SdWSBMH0217

genheit«, Spektrum Februar 2012, S. 22). Forscher können

solche Entwicklungen inzwischen selbst für hochkompli-

zierte mo lekulare Strukturen nachvollziehen. Beispielswei-

se lässt sich zeigen, dass ausgefeilte Gebilde aus mehre-

ren Proteinen, deren Funktion an Schleusen oder Tore,

Förderbänder oder Motoren erinnert, tatsächlich aus

ein facheren Vorläufern hervorgegangen sein können,

wobei die Zwischenstufen anscheinend selektiven Mecha-

nismen unterworfen waren.

Dennoch fragen sich manche Wissenschaftler, ob

Komplexität nur auf diese Weise entsteht. Einerseits ver-

muten sie eine dem Leben innewohnende Tendenz zur

Komplexitätssteigerung. Andererseits halten sie es für

möglich, dass sich mehr Komplexität ohne Beteiligung von

Selektionskräften als Nebeneffekt von Mutationen, also

zufälligen Veränderungen, herausbilden kann. Komplexe

Phänomene wären dann nicht immer Ergebnis eines

ständigen Zurechtfeilens von Strukturen unter Auslese-

druck über Jahrmillionen, sondern sie entstünden mitunter

einfach so.

Wie misst man Komplexität?

Zwar versuchen Biologen und Philosophen die Evolution

von Komplexität seit Jahrzehnten zu verstehen. Der

Paläobiologe Daniel W. McShea von der Duke University

in Durham (North Carolina) bemängelt jedoch die oft

unklare, allzu vage Verwendung und Definition des Be-

griffs. Zusammen mit dem Wissenschaftsphilosophen

Robert N. Brandon, einem Universitätskollegen, glaubt er:

Um den Komplexitätsgrad einer biologischen Erschei-

nung zu bestimmen, sollte man nicht einfach nur die

Anzahl der Teile des Systems betrachten, sondern auch

deren Verschiedenheit würdigen. Wären beispielsweise

die zehn Billionen Zellen des menschlichen Körpers alle

gleich, würden sie nur einen strukturlosen Haufen bilden.

Sie sind jedoch in Haut- und Muskelzellen, rote Blutkör-

perchen und so weiter differenziert. Selbst die Organe

bestehen oft aus diversen Zelltypen. Die Netzhaut etwa

enthält allein 60 Neuronensorten, von denen jede ihre

eigene Aufgabe hat. Schon so gesehen ist ein Mensch

komplexer als ein Schwamm mit vielleicht sechs Zell-

typen.

Ein Vorteil dieses Ansatzes: Mit ihm lässt sich die Kom-

plexität ganz unterschiedlicher Ebenen messen. Unser

Skelett besteht beispielsweise aus einer Anzahl von Kno-

chentypen, und obendrein hat jeder Knochen eine be-

stimmte Form. Allein das Rückgrat gliedert sich in mehre-

re ganz unterschiedliche Abschnitte: Dabei sehen die

Halswirbel, die den Kopf tragen, anders aus als etwa die

Brustwirbel, an denen die Rippen ansetzen.

In ihrem Buch »Biology’s First Law« erörtern McShea

und Brandon, wie eine so definierte Komplexität entstehen

könnte. Sie nehmen an, dass sich anfangs ziemlich gleiche

Teile – etwa eines Organismus – mit der Zeit unterschied-

lich weiterentwickeln, schon weil Gene manchmal mutie-

ren. Es kann außerdem vorkommen, dass ein Gen verse-

hentlich verdoppelt wird und das Duplikat nun seine

eigenen Mutationen anhäuft – und dass allein dadurch

mehr und unterschiedliche Teile entstehen. Ein Organis-

mus aus zunächst gleichen Teilen würde so langsam

komplexer.

Vermag sich der veränderte Organismus besser zu

behaupten als Artgenossen ohne die Mutation und hat

dadurch mehr Nachkommen, bedeutet dies, dass sich das

neue Merkmal durch natürliche Auslese in der Population

verbreitet. Zum Beispiel können Säugetiere eine ganze

Palette von Gerüchen auseinanderhalten. In ihrer Nasen-

schleimhaut sitzt eine große Anzahl unterschiedlicher

Rezeptoren, die jeweils auf andere Duftmoleküle anspre-

chen. Hier haben sich die zugehörigen Gene wiederholt

verdoppelt und sind anschließend unterschiedlich weiter-

mutiert. Manche Tiere mit einem sehr feinen Geruchsver-

mögen, etwa Mäuse oder Hunde, besitzen über tausend

Gene für spezifische Geruchs rezeptoren.

Manchmal stellt mehr Komplexität allerdings eine

Bürde dar. Würde beispielsweise ein Nackenwirbel so

verändert, dass man den Kopf kaum noch drehen kann,

wird sich die Mutation wohl kaum ausbreiten, denn betrof-

fene Indivi duen stürben eher und oft ohne Nachkommen.

Anders als in diesen Beispielen, die zur gängigen Auf-

fassung von Evolution passen, postulieren McShea und

Brandon nun aber: Eine Komplexitätszunahme kann selbst

ohne Beteiligung von Selektionskräften erfolgen. Sie

halten das sogar für ein grundlegendes biologisches

Gesetz – das »kraftfreie Evolutionsgesetz« (englisch:

zero-force evolutionary law).

Diese These haben McShea und seine Doktorandin

Leonore Fleming kürzlich an Laborstämmen der Taufliege

Drosophila überprüft, die Forscher seit über 100 Jahren

insbesondere für genetische und Entwicklungsstudien

benutzen und oft seit vielen Generationen züchten. Die

Laborpopu lationen wurden stets gut versorgt, sie erhielten

genügend Futter und hatten es immer warm, waren also

weder Nahrungsmangel, Wetterschwankungen noch

Feinddruck ausgesetzt. Wenn in wilden Drosophila-Popula-

tionen Muta tionen auftreten, die das Leben in der Natur

erschweren, merzen Selektionskräfte sie bald wieder aus,

AUF EINEN BLICK

WIE ENTSTEHT KOMPLEXITÄT?

1

Nach bisheriger Ansicht entstehen komplexere Struk-

turen schrittweise, wobei sich die Zwischenschritte

nach den Gesetzen der darwinschen Auslese als ver -

besserte Anpassungen bewähren müssen.

2

Vielleicht entsteht mehr Komple xität manchmal auch

auf andere Weise. Möglicherweise gibt es eine kraft-

freie Evolution, bei der neue Anpassungen auftreten,

ohne dass dabei Selektionskräfte mitwirken.

3

Mutationen, also zufällige Veränderungen, die sich auf

den Organismus nicht auswirken, könnten dennoch

die Komplexität von Strukturen vorantreiben: in einer

konstruktiven neutralen Evolution.