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- Herausgeber: Droemer eBook
- Kategorie: Wissenschaft und neue Technologien
- Sprache: Deutsch
- Veröffentlichungsjahr: 2018
"Der Genie-Test", das ist Pop-Science, die einfach wirklich Spaß macht. Von Artifizieller Intelligenz über Ontologie bis zur Unendlichkeit – Autor Giles Sparrow führt seine Leser auf eine Reise kreuz und quer durch die Wissenschaften. Und nicht nur das: Mit geradezu genialen Testfragen lädt dieses Buch dazu ein, das eigene Wissen spielerisch zu erweitern. Die Wissenschaften sind irrsinnig komplex und – Hand aufs Herz – wer weiß schon wirklich, was das Higgs Boson ist, ob wir einen freien Willen haben und wie das menschliche Genom aufgebaut ist? Giles Sparrow, Autor und Wissens-Enthusiast, schafft Abhilfe. Unterhaltsam und faktenreich beantwortet er die kompliziertesten Fragen unserer Zeit. Doch nicht nur das: Mit vertrackten Testfragen können Sie sich selbst herausfordern und werden so spielend zum Genie oder doch zumindest genial clever. Und für angehende Genies, die es besonders eilig haben, findet sich die Essenz eines Kapitels in der "Kurzzusammenfassung für Hochstapler". Eines ist sicher, dieses Buch kitzelt Ihr Gehirn und gibt wirklich wissenschaftliche Auskünfte über die 50 kompliziertesten Themen wie: den Gödelschen Unvollständigkeitssatz; die Postmoderne; Keynesianismus; Semiotik und Strukturalismus; Schrödingers Katze; DNA; Dekonstruktion; das Leib-Seele-Problem; die Supersymmetrische Stringtheorie; den Big Bang, Schwarze Löcher und viele mehr.
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Seitenzahl: 494
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Der Genie-Test
Wirklich schwieriges Wissen wirklich einfach erklärt
Aus dem Englischen von Ralf Pannowitsch & Benjamin Schilling
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Über dieses Buch
»Der Genie-Test«, das ist Pop-Science, die einfach wirklich Spaß macht. Autor Giles Sparrow führt seine Leser nicht nur auf eine Reise quer durch die Wissenschaften, sondern lädt dazu ein, mit geradezu genialen Testfragen das eigene Wissen spielerisch zu erweitern.
Die Wissenschaften sind irrsinnig komplex und – Hand aufs Herz – wer weiß schon wirklich was das Higgs Boson ist, ob wir einen freien Willen haben und wie das menschliche Genom aufgebaut ist? Giles Sparrow, Autor und Wissens-Enthusiast, schafft Abhilfe. Unterhaltsam und faktenreich beantwortet er die kompliziertesten Fragen unserer Zeit. Doch nicht nur das: Mit vertrackten Testfragen können Sie sich selbst herausfordern und werden so spielend zum Genie oder doch zumindest genial clever. Eines ist sicher, dieses Buch kitzelt Ihr Gehirn und gibt wirklich wissenschaftliche Auskünfte über die 50 kompliziertesten Themen aller Zeiten.
Inhaltsübersicht
Sind Sie ein Genie?
Haken Sie die Themen ab, die Sie mit zunehmendem Schwierigkeitsgrad eins nach dem anderen meistern.
Ich denke, also bin ich
Freier Wille und Gott
Das schwierige Problem
Strukturalismus und Semiotik
Der Große Fermatsche Satz
Die Gödelschen Unvollständigkeitssätze
Die Weltformel
Das menschliche Genom
Das Streben nach Erkenntnis
Gut und Böse
Existentialismus
Künstliche Intelligenz
Postmoderne
Globalisierung und Nationalismus
Keynesianismus und Monetarismus
Postkapitalismus
Die Riemann-Hypothese und die Goldbachsche Vermutung
Schrödingers Katze
Das Higgs-Boson
Spezielle und Allgemeine Relativitätstheorie
Schwarze Löcher
Multiversen
Die Evolution
Gene und die DNA
Sprache und Bewusstsein
Gentechnik
Das Wesen der Realität
Moderne Kunst
Literaturwissenschaft
Moderne Architektur
Demokratie
Konservatismus, Liberalismus und Sozialismus
Makro- und Mikroökonomie
Umwelt und Klimawandel
Unendlichkeit
Wahrscheinlichkeitsrechnung und Statistik
Quantenphysik
Die Entstehung des Lebens
Die Ursprünge des Menschen
Natur vs. Kultur
Das menschliche Gehirn
Psychologie
Kunstgeschichte
Literaturgeschichte
Netzpolitik
Kapitalismus
Chaos
Nanotechnologie
Der Urknall
Gibt es Leben im All?
Einleitung
»Und was ist Ihre Meinung zum Higgs-Boson?«
Jeder von uns hat die Erfahrung schon einmal gemacht: Verständig nickend folgen wir einer Unterhaltung zu einem Thema, von dem wir kaum etwas verstehen, bis plötzlich jemand nach unserer Meinung fragt und der Boden unter unseren Füßen nachgibt. Für gewöhnlich sieht unsere instinktive Reaktion so aus, dass wir etwas Unverbindliches murmeln oder jener Person in der Runde zustimmen, die uns am klügsten erscheint. Was wäre aber, wenn wir selbst diese Person sein könnten? Derjenige mit einer fundierten Meinung zu einfach allem, vom Higgs-Boson über die Krise des Kapitalismus und die Gentechnik bis zur Postmoderne?
Das mag zunächst nach einer gewaltigen Aufgabe klingen, denn schließlich ist die moderne Welt ein außergewöhnlich komplexer Ort. Und wer von uns hat schon die Zeit oder Energie, sie in all ihrer Komplexität wirklich zu verstehen – geschweige denn die weit zurückreichende Ideengeschichte, die unsere heutige Gesellschaft formt und ihr zugrunde liegt?
Aus diesem Grund habe ich mir den Genie-Test einfallen lassen – ein Fitnessstudio für den Geist, das Ihnen helfen wird, die Grundlagen einer enormen Vielfalt von Themen zu meistern. Es umfasst grundlegende Konzepte aus Wissenschaft, Philosophie, Kunst und Politik (auf der gegenüberliegenden Seite sehen Sie, wie ich diese Konzepte eingestuft habe: von bloß knifflig bis wahrlich überwältigend).
In der Rubrik »Sind Sie ein Genie?« werden Ihnen in jedem Kapitel fünf Fragen gestellt. So können Sie schon vor dem Abtauchen ins Thema einschätzen, wie viel Sie davon verstehen, oder im Nachhinein testen, ob Sie es gemeistert haben. (Die Antworten stehen auf der letzten Seite jedes Kapitels, und vielleicht schnappen Sie auf dem Weg dorthin sogar noch ein paar interessante Zusatzfakten auf.) Die Rubrik »Zehn Dinge, die ein Genie weiß« bietet Ihnen einen umfassenden Überblick über das Thema und hilft Ihnen, die Kerngedanken und die Entwicklungsgeschichte in kürzester Zeit zu begreifen. »Wie ein Genie reden« versorgt Sie mit praktischen Gesprächsschnipseln – Meinungen, Fakten und faszinierenden Randbemerkungen, mit denen Sie an Ihrem Image basteln können, die gescheiteste Person im Raum zu sein. Und schließlich gibt es sogar eine handliche »Kurzfassung für Hochstapler«, die das Thema auf ein, zwei Sätze herunterbricht und Ihnen dabei helfen könnte, mancher peinlichen Situation zu entkommen.
Natürlich wird dieses Buch allein aus Ihnen kein wahres Genie machen, aber es ist ein guter Anfang. Es wird dazu führen, dass Sie auf Partys besser bluffen können, und vielleicht sogar Ihre Sichtweise auf die Welt verändern und eine bislang verborgene intellektuelle Fähigkeit oder Neugier entwickeln. Wie sagte der Lexikograph Samuel Johnson so schön: »Das wahre Genie ist ein großer Geist, der zufällig in eine bestimmte Richtung gelenkt wurde.« Wer weiß, wo Der Genie-Test Sie hinführen wird?
DAS LEBEN
Die Entstehung des Lebens
»[W]ir [sind] Teil des Kosmos […]. Wir sind aus dem Stoff der Sterne. Wir sind eine Möglichkeit für den Kosmos, sich selbst zu entdecken.«
– Carl Sagan –
Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren ballte sich unser Planet aus einer Staub- und Gaswolke zusammen, die um die noch junge Sonne kreiste. Doch obwohl auf seiner neu gebildeten Oberfläche unvorstellbar lebensfeindliche Bedingungen geherrscht haben müssen, scheint das Leben überraschend schnell Fuß gefasst zu haben (auch wenn es sehr lange nichts als Einzeller hervorbrachte). Aber wie genau hat das Leben begonnen? Dieses Rätsel hat Generationen namhafter Wissenschaftler beschäftigt und zu einer Reihe von außergewöhnlichen Ideen geführt.
Wo nahm das Leben seinen Anfang - an den Ufern der ersten Meere, in den eisigen Tiefen der urzeitlichen Ozeane oder vielleicht doch auf einem ganz anderen Planeten?
Ein Laborexperiment aus den 1950er-Jahren förderte die Grundbestandteile der DNA zutage.RICHTIG / FALSCH
Biologen vermuten, dass unsere frühesten Vorfahren mit Mikroben verwandt sein könnten, die Archaebakterien genannt werden und heute nur noch in extrem heißen oder sauren Umgebungen vorkommen.RICHTIG / FALSCH
Kohlenstoff und Wasser sind unverzichtbare Bausteine des Lebens: Ohne sie ist eine komplexe Biochemie unmöglich.RICHTIG / FALSCH
Einzellige Organismen sind in der Lage, die Reise zwischen zwei Planeten zu überleben, und könnten so das Leben auf die Erde gebracht haben.RICHTIG / FALSCH
Komplexe, mehrzellige Lebensformen etablierten sich auf der Erde während der sogenannten Kambrischen Artenexplosion vor rund 540 Millionen Jahren.RICHTIG / FALSCH
ZEHN DINGE, DIE EIN GENIE WEISS
1Was ist Leben?
