Artbildung: Wie neue Arten entstehen

Nach dem biologischen Artbegriff gehören alle Lebewesen zu einer Art, die sich miteinander fortpflanzen können und dabei fruchtbare Nachkommen hervorbringen. Eine Art bildet eine Fortpflanzungsgemeinschaft und tauscht Gene innerhalb dieser Gemeinschaft aus, aber nicht oder kaum mit anderen Arten. Der Austausch von Genen innerhalb einer Population nennt man Genfluss.

Artbildung bedeutet, dass dieser Genfluss zwischen Teilen einer Art dauerhaft unterbrochen wird und sich die Gruppen auseinanderentwickeln, bis sie sich nicht mehr erfolgreich miteinander fortpflanzen können. Dann sind aus einer Art zwei geworden. Die Artbildung ist neben den Evolutionsfaktoren Mutation, Rekombination, Selektion und Zufall der Schlüssel zum Verständnis der Vielfalt des Lebens.

Artbildung ist kein plötzliches Ereignis, sondern ein Prozess über viele Generationen. Es gibt keinen einzelnen Tag, an dem zwei Arten entstehen. Es entwickeln sich Unterschiede, die sich nach und nach verfestigen. Meist dauert es Tausende bis Millionen Jahre, bei manchen Arten, zum Beispiel Pflanzen mit vervielfachten Chromosomensätzen, aber auch nur eine einzige Generation.

Der häufigste Weg der Artbildung beginnt mit einer räumlichen Trennung. Eine Population wird durch eine Barriere in zwei Teile geteilt, etwa durch ein neu entstandenes Gebirge, einen veränderten Flusslauf, einen steigenden Meeresspiegel oder durch Individuen, die auf eine Insel verschlagen werden. Man nennt dies allopatrische Artbildung, weil die Teilpopulationen in verschiedenen Gebieten leben.

Nach der Trennung findet kein Genfluss mehr statt. In jedem Gebiet treten Mutationen zufällig auf, der Zufall verändert die Häufigkeit von Allelen, besonders in kleinen Gründerpopulationen, und die Selektion wirkt unter unterschiedlichen Umweltbedingungen jeweils anders. Wo es kälter oder trockener ist oder andere Nahrung gibt, setzen sich andere Merkmale durch.

Im Laufe vieler Generationen werden die Gruppen immer unterschiedlicher. Wenn sie sich wieder begegnen, passen sie so schlecht zueinander, dass eine Fortpflanzung nicht mehr gelingt oder die Nachkommen nicht lebensfähig oder nicht fruchtbar sind. Es hat sich eine Fortpflanzungsbarriere entwickelt, und aus einer Art sind zwei geworden.

Damit aus zwei Populationen zwei Arten werden, muss der Genfluss dauerhaft unterbunden sein. Dafür sorgen Isolationsmechanismen. Man unterscheidet zwei große Gruppen. Bei der Isolation vor der Paarung kommt es gar nicht erst zur Zeugung von Nachkommen. Bei der Isolation nach der Paarung entstehen zwar Nachkommen, sie sind aber nicht lebensfähig oder unfruchtbar.

Zu den Barrieren vor der Paarung gehören die räumliche Trennung, unterschiedliche Fortpflanzungszeiten, unterschiedliches Balzverhalten und unterschiedlich gebaute Geschlechtsorgane, die nicht zusammenpassen. Singvögel erkennen die Männchen ihrer Art zum Beispiel am Gesang, Leuchtkäfer am Blinkmuster. Weibchen reagieren nur auf das Signal der eigenen Art.

Ein bekanntes Beispiel für eine Barriere nach der Paarung ist das Maultier. Es entsteht aus einer Pferdestute und einem Eselhengst und ist selbst fast immer unfruchtbar. Pferd und Esel gehören deshalb zu verschiedenen Arten, obwohl sie sich paaren können. Der Genfluss zwischen beiden ist also unterbrochen.

Die Darwinfinken auf den Galapagosinseln gelten als Schulbeispiel für Artbildung. Von einer Art vom südamerikanischen Festland, die vor langer Zeit auf die Inseln gelangte, stammen heute etwa 15 Arten ab. Sie unterscheiden sich vor allem in der Schnabelform: Arten mit kräftigem Schnabel knacken Samen, Arten mit dünnem Schnabel fangen Insekten. Man spricht von adaptiver Radiation, weil sich eine Art schnell in viele Arten aufspaltet, die verschiedene ökologische Nischen besetzen.

Ein Beispiel für sympatrische Artbildung über Vervielfachung der Chromosomensätze ist der Weizen. Der heute angebaute Brotweizen besitzt sechs Chromosomensätze und ist durch Kreuzung und Vervielfachung aus mehreren Wildgräsern entstanden. Auch viele Zierpflanzen und Nutzpflanzen sind auf diese Weise entstanden.

Auch bei Buntbarschen in großen ostafrikanischen Seen haben sich innerhalb relativ kurzer Zeit viele Arten gebildet. Sie unterscheiden sich in Nahrung, Lebensraum und Farbmustern, nach denen sich die Partner aussuchen. Solche Beispiele zeigen, dass Artbildung auch in der Gegenwart abläuft und nicht nur in der Vergangenheit.

Ein sehr häufiger Fehler ist die Vorstellung, einzelne Tiere passten sich an die Umwelt an und gäben diese Anpassung an ihre Nachkommen weiter. Selektion wirkt aber auf Populationen: Individuen mit günstigen, zufällig entstandenen Merkmalen haben mehr Nachkommen, und dadurch nimmt die Häufigkeit dieser Merkmale in der Population zu. Ein einzelnes Tier verändert seine Erbanlagen nicht, weil es etwas braucht.

Ein zweiter Fehler: Räumliche Trennung allein sei schon Artbildung. Die Trennung ist nur der Anfang. Solange die Gruppen sich nach einem Wiedersehen noch fruchtbar miteinander fortpflanzen können, sind sie dieselbe Art. Erst die Fortpflanzungsbarriere macht sie zu zwei Arten.

Der dritte Fehler: Population und Art werden gleichgesetzt. Eine Art besteht meist aus vielen Populationen, die untereinander mehr oder weniger Genaustausch haben. Aus einer einzelnen Population kann durch Isolation eine neue Art hervorgehen, aber nicht jede Population ist eine eigene Art.

Alle Hunderassen, vom Chihuahua bis zur Dogge, gehören zu einer einzigen Art, dem Haushund. Sie sehen sehr unterschiedlich aus, können sich aber grundsätzlich miteinander fortpflanzen und haben fruchtbare Nachkommen. Rassen entstehen durch künstliche Auslese durch den Menschen und sind keine neuen Arten. Das zeigt, dass äußere Unterschiede allein nicht über die Artgrenze entscheiden.

Das Maultier zeigt dagegen, dass Paarungen über Artgrenzen möglich sind, die Nachkommen aber unfruchtbar bleiben. Bei manchen Arten kommt es in Randbereichen ihrer Verbreitung zu Hybriden, zum Beispiel zwischen Rabenkrähe und Nebelkrähe. Diese Mischzonen zeigen, dass Artgrenzen in der Natur nicht immer scharf sind und der Artbegriff ein Hilfsmittel ist.

Auch Antibiotikaresistenzen bei Bakterien zeigen, dass sich Populationen unter Selektion rasch verändern. Artbildung im engeren Sinn ist ein längerer Vorgang, aber das Prinzip ist dasselbe: Variation, Selektion und Isolation.