Arrival of the Fittest - Wie das Neue in die Welt kommt

Über das größte Rätsel der Evolution

Übersetzung: Vogel, Sebastian

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Das letzte Rätsel der Evolution - gelöst!»Wagner stößt bis ins Herz der Innovationen bei lebendigen Systemen vor. Unterhaltsam, brillant.« Rolf DobelliBislang blieb ein Rätsel der Evolutionstheorie ungelöst: Ist wirklich nur zufällige Mutation die Ursache von Flügeln, Facettenaugen, Photosynthese und des ganzen Reichtums der Arten? Jetzt wissen wir: nein! Der renommierte Evolutionsbiologe Andreas Wagner hat Gesetze entdeckt, die es der Natur gestatten, neue Moleküle und Mechanismen herauszubilden, die eine schnelle Anpassung der Arten ermöglichen: wie der Kabeljau, der im Eiswasser...

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Frankfurter Allgemeine Zeitung - Rezension

Frankfurter Allgemeine Zeitung | Besprechung von 10.10.2015

Wie kommt der Fisch zum Frostschutz?

Natürliche Selektion ist nicht alles: Andreas Wagner erklärt, welche neuen Einsichten die moderne Evolutionsbiologie zu bieten hat.

Von Thomas Weber

Das Schöne an der Evolutionsbiologie ist die Tatsache, dass sich die von Charles Darwin formulierten Grundprinzipien breiter und empirisch fundierter Akzeptanz erfreuen, in den Einzelheiten aber immer wieder Fragen und Probleme auftauchen, die die Disziplin nie langweilig werden lassen: Diskussionen um Soziobiologie, den Zeitbedarf evolutionärer Prozesse, die Verknüpfung von Genotyp und Phänotyp, also der Erscheinung des Organismus, oder die Frage, wie die von der Genomik erzeugte Datenflut integriert werden kann, sorgen für

intellektuelle Lebendigkeit.

Natürlich gab es Versuche, eine orthodoxe Lehre zu etablieren. Vor vierzig Jahren war es das "egoistische Gen", das als neues Konzept viele Forschungsprogramme dominierte. Doch mittlerweile wirken die mit ihm verknüpften Vorstellungen, die oft in naiven genetischen Determinismus münden, genauso wie seine lautstärksten Verfechter, zunehmend veraltet und doktrinär. Die im frühen zwanzigsten Jahrhundert versäumte Einbindung der Entwicklungsbiologie in die sogenannte evolutionäre Synthese von Genetik, Populationsbiologie, Paläontologie, Zoologie, Botanik und Systematik gewinnt seit zwei Jahrzehnten verstärkt an Bedeutung und öffnet neue Perspektiven für die gesamte Evolutionsbiologie.

Eine paradigmatische Erklärungslücke der klassischen Evolutionsbiologie lässt sich einfach illustrieren. Vogelfedern sind eine evolutionäre Fortentwicklung der Hautschuppen von Archosauriern. Wie konnte eine solche biologische Innovation mit ihren weitreichenden Folgen entstehen? Orthodoxe Neo-Darwinisten haben auf eine solche Frage gleich eine Antwort parat: Die schrittweise natürliche Auslese zufällig erzeugter genetischer Variation führt über lange Zeiträume zur Ausbildung angepasster Strukturen. Aber diese Standarderklärung übersieht im Falle der Feder einen wesentlichen Punkt: Es ist wenig wahrscheinlich, dass es im Genom der Archosaurier eine vererbbare genetische Variabilität für die Ausbildung von Federn in den Hautschuppen gab.

Eine zunehmende Zahl von Biologen stellt daher in Frage, dass Populationsgenetik und natürliche Auslese ausreichen, die Diversifizierung des Lebens zu verstehen. Natürliche Auslese könne das "survival of the fittest" erklären, nicht jedoch das "arrival of the fittest" - sie ist ein Mechanismus zum Erhalt, nicht zur Erzeugung von Neuerungen. Der aus Österreich stammende, viele Jahre in den Vereinigten Staaten tätige und nun in Zürich lehrende Evolutionsbiologe Andreas Wagner gehört zu einer noch vergleichsweise kleinen, aber zunehmend einflussreichen Forschungsrichtung - einer ihrer Väter war der in Wien lehrende Biologe Rupert Riedl -, die sich experimentell und unter Zuhilfenahme der Methoden der "computational biology" mit der Frage beschäftigt, welche Strukturbedingungen erfüllt sein müssen, damit sich Leben evolutiv an ständig sich ändernde Anforderungen der Umwelt anpassen kann.

