Einer der Hauptprozesse der Evolution - die natürliche Auslese - entfaltet sich direkt vor unseren Augen. Im letzten halben Jahrhundert sind auf der Erde Insekten aufgetaucht, die keine Angst vor Pestiziden haben, Mäuse, die nicht giftempfindlich sind, und Bakterien, die gegen Antibiotika resistent sind. Wer und wie passt sich widrigen Bedingungen an.
Überlebende des Hurrikans
Im Sommer 2017 beobachtete eine Gruppe von Wissenschaftlern der Harvard University Populationen kleiner Eidechsen, Anolis scriptus, die auf den Turks- und Caicosinseln in Westindien lebten. Vier Tage nach dem Ende der Expedition trafen die Hurrikane Irma und Maria den Archipel. Sechs Wochen später kehrten die Biologen dorthin zurück, um die Daten erneut zu sammeln.
Es stellte sich heraus, dass sich die Eidechsen nach der Naturkatastrophe merklich verändert hatten - die überlebenden Zehen waren im Durchschnitt länger, die Vorderbeine waren größer, der Körper war kürzer und die Oberschenkelknochen waren kleiner. Wissenschaftler haben vorgeschlagen, dass diese Zeichen den Reptilien geholfen haben, den Hurrikan zu überleben, und jetzt werden sie in den nächsten Generationen von Anolis scriptus, die auf den Inseln leben, Fuß fassen.
Nach Hurrikanen Irma und "Maria" 2017 hat sich das Erscheinungsbild der Anolis scriptus-Eidechsen, die auf den Inseln in Westindien leben, geändert - Bei überlebenden Tieren waren die Zehen an den Pfoten im Durchschnitt länger, die Vorderbeine waren größer, die Körperlänge war kürzer / Rian Castillo / Anolis scriptus femelle.
Künstliche Evolution
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Dank der wütenden Elemente beobachteten die Forscher zum ersten Mal die natürliche Selektion in der Natur. Zuvor wurden die Prozesse der Anpassung lebender Organismen an sich ändernde Umweltbedingungen und Speziation in Laboratorien künstlich simuliert.
Am häufigsten wurden Bakterien zum Untersuchungsgegenstand - sie vermehren sich schnell genug und ihr Genom ist klein, was es ermöglicht, Prozesse in relativ kurzer Zeit, die Tausende von Jahren dauern, in komplexeren Organismen zu untersuchen. Das berühmteste Experiment, das 1988 begann und bis heute andauert, wurde von einer Gruppe von Wissenschaftlern der University of Michigan unter der Leitung des Evolutionsbiologen Richard Lensky durchgeführt.
Im Februar 1988 schufen die Forscher zwölf Populationen eines einzelnen Escherichia coli-Stammes (E. coli) und platzierten sie in einer künstlichen Umgebung, in der Glukose die einzige Nahrungsquelle war. Zusätzlich war Citrat in der Lösung vorhanden, aber E. coli konnte sich nicht davon ernähren.
Zwölf Populationen von E. coli-Bakterien, die seit 30 Jahren von Wissenschaftlern beobachtet werden. Foto: Brian Baer und Neerja Hajela.
Seit dreißig Jahren (mehr als 68.000 Generationen von Escherichia coli haben sich verändert) sind Bakterien in allen Populationen gewachsen und haben gelernt, Nährstoffe, einschließlich Citrat, besser aufzunehmen. Die Mutationen, die es E. coli ermöglichten, sich an ihre Umgebung anzupassen, waren in allen Populationen unterschiedlich, traten jedoch in denselben Genen auf - jede Bakteriengemeinschaft versuchte, ihren eigenen Weg in der Evolution zu finden.
Stärkere Zähne, größere Köpfe
Manchmal passen sich komplexe Organismen nicht über Jahrtausende, sondern viel schneller an Umweltbedingungen an. Zum Beispiel hat die Mauereidechse Podarcis sicula, die auf einer der Inseln an der Adria lebt, in nur 36 Jahren die Größe, Form des Kopfes und die Struktur des Verdauungstrakts verändert, obwohl sie genetisch immer noch nicht von ihren anderswo lebenden Verwandten zu unterscheiden sind.
1971 transportierten Forscher fünf Paare von Erwachsenen von Podarcis sicula von der Insel Pod Kopiste zum benachbarten Pod Markaru. Die Bedingungen an dem neuen Ort ähnelten dem üblichen Lebensraum, aber es gab praktisch keine Raubtiere an Land, und nach dreißig Jahren unterschieden sich die Reptilien, die sich auf der ganzen Insel ausgebreitet hatten, äußerlich von ihren Verwandten auf Pod Kopist.