Bei dieser Frage gehen die Meinungen weit auseinander. Wahrscheinlich würden die meisten Biologen aber der breiten Definition zustimmen, nach der ein lebender Organismus ein sich selbst organisierendes System ist, das seiner Umgebung Energie entnehmen kann, um sich selbst zu erhalten, zu wachsen, sich zu vermehren und an seine Umwelt anzupassen. Praktisch gesehen handelt es sich dabei um die Nutzung diverser komplexer chemischer Reaktionen in einer günstigen Umgebung, die wir »Zelle« nennen. Zellen kommen in einer Vielzahl von mehr oder weniger komplexen Formen vor und sind die Grundbausteine des Lebens. Wenn wir also danach fragen, wie das Leben begonnen hat, dann forschen wir in Wahrheit nach der Entstehung der ersten Zellen.
2Früheste Zeugnisse
Urzeitliches Gestein von Meteoriten und der Erde legt nahe, dass unser Planet vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstand. Am Anfang war seine Oberfläche größtenteils flüssig. Doch obwohl er bis vor mindestens 3,8 Milliarden Jahren heftig von großen Asteroiden bombardiert wurde, sind die ältesten Fossilien – die Überreste von Mikrobenkolonien namens Stromatoliten, die man in rund 3,5 Milliarden Jahre alten Felsen gefunden hat – nur ein paar Hundert Millionen Jahre jünger. Mehr noch, eingeschlossen im Inneren 4,1 Milliarden Jahre alter Zirconiumkristalle fanden Geochemiker 2015 Spuren von Chemikalien, die anscheinend von lebenden Organismen produziert worden waren. Wie hatte das Leben also derart schnell Fuß fassen können?
3Die Ursuppe
1871 spekulierte Charles Darwin (zwölf Jahre nach der Veröffentlichung seiner Theorie über Evolution durch natürliche Selektion) in einem Brief darüber, dass das Leben in einem »kleinen, warmen Teich« auf der sich noch immer abkühlenden Oberfläche der urzeitlichen Erde begonnen haben könnte. Diese Theorie hat die Vorstellungskraft vieler Wissenschaftler beflügelt und wird gemeinhin als Ursuppen-Hypothese bezeichnet (obwohl der Begriff erst in den 1920er-Jahren geprägt wurde). Wasser ist für das Leben ganz sicher ein Muss – schließlich können sich komplexe Chemikalien unmöglich bilden, wenn sich ihre Bausteine nicht in irgendeiner Lösung umherbewegen, zueinander finden und miteinander reagieren können. Zum Glück ist Wasser eine der besten Lösungen weit und breit und auf der Erde alles andere als knapp.
4Das Miller-Urey-Experiment
Im Jahr 1952 unternahmen die US-amerikanischen Biochemiker Stanley Miller und Harold Urey den bedeutenden Versuch, die Bedingungen in der Ursuppe nachzustellen. Dazu ließen sie Dampf durch ein Gemisch aus Wasserstoff, Methan und Ammoniakgasen dringen (die als wahrscheinliche Elemente der frühen Erdatmosphäre galten) und führten diesem Mix gelegentlich Energie in Form elektrischer Funken aus Kunstblitzen zu. Nach einer Woche wurde das Kondensat analysiert, wobei Miller berichtete, dass er darin mindestens drei und möglicherweise noch einige weitere Aminosäuremoleküle (unverzichtbare Bausteine des Lebens) gefunden habe. Nach Millers Tod, im Jahr 2007, untersuchten Wissenschaftler mit sensibleren Messverfahren nochmals einige der Proben, die nach dem Originalexperiment versiegelt worden waren, und fanden darin nicht weniger als 20 unterschiedliche Aminosäuren.
5Das Leben nachbauen
Auf den Spuren von Miller und Urey haben viele Chemiker seitdem versucht, mit differenzierteren Experimenten noch besser nachzustellen, was wir mittlerweile über die frühen Umweltbedingungen auf der Erde wissen. Es scheint inzwischen fraglos, dass relativ einfache chemische Reaktionen nach kurzer Zeit zu einer Suppe aus einfachen, kohlenstoffbasierten »organischen« Molekülen geführt haben (Kohlenstoff ist für das Leben unerlässlich, weil er die vielfältigsten chemischen Verbindungen von allen bekannten Elementen eingeht). Die große Herausforderung ist jedoch, von diesen einfachen Bausteinen zu komplexen und sich selbst replizierenden Molekülen wie der DNA zu gelangen (vgl. Kap. Gene und die DNA). Doch einige Wissenschaftler bezweifeln, dass willkürliche chemische Reaktionen in der Ursuppe – im engen Zeitfenster von der Erdentstehung bis zu den ersten fossilen Zeugnissen – eine derartige Komplexität erlangt haben könnten.
6Schwarze Raucher
Ein beliebter Lösungsansatz für dieses Problem verlegt den Geburtsort des Lebens von seichten Oberflächengewässern in die Tiefen der Ozeane. Dort speien Vulkanschlote, sogenannte Schwarze Raucher, einen reichhaltigen chemischen Nährstoffmix ins kalte, dunkle Wasser. Die in den 1970er-Jahren entdeckten und an Stalagmiten erinnernden Mineralsäulen beherbergen ganze Ökosysteme, die völlig ohne die Wärme oder das Licht der Sonne gedeihen. Seit ein paar Jahren spekulieren Biologen, dass Mikroporen im Inneren der »Raucher« als natürliche Brutstätten der ersten Lebensformen fungiert haben könnten. Der Grund ist, dass sich darin eine üppige Chemikaliensuppe verfängt – unter anderem herabgesunkenes organisches Material –, und zwar in einer energiereichen Umgebung, die für die Entstehung komplexer Chemie im Schnellverfahren ideal ist.
7Die Panspermie-Hypothese
Noch eine Möglichkeit, das rasante Auftauchen des Lebens zu erklären, ist anzunehmen, dass es gar nicht erst auf der Erde begonnen hat. Die Panspermie-Hypothese behauptet stattdessen, dass die Bausteine des Lebens in unserer gesamten Galaxis verstreut sind und die Meteoriten und Kometen, die auf unserem neugeborenen Planeten einschlugen, zugleich ein gebrauchsfertiges Basispaket an organischen Chemikalien – ja vielleicht sogar vollständige, tiefgefrorene Zellen – mit sich brachten. Verfechter der Theorie argumentieren, dass diese den willkürlichen chemischen Reaktionen einige Milliarden Jahre mehr Zeit lässt, um zufällig auf das Rezept des Lebens zu stoßen. Es mag vielleicht weit hergeholt klingen, doch Astronomen haben in Kometen und interstellaren Wolken tatsächlich komplexe organische Moleküle gefunden. Außerdem weiß man mittlerweile, dass große Meteoriteneinschläge gelegentlich Gesteinsbrocken zwischen den Planeten unseres Sonnensystems hin- und hertransportieren, und es gibt Anzeichen dafür, dass manche Erdmikroben und sogar komplexere Lebensformen überraschend lange in den unwirtlichen Bedingungen des freien Weltraums überleben können.
8Die frühesten Organismen
Man nimmt an, dass die ersten Lebensformen in zwei große, sogenannte Domänen unterteilt waren: Archaebakterien und Eubakterien. Bei beiden handelte es sich um Einzeller, auch wenn einige von ihnen größere Kolonien bildeten. Archaebakterien nutzen eine große Bandbreite metabolischer und chemischer Prozesse, um alles Lebensnötige aus ihrer Umwelt herauszuholen. Man findet sie auch heute noch an Orten, wie heißen Säurequellen und Schwarzen Rauchern, die einst für lebensfeindlich gehalten wurden. Eubakterien hingegen sind in einem schmaleren Spektrum von »günstigen« Lebensbedingungen zu finden und nutzen vertrautere Stoffwechselprozesse wie Atmung, Photosynthese und Fermentation. Kurioserweise deuten Genbefunde aber darauf hin, dass unsere eigene Domäne, die der komplexen Lebewesen oder »Eukaryoten«, tatsächlich näher mit den Archaebakterien als mit den Eubakterien verwandt ist.
9Die Sauerstoffkatastrophe
In der Frühzeit herrschten auf der Erde ganz andere Bedingungen als heute. In der Atmosphäre gab es nur sehr wenig freien Sauerstoff. Bereits vor mindestens drei Milliarden Jahren gediehen photosynthetische Archaebakterien und Eubakterien mithilfe von Photosynthese – sie nahmen Kohlendioxid auf und pumpten Sauerstoff hinaus. Vor rund 2,3 Milliarden Jahren schnellte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre jedoch in die Höhe. Dadurch wurde die Luft für viele frühe Lebensformen giftig und gleichzeitig das Fundament zu einem neuen Stoffwechselweg gelegt, der mittels Sauerstoff Energie aus chemischen Substanzen freisetzt und von der Tierwelt heute genutzt wird: der Atmung.