Wie in kaum einer anderen Wissenschaft gilt in der Evolutionsbiologie die Berufung auf ihren Gründer als Quelle von Legitimität. Wagner zeigt in seinem Buch, das unmittelbar nach der Buchmesse erscheint, dass für die moderne Evolutionsbiologie Prinzipien von Bedeutung sind, von denen Darwin nichts wissen konnte. Diese Strukturprinzipien biologischer Systeme sorgen dafür, dass Leben innovativ bleibt und evolutionäre Neuerungen existierende Funktionen nicht stören. Standardisierte modulare Bausteine, Redundanz und Konnektivität garantieren, dass Neuerungen bei Schlüsselkomponenten biologischer Netzwerke keine letalen Folgen haben. Modularität bedeutet, dass Änderungen in einer Komponente nicht zum Ausfall des gesamten Systems führen. Redundanz beruht auf Teilen, die ähnliche oder auswechselbare Rollen in einem System spielen - nimmt ein solches Teil eine innovative Funktion an, können die anderen Komponenten weiterhin die ursprüngliche Funktion erfüllen. Die Anzahl von Verbindungen zwischen Teilen sowie deren Anordnung bestimmen, in wie vielen Schritten innovative Lösungen erreicht werden können.

Wagner zeigt auch, dass diese Prinzipien nicht zu einzigartigen evolutionären Lösungen führen. Frostschutzproteine sind unabdingbar für das Überleben arktischer Fische - wenn nur ein Protein mit einer einzigen Abfolge von Aminosäuren diese Funktion erfüllen könnte, würde eine schrittweise Evolution diese Abfolge wohl nie in der zur Verfügung stehenden Zeit finden, da der abzusuchende Raum der Möglichkeiten unvorstellbar groß ist. Aber es gibt eben nicht nur ein, sondern unzählig viele Proteine, die eine solche Funktion erfüllen, und diese Lösungen sind über den gesamten abzusuchenden Raum verteilt. Diese Betrachtungen zeigen, dass die Evolutionsfähigkeit, die "evolvability" eines Systems, nicht auf einer zu engen Verbindung von Genotyp und Phänotyp beruhen kann. Jeder Phänotyp muss durch eine Vielzahl von Genotypen verwirklicht werden können.

Andreas Wagner schreckt in seinem Buch nicht davor zurück, seine Leser zu fordern. Aber wer mehr über neueste Entwicklungen in der Evolutionsbiologie erfahren möchte und wer bereit ist, überkommene Vorstellungen zu hinterfragen, dem ist die Lektüre seines Buch ohne Einschränkung zu empfehlen.

Andreas Wagner: "Arrival of the Fittest". Wie das Neue in die Welt kommt. Über das größte Rätsel der Evolution.

Aus dem Englischen von Sebastian Vogel. S. Fischer Verlag, Frankfurt am Main 2015. 399 S., geb., 24,99 [Euro].

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Perlentaucher-Notiz zur F.A.Z.-Rezension

Rezensent Thomas Weber räumt die Schwierigkeit der Lektüre ein, aber auch den Erkenntnisgewinn von Andreas Wagners Buch zu den Strukturprinzipien biologischer Systeme als Voraussetzung für evolutionäre Entwicklung im Sinne Darwins. Was der Biologe in seinem Buch vorstellt, schließt laut Weber eine Lücke. Redundanz, Standardisierungen, Konnektivität, das sind einige der Bedingungensarten, die der Autor laut Weber anführt und erläutert. Das fordert die Leserin, meint er, sorgt bei ihr aber auch für ein Update in Sachen Evolutionsbiologie.

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interessante Erkenntnisse und Einblicke in Genetik und Bioinformatik Eckart Löhr Spektrum der Wissenschaft 20160201