Tutorial Erdgeschichte und Evolution 1: Eine Frage der Zeit

Unsere Erde hat ein Alter von etwa 4,6 Mrd. Jahren. Diese Zahl ist so schnell dahingesagt, doch die wahren Ausmaße dieses Alters sind für unsere Vorstellungskraft kaum zu erfassen: Um sich über die Bedeutung und die Größe der Zeiträume, über die wir sprechen, einmal klar zu werden, müssen wir ein kleines Gedankenspiel machen. Stellen wir uns einfach vor wir würden die gesamte Erdgeschichte in einem einzigen Kalenderjahr ablaufen lassen.

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Richard Lewontin

Am 4. Juli 2021 starb der Genetiker, Evolutionsbiologe und Marxist Richard Lewontin (Spitzname „Dick“). Er gehört, wohl neben Steven Jay Gould, zu den für mich einflussreichsten Evolutionsbiologen, die mich in meinem naturwissenschaftlichen Denken geprägt haben.

Lewontin war u. a. an der Weiterentwicklung vieler Bereichen der Evolutionstheorie beteiligt.

• Zusammen mit J. L. Hubby benutzte er molekularbiologische Techniken, wie beispielsweise die Gelelektrophorese, um Problemstellungen der genetischen Variation und Evolution zu klären. In zwei Aufsätzen im Jahr 1966 legte er somit die Grundlagen für die molekulare Evolution.

• Lewontin und Gould legten im Jahr 1979 ihre Schrift „The spandrels of San Marco and the Panglossion paradigm: a critique of the adaptationist programme“ vor. Diese Schrift war eine Kritik des Adaptionismus im traditionellen neo-darwinistischen Denken. Der Titel der Schrift spielt auf das aus der Architektur stammende Wort „spandrel“ („Spandrille“, der Zwickel zwischen den Bögen eines Gewölbes) an. Obwohl man meinen könnte, diese wären etwa als Bildträger für Mosaiken erfunden worden, ergeben sie sich einfach zwangsläufig aus der Konstruktionsweise. Genauso existierten viele Merkmale von Organismen nicht als Ergebnis einer besonderen, darauf gerichteten Adaptation, sondern hätten sich ebenso einfach als Beiprodukt anderer Prozesse ergeben. Tatsächlich erweisen sich viele Merkmale nicht als Anpassungsmerkmal, sondern entstehen durch genetische Drift (also zufallsbedingte Änderungen des Genpools einer Population) und Pleiotropie (Ein Gen codiert für mehrere phänotypische Merkmale. Wird nach einem Merkmal hin selektiert, werden andere Merkmale „mitgezogen“. Ein Beispiel hierfür ist die Selektion nach der Hautfarbe als Anpassung an die UV-Strahlung beim Menschen. Da viele Gene, die an der Hautpigmentierung beteiligt sind z. B. auch für die Augen- und Haarfarbe codieren unterliegen Augen- und Haarfarbe keiner – zumindest starken – Selektion, deren Variation sind also pleiotrope Effekte). „Developmental Constraints“ (Entwicklungszwänge) sind ebenfalls ein immer wichtiger werdender Bereich. Das sind genetische oder epigenetische Mechanismen, die verhindern, dass während der Entwicklung (Ontogenese) unerwünschte Abweichungen vom Bauplan entstehen. Auf Evolution bezogen (Evo-Devo) zeichnen Constraints deren Verlauf in bestimmten durch Physik, Morphologie oder Phylogenese vorgegebenen Schranken vor. Constraints sind Hürden, die durch den Bauplan, etwa Skelett oder Lungen vorgegeben sind. Sie können adaptiv nicht beliebig verändert werden. So können Wale evolutionär nicht mehr ohne weiteres Kiemen entwickeln. Constraints begrenzen die phänotypische Evolution und wirken gleichzeitig richtungsbestimmend für deren Verlauf. Wahrscheinlich sind auch die meisten kognitiven Fähigkeiten des Menschen nicht als eine Anpassung auf unser Leben in der Steinzeit anzusehen.

