Anpassung

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Wie „Gestaltung” entsteht: Darwin’sche Selektion

Die natürliche Selektion besteht darin, dass Umwelteinflüsse sich auf zufällig entstandene genetische Veränderungen (Kopierfehler bei der Replikation bzw. Verdoppelung) unterschiedlich auswirken, so dass die Replikatoren im Laufe der Generationen erhalten bleiben oder verschwinden, je nachdem, wie gut sie in der jeweiligen Umwelt zurechtkommen. Dieser Ablauf mit zufälliger Variation, Selektion und unterschiedlicher Replikation ist nicht auf die natürliche Selektion beschränkt. Er ist der einzige bekannte Vorgang, durch den Gestaltung ohne einen Gestalter entstehen kann und durch den funktionelle Organisation von selbst und ohne zielgerichtete Eingriffe entstehen kann. Darwin und sein Mitentdecker Wallace stießen als Erste auf dieses Prinzip, das heute die Standardantwort auf die Frage ist, wie ein nach Planung aussehendes Ergebnis ohne Planung zustande kommen kann.

4.1

Teleologie

Die Anpassung sieht so auffällig nach gezielter Gestaltung aus, dass sie bis zur Entdeckung der natürlichen Selektion als Beweis für die Existenz Gottes galt. Das war leere Teleologie (Lehre von der Zielgerichtetheit der Abläufe im Universum): Man erkannte eine Absicht, wo keine war. Darwin und Wallace nahmen den teleologischen Erklärungen den Geruch des Geheimnisvollen und machten sie der wissenschaftlichen Kritik zugänglich. Sie zeigten, wie scheinbare Anzeichen für bewusste Gestaltung durch die geistlosen Kräfte der Naturgesetze zustande kommen können.

4.2

Zufall

Vor Darwins Entdeckung gab es zu der Idee vom Großen Gestalter nur eine Alternative: Man behauptete, die Anpassung sei durch Zufall entstanden. Diese Annahme reicht aber ganz eindeutig nicht aus, um das hohe Organisationsniveau der Lebewesen zu erklären. Man kann sich Anpassung als einen komplexen, hoch entwickelten Apparat vorstellen, der durch Zufall allein nicht entstanden sein kann. Während die natürliche Selektion von der Ursuppe (siehe Evolution) über Millionen winziger Veränderungen (von denen jede sich nur minimal von der vorherigen Form unterscheidet) bis zu Orchideen und Libellen fortschreitet, erforderte die Annahme des Zufalls einen riesigen Sprung von der Ursuppe zu einem hoch entwickelten Organismus, also einen extrem unwahrscheinlichen einzelnen „Treffer”.

Der Zufall spielt aber in der Evolution durchaus eine Rolle. Mutationen enthalten beispielsweise ein Zufallselement. Nach der Neutralitätstheorie der molekularen Evolution sind auf molekularer und genetischer Ebene viele Veränderungen vom Zufall bestimmt (ohne dass sie sich allerdings phänotypisch auswirken). Inwieweit auch immer der Zufall zur Gestaltung der Lebewesen beitragen mag: keinesfalls kann man damit die Anpassung erklären. Nicht alle Eigenschaften der Lebewesen sind Folgen der natürlichen Selektion, aber wenn es sich um Anpassungen handelt, können sie nicht anders entstanden sein.

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Die Suche nach dem Zweck

Anpassung dient einem bestimmten Zweck, das wissen wir. Wie kann man nun herausfinden, was das für ein Zweck ist? Man behandelt die Anpassung so, als sei sie absichtlich gestaltet worden. Man analysiert sie wie ein künstliches Gebilde und ergründet die zugrunde liegenden Konstruktionsprinzipien. Dieses Verfahren wird auf vielen Gebieten angewandt. Man stelle sich vor, ein Flugzeughersteller wolle ein Konkurrenzmodell nachbauen. Dazu würde er das Produkt auseinandernehmen und bei jedem offenkundig geplanten Teil fragen, welchem Zweck es dient, was seine Konstrukteure damit erreichen wollten.