10Endosymbionten-Hypothese und komplexeres Leben
Die Eukaryoten zeichnen sich durch eine hochkomplexe Zellstruktur aus, unter anderem durch die Existenz eines Zellkerns, der fast alle Geninformationen der Zelle enthält. Die meisten Biologen glauben, die ersten eukaryotischen Zellen seien entstanden, als sich spezialisierte Mikroben gegenseitig und mit beidseitigem Nutzen absorbierten – in einer Folge von Ereignissen, die »Endosymbiose« genannt wird. Alle größeren, mehrzelligen Lebensformen sind Eukaryoten und gehen auf einen gemeinsamen Urahn vor rund 1,6 bis 2,1 Milliarden Jahren zurück. Allerdings blieben sie bis vor etwa 575 Millionen Jahren vorwiegend einzellig, als die ersten Fossilien größerer und komplexerer Lebensformen auftauchten: jene seltsamen, kissenartigen Kreaturen, die als Ediacara-Fauna bekannt sind.
»Zu den erstaunlichsten Dingen über das Leben auf der Erde gehört, dass es nur einmal Fuß gefasst hat. Genkartierungen belegen, dass, wenn man nur weit genug zurückgeht, alles von einem einzigen gemeinsamen Vorfahren, wahrscheinlich einem einfachen Bakterium, abstammt. Aber warum sollte das Leben in jenen ersten paar Hundert Millionen Jahren nur ein einziges Mal begonnen haben und danach nie wieder? Die Antwort lautet wahrscheinlich, dass die Nachkommen jenes ersten Bakteriums alle weiteren Versuche vereitelt haben, einen Fuß in die Tür zu bekommen, frei nach dem Motto: Nicht der Stärkste überlebt, sondern der Erste.«
»Das große Henne-Ei-Problem besteht darin, dass man zur Herstellung von Proteinen die DNA benötigt, aber auch die richtigen Proteine zum Replizieren der DNA. Die große Herausforderung für Biologen lautet, einen Weg zu finden, wie man so etwas wie einfache DNA oder einfache Proteine erzeugen kann, und zwar ohne die vorherige Existenz von Leben.«
»Auch wenn die Panspermie-Hypothese befremdlich klingen mag, dürfen wir nicht vergessen, dass wir im Sonnensystem ständig neue Umgebungen entdecken, die zum Leben geeignet sein könnten.«
FALSCH – Das Miller-Urey-Experiment erzeugte Aminosäuren, bei denen es sich aber nicht um Bauteile der DNA handelt. Im Jahr 1961 stellten spanische Wissenschaftler in einem ähnlichen Experiment allerdings tatsächlich Bauteile der DNA her.
FALSCH – Es stimmt zwar, dass die Archaebakterien näher mit uns verwandt sind als die Eubakterien, doch in Wahrheit sind sie in den unterschiedlichsten Umgebungen zu finden.
RICHTIG (vermutlich) – Für komplexe Verbindungen ist Kohlenstoff ein Muss, doch in kalten Umgebungen können auch andere Flüssigkeiten als Wasser als Lösungsmittel dienen.
RICHTIG – Manche Mikroben können im Weltraum überleben, wir wissen aber nicht, ob sie die womöglich Millionen von Jahren zwischen den Umlaufbahnen der Planeten überstehen würden.
RICHTIG – Die Kambrische Artenexplosion ist ein enorm wichtiges Ereignis, durch das sich die meisten neuzeitlichen Tierklassen entwickelten, obwohl mehrzelliges Leben schon mehrere Millionen Jahre früher begonnen hatte.
Es ist kein Problem, einfache organische Substanzen herzustellen, aber der Weg von ihnen zur komplexen Biochemie des Lebens ist sehr weit.
Die Evolution
»Alles entsteht durch Verwandlung, und die Natur liebt Nichts so sehr, als das Vorhandene umzuschaffen und Neues von ähnlicher Art zu erzeugen.«
– Marcus Aurelius –
Charles Darwins Theorie von der Evolution durch natürliche Selektion ist die vielleicht größte individuelle Errungenschaft der gesamten Wissenschaftsgeschichte. Es ist ein gleichermaßen einfaches wie elegantes Modell, welches die enorme Vielfalt des Lebens auf der Erde erklärt. Trotzdem bleibt sie auch mehr als 150 Jahre nach ihrer Veröffentlichung in einigen Kreisen weiter umstritten, weil sie religiöse Ansichten über die Schöpfung zu untergraben droht. Bis heute sind Evolutionsbiologen damit beschäftigt, die Unebenheiten der Theorie in der Realität auszubügeln.
Darwins Grundgedanke ist leicht verständlich, doch er ist ungeheuer mächtig, wenn man ihn zur Erklärung der Natur heranziehen will. Können Sie ihn mit all seinen Konsequenzen erfassen?
Die Evolution beruht auf der Vermischung von genetischen Informationen, die bei der geschlechtlichen Fortpflanzung stattfindet.RICHTIG / FALSCH
Die Evolution wird immer jene Merkmale begünstigen, die das Überleben und die Fortpflanzung eines Individuums unterstützen, und jene ausmerzen, die die langfristigen Fortpflanzungschancen mindern.RICHTIG / FALSCH
Wissenschaftler versuchen heutzutage, unterschiedliche Arten nach den Gesetzmäßigkeiten der Evolution in größere Klassen einzuordnen.RICHTIG / FALSCH
Darwin erkannte in den unterschiedlichen Schnäbeln einiger Finkenarten auf den Galapagosinseln ein Zeichen dafür, dass sie alle von einem gemeinsamen Vorfahren abstammten, der vom südamerikanischen Festland auf die Inseln übergesiedelt war. Er lieferte aber keine Erklärung für den Auslöser ihrer Entwicklung.RICHTIG / FALSCH
Die sexuelle Auslese führt bei einigen Tierarten manchmal zu Merkmalen, die die allgemeine Überlebensfähigkeit einiger Tiere sogar erschweren.RICHTIG / FALSCH
ZEHN DINGE, DIE EIN GENIE WEISS
1So funktioniert die Evolution
Die Theorie der Evolution durch natürliche Selektion besagt, dass sich die Merkmale von Lebewesen aufgrund verschiedener Arten von »Selektionsdruck« von Generation zu Generation verändern. Diese Einflüsse reichen von den Umweltbedingungen über die Fähigkeiten beim Jagen hin zu Präferenzen für potentielle Geschlechtspartner. Sie basieren auf zufälligen Unterschieden, die hin und wieder durch Genmutation und Vermischung der elterlichen Merkmale entstehen. Ist ein Individuum zu einer bestimmten Zeit und an einem bestimmten Ort aufgrund seiner Merkmalsausstattung besser gewappnet als andere Artgenossen, dann steigt die Wahrscheinlichkeit, dass es überleben und sich fortpflanzen wird und seine Merkmale an seine Nachkommen weitergibt.
2Die Entstehung der Arten
Genuntersuchungen haben gezeigt, dass alles Leben auf einen einzigen Urahn zurückgeht. Wie kam es aber zu der uns bekannten, enormen Vielfalt des Lebens? Die Antwort darauf lautet: Als das Leben entstand und sich ausbreitete, wirkten unterschiedliche Formen von Selektionsdruck auf unterschiedliche Lebewesen ein. Manchmal führen Veränderungen in der direkten Umwelt zu einem neuartigen selektiven Druck, während sich einem Organismus beim nächsten Mal durch zufällige Mutation die Chance zu neuen Überlebensstrategien bietet, die seine Nachkommen anschließend weiter ausschöpfen können – was sie eventuell davor bewahrt, mit ihren Artgenossen um Ressourcen zu konkurrieren. Über Generationen kann das Einwirken unterschiedlicher Formen von Druck auf unterschiedliche Lebewesen zu genetisch derart verschiedenen Populationen führen, dass sie keine lebensfähigen Nachkommen mehr miteinander zeugen können – das klassische Merkmal zur Bestimmung von Arten schlechthin.
Darwins erster evolutionärer Stammbaum, Juli 1837
© Tim Brown
3Frühe Theorien über das Leben
Etwa ab dem 15. Jahrhundert wuchs bei den europäischen Gelehrten durch die Reisen der Entdecker, Händler und Kolonisatoren das Bewusstsein für die enorme Vielfalt des Lebens auf der Erde. 1735 erfand der Schwede Carl von Linné die binäre Klassifikation der Arten und sortierte alle Lebewesen in Gattungen, Familien, Klassen und Ordnungen – in aufsteigenden und immer weiter gefassten Rangstufen. Der daraus abgeleitete »Baum des Lebens« sieht verdächtig nach einem Stammbaum aus und wirft die naheliegende Frage auf, ob es sich bei einander ähnelnden Arten der Gegenwart vielleicht um unterschiedliche Nachkommen ein und desselben Vorfahren handeln könnte. Etwa zur selben Zeit förderte der wachsende Bergbau während der industriellen Revolution Fossilien ausgestorbener Arten zutage und führte zur Entdeckung der gigantischen geologischen Zeitdimension, der sogenannten Deep Time.
4Die Geschichte Darwins
Charles Darwin, der sich seit seiner Kindheit sehr für die Natur interessiert hatte, sammelte die meisten Zeugnisse für seine Theorie auf der zweiten Vermessungsfahrt der HMS Beagle, eines Schiffs der britischen Royal Navy, nach Südamerika (1831–36). Er trug jede Menge Proben zusammen, legte zahllose Fossilien frei und beobachtete auf den Galapagosinseln bekanntlich jene einmaligen Variationen, die auf unterschiedlichen Inseln des Archipels zwischen den Arten von Finken und Riesenschildkröten auftraten. Zurück in England, studierte Darwin später die selektive Zucht von Haustieren sowie die alarmierenden Theorien des Ökonomen Thomas Malthus über die Gefahren eines ungehemmten Wachstums der Menschheit. Den Wettstreit um begrenzte Ressourcen vor Augen, entwickelte Darwin seinen Kerngedanken, nach dem sich Arten durch Selektionsdruck im Laufe der Zeit diversifizieren und dadurch direkter Konkurrenz aus dem Weg gehen. Im Jahr 1859 veröffentlichte er seine Überlegungen schließlich in Über die Entstehung der Arten.