• In Organism and Environment in Scientia und in populärerer Form im letzten Kapitel von Biology as Ideology sagte Lewontin, dass man im Gegensatz zur traditionellen darwinistischen Darstellung des Organismus als passiven Empfänger von Umwelteinflüssen den Organismus als aktiven Schöpfer der Umwelt ansehen sollte. Nischen sind keine vorgeformten, leeren Behälter, in die die Organismen eingefügt werden, sondern werden von den Organismen definiert und geschaffen. Die Beziehung zwischen Organismus und Umgebung ist wechselseitig und dialektisch. Die daraus sich entwickelnde Theorie der Nischenkonstruktion konnte eine Reihe solcher Beispiele liefern. Ein beliebtes Beispiel sind Biber. Durch den Bau von Dämmen verändern sie aktiv ihre Umwelt und schaffen sich die für ihre Art notwendigen Umweltbedingungen. Engels Theorie der Arbeit als Menschwerdung des Affen kann ebenso als unsere spezifische Nischenkonstruktion angesehen werden.

• Auch beschäftigte ihn die Frage, wo die natürliche Selektion ansetzt: Am Gen, am Protein, an dem Merkmal selbst oder gar am ganzen Organismus. Zu diesem theoretischen Problem der „Level of Selection“-Debatte leistete Lewontin wichtige Beiträge.

• Lewontin gehört zu den ersten, der nachweisen konnte, dass die genetischen Unterschiede innerhalb einer Population des Menschen größer sind, als zwischen den Populationen. Damit legte er den ersten molekularbiologischen Grundstein für die Widerlegung des Rassenkonzeptes. Kritiker werfen ihm jedoch vor politisch zu argumentieren. In meinem Buch „Eva kam aus Afrika … und Adam auch“ beleuchte ich dieses näher.

• Lewontin war auch ein entschiedener und überzeugend argumentierenden Gegner der evolutionären Psychologie (wie sie u. a. von Steven Pinker, David Buss und Richard Dawkins populärwissenschaftlich verbreitet wird) und des genetischen Determinismus. Sehr einflussreich wurde etwa ein wohl maßgeblich von Lewontin verfasster Brief des Kollektivs „Science for the People“ im New York Review of Books, der eine Debatte in der US-amerikanischen Öffentlichkeit über die Soziobiologie auslöste, die über 10 Jahre lang andauerte; diese wurde (etwas pathetisch) als die „sociobiology wars“ berühmt. Lewontins Hauptvorwürfe an die Soziobiologie waren eine verfehlte Methodik, insbesondere ein übertriebener Reduktionismus und weitgespanntes Theoretisieren abseits einer empirischen, auf Fakten gegründeten Basis. In seinen Büchern wie „Not in Our Genes“ (zusammen mit Steven Rose und Leon J. Kamin) und zahlreichen Artikeln stellte er die Vererbung von menschlichen Verhaltensweisen und in IQ-Tests gemessener Intelligenz in Frage, wie sie zum Beispiel in The Bell Curve von Charles Murray beschrieben wird. Dieser Problematik widme ich mich sehr ausführlich im sechsten Kapitel meines Buches.

• In „The Dialectical Biologist“ unterstreicht Lewontin die Bedeutung der Philosophie, insbesondere der Dialektik, in den Naturwissenschaften, ohne in einen Dogmatismus zu verfallen. Neben den schon erwähnten Bereichen (Kritik am Adaptionismus, Nischenkonstruktion und die Kritik an der Soziobiologie), sowie die Kritik der reduktionistischen Herangehensweise in der Molekularbiologie, gibt es ein recht gutes Kapitel zum Phänomen des Lysenkoismus in der Sowjetunion. Während gleichzeitig die wesentlichen Aussagen des Lysenkoismus als falsch eingestuft werden (wohl aber nicht alle), fehlt der platte und primitive Antikommunismus, wie man es aus Medwedews Buch zur Lysenko-Affäre kennt (z. B. widerlegt Lewontin die Behauptung, dass durch Lysenkos Methoden die Landwirtschaft zusammengebrochen war). Gleichzeitig wird betont, dass die frühe Mendel-Genetik in ihren Erklärungen zu einfach war und auch nicht frei von politischem Einfluss.

