Molekulare Beweise und moderne Evolutionsforschung

Die molekulare Evolutionsforschung liefert wichtige Einblicke in Verwandtschaftsbeziehungen. DNA-Sequenzvergleiche ermöglichen die Rekonstruktion der Stammesgeschichte. Das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht dient als theoretische Grundlage für populationsgenetische Untersuchungen.

Fachbegriff: Die Endosymbiontentheorie erklärt die Entstehung von Mitochondrien und Chloroplasten aus ursprünglich freilebendem Bakterien.

Moderne Methoden wie der Präzipitintest und DNA-Sequenzierung ermöglichen präzise Verwandtschaftsanalysen. Die Synthetische Evolutionstheorie wird durch molekulare Daten bestätigt und erweitert. Wichtige Aspekte sind:

• Universalität des genetischen Codes
• Konservierte Stoffwechselwege
• Molekulare Uhren
• Horizontaler Gentransfer

DNA-Analyse und molekulare Verwandtschaftsbestimmung

Die Evolutionstheorie Darwin und moderne molekularbiologische Methoden ermöglichen heute präzise Verwandtschaftsanalysen zwischen Arten. Die DNA-Analyse basiert auf dem direkten Vergleich von DNA-Sequenzen, wobei besonders nicht-codierende DNA-Abschnitte und mitochondriale DNA untersucht werden. Diese Bereiche sind ideal, da sie nicht der natürlichen Selektion unterliegen und Mutationen sich dort ungestört ansammeln können.

Definition: Die DNA-Hybridisierung ist eine Methode zur Bestimmung des Verwandtschaftsgrades zwischen Arten durch Analyse der Bindungsstärke ihrer DNA-Stränge.

Ein wichtiges Verfahren ist die DNA-Hybridisierung. Dabei werden zunächst die DNA-Doppelstränge beider zu vergleichender Arten denaturiert, wodurch Einzelstränge entstehen. Diese werden dann vermischt und können neue Hybrid-Doppelstränge bilden. Je mehr komplementäre Basen die kombinierten Einzelstränge aufweisen, desto höher ist die benötigte Temperatur zur erneuten Trennung (Schmelztemperatur). Diese Schmelztemperatur gibt Aufschluss über den Verwandtschaftsgrad.

Die molekulare Uhr ermöglicht zusätzlich eine zeitliche Einordnung der evolutionären Entwicklung. Das Prinzip basiert auf der Beobachtung, dass Mutationen in bestimmten Genen, wie dem für das Cytochrom C, mit relativ konstanter Rate auftreten - etwa alle 24 Millionen Jahre. Durch Zählen der Unterschiede in den Aminosäuresequenzen lässt sich der ungefähre Zeitpunkt der Artaufspaltung bestimmen. Diese Methode ist genauer als der klassische Präzipitintest, hat aber auch ihre Grenzen, da eine Aminosäure oft von mehreren Basentripletts codiert werden kann.

Artbildung und Isolationsmechanismen

Die Evolutionstheorie Lamarck und Darwin beschreiben unterschiedliche Mechanismen der Artbildung. Der biologische Artbegriff definiert eine Art als Gruppe von Individuen, die unter natürlichen Bedingungen fruchtbare Nachkommen erzeugen können und einen gemeinsamen Genpool teilen.

Highlight: Bei der allopatrischen Artbildung führt geografische Trennung zur Aufspaltung einer Population in isolierte Teilpopulationen, die sich unabhängig voneinander entwickeln.

Die Isolationsmechanismen lassen sich in präzygotische (vor der Befruchtung) und postzygotische (nach der Befruchtung) Mechanismen unterteilen. Zu den präzygotischen gehören:

• Geografische Isolation durch physische Barrieren
• Ökologische Isolation durch unterschiedliche Lebensräume
• Zeitliche Isolation durch verschiedene Fortpflanzungszeiten
• Verhaltensbiologische Isolation durch unterschiedliche Balzrituale
• Mechanische Isolation durch inkompatible Geschlechtsorgane

Postzygotische Mechanismen umfassen Hybridsterblichkeit, Hybridsterilität und verminderte Fitness der Hybriden. Diese Mechanismen verhindern einen erfolgreichen Genfluss zwischen den Populationen und führen langfristig zur Entstehung neuer Arten.