Als die Mauereidechse (Podarcis siculus) auf die Insel Pod Markaru umgesiedelt wurde, veränderte sich ihr Aussehen: Sie wurde größer, ihre Hinterbeine wurden verkürzt, und im Magen-Darm-Trakt trat eine Ileozökalklappe Kurt W. Becker / Lucertola campestre a caccia auf.
Die Siedlerechsen nahmen an Größe zu, begannen langsamer zu laufen (ihre Hinterbeine waren verkürzt), ihre Köpfe sahen massiver aus und ihre Zähne waren stärker, weil sie sich auf Pod Markaru hauptsächlich von zähen und faserigen Pflanzen ernähren mussten und nicht wie zuvor von Insekten. Aufgrund von Veränderungen in der Ernährung von Tieren ist auch im Magen-Darm-Trakt eine neue Struktur aufgetreten - die Ileozökalklappe, die eine Art Fermentationskammern im Darm bildet, in der Mikroben schwer verdauliche Stücke pflanzlicher Nahrung abbauen.
Das Inselleben macht dich schlauer
Im Allgemeinen sind Inseltiere für Wissenschaftler in der Regel von größerem Interesse als ihre Cousins auf dem Festland - auf Inseln ist die Evolution schneller. Große Tiere werden, wenn sie einmal isoliert sind, kleiner, kleine Tiere werden im Gegenteil riesig und manchmal in sehr kurzer Zeit.
Das Leben auf den Inseln bringt manchmal ganz unerwartete Vorteile. Wie eine internationale Gruppe von Wissenschaftlern herausfand, ist das Gehirn von Inselvögeln nach der Analyse von Daten zur Gehirngröße von elfeinhalbtausend Vögeln von 1931-Arten größer als das von kontinentalen Verwandten, und dies ist das Ergebnis der Evolution.
Der neukaledonische Rabe macht "Währung" für den Automaten. Foto: Jelbert et al. / Wissenschaftliche Berichte 2018.
Die Lebensbedingungen auf den Inseln sind weniger vorhersehbar, und wenn sich die Situation verschlechtert, ist es schwieriger, an einen anderen Ort zu ziehen als auf dem Kontinent. Daher ist ein großes Gehirn, das zu komplexerem Anpassungsverhalten fähig ist, ein evolutionärer Vorteil. Diese Ergebnisse stützen Beobachtungen des Neukaledonischen Raben (Corvus moneduloides), der Werkzeuge verwenden und aus dem Gedächtnis wiederherstellen kann, und des Spechtbaumfinken (Camarhynchus pallidus), der Werkzeuge verwenden und sogar verarbeiten kann.
Mäuse, die nicht vergiftet werden können
Ungünstige Lebensbedingungen zwingen kontinentale Tiere, sich schnell zu entwickeln. Dies geschah mit gewöhnlichen Hausmäusen. Seit den 1950er Jahren wurden sie mit Warfarin-Gift vergiftet - einige gegen dieses Pestizid resistente Personen wurden bereits 1964 gefunden, und bis 2011 beschrieben Wissenschaftler eine Population von Hausmäusen (Mus musculus domesticus), auf die Warfarin überhaupt nicht einwirkt.
Eine solch schnelle Anpassung (60-70 Jahre sind nach den Maßstäben der Evolution nichts) war auf die unglaublich schnelle Reproduktion dieser Nagetiere zurückzuführen. Wie deutsche Forscher betonen, ist die Resistenz gegen Gift das Ergebnis einer Mutation im vkorc1-Gen, das im Genom aller Säugetiere vorhanden ist und für die Arbeit von Vitamin K verantwortlich ist.
Die ständigen Versuche einer Person, bestimmte Schädlinge und Parasiten zu zerstören, gehen in der Regel seitwärts. Es ist der Wunsch, tödliche Infektionen zu besiegen, der zur Entstehung von Antibiotika-resistenten Superbugs geführt hat, und der Wunsch, Pflanzen vor Insekten zu schützen, hat zur Ausbreitung von Pestizid-resistenten Tieren geführt. Im letzten halben Jahrhundert wurden mehr als zweieinhalb Fälle der Anpassung von Insektenschädlingen an verschiedene Gifte registriert.
Alfiya Enikeeva
