Allopatrische und sympatrische Artbildung und Artenvielfalt

Die Entstehung neuer Arten und damit die Veränderung des Genpools kann unterschiedliche Ursachen haben.

Allopatrische Artbildung

Bei der allopatrischen Artbildung entstehen zwei oder mehrere Arten aus einer Ursprungsart (1.), weil sie durch äussere Prozesse (3.-4.) getrennt werden (geografische Fortpflanzungsbarriere) und sich isoliert entwickeln (4.).

Biologie; Mechanismen und Prozesse der Evolution; 1. Gymi; Allopatrische und sympatrische Artbildung und Artenvielfalt

Beispiel

Grauspecht und Grünspecht sind zwei Spechtarten, die sich sehr ähnlich sehen. Diese Schwesterarten sind aus folgendem Grund entstanden: Vor $100\,000$ bis $8\,000$ Jahren breiteten sich Gletscher über Nordeuropa und die Alpen aus, was die Spechte räumlich voneinander trennte. Dadurch haben sich aus der Ursprungspopulation zwei Spechtarten mit getrennten Genpools entwickelt. Die Verbreitungsgebiete von Grünspechten und Grauspechten überschneiden sich zwar, aber es kommt sehr selten zu Verpaarungen zwischen den beiden Arten. Ob die Nachkommen der beiden Arten fruchtbar sind, weiss niemand. Aber obwohl sich die Verbreitungsgebiete heute stark überschneiden und dennoch kaum Mischlinge (Hybride) entstehen, muss mittlerweile ein anderer Isolationsmechanismus als die geografische Isolation vorliegen, der die Trennung des Genpools aufrecht hält.

Sympatrische Artbildung

Bei der sympatrischen Artbildung entstehen zwei oder mehrere Arten aus einer Ursprungsart, obwohl sie nicht räumlich voneinander getrennt werden. Der Grund liegt in der sogenannten sympatrischen Fortpflanzungsbarriere. Das kann zum Beispiel eine Verhaltensweise oder eine Lebensweise sein, wodurch sie sich unterscheiden und die bei der Partnerwahl entscheidend ist.

Beispiel

In der Nähe von Bonn gibt es Feuersalamander mit zwei Varianten des Fortpflanzungsverhaltens. Die einen legen ihre Larven in Bächen ab, andere in Tümpeln. Sie verfügen zudem über zwei weitgehend getrennte Genpools, ohne dass eine geografische Isolation vorliegt. Die Experimente zeigten, dass diese Artbildung auf die Partnerwahl zurückzuführen ist. Die Weibchen, die im Bach aufwuchsen, bevorzugten bei der Partnerwahl ebenfalls im Bach aufgewachsene Männchen. Das Gleiche gilt für die Salamander, die am Tümpel aufwuchsen. Dies führte zu einer gekoppelten Vererbung der Gene für die beiden Merkmale: Laichgewässer und Partnerwahl. Durch diese gekoppelte Vererbung sind getrennte Genpools entstanden, in denen sich Mutationen unabhängig voneinander ausbreiten konnten. Somit entstanden weiteren Unterschieden. Diese zwei Arten von Feuersalamandern können sich zwar paaren, aber die reproduktive Fitness dieser Hybride ist geringer als bei reinen Bach- oder Tümpelformen.

Adaptive Radiation

Bei der adaptiven Radiation entstehen zwei oder mehr Arten aus einer Ursprungsart, indem sie sich an verschiedene Umweltbedingungen anpassen (adaptieren) und spezialisieren. Durch die Spezialisierung kann sich eine Population isoliert vom übrigen Genpool entwickeln. Dabei können die Isolationsmechanismen unterschiedlich sein. Sie sind aber die besten Voraussetzungen für die Entstehung von Artenvielfalt.

Beispiel

Der Viktoriasee in Afrika war ca. vor $14\,000$ Jahren fast vollständig ausgetrocknet. Nachdem dieser wieder mit Wasser gefüllt war und es genügend Nahrung gab und keine Fressfeinde oder Konkurrenten, wurde die Anzahl an Buntbarschen in dem See immer grösser. Es kam deshalb zu innerartlichen Konkurrenzen um den gleichen Lebensraum und Nahrung.

