Koevolution: Gemeinsam durch dick und dünn

Nicht nur Veränderungen in der Umwelt können Selektionsdruck auf eine Art ausüben, sondern auch andere Arten. Dieser Prozess wird als Koevolution (lat. con- = mit und evolvere = entwickeln) bezeichnet und beschreibt die gegenseitige Anpassung zweier Arten, deren Lebensweisen stark voneinander abhängen. Erstmals beschrieben wurde die Koevolution bereits von Charles Darwin; sie findet sowohl auf mikroskopischer als auch auf makroskopischer Ebene statt. Zusätzlich kann die Beziehung zwischen den beteiligten Arten unterschiedliche Formen annehmen. Einige davon stellen wir euch hier vor.

Putzerfische und Zackenbarsch

Alles ganz harmlos – oder doch nicht? Zwei gewöhnliche Putzerfische umschwimmen einen Zackenbarsch. Es gibt aber auch Falsche Putzerfische … (siehe unten) Bild: Richard Ling/Wikimedia Commons, CC-Lizenz

Räuber und Beute – einer kämpft ums Überleben

Der Rauhäutige Gelbbauchmolch (Taricha granulosa) ist ein unscheinbares Amphibium – wären da nicht sein auffallend gelber Bauch und seine Fähigkeit zur Giftproduktion. Mithilfe des Tetrodoxins (TTX) hält sich der Molch seine Feindin, die Gewöhnliche Strumpfbandnatter (Thamnophis sirtalis), vom Leib. Durch eine Reihe von genetischen Anpassungen haben die Gewöhnlichen Strumpfbandnattern jedoch eine Toleranz gegen das Gift entwickelt, wodurch der Abwehrmechanismus des Molchs wirkungslos wurde. Zwischen den beiden Arten entstand in der Folge eine Art evolutionäres Wettrüsten, das dazu führte, dass T. granulosa immer höhere Mengen Toxin produzieren musste, um das Überleben der Art zu sichern.

Mutualismus – Vorteile für beide

Der Stern von Madagaskar in einer Publikation von 1867, gezeichnet nach Anweisung Charles Darwins. Das damals noch unbekannte Bestäuberinsekt ist ebenfalls abgebildet (Esculapio/Wikimedia Commons, CC-Lizenz). Darwins Vermutungen über die Natur des Bestäubers von A. sesquipedale hätte jedoch kaum exakter sein können: Daneben abgebildet ein Exemplar der Art X.morganii aus dem Natural History Museum in London (Wikimedia Commons).

Charles Darwin stand vor einem Rätsel, als er 1862 die Orchideenart Stern von Madagaskar (Angraecum sesquipedale) entdeckte. Der Nektar der Pflanze befindet sich am Ende eines 20–35 Zentimeter langen Lippensporns, und es war noch kein Insekt beschrieben, das über einen ausreichend langen Rüssel verfügt hätte, um diesen Nektar als Nahrungsquelle zu nutzen und dabei als Bestäuber für diese Pflanze auch nur entfernt in Frage zu kommen. Darwin sagte deshalb voraus, dass es so ein Tier geben müsse, die Existenz des Sterns von Madagaskar setze es voraus. Dass es dann doch über ein Jahrhundert dauern würde, bis man den Nachtfalter Xanthopan morganii das erste Mal beim Blütenbesuch fotografieren konnte, hätte wohl auch er nicht gedacht. Nur diese Falterart ist mit ihrem gewaltigen Rüssel in der Lage, die Bestäubung von A. sesquipedale vorzunehmen. Dabei erkennt der Falter die Pflanze am Geruch, muss sich dann jedoch noch einmal von der Blüte entfernen, um seinen Rüssel aufrollen und in den Lippensporn einführen zu können. Die Kombination langer Rüssel – schwer erreichbarer Nektar hat für beide Arten Vorteile: Die Orchidee kann sicher sein, nur mit Pollen der eigenen Art bestäubt zu werden. Der Falter hat dank seines langen Rüssels eine exquisite Nahrungsquelle, die er mit keinen Konkurrenten teilen muss.

Parasitismus – Der Wirt hat das Nachsehen

Eine parasitische Beziehung zwischen zwei Arten liegt dann vor, wenn nur eine Art vom Zusammenleben profitiert und die andere negative Auswirkungen zu erleiden hat. Ein Beispiel hierfür ist der Bandwurm Schistocephalus solidus, zu dessen Wirtskreislauf sowohl Rinderfusskrebse (1. Zwischenwirt), Fische (2. Zwischenwirt) als auch fisch-fressende Vögel (Hauptwirt) gehören. Um sicherzugehen, dass infizierte Fische auch ja von Vögeln gefressen werden und so seinen Fortbestand zu sichern, verändert S. solidus das Verhalten infizierter Fische dahingehend, dass diese näher an der Wasseroberfläche schwimmen und so für Vögel auf Futtersuche zu einer leichten Beute werden.

Mimikry – Wolf im Schafspelz oder Schaf im Wolfspelz?

