Langzeitstudie über Eidechsen stellt die Regeln der Evolutionsbiologie in Frage

9. Oktober 2023

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Von Catherine Barzler, Georgia Institute of Technology

Charles Darwin sagte, dass Evolution ständig stattfindet und dazu führt, dass Tiere sich anpassen, um zu überleben. Aber viele seiner Zeitgenossen waren anderer Meinung. Wenn Evolution immer dazu führt, dass sich Dinge verändern, fragten sie, wie kann es dann sein, dass zwei Fossilien derselben Art, die am selben Ort gefunden wurden, trotz eines Altersunterschieds von 50 Millionen Jahren identisch aussehen?

Alles änderte sich in den letzten 40 Jahren, als eine Explosion evolutionärer Studien zeigte, dass Evolution schnell und sogar von einer Generation zur nächsten stattfinden kann. Evolutionäre Biologen waren begeistert, aber die Ergebnisse verstärkten dieselbe Paradoxie: Wenn Evolution so schnell passieren kann, warum erscheinen die meisten Arten auf der Erde dann über viele Millionen Jahre hinweg gleich?

Dieses Phänomen wird als Paradoxon der Stasis bezeichnet, und James Stroud, Assistenzprofessor an der School of Biological Sciences am Georgia Institute of Technology, machte sich daran, es zu untersuchen. Er führte eine Langzeitstudie in einer Gemeinschaft von Eidechsen durch und maß, wie sich Evolution bei mehreren Arten in freier Wildbahn entfaltet. Dabei könnte er die Antwort auf eine der größten Herausforderungen der Evolution gefunden haben.

Seine Forschung wurde als Titelgeschichte in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.

"Wir nennen dies ein Paradoxon, weil es keinerlei Sinn zu ergeben scheint", sagte Stroud. "Die häufigste Erklärung lautet, dass die natürliche Selektion daran arbeitet, das Aussehen einer Art zu stabilisieren, mit der Annahme, dass eine durchschnittliche Form ihnen am besten beim Überleben hilft. Das Problem ist, dass, wenn Menschen Feldstudien durchführen, sie so gut wie nie feststellen, dass diese Art von 'stabilisierender' Selektion tatsächlich existiert."

Stroud führte eine Feldstudie mit vier verschiedenen Arten von Anolis-Echsen auf einer kleinen Insel im Fairchild Tropical Botanic Garden in Coral Gables, Florida, durch. Er maß die natürliche Selektion bei allen vier Echsenarten über fünf aufeinanderfolgende Zeiträume, indem er alle Echsen auf der Insel einfing und ihr Überleben überwachte.

Stroud und seine Kollegen suchten Tag und Nacht nach Echsen. Mit langen Angelruten mit winzigen Schlaufen an ihren Spitzen fingen sie sie behutsam an ihren kräftigen Hälsen, legten sie in Kühler und dokumentierten den genauen Ast oder Stumpf, an dem sie jede Echse fanden.

Zurück im Labor maß Stroud die Köpfe, Beine, Füße, Gewicht und sogar die Klebrigkeit ihrer Zehen. Nachdem er jeder Echse eine Identifikationsnummer zugewiesen und sie mit einem winzigen Zeichen unter der Haut markiert hatte, ließ das Team die Echsen auf den gleichen Ästen frei, an denen sie sie gefunden hatten. An den folgenden Tagen und Wochen gingen sie hinaus, um den Rest von ihnen zu fangen.

Alle sechs Monate starteten Stroud und sein Team den Prozess erneut. Die gleichen Echsen einfangen, Messungen durchführen, sie freilassen und Notizen darüber machen, welche Echsen überlebten und welche nicht.

Indem er Daten für jeden Zeitraum einbezog, erfasste Stroud die Geschichte jeder Echse in der Gemeinschaft. Dann brachte er die Überlebensdaten mit der Variation der Körpermerkmale in Verbindung, was es ihm ermöglichte, zu analysieren, welche Körpermerkmale wichtige Vorhersagen für das Überleben waren. Zusammengefasst ergaben die Analysen ein Bild davon, wie natürliche Selektion in der Gemeinschaft als Ganzes funktionierte.

Zu seiner Überraschung stellte Stroud fest, dass die stabilisierende Form der natürlichen Selektion - die eine Art gleichbleibende Durchschnittsmerkmale beibehält - äußerst selten war. Tatsächlich variierte die natürliche Selektion im Laufe der Zeit massiv. In manchen Jahren überlebten Echsen mit längeren Beinen besser, in anderen Jahren schnitten solche mit kürzeren Beinen besser ab. Für andere Zeiten gab es überhaupt kein klares Muster.

"Das faszinierendste Ergebnis ist, dass die natürliche Selektion im Laufe der Zeit extrem variabel war", sagte Stroud. "Wir sahen oft, dass sich die Selektion von einem Jahr zum nächsten komplett umkehrte. Wenn man all diese Variation jedoch in ein langfristiges Muster kombinierte, hob sie sich effektiv auf: Die Arten blieben über den gesamten Zeitraum bemerkenswert ähnlich."

Die Ergebnisse von Strouds Studie waren noch nie zuvor gesehen worden. Noch nie hatte es solch einen Einblick gegeben, wie Selektion auf Gemeinschaftsebene funktioniert, und schon gar nicht in diesem Detailreichtum.

Der Grund, warum Wissenschaftler nie verstanden haben, wie Evolution auf Gemeinschaftsebene funktioniert, ist, dass Langzeitstudien wie Strouds äußerst selten sind. Forscher werden wahrscheinlich solche Projekte nicht durchführen, aufgrund des großen Aufwands und der erforderlichen Zeit.

'Evolution can and does happen—it's this ongoing process, but it doesn't necessarily mean things are constantly changing in the long run,' Stroud said. 'Now we know that even if animals appear to be staying the same, evolution is still happening.'

According to Stroud, understanding evolution is critical to everything that we want to understand about life on Earth.

'Understanding evolution doesn't only help us understand the plants and animals around us and how they're distributed across the world,' he said. 'It also shows us how life sustains itself in a world dominated by humans.'

There have been very few studies that monitor how evolution unfolds in the wild at long time scales. That, according to Stroud, is why we have a biased view of what evolution is.

'For a very long time, evolutionary biologists have tried to figure out what was behind this paradox of stasis idea,' Stroud said. 'What this study shows is that the answer may not be particularly complicated—we just had to conduct a study in the wild for a long enough time to figure it out.'

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences

Provided by Georgia Institute of Technology