5Die zeitgenössische Rezeption von Darwins Theorie
Darwins Theorie erschütterte die viktorianische Gesellschaft bis ins Mark, und ihre logischen Konsequenzen missfallen bis heute vielen Menschen. Scheute Darwin sich anfangs davor, die menschliche Herkunft zu thematisieren, so setzte er sich 1871 – in Die Abstammung des Menschen – mit diesem Thema auseinander. Mehr als hundert Jahre vorher hatte Linné die Menschen Seite an Seite mit den Affen und Menschenaffen bei den Primaten eingeordnet, und auch Darwin kam in seiner Arbeit zu einem ähnlichen Schluss. Allen damals verbreiteten Parodien zum Trotz behauptete er aber nicht, dass wir von den Affen abstammen, sondern eher, dass sie unsere entfernten Cousins sind.
6Der Neodarwinismus und das egoistische Gen
Über den Mechanismus, wie individuelle Anpassungen von einer Generation zur nächsten weitergereicht wurden, wusste Darwin nicht viel zu sagen. Erst durch die breite Anerkennung der Existenz von Genen im frühen 20. Jahrhundert wurde seine Theorie (vgl. Kap. Gene und die DNA) auf ein festeres Fundament gestellt. Mit dem sogenannten Neodarwinismus, einem neuen methodischen Ansatz, gelang es Biologen wie J.B.S. Haldane, mathematische Modelle der Evolution zu erstellen, die sich auf die Konzepte von Genmutation und Diversität innerhalb einer Population stützten. Obwohl verschiedene Mechanismen der Artenentstehung aufgedeckt wurden, bestanden manche Probleme fort. Das galt besonders, wenn das Überleben eines einzelnen Lebewesens durch seine Anpassungen unwahrscheinlicher erschien. All das mündete in den 1960er-Jahren in die Hypothese vom sogenannten egoistischen Gen. Ihr Grundgedanke ist, dass Evolution weniger einzelnen Individuen, als vielmehr der Verbreitung erfolgreicher Gene nützt.
7Die Evolutionsrate
Der »Phyletische Gradualismus«, die einfachste Interpretation des darwinschen Evolutionsprinzips, begreift Wandel im Hinblick auf eine langsame, aber konstante Evolutionsrate. Vorhandene Arten verändern sich schrittweise und über große Zeiträume, während neue Arten aufgrund von selektiven Einflüssen durch mehr oder weniger willkürliche Genmutationen entstehen. Demgegenüber postuliert der »Punktualismus«, das andere theoretische Extrem, dass Arten über große Zeiträume im Grunde unverändert bleiben, dann aber als Reaktion auf radikale Umweltveränderungen kurze Phasen rasanter Veränderung und Diversifizierung durchlaufen. Die Entdeckung, dass zwischen bedeutenden Veränderungen in den Fossilienfunden und Katastrophen wie Meteoriteneinschlägen und Klimawandel ein Zusammenhang besteht, scheint dem Punktualismus in gewissem Maße recht zu geben.
8Werden »missing links« wirklich vermisst?
Aus Sicht religiöser Kreationisten habe Gott unser Ökosystem als All-inclusive-Paket geschaffen – mit allen Fossilien und genetischen Matrizen –, um unseren Glauben auf die Probe zu stellen. Gegner der Evolutionstheorie verweisen deshalb gern auf vermeintlich wissenschaftliche Unzulänglichkeiten, wie zum Beispiel fehlende Indizien für wichtige evolutionäre Veränderungen (sogenannte missing links). Dabei wird jedoch häufig ignoriert, dass es Fossilienfunde gibt, die tatsächlich zum Schließen der Lücken beitragen und das fossile Gedächtnis insgesamt sehr lückenhaft ist – schließlich hat nur ein Bruchteil aller Arten überhaupt Fossilien hinterlassen, und diese beschränken sich natürlich wieder auf Lebewesen, die in einer bestimmten Umgebung gestorben waren.
9»Intelligent Design« liegt daneben
Eine weitere These der Kreationisten ist unter dem Begriff »Intelligent Design« (ID) bekannt. Nach ihr ist es unmöglich, dass einige komplexe Merkmale der Anatomie im Laufe einer einzelnen Generationsspanne durch zufällige Mutation entstehen und zu einem Selektionsvorteil führen. Stattdessen müsse es irgendeine externe, die Evolution lenkende Kraft geben. Beliebte Beispiele für jene sogenannte nicht reduzierbare Komplexität von Merkmalen sind das Auge und die Flugfeder. Doch ID-Befürworter ignorieren oft die Möglichkeit, dass derartige Merkmale zum Zeitpunkt ihrer Entstehung andere evolutionäre Vorteile gehabt haben könnten (so dürften Federn kleinen Dinosauriern anfangs als Isolierung gedient haben). Zudem können Mutationen, sofern sie die Fortpflanzungschancen eines Lebewesens nicht beeinträchtigen, über Generationen hinweg vom Selektionsdruck unbehelligt bleiben.
10Zum Missbrauch des Darwinismus
Darwins Theorie ist einflussreich und ohne Zweifel wahr, doch sie wurde und wird allzu oft zu politischen und ideologischen Zwecken missbraucht. Eine besondere Lesart sieht die Evolution als linearen Fortschrittsprozess, in dem später entwickelte Lebewesen den früheren »überlegen« seien. Das ist aber nicht der Fall, da Lebewesen lediglich an ihre speziellen evolutionären Nischen angepasst sind. Nichtsdestotrotz wurde die scheinbare Überlegenheit der weißen Europäer im Imperialismus des 19. Jahrhunderts vielerorts mit jener Vorstellung begründet und wurzelt bis heute tief in rassistischen Annahmen. Inzwischen vereinnahmen auch Fürsprecher der freien Marktwirtschaft und einer wettkampforientierten Wirtschafts- und Sozialpolitik die Ideen des Darwinismus (besonders die Phrase »Survival of the Fittest«), obwohl deren Geltungsbereich korrekterweise auf die biologische Naturwissenschaft beschränkt sein sollte.
»Viele Menschen reden von der Darwin-Wallace-Theorie. Darwin selbst wusste nur zu gut, dass seine Theorie reiner Zündstoff war, weshalb er zwanzig Jahre lang an ihr feilte und Beweise sammelte, bevor er sich an die Öffentlichkeit wagte. Am Ende wäre ihm der Naturforscher Alfred Russel Wallace beinahe zuvorgekommen – dieser war bei seinen Erkundungen der malaiischen Inselgruppe zu den gleichen Schlussfolgerungen gelangt und hatte Darwin in einem Brief sogar nach seiner Meinung gefragt. Nur dem Einfluss von Darwins Freunden aus der Wissenschaftselite ist es zu verdanken, dass beide Versionen gleichzeitig veröffentlicht wurden und Darwin als Sieger dargestellt wurde. Zu aller Glück spielte Wallace mit, als dieser nachträglich von der ganzen Sache erfuhr!«
»Wer sagt, dass die Evolution ›nur eine Theorie‹ sei, begreift nicht, was genau eine Theorie ist. Für Wissenschaftler ist es eine vollständige und durch jede Menge Beweise unterfütterte Beschreibung dessen, wie etwas funktioniert. Man kann sie vielleicht weiterentwickeln, doch es ist sehr unwahrscheinlich, dass man sie komplett über Bord wirft. Der korrekte Begriff für einen Erklärungsversuch, der noch auf wackligen Beinen steht, lautet ›Hypothese‹.«
»Oft wird die Evolution in Graphiken fälschlicherweise als Stammbaum des Lebens dargestellt, an dessen Spitze der Mensch steht. Doch Darwin war von Anfang an auf dem richtigen Weg. In seinen Notizbüchern gibt es eine schöne und einfache kleine Darstellung aus dem Jahr 1837, die das Schema der Evolution ziemlich unmissverständlich als etwas zeigt, das eher nach einer Art wucherndem, verzweigtem Busch aussieht als nach einem Baum.«
FALSCH – Evolution kann auch bei Lebewesen stattfinden, die sich ungeschlechtlich vermehren, weil Mutationen andere Ursachen haben können.
FALSCH – Nach der Theorie vom »egoistischen Gen« gibt es Gene, die verbreitet werden, auch wenn dabei ein Nachteil für einzelne Träger dieser Gene entsteht.
RICHTIG – Die »kladistische« Klassifikation versucht durch Katalogisierung der genetischen und anatomischen Merkmale von Arten herauszufinden, wie nahe diese miteinander verwandt sind.
FALSCH – Der Ornithologe David Lack hat als Erster die Schnäbel der Darwinfinken als Anpassung an ihre unterschiedlichen Nahrungsgewohnheiten erkannt.
RICHTIG – Zum Beispiel sind männliche Pfauen mit ihren langen Schwanzfedern zwar anfälliger für Fressfeinde, die Federn sichern ihnen jedoch auch den Fortpflanzungserfolg.
Wenn Selektionsdruck die Fortpflanzung in einer Generation beeinflusst, dann verändert er die Merkmale, die die Folgegeneration erbt.
