Konvergente Evolution: Zufall, Notwendigkeit… oder Trugbild?

Was ist konvergente Evolution?

Eine einfache Definition

Die konvergente Evolution bezeichnet eines der faszinierendsten Phänomene der Evolution. Sie zeigt, dass Arten aus sehr weit entfernten Linien, die durch Hunderte Millionen Jahre getrennt sind, erstaunlich ähnliche Merkmale entwickeln können. Diese Ähnlichkeiten, die als Ergebnis getrennter Evolutionen dargestellt werden, werfen die Frage auf, ob die angeführten Mechanismen wirklich ausreichen, um so nahe Lösungen zu erklären.

Millionen von Jahren, um dieselben Wunder neu zu erfinden — oder zu wiederholen

Schnell schwimmen, um einem Räuber zu entkommen, Licht in der Tiefe wahrnehmen, die Lüfte erobern, Temperaturschwankungen widerstehen, den Gasaustausch in sauerstoffarmen Umgebungen optimieren, extremen Drücken standhalten, Energie in Zeiten der Knappheit sparen, chemische Signale erkennen, oder sich tarnen, um der Prädation zu entgehen: ebenso viele von der Umwelt auferlegte Zwänge.

Der Theorie zufolge erkundet und selektiert der evolutionäre Mechanismus, frei von Plan, Ziel oder Absicht, Generation für Generation die wirksamsten Lösungen. Doch wenn sehr weit entfernte Linien immer wieder zu denselben Antworten zu gelangen scheinen, stellt sich die Frage: Erfindet die Natur wirklich neu, oder folgt sie stärker vorgezeichneten Wegen als man denkt? Alles geschieht, als würde die Evolution gedrängt, fast gegen ihren Willen, einige ihrer Erfindungen zu wiederholen.

Eine unausweichliche Tendenz… oder etwas, das ihr ähnelt

Dieses Phänomen scheint die Vorstellung einer völlig kontingenten und zufälligen Evolution zu erschüttern. Es wäre nicht mehr nur eine Frage des Zufalls, sondern einer Form von wiederkehrender Tendenz: Die natürliche Selektion, wie eine unnachgiebige Ingenieurin, würde die Arten zu einer begrenzten Menge wirksamer Lösungen drängen. Als ob die Gesetze der Materie und der Energie im Hintergrund bestimmte mögliche Lebensformen auferlegten. Flügel zum Fliegen, Augen zum Sehen, Gifte zum Neutralisieren einer Beute… ebenso viele Innovationen, die in Linien ohne direkte Verbindung auftraten, bis zu dem Punkt, dass man glauben könnte, die Natur folge einem Handbuch, das wir nur erahnen.

Stephen Jay Goulds Frage: Zufall oder Unvermeidlichkeit?

Der Paläontologe Stephen Jay Gould (1941–2002), der die Evolution als einen weitgehend unvorhersehbaren und kontingenten Prozess sah, erkannte dennoch an, dass die Konvergenz eine beunruhigende Frage aufwirft: Was, wenn bestimmte Lebensformen nicht nur das Produkt des Zufalls wären, sondern auch der Ausdruck tieferer Zwänge und vielleicht unvermeidlicher? In seinem Essay Wonderful Life stellte er sich vor, „das Band des Lebens erneut abzuspielen“, und fragte sich: Wenn die Evolutionsgeschichte von Neuem beganne, würden wir dieselben Geschöpfe wieder auftauchen sehen, oder zumindest dieselben Lösungen für die Herausforderungen der Existenz? Die Konvergenz scheint eine Wiederholung nahezulegen… lässt aber auch Zweifel darüber aufkommen, was in der Evolution wirklich dem Zufall zuzuschreiben ist.

Eine wirklich vorhersehbare Vielfalt?

Diese Idee eröffnet eine schwindelerregende Perspektive: Die Vielfalt des Lebens könnte sich trotz ihrer scheinbaren Fülle in einem Rahmen abspielen, der vorhersehbarer ist als man denkt. Die Zwänge der physischen Welt würden dann als Filter wirken und nur bestimmte Innovationen hervortreten lassen, jene, die, merkwürdigerweise, bei Arten mit sehr weit entfernten Ursprüngen auftauchen. Eine Lektion in Demut vielleicht, aber auch eine Einladung, sich zu fragen, ob es nicht tiefere Regeln gibt, noch schlecht verstanden, die die Erfindungsgabe der Natur lenken.

Tabelle der konvergenten Evolution in der lebendigen Welt — oder was ihr ähnelt

Die folgende Tabelle listet mehrere häufig zitierte Fälle konvergenter Evolution auf und präzisiert die betroffenen Gruppen, ihre adaptive Funktion, das geschätzte Alter ihrer Divergenz und ein repräsentatives Beispiel.

Die verstörende Geschichte des Sehens

Ein unerwarteter gemeinsamer Vorfahre

Unter allen angeführten Beispielen konvergenter Evolution ist das Auge zweifellos das spektakulärste und vielleicht auch das verstörendste. Denn je mehr Biologen seine Ursprünge erforschen, desto komplizierter scheint die Vorstellung einer einfachen Konvergenz und Evidenz zu werden.

