Wie Arten entstehen: Geschwindigkeit der Evolution

(19.12.2018) Die Geschwindigkeit der Evolution lässt sich einerseits von Fossilien, andererseits von Verwandtschaftsbäumen ableiten – oft jedoch mit abweichenden Ergebnissen. Mithilfe eines neuen Modells haben ETH-Forschende den Widerspruch nun aufgelöst.

Die Geschwindigkeit, mit der in der Evolution neue Tier- und Pflanzenarten entstanden oder bereits existierende wieder ausgestorben sind, ist von grossem Interesse – nicht nur für Wissenschaftler. Denn Artbildungs- und Aussterberaten verraten viel über die Vergangenheit unseres Planeten.

Tauchen in kurzen Abständen neue Arten auf, deutet das darauf hin, dass die Lebensbedingungen auf der Erde günstig gewesen sein müssen.

Hingegen können aussergewöhnliche Ereignisse ein Massenaussterben auslösen. Das berühmteste Beispiel ist das Verschwinden der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren, wahrscheinlich verursacht durch einen Meteoriteneinschlag oder Vulkanausbrüche.

Rätselhafte Abweichung

Die Frequenz, mit der Arten in der Vergangenheit auftauchten und wieder verschwanden, ist jedoch schwierig zu bestimmen. «Es war ja niemand dabei, als diese Prozesse abliefen», sagt Rachel Warnock, Postdoktorandin in der Forschungsgruppe Computational Evolution an der ETH Zürich.


Ausgehend von einer Art können auf drei Weisen neue entstehen. In ihrer Studie untersuchten die ETH-Forschenden, ob aus bestimmten Arten überwiegend auf eine Weise neue Arten hervorgehen.

Deshalb versuchen Wissenschaftler, die Entstehungs- und Aussterberaten mit indirekten Methoden abzuleiten. Wichtige Informationen liefern zum einen Fossilienfunde aus verschiedenen geologischen Zeitaltern.

Zum anderen können auch auf DNA-Analysen basierende, sogenannte phylogenetische Verwandtschaftsbäume heute lebender Arten Hinweise geben. Aus diesen Stammbäumen lässt sich mit statistischen Methoden ebenfalls ableiten, wie oft in der Vergangenheit neue Arten entstanden und alte ausstarben.

Für die Wissenschaftler ist jedoch problematisch, dass die beiden genannten Methoden oft abweichende Ergebnisse liefern. Die aus Fossilienfunden abgeleiteten Entstehungs- und Aussterberaten sind oft viel höher als jene von phylogenetischen Methoden. Bisher war unklar, wie es zu dieser Abweichung kommt.

Verschiedene Ansätze vereint

Eine Erklärung haben nun Rachel Warnock und Tanja Stadler, Leiterin der Forschungsgruppe Computational Evolution, zusammen mit weiteren Wissenschaftlern gefunden.

«Die beiden Methoden basieren auf unterschiedlichen Annahmen, wie Artbildung abläuft», sagt Warnock. Deshalb gelangen sie zu verschiedenen Ergebnissen. Wird jedoch von denselben Annahmen ausgegangen, lassen sich die Ergebnisse der beiden Methoden in Deckung bringen.

Das konnten die Forschenden am Beispiel verschiedener Tiergruppen zeigen, etwa der Wale, der Hunde- und der Rinderartigen. Gelungen ist ihnen dies mit Hilfe eines eigens entwickelten Computermodells. «Mit diesem ist es nun möglich, beide Sichtweisen zu vereinen», sagt Warnock.

Die Resultate der Arbeit wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.



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