Der Hornissen-Glasflügler (oben) und die Wespenschwebfliege (unten) wissen ihre Feinde mittels Müller’scher Mimikry geschickt zu täuschen. Bilder: Sergey M. Sazhin/CC-Lizenz, James Lindsey at Ecology of Commanster/CC-Lizenz

Mimikry ist in der Natur eine beliebte Form der Täuschung bzw. Tarnung. Indem eine Art auffällige Merkmale einer anderen kopiert, scheint sie deren Identität zu übernehmen und erhält so Vorteile bei der Reproduktion oder beim Schutz vor Feinden. Die primär auf Abschreckung zielende Form der Mimikry (Müller’sche Mimikry) wird von harmlosen Arten praktiziert, welche die farblichen Muster einer anderen, giftigen Art imitieren und deshalb von Feinden gemieden werden. Beispiele dafür sind die Wespenschwebfliege (Chrysotoxum cautum) und der Hornissen-Glasflügler (Sesia apiformis), die beide die charakteristische gelbe Warntracht von Bienen und Wespen tragen.

Bei den Korallenschlangen vermutet man, dass die Anpassung umgekehrt verlaufen ist: Eine hochgiftige Art profitiert davon, dass sie dasselbe auffällige Muster trägt wie eine mässig giftige. Die Feinde der beiden Schlangenarten lernen durch Kontakt mit den mässig giftigen Individuen, alle ähnlich aussehenden Schlangen zu meiden (Mertens'sche Mimikry).

Falscher Putzerfisch

Der Falsche Putzerfisch sieht dem harmlosen Gewöhnlichen Putzerfisch zum Verwechseln ähnlich – was natürlich Absicht ist. Bild: Izuzuki/CC-Lizenz

Aggressive Mimikry, bei der es nicht nur um Schutz geht, liegt etwa beim Falschen Putzerfisch (Aspidontus taeniatus) vor. Dieser imitiert das Schuppenmuster des Gewöhnlichen Putzerfisches (Labroides dimidiatus), der in einer symbiotischen Beziehung mit Zackenbarschen steht und Parasiten und abgestorbene Schuppenfetzen von deren Haut „putzt“. Der Falsche Putzerfisch benutzt seine Verkleidung und die Vertrautheit zwischen Gewöhnlichem Putzerfisch und den  Zackenbarschen, um in die Nähe der Barsche zu kommen und beisst diesen dann, anstatt sie zu putzen, ein Stück Haut oder Flosse ab. Dass seine Englische Bezeichnung (saber-toothed blenny) übersetzt Säbelzahn-Schleimfisch bedeutet, erstaunt somit kaum.

Ein zweites Ich in uns?

Es ist allgemein bekannt, dass bakterielle Infektionen wie Cholera (Erreger: Vibrio cholerae) oder Tuberkulose (Mycobacterium tuberculosis) das Leben der infizierten Person stark beeinträchtigen, wenn nicht sogar frühzeitig beenden. Im Gegensatz zu diesen Pathogenen erfüllt das ständig anwesende Mikrobiom unseres Körpers jedoch sehr wertvolle, zum Teil gar lebensnotwendige Aufgaben. Als Mikrobiom wird die Gesamtheit aller Mikroorganismen (Bakterien, Pilze, Archaeen) bezeichnet, die die Oberflächen unseres Körpers besiedeln, also die Haut, die Schleimhäute im Mund und in der Nase und besonders den Darm. Es wird geschätzt, dass unser Mikrobiom aus 100 Billionen Zellen besteht, ein Grossteil davon entfällt auf Darmbakterien.

Obwohl die Forschung zu diesem Mikrobiom noch jung ist, weiss man schon heute von einigen wertvollen Diensten, die diese Bakterienpopulation für uns Menschen ausführt. Dazu gehören die Produktion von Vitaminen, der Abbau von für uns nicht verdaulichen Nahrungsbestandteilen oder das In-Schach-Halten von Krankheitserregern durch Konkurrenz um Platz und Nahrung. Ob das Darmmikrobiom über hormonelle Prozesse tatsächlich auch Einfluss auf unser Wohlbefinden und Handeln hat, ist heute noch nicht endgültig bestätigt. Auch über seine Bedeutung im Zusammenhang mit Krankheiten wie Fettleibigkeit, Diabetes und Allergien herrscht noch keine Einigkeit. Wir hingegen beeinflussen unser Mikrobiom sehr konkret und jeden Tag: alles, was unseren Verdauungstrakt passiert, d. h. Essen, Getränke oder Medikamente, beeinflusst bzw. verändert die Zusammensetzung unseres Mikrobioms – Koevolution zum Zuschauen quasi, wenn unsere Bauchdecke durchsichtig wäre.

Was muss gegeben sein, damit Evolution stattfindet?

  1. „Überproduktion“: Bei der Fortpflanzung entstehen normalerweise mehr Nachkommen, als rein rechnerisch für den Fortbestand der Art notwendig wären.
  2. Variation: Von diesen Nachkommen sind, wenn sie aus sexueller Reproduktion hervorgegangen sind, keine zwei jemals identisch. Das wird schon deutlich, wenn wir unser eigenes Aussehen mit demjenigen unserer Familienmitglieder vergleichen, und zeigt sich auch auf genetischer Ebene.
  3. Selektion: Die Menge der unterschiedlichen Nachkommen bildet die Grundlage für das Wirken der Selektion: Nur die am besten an eine Umgebung oder Situation angepassten Organismen (die mit der höchsten „Fitness“) haben eine Chance zu überleben. Diese Organismen sind es also, die ihren Genotyp (und damit ihre Eigenschaften) an die nächste Generation weitergeben können. Die Frequenz dieser „Fitness“-Eigenschaften wird somit höher sein als in der Elterngeneration. Es hat Evolution stattgefunden: Die vererbbaren Merkmale haben sich verändert.
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