Haben Sie jemals bemerkt, dass Libellen , Fledermäuse und kalifornische Kondore fliegen können, sich aber auf andere Weise nicht sehr ähnlich sind? Es ist nicht sehr wahrscheinlich, dass eines dieser Tiere in den letzten 600 Millionen Jahren einen gemeinsamen Vorfahren hatte, und definitiv nicht eines, das seinen Körper vom Boden abheben und in der Luft herumzoomen konnte. Und doch entwickelten sie alle die Fähigkeit, getrennt zu fliegen. Dies ist ein wunderbares Beispiel für das, was Wissenschaftler als konvergente Evolution bezeichneten.
Eine gute Idee ist eine gute Idee
Evolution macht Dinge nicht absichtlich; Es sitzt nicht irgendwo an einem großen Schreibtisch in einem Eckbüro und trifft zufällige Entscheidungen darüber, welche Tiere Eier legen oder Beutel auf ihren Bauch bekommen. Evolution ist der Prozess, bei dem sich Organismen im Laufe vieler Generationen ändern, um den Bedingungen zu entsprechen, unter denen sie leben. Und einige Eigenschaften, wie das Fliegen, sind besonders nützlich - sie können Ihnen helfen, Beute zu fangen oder Raubtieren auszuweichen und leicht zu neuen Nahrungsquellen und ökologischen Nischen zu gelangen- so hat es sich in verschiedenen Tiergruppen mehrmals getrennt entwickelt. Das Fliegen sieht jedoch in allen Gruppen nicht gleich aus. Zum Beispiel entwickelten Fledermäuse eine Membran zwischen Bauch, Armen und Fingern, um Luft zu fangen, während Vögel Federn entlang eines mit Fingern verschmolzenen Vorderbeins sprossen, was bedeutet, dass Fledermäuse ihre Flügel separat manövrieren können, während sich Vögel zusammen bewegen müssen. Fliegende Insekten haben nur Flügel aus ihren Exoskeletten geformt.
Die konvergente Evolution kann uns also viel darüber erzählen, welche Arten von Anpassungen dazu beitragen, dass Arten alle Prüfungen und Schwierigkeiten überleben, denen sie in einer bestimmten Art von Umgebung ausgesetzt sind - was Ökologen als Biom bezeichnen. In Nordamerika lebt die Känguru-Ratte beispielsweise in der Sonora-Wüste, wo sie die sengenden Tage in einem kühlen, trockenen Bau verbringt und in den kühlen Wüstennächten Samen, Vegetation und gelegentlich Insekten sammelt, wenn sie diese bekommen können. Jeder in der Wüste möchte sie essen - Kojoten, Bobcats, Klapperschlangen, Eulen -, aber die Känguru-Ratte ist schnell und beweglich, hat kräftige Hinterbeine und ein äußerst empfindliches Gehör -Nahrungsmittelkette Wüstenbiom Lebensstil. Und obwohl die Känguru-Ratte kein beneidenswertes Leben hat, ist es effektiv:Zwei weitere Nagetiere auf der Erde - die australische Hüpfmaus im australischen Outback und ein kleines springendes Nagetier namens Jerboa, das in den Wüsten Nordafrikas, Asiens und des Nahen Ostens heimisch ist - entwickelten sich getrennt und doch unglaublich ähnlich.
Flugunfähige Vögel und Genomik
Aber wie kommt es zu einer konvergenten Evolution? Dies ist eine schwierigere Frage, und die Entwicklung genetischer Werkzeuge in den letzten 20 Jahren war hilfreich, um sie auseinander zu nehmen. In einer in Science veröffentlichten Studie aus dem Jahr 2019 hat eine Gruppe von Forschern der Harvard University die Entwicklung der Flugunfähigkeit bei Vögeln untersucht - ein Merkmal bei Vögeln, das sich mehrmals entwickelt hat - und genau, wie die Evolution sie bei Pinguinen auf die gleiche Weise hervorgebracht hat bei Straussen.
Flugunfähige Vögel oder Laufvögel können aus mehreren Gründen nicht fliegen: Irgendwo auf ihrer Linie haben sie ihren Kiel verloren - den Knochen, der bei fliegenden Vögeln, an denen die Brustmuskeln befestigt sind, senkrecht zum Brustbein verläuft - und sie haben die Vorderbeine reduziert , von fast nicht in der Kiwi abwesend bis immer noch offensichtlich, aber im Strauß verkleinert.
Es gibt jedoch viele Möglichkeiten, wie sich bestimmte konvergente Merkmale entwickeln können.
"Vor der Genomik konnte man mithilfe von Entwicklungswerkzeugen herausfinden, ob dieselben oder unterschiedliche Entwicklungsmechanismen an konvergenten Phänotypen beteiligt zu sein schienen, aber die Idee von Konvergenzniveaus - gleiche Mutation, gleiches Gen oder gleicher Weg - hat sich zum großen Teil entwickelt weil es jetzt möglich ist, im Genom nach diesen Dingen zu suchen ", sagt Tim Sackton, Direktor für Bioinformatik bei Harvard. "Bei den Laufvögeln konnten wir beispielsweise zeigen, dass sich bei flugunfähigen Vögeln wiederholt dieselben Regionen des Genoms entwickeln, die steuern, wo und wann bestimmte Gene exprimiert werden, aber dies scheint nicht dieselben Nukleotidmutationen zu beinhalten."
Unterschiedliche Entwicklung
Und ja, wo einige Merkmale aus völlig unterschiedlichen Ecken der lebenden Welt zusammenlaufen, ist auch das Gegenteil der Fall: Die divergierende Evolution ist der Prozess, durch den Gruppen einer Art oder eines Organismus beginnen, unterschiedliche Merkmale zu entwickeln, wodurch sie sich in separate Arten aufteilen. Dies geschieht häufig, wenn Populationen einer Art geografisch getrennt sind und sich im Laufe der Zeit an die Bedingungen ihres neuen Standortes anpassen, unabhängig davon, ob es sich um erhöhten Raubdruck oder abiotische Faktoren wie eine Änderung des Klimas handelt.
Ein berühmtes Beispiel für eine unterschiedliche Entwicklung fand Charles Darwin 1836 auf seinen Reisen zu den Galapagos-Inseln. "Darwins Finken", wie sie heute genannt werden, waren eine Gruppe von Tanagern (keine echten Finken), die auf verschiedenen Inseln in den USA lebten Archipel - der Hauptunterschied zwischen ihnen ist die Form ihrer Schnäbel, die sich im Laufe der Generationen aufgrund der besonderen Nahrung, die den Vögeln auf den verschiedenen Inseln zur Verfügung steht, verändert hat.
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