Aber nicht nur als Wissenschaftler, sondern auch als Mensch war Richard Lewontin einzigartig. So berichtet Jerry Coyne, Evolutionsbiologe und Autor des Buches „Why Evolution is true“, der bei Lewontin seine Promotion machte:

„Dick führte sein Labor als egalitäre Kommune. Sein Büro war nicht schicker als unseres, (…) Dick selbst war äußerst klug, ein großartiger Schriftsteller und unglaublich eloquent, was uns allen zwar ein Vorbild gab, aber einige von uns entmutigte, da sie erkannten, dass wir nie annähernd an sein Leistungsniveau und seine Intelligenz herankommen würden. (…) Abgesehen von der Unabhängigkeit, die er uns ermöglichte, stand Dick immer für Gespräche oder moralische oder finanzielle Unterstützung zur Verfügung. Seine Bürotür stand immer offen, und wenn man ein teures Gerät brauchte, brauchte man nur zu fragen. Er hielt das Labor auch mit starkem Kaffee über Wasser, was mit Zuschüssen aus dem Abteilungsdepot käuflich zu erwerben war. Ich erinnere mich, dass das NIH einmal die Finanzen des Labors überprüfte und der Prüfer, als er das riesige Budget für Dosenkaffee sah, Dick fragte: ‚Wofür ist dieser ganze Kaffee?‘ Dick antwortete: ‚Zum Trinken.‘ (…)

Am wichtigsten ist vielleicht, dass Dick einen starken Sinn für Ethik hatte, den er uns allen einflößte. (…) Er weigerte sich, seinen Namen auf Paper aus seinem Labor zu schreiben, in denen er keine wesentliche Rolle spielte. Ich erinnere mich, als ich meine erste Arbeit über Gelelektrophorese schrieb, tippte ich einen Entwurf und setzte „Jerry A. Coyne und Richard C. Lewontin“ in die Autorenzeile. Ich legte es zur Überprüfung auf seinen Schreibtisch. Am nächsten Tag wurde mir der Entwurf zurückgegeben, neben anderen Kommentaren war sein Name als Autor durchgestrichen. Er sagte mir: ‘Mach das nie wieder.’

Evolution to go 5: Der erste Primat (Affe): Purgatorius

Paläontologen um Gregory Wilson Mantilla von der University of Washington haben fünf fossile Primatenzähne entdeckt, die ein neues Licht auf die Evolution unserer frühen Vorfahren werfen. Morphologische Vergleiche ergaben, dass diese Zähne von zwei verschiedenen Arten der Gattung Purgatorius stammen. Eine dieser Spezies wurde noch nie beschrieben. Die Purgatoriiden gelten als eine der ältesten und ursprünglichsten Gruppen der frühen Primaten im weiteren Sinne. Die in Montana entdeckten Fossilien legen nahe, dass diese urzeitlichen Säuger kleine Waldbewohner waren, die anders als noch urtümlichere Säugetiere sowohl Insekten als auch pflanzliche Nahrung wie Früchte fraßen. Wie alt sind die Funde von Purgatorius? Die Paläontologen datieren die fossilen Primatenzähne auf ein Alter von rund 65,9 Millionen Jahren. Ihre Träger lebten demnach nur 105.000 bis 139.000 Jahre nach dem Massenaussterben, das die Kreidezeit und die Ära der Dinosaurier beendete.

Link zur Studie: https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rsos.210050

Link zum Video:

 

 

 

CO2, Photosynthese, Pflanzenwachstum und Klimawandel

Wir haben uns intensiv mit den biochemischen Grundlagen der Photosynthese befasst. Dort lernten wir, dass Pflanzen aus CO2 und Wasser Zucker und Sauerstoff (O2) herstellen können.

Nun wird von einigen “Klima-Querdenkern” gerne folgende Behauptung aufgestellt:

CO2 ist kein Schadstoff. Es ist wesentlich für alles Leben auf der Erde. Die Photosynthese ist ein Segen. Mehr CO2 schont die Natur und die Erde: Zusätzliches CO2 in der Luft hat das Wachstum der globalen Pflanzenbiomasse gefördert. Es ist auch gut für die Landwirtschaft und erhöht die Ernteerträge weltweit.“

CO2 ist Pflanzennahrung. Das stimmt. Ist CO2 ein Schadstoff?

