Natürliche Selektion

Eine dunkle Form des Birkenspanners wurde 1811 erstmals in Großbritannien gefunden und breitete sich in den folgenden 150 Jahren in den rußgeschwärzten Wäldern aus.

Der Birkenspanner

Der Birkenspanner, Biston betularia, ruht tagsüber an Baumstämmen. Bis in die 1800er-Jahre waren die meisten Birkenspanner in Großbritannien hell, grau-weiß gesprenkelt. Diese Form heißt typica. 1811 wurde in Großbritannien zum ersten Mal eine dunkle Form gefunden, carbonaria. In den folgenden 150 Jahren breitete sich die dunkle Form schnell in Gegenden aus, in denen Fabrikrauch die Bäume geschwärzt hatte, während in unbelasteten ländlichen Gebieten die helle Form häufiger blieb. Zuchtversuche hatten gezeigt, dass die Farbe von einem einzigen Gen abhängt, mit einem Allel für hell und einem für dunkel.

In den 1950er-Jahren prüfte Bernard Kettlewell die Vermutung, dass Vögel die Auslese übernahmen. Er markierte Hunderte heller und dunkler Falter, ließ sie in Wäldern frei und versuchte zwei Tage später, sie mit Lichtfallen wieder einzufangen. In verschmutzten Wäldern kam ein größerer Anteil der dunklen Falter zurück, in sauberen Wäldern ein größerer Anteil der hellen. Falter, die zu ihrem Untergrund passten, wurden seltener gefressen. Dasselbe Muster, bei dem Tiere in verschmutzten Gegenden dunkel werden, heißt Industriemelanismus und ist auch bei anderen Arten beobachtet worden.

So funktioniert das Labor

Das Labor verwendet erfundene Käfer in fünf Farbtönen, nummeriert von 0 (blass) bis 4 (schwarz), auf Rinde in einem dieser fünf Farbtöne. In jeder Generation überlebt jeder Käfer mit der Wahrscheinlichkeit 1 − Druck × (Unterschied ÷ 4), wobei der Unterschied angibt, wie viele Farbstufen der Käfer von der Rinde entfernt ist. Bei 50 Prozent Druck auf rußiger Rinde (Farbton 4) hat ein schwarzer Käfer den Unterschied 0 und überlebt immer, ein mittlerer Käfer (Farbton 2) überlebt in 1 − 0.5 × 2 ÷ 4 = 75 Prozent der Fälle und ein blasser Käfer in 50 Prozent der Fälle. Die Überlebenden vermehren sich dann wieder auf 100 Käfer. Jeder junge Käfer übernimmt den Farbton seines Elternteils, wird aber mit der Mutationsrate als Wahrscheinlichkeit eine Stufe heller oder dunkler. Die Zahlen sind für den Unterricht erfunden, die Logik ist aber dieselbe wie bei den Faltern.

Probier ein paar Durchläufe aus. Bei Druck 0 spielt die Farbe keine Rolle, und nichts treibt die Population in eine Richtung. Bei 100 Prozent Druck und Mutationsrate 0 kann eine Population ohne Käfer im passenden Farbton nur den nächstgelegenen Farbton erreichen, den sie bereits hat. Die Selektion kann nur aus der vorhandenen Variation auswählen. Erhöhe die Mutationsrate ein wenig, dann tauchen immer wieder neue Farbtöne auf, und die Population kann sich Schritt für Schritt der Rinde annähern. Stell die Rinde danach von rußig auf blass um und sieh, wie schnell sie sich zurückentwickelt.

Finken und Bakterien

Auf der Galápagos-Insel Daphne Major haben Peter und Rosemary Grant mit ihrem Team Jahr für Jahr Finken vermessen. Die Schnabelhöhe des Mittelgrundfinken schwankt und wird vererbt. Nachdem ein El Niño starke Regenfälle gebracht hatte, gab es reichlich kleine, weiche Samen, während die großen, harten Samen, die Vögel mit großem Schnabel fressen, knapp waren. Vögel mit kleinem Schnabel überlebten besser und brüteten erfolgreicher, und in den folgenden Jahren war die durchschnittliche Schnabelgröße in der Population kleiner. Als ab 1987 wieder größere Samen vorkamen, endete dieser Trend. Kein Vogel veränderte im Laufe seines Lebens seinen Schnabel; der Durchschnitt änderte sich, weil es darauf ankam, wer Junge hinterließ.

Bei Bakterien zeigt sich dasselbe viel schneller. Wird ein Antibiotikum eingesetzt, sterben Bakterien ohne Resistenzgen, während die wenigen mit diesem Gen überleben und sich teilen. So wird die Population resistent. Experimente haben gezeigt, dass das Antibiotikum die Resistenzmutationen nicht hervorruft. Die Variation war schon vorhanden, oft in geringer Häufigkeit. Ein Ziel hat die Evolution auch nicht. Ein Merkmal, das heute passt, kann morgen zum Problem werden, wenn sich die Umgebung ändert, und die natürliche Selektion begünstigt nur, was am tatsächlichen Lebensort eines Lebewesens zur jeweiligen Zeit funktioniert. Auch Glück spielt eine Rolle: Ein perfekt getarnter Falter kann trotzdem von einem herabfallenden Ast getroffen werden. Selektion ist eine Frage von Durchschnittswerten über viele Individuen.