Andreas Wagner

Broschiertes Buch

Arrival of the Fittest

How Nature Innovates

Beschreibung

"Natural selection can preserve innovations, but it cannot create them. Nature's many innovations—some uncannily perfect—call for natural principles that accelerate life's ability to innovate.” Darwin's theory of natural selection explains how useful adaptations are preserved over time. But the biggest mystery about evolution eluded him. As genetics pioneer Hugo de Vries put it, "natural selection may explain the survival of the fittest, but it cannot explain the arrival of the fittest.” Can random mutations over a mere 3.8 billion years really be responsible for wings, eyeballs, knees, camouflage, lactose digestion, photosynthesis, and the rest of nature's creative marvels? And if the answer is no, what is the mechanism that explains evolution's speed and efficiency? In Arrival of the Fittest, renowned evolutionary biologist Andreas Wagner draws on over fifteen years of research to present the missing piece in Darwin's theory. Using experimental and computational technologies that were heretofore unimagined, he has found that adaptations are not just driven by chance, but by a set of laws that allow nature to discover new molecules and mechanisms in a fraction of the time that random variation would take. Consider the Arctic cod, a fish that lives and thrives within six degrees of the North Pole, in waters that regularly fall below 0 degrees. At that temperature, the internal fluids of most organisms turn into ice crystals. And yet, the arctic cod survives by producing proteins that lower the freezing temperature of its body fluids, much like antifreeze does for a car's engine coolant. The invention of those proteins is an archetypal example of nature's enormous powers of creativity. Meticulously researched, carefully argued, evocatively written, and full of fascinating examples from the animal kingdom, Arrival of the Fittest offers up the final puzzle piece in the mystery of life's rich diversity.

Autor

Andreas Wagner

Produktdetails

• Verlag: Penguin Publishing Group
• Seitenzahl: 306
• Erscheinungstermin: 6. Oktober 2015
• Englisch
• Abmessung: 214mm x 140mm x 17mm
• Gewicht: 384g
• ISBN-13: 9781617230219
• ISBN-10: 1617230219
• Artikelnr.: 42199729

Rezensionen

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].

Alle Rechte vorbehalten. © F.A.Z. GmbH, Frankfurt am Main

'Eminent evolutionary biologist Andreas Wagner fills in the parts of the puzzle even Darwin didn't understand.'

Mail on Sunday