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Molekularbiologie der Zelle Teil 17: Zelltod und Krebs

Wir wissen wie Zellen sich vermehren. Sie können aber auch sterben.

Zellen eines vielzelligen Lebewesens können auf zwei Weisen absterben. Die erste Art von Zelltod ist die Nekrose (unkontrollierter Zelltod); sie tritt auf, wenn Zellen oder Gewebe durch Gewalteinwirkung, Gift, Sauerstoffmangel oder Nährstoffmangel geschädigt werden. Nekrotische Zellen schwellen häufig an und platzen, sodass ihr Inhalt in den Extrazellularraum freigesetzt wird und eine Entzündung hervorrufen kann.

Die Apoptose (programmierter Zelltod) ist eine genetisch vorgegebene Abfolge von Ereignissen, die im Verlauf normaler Entwicklungsprozesse, aber auch in erwachsenen (adulten) Geweben stattfinden.

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Molekularbiologie der Zelle Teil 16: Zellgewebe und Zellverknüpfung

Lebewesen können wie gesagt als Einzeller oder Mehrzeller vorkommen. Wenn viele Zellen zusammen einen Verbund eingehen, spricht man von Gewebe. Die meisten Tiere, Pilze und Pflanzen sind Vielzeller, bestehen also aus einem Verband mehrerer Zellen.

Gewebetypen bei Tierzellen

Ein Zellgewebe ist eine Ansammlung differenzierter Zellen einschließlich ihrer extrazellulären Matrix.

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Bildmaterial “Eva kam aus Afrika”

in Kürze erscheint mein neues Buch mit dem Titel “Eva kam aus Afrika … und Adam auch. Der Mythos vom “wissenschaftlichen Rassismus”. Das Buch erscheint im Papy-Rossa-Verlag und ist hier zu beziehen:

Auf dieser Seite soll – in einzelnen pdf-Dateien – zusätzliches Bildmaterial veröffentlicht werden, die die einzelnen Themenschwerpunkte des Buches visualisieren.

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Molekularbiologie der Zelle Teil 14: Meiose, Rekombination und Kernphasenwechsel

Im letzten Beitrag befassten wir uns mit der Mitose, bei dem das genetische Material gleichmäßig auf die Tochterzellen weitergegeben wird.

Wir erinnern uns: Menschen haben 46 Chromosomen: 44 Autosomen und die zwei Gonosomen, auch Geschlechtschromosomen genannt (Bei Frauen XX und beim Mann XY). Genauer gesagt haben wir 23 homologe Chromosomenpaare, d. h. jedes Chromosom kommt doppelt vor. Man spricht von diploid. Die Ausnahme stellt natürlich das Y-Chromosom des Mannes dar, welches nicht homolog zum X-Chromosom ist; dennoch bilden beide das Paar der Geschlechtschromosomen. Der diploide Chromosomensatz kommt zustande, weil bei der sexuellen Vermehrung Eizelle und Spermazelle miteinander verschmelzen, ein Vorgang den man als Befruchtung bezeichnet. Eizelle und Spermazelle sind die Keimzellen und diese haben nur einen halben Chromosomensatz, man spricht von haploid. Wie dieser halbe Chromosomensatz entsteht, wird in diesem Beitrag geklärt.

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Molekularbiologie der Zelle Teil 13: Mitose und Zellzyklus

Mitose und Zellzyklus

Wir wissen nun wie unsere DNA vermehrt wird über einen Prozess, der sich Replikation nennt. Hier werden wir uns mit der Vermehrung von Zellen befassen.

Grundsätzlich: Alle Zellen stammen von Zellen ab. Die Zellteilung ist bei allen Lebewesen Grundvoraussetzung für die Reproduktion (Fortpflanzung) und bei vielzelligen Organismen zudem für Wachstum, Regeneration und Reparatur. Für eine jede Zellteilung sind vier Ereignisse erforderlich:

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