zur Schlacht von Antietam führte, was dazu führte, dass Lincoln die Emanzipationsproklamation ankündigte. Was wäre, wenn diese Zigarren nicht fallen gelassen worden wären, oder wenn sie nicht von einem Unionssoldaten gefunden worden wären? Die Evolution ist ähnlich, da sie sich über weite Zeiträume mit langen, einzigartigen Ereignisketten mit vielen Zufällen abspielt. Im Gegensatz zur Geschichte hat die Evolution jedoch die deterministische Kraft der natürlichen Selektion, aber dieser Determinismus steht immer im Spannungsfeld mit der Chanciness. Wie wirkt sich diese Spannung auf die Entwicklung aus? Was wichtiger ist: Kontingenz über Details der Geschichte oder Determinismus“, sagte Zachary Blount, Senior Research Associate an der MSU und Gastprofessor für Biologie am Kenyon College, der als Hauptautor der Review fungierte.

Blount wurde in seiner Arbeit von Richard Lenski, dem Hannah Distinguished Professor of Microbial Ecology an der MSU, und Jonathan Losos, dem William H. Danforth Distinguished University Professor an der Washington University in St. Louis, unterstützt.

„Die Idee, das Band des Lebens mit einem Neuanfang wiederzugeben, ist etwas, woran fast jeder irgendwann in seinem eigenen Leben gedacht hat. Es ist auch etwas, das Biologen schon lange interessiert, aber auf der großen Ebene der Geschichte des Lebens auf der Erde“, sagte Lenski. „Seit Gould die Metapher der Wiedergabe des Lebensbandes eingeführt hat, haben viele Studien versucht, die Wiederholbarkeit der Evolution zu charakterisieren. Was unsere Bewertung zeigt, ist, dass es keine einfache Antwort gibt: Manchmal produziert die Evolution auffallend ähnliche Lösungen, und manchmal gehen die sich entwickelnden Linien sehr unterschiedliche Wege, selbst unter den gleichen Umständen. Ich denke, das ist Teil der Faszination und Schönheit der Evolution, dass sie sowohl das Erwartete als auch das Unerwartete hervorbringt, vielleicht wie in unserem individuellen Leben, aber in einem viel größeren Maßstab.“

Goulds Gedankenexperiment regt immer noch eine robuste Debatte an, zum Teil aufgrund von Inkonsistenzen, die Gould bei der Beschreibung seiner Replay-Metapher einführte, sowie Verwirrung über das Konzept der Kontingenz. Gould hat oft zwei gemeinsame Bedeutungen von „Kontingenz“ zusammengeführt: als Abhängigkeit von etwas anderem und als Zufallsereignis.

„Es gibt mehrere, verschiedene Literaturen auf Goulds Idee, und diese Literaturen sprechen nicht miteinander“, sagte Losos. „Es gibt Studien zur mikrobiellen Evolution. Es gibt alle Studien über die konvergente Evolution oder den Mangel an konvergenter Evolution. Und es gibt auch eine philosophische Literatur darüber, was Gould meinte, als er sagte: „Wiederhole das Band“. Das heißt, wenn Sie über die Rolle der Kontingenz sprechen – was ist der Begriff Gould verwendet – was bedeutet das eigentlich?“

Ihre Überprüfung bestehender empirischer Studien konzentrierte sich hauptsächlich auf drei Arten von „Replay-Studien“: Laborevolutionsexperimente mit schnell wachsenden Organismen, Experimente, die in der Natur durchgeführt wurden, und natürliche Experimente, die Linien vergleichen, die unter ähnlichen Bedingungen entstanden sind. Die umfassende Analyse ergab ein komplexes Bild des evolutionären Wandels, in dem sowohl Kontingenz als auch Determinismus offensichtlich sind.

Blount, Lenski und Losos untersuchten eine Reihe verschiedener Arten von Laborexperimenten, darunter parallele Wiederholungsexperimente, bei denen identische Populationen eines Organismus separat unter identischen Bedingungen entwickelt werden, und analytische Wiederholungsexperimente, bei denen Proben aus einem parallelen Wiederholungsexperiment eingefroren und dann wiederbelebt und aus verschiedenen Zeitpunkten wieder entwickelt werden. Diese Überprüfung beinhaltete die Untersuchung des Langzeit-Evolutionsexperiments mit Escherichia coli (LTEE), das Lenski 1988 begann. Die LTEE verfolgt seit mehr als 70.000 Generationen 12 Populationen von E. coli, die aus einem einzigen Klon gegründet wurden. Proben jeder Population wurden alle 500 Generationen eingefroren, so dass die Forscher die sich entwickelnden Bakterien direkt mit ihren Vorfahren vergleichen konnten.

Blount, Lenski und Losos untersuchten auch Experimente, die versuchen, die Evolution in der Natur nachzuahmen. Bislang gibt es nur wenige solcher Experimente, und ihre Überprüfung dieser Experimente ergab ein hohes Maß an Wiederholbarkeit der evolutionären Reaktionen auf unterschiedliche historische Bedingungen.

Ihre Überprüfung von vergleichenden Studien zu „natürlichen Experimenten“ zeigte weitere Hinweise auf die Vorhersagbarkeit der Evolution. Ähnliche Merkmale können sich unabhängig voneinander bei verschiedenen Arten entwickeln – zum Beispiel bei den Anoleiden der Karibik, die sich getrennt voneinander durch Merkmale wie die Länge ihrer Beine und Schwänze auszeichnen, um ihr Leben in ihren spezifischen Lebensräumen zu erleichtern. Doch nicht immer findet eine Konvergenz in der Evolution statt, wie ihr Bericht zeigt; Eventualitäten können eine starke Rolle bei der divergierenden Entwicklung verschiedener Merkmale spielen.

„Was wir deutlich sehen, ist, dass sowohl Konvergenz als auch mangelnde Konvergenz in der natürlichen Welt sehr häufig vorkommen“, sagte Losos. „Es ist nicht nützlich, einfach immer wieder zu den beiden Listen hinzuzufügen. Die eigentliche Frage, an die sich die Menschen jetzt wenden, ist: Warum kommt es manchmal zu Konvergenz und nicht zu anderen? Hier setzt die Forschung an. Das ist die Frage, auf die wir uns konzentrieren müssen.“

Mehr Informationen:
„Kontingenz und Determinismus in der Evolution. Replaying life’s tape“ Science (2018). science.sciencemag.org/cgi/doi … 1126/science.aam5979

Teilen Ist Liebe! ❤❤❤ 3 shares ❤❤❤

Schreibe einen Kommentar

Deine E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

shares