Nehmen wir nun stattdessen lebende „Flugzeuge”. Bei der aerodynamischen Analyse der Flügel eines Geiers zeigt sich, dass die große Oberfläche und die ausgefransten Kanten Steigflug ausgezeichnet begünstigen. Die schmalen, glattrandigen Flügel eines Albatros sind dagegen gut zum Segeln geeignet. In diesem Fall kennen wir das Flugverhalten von Geiern und Albatrossen schon vorher. Aber solche Fragen nach dem Wozu können ein wichtiges Hilfsmittel für Entdeckungen sein. Betrachten wir z. B. die unterschiedlichen Muster auf den Gehäusen mancher Landschnecken: Manche Gehäuse tragen dunkle Streifen, und manche sind hell und ungestreift. Für uns sieht es so aus, als bewohnten diese Tiere den gleichen Lebensraum. Man sollte aber nach Unterschieden suchen. So nimmt man an, dass ein dunkles Gehäuse mehr Sonnenlicht absorbiert, so dass die gestreiften Schnecken in einem kühlen, schattigen Mikroklima im Vorteil sind; an warmen, sonnigen Orten könnten sie dagegen an Überhitzung sterben.

Das nächste Beispiel betrifft die Entdeckung der Endorphine, eine Substanzgruppe mit zunächst unbekannter Funktion. Man kannte im Gehirn des Menschen spezifische Rezeptoren für das Morphin, ein starkes künstliches Schmerzmittel. Das analytische Prinzip legte die Suche nach einer Substanz nahe, die unser Organismus natürlicherweise produziert und auf welche die Rezeptoren in Abwesenheit von Morphin reagieren. Auf diese Weise stieß man auf die Endorphine, körpereigene Verwandte des Morphins.

Das letzte Beispiel schließlich ist eine Art antarktischer Krebse, die Schnecken einfangen und auf dem Rücken umhertragen. Wie sich bei näherer Untersuchung herausstellte, hat dieses bizarre Verhalten eine Schutzfunktion: Raubfische meiden die mit der Schnecke beladenen Krebse und spucken sie aus, wenn sie unabsichtlich ein solches Exemplar gefangen haben.

Bis vor kurzem konnte man nur das Endprodukt der Evolution analysieren: die Anpassung – aber nicht die langsame, sich allmählich ansammelnde Arbeit der Jahrmillionen, in denen sie entstanden ist. Heute kann man jedoch auch diesen Ablauf in Computersimulationen nachvollziehen; dies ist ein wichtiger Teilbereich einer vollständigen funktionellen Analyse.

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Lebende Archive vergangener Umweltbedingungen

Man kann ein Lebewesen als Verkörperung der Umweltbedingungen sehen, unter denen seine Vorfahren lebten und sich fortpflanzten. Anhand der Anpassungen können wir die Evolutionsbedingungen der Vorfahren rekonstruieren, denn durch Anpassungen sind Informationen über diese Welt in die Organismen eingeflossen. Die Selektionskräfte beinhalten wichtige Aussagen über die stabilen, dauerhaften Merkmale der Umwelt eines Lebewesens. Anpassung ist die von der natürlichen Selektion gestaltete Lösung für ganz bestimmte Probleme, die sich durch die regelmäßig vorhandenen Eigenschaften (etwa physikalischer oder chemischer Art) der Umwelt ergeben haben. Jeder Organismus erbt also von seinen Eltern ein Modell von Aspekten seiner Welt, das mit der Welt seiner Vorfahren übereinstimmt. Er ist ein lebendes Archiv früherer Umweltverhältnisse.

Durch eine Analyse ihrer Form kann man die Flügelgestalt von Geiern und Albatrossen genau erklären. Umgekehrt könnte eine außerirdische Intelligenz, die nie irdische Vögel gesehen hat, an ihnen ablesen, unter welchen atmosphärischen Bedingungen sie funktionieren: Beim Steigflug sind es Aufwinde, beim Segeln Luftströmungen mit stark wechselnder Geschwindigkeit. Diese Information wurde durch das Wechselspiel zwischen den Vorfahren der Vögel und ihrer Umwelt in den Flügeln festgehalten. Die Analyse von Anpassungslösungen und die Umweltrekonstruktion (die Analyse der Anpassungsprobleme) sind also zwei Aspekte der Untersuchung von Anpassungen, die einander ergänzen und voneinander abhängig sind.