Der gemeinsame Vorfahre von Oktopussen und Menschen war ein primitiver bilateraler Wurm, der vor etwa 550 bis 600 Millionen Jahren lebte (spätes Präkambrium). Dieses Tier besaß kein strukturiertes Auge mit Linse, Netzhaut und Pupille, war aber auch nicht ohne jegliche visuelle Ausstattung: Es trug bereits rudimentäre Photorezeptoren, das Gen Pax6 (Mastergen der Augenentwicklung, konserviert von der Fliege bis zum Menschen über den Oktopus), ein wahrer Dirigent der Augenentwicklung, sowie ein ancestrales Opsin (primitives lichtempfindliches Protein, allen Tieren gemeinsam, molekularer Vorläufer aller heutigen Sehpigmente), das von der gesamten Tierlinie geteilt wird.

Die Rolle von Pax6

Genau hier wird der Begriff der Konvergenz weniger offensichtlich. Als Walter Jakob Gehring (1939–2014) 1983 zeigte, dass die Injektion des Maus-Pax6-Gens in eine Drosophila die Bildung eines Auges an einer Antenne auslösen konnte, offenbarte er, dass das grundlegende genetische Programm des Auges Tieren gemeinsam ist, die seit Hunderten Millionen Jahren getrennt sind. Der Oktopus und der Mensch haben das Auge also vielleicht nicht aus dem Nichts „neu erfunden“: Sie scheinen vielmehr, jeder auf seine Weise, dasselbe ancestrale molekulare Kit reaktiviert zu haben, was zu erstaunlich ähnlichen Architekturen führte.

Atavismus: eine Herausforderung für die Konvergenz

Was ist Atavismus?

Atavismus bezeichnet das Wiederauftreten eines seit Millionen von Jahren verschwundenen alten Merkmals bei einem modernen Organismus. Dieses Phänomen zeigt, dass bestimmte Merkmale nicht wirklich von der Evolution „neu erfunden“ werden: Sie können einfach aus ancestralen genetischen Programmen reaktiviert werden, die noch im Genom vorhanden, aber stumm sind. Hühner, die Zähne entwickeln, Wale, die mit Beinen wieder auftauchen, oder Schlangen, die Gliedmaßenansätze zeigen, illustrieren diese Fähigkeit des Lebens, alte Strukturen zu reaktivieren, anstatt sie neu zu schaffen.

Konsequenzen für die Konvergenz

Der Atavismus erschwert somit die Interpretation der konvergenten Evolution: Was manchmal als unabhängige Erfindung dargestellt wird, könnte nur eine Reaktivierung eines vorbestehenden genetischen Moduls sein. Mit anderen Worten: Bestimmte „Konvergenzen“ sind vielleicht keine neuen, von den Zwängen der Umwelt auferlegten Lösungen, sondern mögliche Rückkehr zu alten Zuständen, die in die tiefe Geschichte des Lebens eingeschrieben sind.

Die von Darwin gelegten Grundlagen bleiben solide

Die drei darwinistischen Säulen

Das von Charles Darwin (1809–1882) 1859 vorgeschlagene Rahmenwerk beruht auf drei Hauptprinzipien: Abstammung mit Modifikation von gemeinsamen Vorfahren, erbliche Variation zwischen Individuen und natürliche Selektion als Sortiermechanismus. Diese drei Säulen werden heute durch Genetik, Paläontologie, molekulare Phylogenie und direkte Beobachtung bestätigt. Kein seriöses Mitglied der wissenschaftlichen Gemeinschaft stellt sie in Frage.

Ein bestätigtes und bereichertes Rahmenwerk

Darwin hatte das Wesentliche erfasst, auch wenn die von ihm vorgeschlagenen Mechanismen nicht mehr ausreichen, um alles zu erklären. Die Biologie des 21.^e Jahrhunderts widerspricht seinem Werk nicht: Sie erweitert, vervollständigt und bereichert es, manchmal über das hinaus, was wir uns vorgestellt haben. Die Beiträge der modernen Genetik und die jüngsten paläontologischen Daten bestätigen die Kraft des darwinistischen Rahmenwerks und nuancieren es zugleich.

Was man sich merken sollte: Konvergenz vs. Kontingenz

Eine mögliche Vorhersehbarkeit

Die konvergente Evolution würde zeigen, in welchem Ausmaß die Umwelt und die physikalischen Gesetze die Evolution zu Lösungen lenken können, die sich ähneln, ohne völlig dem Zufall überlassen zu sein. Sie eröffnet somit die Möglichkeit — und nicht die Gewissheit —, dass Formen außerirdischer Intelligenz anderswo entstehen könnten, wenn dort ähnliche Zwänge wirken. Augen, Flügel oder analoge soziale Strukturen könnten dann erscheinen… oder nahelegen, dass das Leben manchmal vorgezeichnetere Wege geht als wir dachten.

Die irreduzible Kontingenz

Doch diese theoretische Möglichkeit darf eine tiefere Realität nicht verdecken: Evolutionäre Trajektorien bleiben weitgehend von einzigartigen Verkettungen geprägt, die nicht vorhersehbar sind.

Und dennoch bleibt das irdische Leben trotz dieser beunruhigenden Ähnlichkeiten das Produkt einer außerordentlich kontingenten Geschichte (in der Evolution bezeichnet Kontingenz den einzigartigen und nicht reproduzierbaren Charakter einer Abfolge von Ereignissen: eine Geschichte, die nur einmal geschieht und nicht identisch wiederholt werden kann.), geformt durch eine Abfolge unwahrscheinlicher und nicht reproduzierbarer Ereignisse. Nichts lässt vermuten, dass dieser Weg mit seinen Brüchen, Unfällen und Umwegen anderswo reproduziert werden könnte; alles deutet im Gegenteil darauf hin, dass er der Erde und ihrer einzigartigen Geschichte eigen ist.