Artbildung

Artbildung Definition

Der Prozess der Artentstehung ist ein fundamentales Thema der Evolution. Die Aufspaltung von Arten im mehrere Arten ist für die riesige Biodiversität auf unserem Planeten verantwortlich.

Grundlegende Begriffe zur Artentstehung

Bevor Du Dir einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Formen der Artentstehung und ihre Mechanismen verschaffst, lernst Du hier die wichtigsten Begriffe zu diesem Thema kennen.

Art

Der biologische Artbegriff bezeichnet eine Gruppe von Organismen, welche in Gestalt, Verhalten und Physiologie insofern übereinstimmen, als sie sich von anderen Organismengruppen unterscheiden lassen. Individuen einer Art sind in der Lage, potenziell fruchtbare Nachkommen zu zeugen. Zwischen Populationen einer Art besteht ein Genaustausch (Genfluss). Das ist möglich, da ihre Genpools sehr ähnlich sind.

Population

Eine Population ist eine Gruppe von Individuen derselben Art oder Rasse, die in einem bestimmten geografischen Gebiet leben, sich über Generationen hinweg kreuzen und genetisch verbunden sind.

Teilpopulation

Teilpopulationen sind Gruppen von Individuen einer Population, die sich aufgrund ihrer Lebensweise in engerem reproduktivem Austausch befinden. Eine Population kann sich aus mehreren Subpopulationen zusammensetzen.

Rassen

Rassen sind Populationen derselben Art. Sie unterscheiden sich in wenigen oder mehreren Merkmalen, die vererbbar sind. Rassen derselben Art können fruchtbare Nachkommen zeugen. Sie entstehen durch Isolation einzelner Populationen. Der Genaustausch zwischen den Populationen ist dadurch eingeschränkt und die Genpools der Populationen entwickeln sich unabhängig voneinander.

Genpool

Der Genpool ist das gesamte genetische Material eines sich sexuell fortpflanzenden Organismus. Es wird unter anderem von den Faktoren Mutation, Rekombination, Gendrift, horizontaler Gentransfer durch Genfluss, reproduktive Isolation und Selektion beeinflusst.

Genfluss

Genfluss bezieht sich auf den genetischen Austausch zwischen zwei Populationen. Individuen bringen ihre Gene durch Migration in eine andere Population ein und tragen so zur Vermischung und Genvielfalt bei.

Isolation

Populationen werden voneinander isoliert, wenn der Austausch von genetischem Material nicht möglich ist oder nicht vorkommt.

Konzept der Artbildung

Verschiedene Mechanismen können dazu führen, dass sich eine Art in zwei oder mehrere Arten aufspalten. Das grundlegende Konzept der Artbildung ist dabei immer das Gleiche.

Isolationsmechanismen führen dazu, dass Teilpopulationen einer Art genetisch voneinander isoliert sind. Das bedeutet, dass ein Genfluss zwischen den Teilpopulationen nicht mehr möglich ist.

Nun führen Evolutionsfaktoren dazu, dass sich die Genpools der Teilpopulationen unabhängig voneinander divergent entwickeln. Hierbei spielen zufällige Mutationen eine Rolle, aber auch sich verändernde Umweltbedingungen und der daraus resultierende Selektionsdruck beeinflussen die Veränderung der Genpools maßgeblich. Mutation und Selektion gehören zu den wichtigsten Evolutionsfaktoren der Artbildung.

Sind die Teilpopulationen lange genug genetisch voneinander isoliert, kann das dazu führen, dass sich die Genpools sehr unterscheiden und somit eine erfolgreiche Reproduktion zwischen den Individuen der Teilpopulationen nicht mehr möglich ist. Die Teilpopulationen sind nun reproduktiv isoliert und die ursprünglichen Population hat sich ein zwei Arten aufgespalten.

Artbildungsmodelle und Artbildungsprozesse

Die beschriebene Isolation zwischen Teilpopulationen kann unterschiedlichen Prozessen zum Grunde liegen. Je nachdem auf welche Art und Weise Teilpopulationen voneinander isoliert werden und sich daraufhin in verschiedene Arten aufspalten, wird zwischen verschiedenen Artbildungsprozessen unterschieden.