Gene und die DNA
»Ich würde nicht so sehr sagen, dass Watson und Crick die Struktur der DNA hervorgebracht haben, sondern eher hervorheben, dass die Struktur Watson und Crick hervorgebracht hat.«
– Francis Crick –
Das Herzstück der Genetik ist ein komplexes Molekül namens Desoxyribonukleinsäure (kurz DNA). Diese ist eine sich selbst replizierende Matrize, die alle nötigen Anleitungen enthält, wie jedes Bauteil eines Organismus gefertigt wird – vom einzelnen Protein bis zur gesamten Anatomie. Schon in den 1950er-Jahren wurden die Struktur der DNA und deren Rolle bei der Vererbung ermittelt, doch die zur Kartierung der gesamten DNA eines Organismus nötige Technologie ist weitaus jünger. Bis heute sind Biologen damit beschäftigt, die neuen Erkenntnisse zu ordnen, welche die Entschlüsselung des gesamten Genoms ans Licht beförderte.
Falls Sie wirklich wissen wollen, wie Genetik funktioniert, müssen Sie zunächst das Molekül kennenlernen, das alldem zugrunde liegt.
Vieles, was die Wissenschaft über die Funktion der DNA weiß, verdankt sie einem kleinen Insekt namens Drosophila melanogaster.RICHTIG / FALSCH
Bei der Befruchtung werden von jedem Elternteil zwei vollständige Sätze aus Genen getrennt und nach dem Zufallsprinzip miteinander vermischt. Auf diese Weise wird der eine Satz Gene bestimmt, der über die zukünftigen Merkmale des Nachwuchses entscheidet.RICHTIG / FALSCH
Jede Sprosse der DNA-Leiter besteht aus einem Aminosäurenpaar. Einige von ihnen kann der Körper selbst herstellen, andere aber nicht, weshalb wir sie von außen über die Nahrung aufnehmen müssen.RICHTIG / FALSCH
Wie eine wohldurchdachte Software verfügt auch die DNA über integrierte Prozesse, die für Redundanz und Fehlerkontrolle sorgen.RICHTIG / FALSCH
Die DNA verlässt nie den Zellkern, außer wenn sich eine Zelle zweiteilt, um sich zu duplizieren.RICHTIG / FALSCH
ZEHN DINGE, DIE EIN GENIE WEISS
1Gene und Chromosomen
Im Zusammenhang mit der Genetik gibt es jede Menge Fachbegriffe, von denen wir einige zunächst klarstellen sollten: Ein Gen ist eine Abfolge von genetischen Informationen, die über ein bestimmtes Merkmal wie die Augenfarbe entscheidet und auf dem DNA-Strang als verschlüsselte Sequenz von »Basenpaaren« vorliegt. Dagegen bezeichnet das Chromosom einen einzelnen DNA-Doppelstrangfaden, der in der Regel mehrere Millionen Basenpaare umfasst und aus Tausenden von Genen besteht. Der Zellkern im Inneren einer typischen menschlichen Zelle enthält 46 Chromosomen – 22 identische Paare (auf die Gründe kommen wir später zurück) und zwei eigenständige Geschlechtschromosomen. Der vollständige Chromosomensatz wird als »diploider Chromosomensatz«, der in diesem enthaltene vollständige Satz genetischer Erbinformationen als »Genom« bezeichnet.
2Die Entdeckung der Genetik
Die DNA im Zellkern wurde bereits 1869 durch Friedrich Miescher nachgewiesen, ihre Bedeutung aber erst viel später erkannt. Um 1866 stieß der österreichische Mönch Gregor Mendel bei seinen Experimenten mit Erbsenpflanzen auf die Grundprinzipien der Genetik. Er konnte zeigen, dass gewisse Pflanzenmerkmale in Form von Faktoren verschlüsselt waren, die wir heutzutage als Gene bezeichnen. Jede Pflanze trägt zwei Versionen jedes Gens in sich (da sie von beiden Eltern je eine geerbt hat), weist aber stets nur Merkmale auf, die entweder durch ein einziges Gen oder eine Mischung beider Gene bestimmt werden. Zu Mendels Lebzeiten fand seine Arbeit jedoch kaum Beachtung. Erst um 1900 wurde sie wiederentdeckt, als sie dazu beitrug, Darwins Evolutionstheorie zu stützen. Doch es sollte bis in die 1940er-Jahre hinein dauern, ehe ein US-amerikanisches Forschertrio Hinweise darauf fand, dass die DNA-Moleküle die Träger des genetischen Codes sind.
3Genotyp und Phänotyp
Die genetische Ausstattung eines Organismus ist als »Genotyp« bekannt, während seine äußere Erscheinung »Phänotyp« heißt (manche Wissenschaftler weiten den Begriff Phänotyp noch auf die Interaktionen eines Organismus mit seiner Umwelt aus). Der Genotyp enthält zwei Versionen jedes Gens, wobei sich oft nur eine im Phänotyp »äußert«. Diese verschiedenen Versionen eines Gens werden »Allele« genannt und sind generell entweder »dominant« oder »rezessiv« – ein Hinweis darauf, welches von beiden sich, wenn beide vorhanden sind, äußert. Häufig erbt ein Organismus jedoch Mischformen verschiedener Allelausprägungen, sodass das Resultat entweder intermediäre Vererbung (ein Mix aus beiden Merkmalen) oder Kodominanz (wenn sich beide Merkmale in unterschiedlichen Teilen des Körpers äußern) lautet.
4Die DNA-Struktur
Das DNA-Molekül ist ein Polymer – ein komplexes Molekül aus unzähligen einfachen, sich wiederholenden Einheiten. Seine berühmte Doppelhelix-Struktur stellten Francis Crick und James Watson 1953 heraus, wobei sie sich auf experimentelle Daten von Maurice Wilkins und Rosalind Franklin stützten. Viele vergleichen die DNA-Struktur auch mit einer in sich verdrehten Leiter. Ihre Längsholme (Stränge) bestehen aus sich wiederholenden Gruppen, die als »Phosphat-Rückgrat« bezeichnet werden, während die Sprossen von je einem chemischen Basenpaar gebildet werden, das in der Mitte verbunden ist. Diese Paare setzen sich aus vier Bausteinen zusammen: Adenin (A), Cytosin (C), Guanin (G) und Thymin (T), die ihrerseits spezifische Paarbindungen eingehen – Adenin und Thymin gehören zusammen, ebenso Cytosin und Guanin.
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5Das Informationsmolekül
Jede Anordnung der vier Basenmoleküle auf einem Strang der DNA-Leiter erfordert die komplementäre Anordnung auf dem gegenüberliegenden Strang, damit ein Basenpaar entsteht. Die DNA kann Informationen demnach in Form zweier komplementärer Stränge aus »Buchstaben« speichern. Bei der Zellteilung (dem Prozess, der es unserem Körper ermöglicht zu wachsen, sich selbst zu reparieren und fortzupflanzen) werden die DNA-Stränge mithilfe eines Zellmechanismus repliziert. Dieser teilt das Molekül zunächst wie einen Reißverschluss der Länge nach in der Mitte und fügt dann die fehlenden komplementären Basen- und Rückgrat-Moleküle hinzu, um so die fehlende Hälfte des Ursprungsmoleküls zu rekonstruieren.
6Die Proteinfabriken
Der genetische Code der DNA nimmt mithilfe von Proteinen Gestalt an. Proteine sind vielfältige Mehrzweck-Moleküle, die alle komplexen Strukturen in unserem Körper bilden und selbst wieder aus unzähligen kleineren Einheiten, den Aminosäuren, bestehen. Bei der Proteinsynthese öffnet die DNA für kurze Zeit den Reißverschluss, damit ihr Code auf ein intermediäres Molekül, die sogenannte Ribonukleinsäure (RNA), kopiert werden kann, die als einzelner Strang vorliegt. Danach lesen Zellmaschinen, die sogenannten Ribosomen, den RNA-Code aus – im Takt von jeweils drei Buchstaben zugleich. Jede dieser als »Codon« bezeichneten Drei-Buchstaben-Folgen verweist auf eine spezifische Aminosäure, die dem wachsenden Proteinmolekül hinzugefügt werden soll, während gesonderte Codes den Anfang und das Ende eines Proteinstrangs markieren.
7Das zentrale Dogma
Im Jahr 1958 formulierte Francis Crick das sogenannte zentrale Dogma der Molekularbiologie, ein einfaches, aber wichtiges Prinzip, das die Richtung des Informationsflusses in biologischen Systemen beschreibt. Es besagt im Wesentlichen, dass der genetische Code der DNA auf einen RNA-Strang repliziert wird und seine Informationen anschließend zur Produktion der entsprechenden Proteinmoleküle verwendet werden. In Einzelfällen sei es möglich, dass Proteine auch direkt von der DNA ausgehend synthetisiert werden oder dass RNA-Moleküle sich selbst replizieren oder gar als Basis für die Erschaffung eines neuen DNA-Moleküls dienen. In keinem Fall würden Informationen jedoch aus Proteinen »heraus« übermittelt.
8Die Geschlechtszellen
Wie kommt es also, dass ein Organismus am Ende von jedem Elternteil nur einen Satz Gene erbt? Die Antwort liegt in den Geschlechtszellen (den Sperma- und Eizellen), die auf einer speziellen Form der Zellteilung beruhen. Dieser als »Meiose« bekannte Prozess bringt Zellen mit einem einzigen (haploiden) Chromosomensatz hervor, dessen Gene sich aus den ursprünglich in den Zellen des jeweiligen elterlichen Körpers vorhandenen Genen (des diploiden Satzes) zusammensetzen, die bei der Meiose aber wild durchmischt und neu verteilt wurden. Der in den Geschlechtszellen vorgefundene Genmix kommt rein zufällig zustande und ist unabhängig davon, ob ein bestimmtes Allel als dominant gilt oder nicht. So können etwa rezessive Gene der Großeltern in der dritten Generation plötzlich und unerwartet hervortreten, obwohl sie sich bei keinem der Elternteile geäußert hatten.
