Variation und Vererbung

In einer Studie an Menschen in Jordanien trugen 26.1 Prozent der Gene für die AB0-Blutgruppen das Allel A. Wenn Biologen von Evolution sprechen, meinen sie die Veränderung einer solchen Zahl.

Die natürliche Selektion kann nur an Unterschieden zwischen Individuen ansetzen, und zwar nur an vererbten. Ein Kind, das dank guter Ernährung groß wird, bekommt deswegen keine größeren Kinder. Auch ein im Fitnessstudio aufgebauter Muskel geht nicht auf die nächste Generation über. Darwin und Wallace wussten, dass ein Großteil der Variation vererbt wird, aber keiner von beiden wusste, wie. Die Antwort war schon gedruckt: Gregor Mendel veröffentlichte seine Erbsenversuche 1866, wenige Jahre nach der „Entstehung der Arten“, doch bis 1900 las sie kaum jemand. In den 1940er-Jahren hatten Biologen Mendels Genetik mit Darwins Selektion verbunden. Diese Verbindung heißt synthetische Evolutionstheorie.

Woher neue Variation kommt

Es gibt zwei Hauptquellen. Die Mutation, eine Veränderung der DNA, ist die einzige Quelle völlig neuer Allele. Eine Mutation kann die Chance eines Lebewesens zu überleben oder sich fortzupflanzen verringern, erhöhen oder gar nicht beeinflussen. Mutationen der letzten Art heißen neutral, und viele Mutationen sind neutral. Die zweite Quelle ist die geschlechtliche Fortpflanzung. Sie erzeugt keine neuen Allele, aber jede Eizelle und jedes Spermium trägt eine andere Mischung der elterlichen Allele, sodass jeder Nachkomme eine neue Kombination erhält. Bei Tieren gibt es einen Haken: Eine Mutation in einer Haut- oder Leberzelle bleibt in diesem Körper. Nur Veränderungen in den Zellen, aus denen Eizellen oder Spermien entstehen, können die nächste Generation erreichen.

Das Labor unten beginnt mit 100 erfundenen Käfern, die alle den mittleren Farbton haben, und mit Vögeln, die nicht auf die Farbe achten (Selektionsdruck 0). Drück ein paarmal auf „Nächste Generation“. Durch Mutation entstehen einige hellere und dunklere Käfer, und ohne Selektion schwanken ihre Anteile von Generation zu Generation zufällig auf und ab. Erhöhe dann den Selektionsdruck und beobachte, wie sich die Balken zur Farbe der Rinde hin verschieben.

Allele in einer Population zählen

Die Populationsgenetik betrachtet eine ganze Population statt einer einzelnen Familie. Die Allelfrequenz ist der Anteil eines bestimmten Allels an allen Kopien eines Gens in der Population. OpenStax nennt ein echtes Beispiel: Eine Studie in Jordanien fand für die AB0-Blutgruppen die Allelfrequenzen 26.1 Prozent für A, 13.4 Prozent für B und 60.5 Prozent für 0, zusammen 100 Prozent. In der Populationsgenetik bedeutet Evolution eine Veränderung der Allelfrequenzen über Generationen hinweg. Die natürliche Selektion ist ein Weg dorthin. Ein anderer ist die genetische Drift, eine rein zufällige Veränderung, die in kleinen Populationen am stärksten wirkt. Gründen wenige Individuen eine neue Population, etwa auf einer Insel, entsprechen ihre Allele womöglich nicht denen der Ausgangspopulation. Diesen Sonderfall nennt man Gründereffekt.

Eine Population, die sich nicht verändert

Anfang der 1900er-Jahre beschrieben der Mathematiker Godfrey Hardy und der Arzt Wilhelm Weinberg, wie eine Population aussieht, auf die nichts verändernd einwirkt. Nennt man die Frequenz des einen Allels p und die des anderen q, dann gilt p + q = 1. Paaren sich die Individuen zufällig, ergeben sich die Genotypen als p² für die homozygot Dominanten, 2pq für die Heterozygoten und q² für die homozygot Rezessiven, und es gilt p² + 2pq + q² = 1. Das Modell setzt eine riesige Population ohne Mutation, ohne Zu- und Abwanderung und ohne Selektion voraus. Keine echte Population erfüllt das, und genau darum geht es: Weichen die gezählten Werte im Freiland von der Vorhersage ab, wirkt etwas auf die Population ein. Im Beispiel von OpenStax hat eine Population von 500 Pflanzen p = 0.8 für violett V und q = 0.2 für weiß v. Das Modell sagt 0.64 × 500 = 320 VV-, 0.32 × 500 = 160 Vv- und 0.04 × 500 = 20 vv-Pflanzen voraus.

Bei Populationen, die sich schnell verändern, hat das praktischen Nutzen. Grippeviren vermehren sich rasch und mutieren oft, deshalb wechseln die kursierenden Stämme von Jahr zu Jahr. Jedes Jahr untersuchen Fachleute, wie sich die Stämme verändert haben, und wählen die aus, die in den nächsten Impfstoff kommen. Deshalb schützt eine Grippeimpfung aus dem Vorjahr in diesem Jahr womöglich nicht gut.