Grundsätzlich wird zwischen allopatrischer Artbildung, sympatrischer Artbildung und parapatrischer Artbildung unterschieden. Des Weiteren gibt es den Prozess der adaptiven Radiation, welcher eine Aufspaltung einer Art in mehrere Arten beschreibt. Im folgenden Abschnitt werden Dir die einzelnen Formen der Artbildung kurz erläutert.

Allopatrische Artbildung

Eine mögliche Ursache für Isolation ist die räumliche Separation von Populationen (geografische Isolation). Entsteht eine neue Art aufgrund der räumlichen Separation, spricht man von allopatrischer Artbildung (Artentstehung durch geografische Isolation). Allopatrische Artbildung führt zur Neubildung von Pflanzen- und Tierarten.

Die geografische Isolation ist die Grundvoraussetzung für die allopatrische Artbildung. Es gibt mehrere Prozesse, die zur geografischen Isolation führen können. Hierzu gehören das Gründerprinzip, geologische Ereignisse und Klimaereignisse.

Ablauf der allopatrischen Artbildung – Beispiel

In einem bestimmten Gebiet lebt eine Population von Schnecken (1). Diese werden aufgrund von geologischen Ereignissen in zwei Gruppen getrennt, welche geologisch voneinander isoliert sind. Aus einer Population entstehen zwei Teilpopulationen (2). Beide Populationen leben unabhängig voneinander.

Mutationen, die in einer Population auftreten, werden nicht an die andere Population übertragen, da kein Genfluss zwischen den Populationen möglich ist (3).

Die Populationen sind aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingungen verschiedene Selektionsdrücken ausgesetzt. Die Genpools der Populationen entwickeln sich unabhängig voneinander. Mutationen tragen zu einer divergenten Entwicklung bei.

In diesem Fall sind die Mutationen durch unterschiedliche Farben der Gehäuse dargestellt (4). Nach einem längeren Zeitraum liegen zwei Populationen mit unterschiedlichen Genpools und unterschiedlicher Merkmalsausprägung vor. Sollte die Barriere zwischen den Populationen überwunden werden, werden sich die Schnecken nicht mehr untereinander paaren können (5).

Abbildung 3: Schematische Darstellung des Beispiels

Abbildung 3: Schematische Darstellung des Beispiels

Sympatrische Artbildung

Die sympatrische Artbildung steht der allopatrischen Artbildung gegenüber. Sie beschreibt die Entstehung neuer Arten innerhalb eines gemeinsamen Verbreitungsgebiets. Bei der sympatrischen Artbildung wird der Genfluss zwischen Populationen durch verschiedene reproduktive Isolationsmechanismen gestoppt.

Bestimmte Isolationsmechanismen können den Genfluss zwischen Populationen verhindern, selbst wenn diese im gleichen Verbreitungsgebiet vorkommen. Die folgenden reproduktiven Isolationsmechanismen können dazu führen, dass Teilpopulationen innerhalb eines Verbreitungsgebiets genetisch voneinander isoliert werden.

Ethologische Isolation (Verhaltensisolation)

Ethologische Isolation ist die Isolation von Arten aufgrund von Verhaltensweisen, die sich normalerweise als unterschiedliches Paarungsverhalten manifestieren. Ändert sich etwa das Balzlied, reagieren die Paarungspartner nicht mehr auf den nun fremden Balzruf.

Diese Art der Isolation ist mit dem Verhalten von Individuen verbunden. Unterschiedliche Verhaltensmuster können zur Isolation führen. Dies kann unter anderem ein anderes Verhalten bei der Suche nach einem Partner sein.

Zeitliche Isolation

Arten, die nah verwandt sind, können zu unterschiedlichen Zeiten sexuell aktiv sein. Es gibt einen anderen zeitlichen Ablauf bei der Eizellreifung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt befruchtet werden muss. Die Zeit, in der sich die Individuen paaren, unterscheidet sich von Art zu Art und meist finde auch keine Paarung statt. Das gleiche Prinzip gilt für Pflanzen und ihre Blütezeiten.