9Genetik und die Evolution
Die DNA liefert den Mechanismus, mit dem der ganze Evolutionsprozess funktionieren kann. Aus der zufälligen Vermischung der elterlichen Gene können Individuen hervorgehen, die sich mehr oder minder für ihre Umwelt eignen und bei denen es mehr oder minder wahrscheinlich ist, dass sie ihre Gene an die Folgegeneration weitergeben. Zudem ist das Kopierverfahren für die DNA nicht perfekt, sodass es immer wieder zu kleineren Fehlern und Veränderungen kommen kann (die dann womöglich von den Fehlerkorrekturverfahren im Inneren der Zelle übersehen werden). Meist handelt es sich um harmlose Veränderungen, die nicht im Phänotyp nachweisbar sind, doch manchmal führen sie auch zur Entstehung neuer Merkmale, die entweder die Überlebenschancen des Individuums hemmen oder seine Fortpflanzungschancen erhöhen können.
10Wie entstand die DNA?
Die Komplexität des DNA-Moleküls zu erklären zählt zu den größten Problemen der Evolutionsbiologie. Die Wahrscheinlichkeit, dass sich selbst ein kleines Stück der Doppelhelix zufällig formiert haben könnte, ist verschwindend gering. Daher müssen es verschiedene Arten von Selektionsdruck irgendwie geschafft haben, unzählige Generationen von Molekülen zu erzeugen, die sich in ihrer Gestalt der DNA immer weiter annäherten. Der hierfür gängigste Lösungsansatz, die »RNA-Welt-Hypothese«, stützt sich darauf, dass einsträngige RNA-Moleküle über geringere Fähigkeiten zur Informationsspeicherung verfügen. Studien legen nahe, dass die sogenannte chemische Energetik die RNA-Bausteine nach deren Bildung einerseits stabil gehalten haben dürfte, es ihnen andererseits aber nur erlaubte, mit ganz bestimmten chemischen Substanzen ganz spezifische Bindungen einzugehen. Folglich könnten die ersten Lebensformen RNA-Ketten mit konkurrierenden chemischen Ausstattungen gewesen sein. Sie hätten sich entweder dadurch repliziert, dass sie konkurrierende Stränge ausschlachteten, oder indem sie mit ihnen »kooperierten« – so lange, bis die ersten vollständigen DNA-Stränge auf der Bildfläche erschienen.
»Der große Beitrag Rosalind Franklins zu dieser ganzen Strukturgeschichte bestand aus Fotos von DNA, die sie mithilfe der sogenannten Kristallstrukturanalyse aufgenommen hatte. Im Prinzip durchleuchtet man ein Material mit Röntgenstrahlen, sodass diese beim Durchqueren der Lücken zwischen den Molekülen gebeugt oder in alle Richtungen verteilt werden. Am Ende erhielten Watson und Crick, auch wenn es nicht wirklich ihr eigenes Verschulden war, ohne Franklins Zustimmung Teile ihrer Arbeit, die ihnen dabei halfen, die Doppelhelix-Struktur zu ermitteln.«
»Aus moralischer Sicht kann man darüber streiten, wie jene Information weitergegeben wurde. Die wahre Schande ist aber, dass Franklin in dem Artikel über die Entdeckung der DNA-Struktur nicht einmal namentlich erwähnt wird, weil ihre Arbeit zum damaligen Zeitpunkt formal noch nicht veröffentlicht war. Zudem verpasste sie die Chance auf einen Nobelpreis, weil sie 1958 starb und dieser nicht posthum vergeben wird. Dennoch hat sie sich für Frauen in der Wissenschaft zu einer derartigen Ikone entwickelt, dass man aus heutiger Sicht sagen könnte, dass sie sogar berühmter ist als Crick und Watson.«
RICHTIG – Genetiker lieben die gemeine Fruchtfliege, weil sie nur vier Chromosomen besitzt, innerhalb von zehn Tagen schlüpft und deshalb perfekt dazu geeignet ist, die Verbreitung genetischer Veränderungen zu beobachten.
FALSCH – Tatsächlich findet die Trennung und zufällige Vermischung der Gene bei der Herstellung der Sperma- und Eizellen statt.
FALSCH – Die Sprossen der DNA bestehen aus chemischen Basen, die von einem Phosphat-Rückgrat gehalten werden. Aminosäuren kommen bei der Proteinherstellung zum Einsatz.
RICHTIG – So können die vier Buchstaben der DNA insgesamt 64 Drei-Buchstaben-Codone bilden, werden jedoch lediglich zur Bestimmung von 20 Aminosäuren genutzt. Von diesen kann jede auf zwei oder mehrere Arten kodiert werden, was für Redundanz sorgt.
FALSCH – Kleine Mengen an DNA sind immer auch außerhalb des Zellkerns zu finden, in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zelle.
Der aus vier Buchstaben zusammengesetzte genetische Code der DNA kann eine schier unendliche Vielfalt hervorbringen, sobald er im Inneren von lebenden Organismen in Proteine umgewandelt wird.
Das menschliche Genom
»Kann es etwas Überzeugenderes für die Erforschung der Menschheit geben, als unsere eigene Gebrauchsanweisung zu lesen?«
– Francis S. Collins –
Das menschliche Genom ist die Gesamtsumme aller genetischen Informationen, die einen typischen Menschen ausmachen – eine Folge von mehr als drei Milliarden auf den DNA-Strängen aneinandergereihten Nukleinsäuren, aus denen sich (unter anderem) die verschiedenen Chromosomen des Menschen zusammensetzen. Allein das Zusammentragen dieser Informationen bedeutete eine enorme technologische Herausforderung, während die weitaus gewaltigere darin besteht zu verstehen, was das alles überhaupt zu bedeuten hat. Wir fangen gerade erst an, unsere genetische Veranlagung zu begreifen.
Das Genom ist ein Buch mit rund drei Milliarden Buchstaben - stellen Sie sich doch einmal vor, was möglich wäre, wenn wir seine gesamte Bedeutung kennen würden …
Die Gene von Mensch und Schimpanse sind zu 98 Prozent gleich, doch innerhalb unserer eigenen Art sind wir zu 99,5 Prozent identisch.RICHTIG / FALSCH
Celera Genomics, das privatwirtschaftliche Unternehmen, welches das menschliche Genom entschlüsselt hat, bat die Öffentlichkeit um DNA-Spenden.RICHTIG / FALSCH
Die menschliche Genomforschung hat mehr als 100000 bedeutende Gene auf unseren Chromosomen identifiziert – mehr als irgendjemand erwartet hätte.RICHTIG / FALSCH
Die Junk-DNA ist ein redundanter genetischer Code, der einzelne Gene auf einem Chromosom voneinander trennt.RICHTIG / FALSCH
Dauerte die Entschlüsselung des ersten menschlichen Genoms noch 13 Jahre, kann eine ähnliche Aufgabe heute in ein paar Stunden erledigt werden.RICHTIG / FALSCH
ZEHN DINGE, DIE EIN GENIE WEISS
1Die Struktur des Genoms
Eine typische menschliche Zelle führt den Großteil ihrer genetischen Information im Inneren ihres Zellkerns, einem geschützten Bereich in der Zellmitte, mit sich. Darin wickeln sich lange DNA-Stränge umeinander, um so die relativ kompakten Spulen der Chromosomen zu bilden. Insgesamt gibt es 46 Chromosomen: 22 passende Paare, die »Autosomen«, und 2 Geschlechtschromosomen, die »Gonosomen« (bei Frauen sind es ein Paar X-Chromosomen, bei Männern ein X- und ein Y-Chromosom). Beträchtliche Unterschiede zeigen sich bei der Länge der einzelnen Chromosomen, von 249 Millionen Basenpaaren auf dem längsten »Chromosom 1« bis 57 Millionen auf dem Y-Chromosom. Darüber hinaus tragen die sogenannten Mitochondrien, die kleinen Kraftwerke der Zelle, ihr eigenes kleines DNA-Paket (16569 Paare) mit sich herum.
2Wie sequenziert man die DNA?
Auch wenn das grundlegende (und für kurze DNA-Abschnitte bis heute eingesetzte) Verfahren zur Sequenzierung der DNA, das Frederick Sanger und sein Team 1977 auf den Weg brachten, komplex ist, lohnt es sich, etwas darüber zu wissen (selbst wenn es nur darum geht zu verstehen, was eigentlich jene Schaubilder in Krimiserien wie CSI: Miami bedeuten). Zuerst werden einzelne DNA-Fragmente mithilfe der »Polymerase-Kettenreaktion« massenhaft repliziert und anschließend durch Wärmezufuhr reißverschlussartig »aufgetrennt«. Dabei kommen »Primer« zum Einsatz, chemische Substanzen, die auf spezielle Basenfolgen abgerichtet sind und die Fragmente in viele kleinere Teilstücke unterteilen. Diese Teilstücke verteilt man nun auf vier Gefäße und fügt ihnen jeweils Stoffe hinzu, die sich an die unterschiedlichen Buchstaben des zertrennten Strangs anheften und so die ursprüngliche »DNA-Leiter« rekonstruieren. Allerdings erhält jedes Gefäß auch eine modifizierte Substanz – einen Farbstoff, der an einem der Buchstaben haftet und die Reproduktion an dieser Stelle beendet. Das Endergebnis ist ein Mix aus eingefärbten DNA-Strängen unterschiedlicher Länge, die allesamt auf einen bestimmten Buchstaben enden. Nun wird der Inhalt der Gefäße in vier Kolonnen auf einem Plastikträger verstrichen (je eine Spalte pro Buchstabe) und die sogenannte Elektrophorese angewandt, um sicherzustellen, dass sich die kleineren und leichteren Stränge weiter voranbewegen. Zum Schluss geht es beim Lesen der DNA-Sequenz nur noch darum zu sehen, welche Kolonne an einem bestimmten Punkt DNA angehäuft hat.