Zum Glück ist der Viktoriasee so gross, dass er unterschiedliche Lebensräume und Nahrungsquellen hat, wie Flachwasser- und Tiefwasserzonen sowie sandige und felsige Ufer.

Dadurch konnten sich die Buntbarsche in unterschiedliche Arten entwickeln, die sich je auf einen anderen Lebensraum und Nahrungsquelle spezialisiert haben.

Präadaption

Präadaptation bedeutet, dass ein bestimmtes Merkmal im Laufe der Evolution eine zusätzliche oder andere Funktion erhält.

Beispiel

Fossilien weisen darauf hin, dass es früher Dinosaurier mit Federn gab, die aber nicht fliegen konnten. Die Federn dienten vermutlich der Dämmung. Durch die langen Schwung- und Schwanzfedern konnten die Vorfahren der heutigen Vögel von erhöhten Standorten schwebend heruntergleiten. Die Federn boten somit den Vorfahren aus der Vergangenheit verschiedene Vorteile. Aus dieser Fähigkeit hat sich vermutlich immer mehr die Flugfähigkeit entwickelt.

Koevolution

Wenn Lebewesen zweier Arten gegenseitig ihre evolutive Entwicklung beeinflussen, wird von Koevolution gesprochen.

Beispiel

Der Stern von Madagaskar ist eine Orchideenart mit einem bis zu $40 \,cm$ langen Sporn. Im unteren Teil dieses Sporns befindet sich der Nektar, der für die meisten Insekten unmöglich zu erreichen ist.

Der lange Sporn blieb aber bis heute erhalten. Das bedeutet, dass der lange Sporn doch Vorteile für diese Orchideenart bieten muss und dass es ein Lebewesen gibt, das an den Nektar gelangt und von dieser Länge ebenfalls profitiert. Der Schmetterling Xanthopan morganii hat einen sehr langen Saugrüssel. Nur diese Schmetterlingsart kommt an den Nektar ran und ernährt sich ausschliesslich davon. Sie stehen dadurch nicht in Konkurrenz mit anderen Arten, sondern nur in Konkurrenz mit Individuen ihrer Art (innerartliche Konkurrenz). Der Stern von Madagaskar und der Schmetterling Xanthopan morganii haben vermutlich wechselseitig ihre Evolution beeinflusst und sind das Resultat dieser Entwicklung.

Gendrift

Mit Gendrift werden alle Veränderungen im Genpool bezeichnet, die nicht auf Mutation oder Selektion zurückzuführen sind. Oft sind es zufallsbedingte Veränderungen des Genpools durch Naturereignisse, wie zum Beispiel Seuchen, bei der ein grosser Teil einer Population stirbt.

Beispiel

Flaschenhalseffekt: Wenn zum Beispiel 90% der Individuen einer Ursprungspopulation unabhängig von der Angepasstheit an ihre Umwelt sterben, so bleibt eine zufällige Auswahl an Individuen übrig, die Restpopulation. Die verbleibenden Individuen vermehren sich und ihre allelen Gene werden zufällig kombiniert (Rekombination). Der Genpool der Ursprungspopulation und der Genpool der Restpopulation unterscheidet sich. Der verbleibende Genpool enthält weniger allele Gene, die Häufigkeit der allelen Gene hat sich geändert und manche allele Gene kommen gar nicht mehr vor. Dies verändert die innerartliche Konkurrenz sowie auch die Selektionsbedingungen. Zudem kann der Verlust von allelen Genen dazu führen, dass die Individuen bei veränderten Umweltbedingungen seltener überleben.
Gründereffekt: Wenn zum Beispiel einige Individuen einer Population vom Festland auf eine entfernte Insel verschlagen werden, können sie eine neue Population gründen, wenn sie keinen Kontakt mehr zur Ursprungspopulation mehr haben. So findet kein Genfluss zwischen den gestrandeten Individuen und der Ursprungspopulation statt. Es entsteht eine neue Population mit einem neuen, kleinen Genpool. Dieser Genpool besteht dann aus einer zufälligen Auswahl alleler Gene aus dem Ursprungspool. In solchen Fällen kommt es oft zu Inzucht und dadurch auch zu einer geringen Variabilität. Dies kann sich negativ auf eine Population auswirken.