Mechanische Isolation

Wenn Körpermerkmale zwischen Arten unterschiedlich ausgeprägt sind, dann ist die Paarung zwischen den Individuen der verschiedenen Arten nicht möglich. Somit wird eine geschlechtliche Fortpflanzung verhindert.

Polyploidie

Die Polyploidisierung stellt eine Art der genetischen Isolation dar. Eine Genommutation führt zur Polyploidisierung von Pflanzen. Hier wird der komplette Chromosomensatz vervielfacht. Bei der Meiose fällt die Reduktionsteilung aus. Somit sind die Keimzellen diploid (2n) statt haploid (1n). Durch Selbstbefruchtung entstehen Nachkommen mit tetraploidem Chromosomensatz (4n). Eine Kreuzung mit diploiden Pflanzen der Elternart ist zwar möglich, ergibt aber triploide Nachkommen (3n), die keine Nachkommen produzieren können.

In der Regel ist die Polyploidie bei Säugetieren fatal oder führt zur Unfruchtbarkeit.

Ökologische Isolation

Die ökologische Isolation bezieht sich auf die Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen in demselben Lebensraum. So kann etwa Nahrungsknappheit in einem Lebensraum dazu führen, dass eine Teilpopulation sich auf eine andere Nahrungsquelle spezialisiert und sich dadurch von der Ursprungspopulation isoliert.

Die Besetzung unterschiedlicher biologischer Nischen kann zur unabhängigen und divergenten Entwicklung der Genpools von Teilpopulation führen. Durch die Veränderung der Genpools kann es so zur sympatrischen Artbildung kommen.

Adaptive Radiation

Die adaptive Radiation kommt durch mehrere Isolationsmechanismen der allopatrischen und sympatrischen Artbildungen zustande. Faktoren wie das Fehlen natürlicher Raubtiere und die geografische Isolation begünstigen den Prozess der adaptiven Radiation.

Entstehung der Darwinfinken (Adaptive Radiation)

Durch Stürme oder andere Gegebenheiten sind Finken auf die Galápagos-Inseln gelangt. Fehlende Konkurrenz und ein großes Nahrungsangebot begünstigten die Vermehrung. So kam es durch Überbevölkerung zur starken intraspezifischer Konkurrenz.

Vermutlich konnten sich die Finken durch zufällige, geografische Separation auf weitere Inseln des Galápagos-Archipels ansiedeln und dort neue ökologische Nischen besetzen.

Die geografische Isolation mehrerer Populationen sowie das Besetzen unterschiedlicher biologischer Nischen (Beispiel: verschiedene Nahrungsquellen) führten dazu, dass sich die Ursprungsart in mehrere Arten aufspaltete. Am Ende waren etwa 14 Finkenarten auf den Galapagos-Inseln entstanden. Man kann die unterschiedlichen Finkenarten anhand der verschiedenen Schnabelformen unterscheiden.

Der Name der Darwinfinken führt zurück zu Charles Darwin. Als junger Mann, damals als Zoologe tätig, bereiste er die Galápagos-Inseln und beschrieb eine Vielzahl der Arten, welche auf ihnen vertreten war.

Parapatrische Artbildung

Parapatrische Artbildung wird oft als Mittelweg zwischen allopatrischer und sympatrischer Artbildung gesehen. Während die Teilpopulationen bei der allopatrischen Artbildung räumlich voneinander getrennt sind, befinden sich die Teilpopulationen im Rahmen der sympatrischen Artbildung im selben Verbreitungsgebiet. Im Fall der parapatrischen Artbildung besiedeln die Teilpopulationen aneinander grenzende Areale (Verbreitungsgebiete).

Während ein Genfluss zwischen den Populationen zwar möglich ist, können dennoch abweichende Umweltbedingungen dazu führen, dass sich die Teilpopulationen divergent voneinander entwickeln und eine Aufspaltung in zwei neue Arten ist möglich.