3Die automatisierte Sequenzierung
Das Problem von Sangers Methode und den meisten anderen besteht schlicht darin, dass man eine ganze Menge DNA sequenzieren muss. Zudem muss sie, sobald man sie erst einmal in kurze Stränge von ein paar Dutzend bis ein paar Hundert Buchstaben Länge zerschnitten hat, irgendwie auch wieder zusammengesetzt werden. Doch zum Glück sind Computer in so etwas ziemlich gut: So zerteilt das als »Shotgun Sequencing« bekannte Verfahren identische DNA-Stränge auf unterschiedliche Weise, um sie danach einzeln zu sequenzieren. Die verschieden langen Stränge führen zu Überlagerungen im Code, sodass ein Computer das Ganze durchsuchen und herausfinden kann, wie alles zusammenpasst. In neueren Sequenzierungsmethoden wird diese Arbeit in Form von parallelen Abläufen automatisiert, was die ganze Sache extrem viel schneller macht.
4Der Wettlauf um das Genom
Das Ziel, das menschliche Genom vollständig zu entschlüsseln, wurde bekanntlich zu einer Art Wettlauf. So sah sich das Human Genome Project (HGP), das 1990 mit Unterstützung zahlreicher Regierungen aus aller Welt ins Leben gerufen worden war, der Konkurrenz der Privatfirma Celera Genomics gegenüber. Diese nutzte die veröffentlichten Daten des HGP als Trittbrett und konnte alsbald aufschließen, obwohl sie erst 1998 gegründet worden war. Im Jahr 2000 publizierte das HGP den ersten groben Entwurf (woraufhin Celera 2001 nachlegte), während die vollständige Entschlüsselung durch das HGP 2003 bekannt gegeben wurde.
5Gen-Müll
Die Entdeckung, dass riesige DNA-Mengen anscheinend überflüssig sind, gehörte zu den überraschenden Ergebnissen der menschlichen Genomforschung. So »liest« eine Zelle zur Herstellung von Proteinen nur sogenannte Exons, relativ kurze Abschnitte des Strangs, während die langen DNA-Sequenzen zwischen den Exons (die »Introns«) schlicht und ergreifend übergangen werden, gerade so, als hätten sie keinerlei Bedeutung – ergo der Begriff »Junk-DNA«. Genetiker bevorzugen dagegen den Begriff »nicht kodierende DNA«, weil man inzwischen sagen kann, dass sie durchaus gewisse Funktionen haben. Die Ergebnisse des HGP legen nahe, dass bis zu 90 Prozent unserer DNA nicht kodierend sind. Dieser Anteil ist beträchtlich größer als bei einfacheren Lebensformen, weshalb ein Vorschlag zur Deutung lautet, dass sich die Introns mit wachsender Komplexität der DNA anhäufen und vergrößern.
6Der genetische Fingerabdruck
Während rund 99,9 Prozent des Genoms bei allen Menschen identisch sind, weist der Rest beträchtliche Unterschiede innerhalb der Bevölkerung auf und ist für jedes Individuum (mit Ausnahme eineiiger Zwillinge) einzigartig. Zum Erstellen eines DNA-Profils bzw. -Fingerabdrucks betrachtet man jene höchst veränderlichen Bereiche oder »Loci« auf einem Chromosom und sucht dort nach sogenannten short tandem repeats (STRs) – Orten, wo sich eine bestimmte Buchstabenfolge in der DNA mehrfach wiederholt. In der Regel findet sich jedes spezifische Wiederholungsmuster jeweils nur bei einem geringen Teil der Bevölkerung wieder. Wenn aber die Überprüfung ausreichend vieler eigenständiger Loci in zwei DNA-Proben noch immer zu Übereinstimmung führt, steckt mit großer Sicherheit kein Zufall dahinter. Die STR-Muster spezifischer Loci dienen DNA-Datenbanken als Grundlage und außerdem zur Feststellung enger Verwandtschaftsbeziehungen – in der Gerichtsmedizin ebenso wie in der Talkshow am Nachmittag.
7Der Schlüssel zur Genealogie
Im Gegensatz zur chromosomalen DNA (in der sich die von beiden Eltern geerbten Merkmale vermischen) wird die kurzsträngige mitochondriale DNA (mtDNA) für gewöhnlich nur von der Mutter übernommen. In der Folge bleibt sie über viele Generationen hinweg fast unverändert, obwohl es auch hier im Laufe der Zeit durch zufällige Mutationen zu graduellen Veränderungen kommt, die anschließend weitergegeben werden. Das macht die mtDNA zu einem mächtigen Werkzeug für die Erstellung von Stammbäumen, und zwar nicht nur bei uns Menschen, sondern bei einer Vielzahl von heute lebenden Arten, frei nach der Faustregel: Je größer die Übereinstimmung in der mtDNA zweier Individuen, desto weniger weit liegt die Zeit eines gemeinsamen Vorfahren zurück. Das gleiche Prinzip ist auch auf das Y-Chromosom anwendbar, das nur väterlicherseits weitergegeben wird.
8Die Mutter aller Menschen
Die Erforschung des Mitochondriums hat zu bemerkenswerten Entdeckungen geführt – etwa, dass alle heute lebenden Menschen über eine durchgängige mütterliche Abstammungslinie zu einer einzigen Frau verfügen, der »mitochondrialen Eva«, die vor geschätzt 100000 bis 150000 Jahren in Afrika lebte (obwohl sie sicher nicht die einzige Frau damals war und auch andere neben ihr bis heute lebende Nachkommen haben, eben nur nicht mit durchgängigen Abstammungslinien). Anhand von Evas »Töchtern«, den nach ihr nächsten gemeinsamen weiblichen Vorfahren großer Bevölkerungsteile, lässt sich nachverfolgen, wie sich der Mensch auf der ganzen Welt ausbreitete. Darüber hinaus gibt es eine väterliche Abstammungslinie, die bis zum »Adam des Y-Chromosoms« vor rund 200000 bis 300000 Jahren zurückreicht.
9Genetische Erkrankungen
Die Genomforschung hat gezeigt, dass enorm viele Erkrankungen eine genetische Komponente besitzen. So weiß man von mehr als 4000 Krankheiten, dass sie durch Äußerung eines einzelnen fehlerhaften Gens ausgelöst werden und deshalb genau denselben Vererbungsregeln gehorchen, die Gregor Mendel schon in den 1860er-Jahren entdeckt hatte. Krankheiten, deren Gen auf den autosomalen Chromosomen liegt, können entweder dominant sein (sodass sich das Gen immer äußert, wenn es vorhanden ist, und die Wahrscheinlichkeit dafür beim Nachwuchs normalerweise 50 Prozent beträgt) oder rezessiv (sodass sich das Gen mit einer Wahrscheinlichkeit von 25 Prozent nur dann äußert, wenn beide Eltern Träger und beide Kopien vorhanden sind). Indes sind die Vererbungsmuster von Krankheiten, die durch Genmutationen des gonosomalen X- oder Y-Chromosoms verursacht werden, deutlich komplexer. So wird die »gonosomal-X-rezessive« Blutgerinnungsstörung Hämophilie von Frauen ohne irgendwelche Symptome geerbt, während es sein kann, dass sich die Krankheit später im männlichen Nachwuchs äußert – wie einige Nachfahren Queen Victorias zu ihrem Unglück entdeckten.
10Urheberrechtsschutz für Gene?
Eine der schwierigsten Fragen bei der Entschlüsselung von Genomen lautet, wem die Daten gehören. Das öffentlich finanzierte HGP stellte seine Daten frei zur Verfügung, während Craig Venter, der Gründer von Celera Genomics, mit seinem Versuch, große Teile natürlich vorhandener Gene patentieren zu lassen, eine Kontroverse auslöste. Im Jahr 2000 wurde das Problem zum Teil gelöst. Damals verkündete US-Präsident Bill Clinton, dass das gesamte menschliche Genom frei verfügbar sein sollte (und schickte damit die Biotech-Aktien auf Talfahrt), während gleichzeitig ein erster Entwurf des Genoms vorgestellt wurde. Trotz allem schwingen ethische Fragen bis heute mit, wenn es um die Vergabe von Patenten für modifizierte, nicht menschliche oder künstlich erzeugte Gene geht.
»Der erste Organismus, dessen Genom vollständig entschlüsselt wurde, war 1995 Haemophilus influenzae, ein einfaches Bakterium mit 1,8 Millionen Basen-Buchstaben auf einem einzigen Chromosom.«
»Auch wenn alle davon reden, dass schon das gesamte menschliche Genom entschlüsselt worden ist, haben Forscher bislang nur etwa 92 Prozent abgedeckt. Die als ›Heterochromatin‹ bekannten fest geschnürten DNA-Klumpen, die man an den Spitzen der Chromosomen und dort findet, wo sich die Paare in der Mitte verbinden, sind so schwer zu entziffern, dass Forscher bis heute an ihnen arbeiten.«
»Das Human Genome Project kostete etwa 3 Milliarden US-Dollar, während Celera das Genom für etwa ein Zehntel dieser Summe sequenzierte. Allerdings musste das HGP zuerst einen Großteil der benötigten Technologien von Grund auf entwickeln, während Celera den Vorteil hatte, später einsteigen und viele der Vorarbeiten einfach übernehmen zu können. Eine völlig neuartige Technologie macht es heutzutage möglich, dass man ein komplettes menschliches Genom für nicht einmal 1000 US-Dollar entschlüsseln kann – und es geht sogar noch billiger, wenn man nur die Exons haben will!«
FALSCH – Hier werden zwei unterschiedliche Dinge miteinander verglichen. Wir haben zu 98 Prozent die gleichen Gene wie Schimpansen, teilen aber 100 Prozent unserer Gene mit allen anderen Menschen. Und nur innerhalb dieser genetischen Ausstattung ist die ganze Vielfalt der Menschheit auf etwa 0,5 Prozent Unterschiede im tatsächlichen Gen-Code zurückzuführen.
FALSCH – Celera Genomics entschlüsselte die DNA ihres Gründers Craig Venter, während das HGP die DNA einer Reihe anonymer Spendern nutzte.
FALSCH – Wie es scheint, hat unser Genom nur etwa 19000 bis 20000 Protein-kodierende Gene – viel weniger als die weit über eine Million, die man ursprünglich erwartet hatte.
RICHTIG – Sie als »Junk« zu bezeichnen ist aber unverschämt, denn die Genetiker sind sich noch gar nicht wirklich sicher, dass sie keine Funktion hat.
RICHTIG – Und bald wird es dank Automatisierung und leistungsstärkerer Computer möglich sein, Genome in weniger als einer Stunde zu entschlüsseln.
Die Möglichkeit, das Genom zu lesen, ist ein erster großer Schritt auf dem Weg, unsere zelluläre Veranlagung zu verstehen und vielleicht sogar zu manipulieren.
Die Ursprünge des Menschen
»Es ist daher wahrscheinlich, dass Afrika früher von jetzt ausgestorbenen Affenarten bewohnt war, die mit dem Gorilla und dem Schimpansen nahe verwandt waren; und da diese beiden Arten jetzt die nächsten Verwandten des Menschen sind, so ist es wahrscheinlicher, dass unsere ältesten Vorfahren auf dem afrikanischen Festland gelebt haben als anderswo.«
– Charles Darwin –
Die modernen Menschen sind in mancher Hinsicht einzigartige Tiere – verglichen mit anderen Primaten haben wir eine relativ geringe Körperbehaarung, einen aufrechten Stand auf zwei Füßen und ein enorm vergrößertes Gehirn. Schätzungsweise 20 Millionen DNA-Nukleotide (rund 0,6 % unseres Genoms) sind mutiert, seit sich unsere Abstammungslinie von jener der Schimpansen trennte. Das Ergebnis war eine ganze Reihe von zunehmend vertraut aussehenden menschenähnlichen Vorfahren. Und doch ist die Geschichte der menschlichen Ursprünge bei Weitem nicht geradlinig, und neuere Entdeckungen haben gezeigt, dass nahe Verwandte von uns überraschend lange fortexistiert haben.
Woher kam der Homo sapiens, wer waren unsere Urahnen, und wo sind all unsere Verwandten hin?
Ein kleiner Teil unserer DNA geht auf den Neandertaler zurück, was darauf hinweist, dass sich unsere Vorfahren mit diesem kreuzten. Allerdings findet sich Neandertaler-DNA nur bei Nichtafrikanern.RICHTIG / FALSCH
Laut der Theorie vom »Wasseraffen« haben unsere Ahnen in einer bestimmten Entwicklungsperiode viel Zeit im Wasser verbracht.RICHTIG / FALSCH
Nachdem 1921 die Fossilien des Peking-Menschen entdeckt worden waren, hielten die Wissenschaftler China für das wahrscheinliche Ursprungsgebiet der menschlichen Spezies.RICHTIG / FALSCH
Unser erster auf zwei Füßen stehender Verwandter soll vor etwa 7 Millionen Jahren gelebt haben. Vielleicht war er mit Schimpansen enger verwandt als mit Menschen.RICHTIG / FALSCH
Die Gehirngröße der Hominiden ist stetig gewachsen. Der moderne Homo sapiens hat ein rund viermal größeres Gehirn als unser letzter gemeinsamer Vorfahr mit den Schimpansen.RICHTIG / FALSCH
ZEHN DINGE, DIE EIN GENIE WEISS
1Die Menschenaffen sind nahe Verwandte von uns
Menschen und unsere engsten lebenden Verwandten, die Großen Menschenaffen, bilden eine taxonomische Familie, die Hominidae. Fossilien mit menschenähnlichen Merkmalen lassen sich in Afrika rund 20 Millionen Jahre zurückverfolgen, aber zu einer eigenen Familie im wissenschaftlichen Sinne wurden die Hominidae erst einige Jahrmillionen später, als sich die Urahnen der Gibbons (also der Kleinen Menschenaffen) abzweigten und ihren eigenen evolutionären Weg beschritten. Genetische und fossile Belege deuten darauf hin, dass als Nächste die Orang-Utans vor etwa 10 Millionen Jahren ihre eigenen Wege gingen, während sich die Gorillas vor rund 6,3 Millionen Jahren abspalteten. Vor etwa 4 Millionen Jahren trennten sich die Menschen von unserem gemeinsamen Vorfahren mit den Schimpansen und Bonobos. (All diese Schätzungen geben die späteste Periode an, in der die genannten Arten noch durch Kreuzungen ihr genetisches Material austauschen konnten; in der Praxis begannen die wichtigsten Abstammungslinien schon mindestens vor 13 Millionen Jahren auseinanderzulaufen.)
2Unsere Art ist die einzige ihrer Art
Weil der Homo sapiens heute der einzige Vertreter unserer Gattung Homo ist, kann man leicht annehmen, dass die ausgestorbenen Arten eine gerade Abstammungslinie bilden, die direkt zu jenem Vorfahren zurückführt, der sich von den Schimpansen abzweigte. Die wahre Geschichte ist aber komplexer – der menschliche Stammbaum hat eher viele verschlungene Äste als einen einzigen Stamm. Wir haben zahllose Cousins, Onkel und Tanten, die uns mal mehr, mal weniger nahestehen. Die Frage, wie sich die ausgestorbenen Arten in das Gesamtbild einfügen, ist ein harter Brocken: Fossile Überbleibsel sind selten und fragmentarisch, und DNA kann man nur aus den jüngsten, »subfossilen« Knochen gewinnen und analysieren, also von Arten wie dem Neandertaler.
3Lucy und die »Südaffen«
Neben der Gattung Homo gab es noch eine andere große Gattung von Hominiden – die Australopithecina oder »Südaffen«. Sie weisen verschiedene menschenähnliche Merkmale auf, etwa den aufrechten Gang, aber ihre Gehirne waren vermutlich nur so groß wie die von Schimpansen (was zeigt, dass sich die Zweifüßigkeit wahrscheinlich herausbildete, bevor die Intelligenz anwuchs). Am besten bekannt ist der Australopithecus afarensis, jenes berühmte Fossil, das man 1974 im äthiopischen Hadar fand und auf den Namen »Lucy« taufte. Man nimmt häufig an, dass auf Lucys Artgenossen auch die bekannten »Laetoli-Fußabdrücke« zurückgehen – eine Reihe von Spuren, die drei Zweibeiner vor etwa 3,6 Millionen Jahren in frisch niedergegangener Vulkanasche hinterlassen haben. Über das Verwandtschaftsverhältnis von Homo und Australopithecus wird noch heftig debattiert: Waren die Südaffen unsere Vorfahren oder unsere Zeitgenossen?
4Die Olduvai-Schlucht
Fossilienfunde legen nahe, dass in Ostafrika das Zentrum der Evolution der frühen Hominiden lag – besonders im Gebiet um den Großen Afrikanischen Grabenbruch. Die berühmteste Fundstätte ist die Olduvai-Schlucht in Tansania, wo Paläontologen wie Louis und Mary Leakey Fossilien einer ganzen Reihe früher Hominiden ausgruben. Unter ihnen war der Homo habilis (»geschickter Mensch«), der vor 1,9 Millionen Jahren existierte, aber auch der ungefähr zeitgleich lebende Südaffe Paranthropus boisei und der Homo erectus (vor 1,2 Millionen Jahren). Hier und anderswo gefundene Steinwerkzeuge deuten darauf hin, dass die Herstellung ganz einfacher Werkzeuge schon unter den Australopithecina einsetzte und dann bedeutende Fortschritte machte – bis hin zum klassischen Feuerstein-Faustkeil des H. erectus. In den letzten Jahrzehnten hat sich der Fokus der Suche nach frühen Hominiden weiter nach Norden verlagert, nach Äthiopien.
5Zweifüßigkeit
Die Fähigkeit, über längere Zeit hinweg auf zwei Füßen zu gehen, war in der Evolution der Hominiden ein entscheidender Fortschritt, und es gibt viele Theorien darüber, wie es dazu gekommen ist. Australopithecina wie Lucy scheinen im Grenzbereich zwischen Wäldern und offenen Savannen gelebt zu haben, also in Umgebungen, in denen der Evolutionsdruck es gefördert haben mag, wenn eine Art ihre ursprünglichen Kletterfähigkeiten gegen die Befähigung eintauschte, weiter zu sehen und längere Zeit im energieeffizienteren aufrechten Gang umherzulaufen. Anderen Theorien zufolge war man durch den aufrechten Gang weniger der Hitze ausgesetzt, sodass Zweibeiner aktiv bleiben konnten, wenn andere Arten Siesta machen mussten. Manche meinen sogar, dass Zweifüßigkeit (und der Verlust der Körperbehaarung) eine Anpassung an ein Leben war, das sich teilweise im Wasser abspielte, wo unsere Vorfahren Fische fingen. Was auch immer der Auslöser war – die Zweifüßigkeit hatte dramatische Folgen: Sie machte die vorderen Gliedmaßen frei, sodass Werkzeuge besser gehandhabt werden konnten, und trieb die Herausbildung des opponierbaren Daumens voran.
Vereinfachter Stammbaum der Gattung Homo
© Tim Brown
6Die Out-of-Africa-Theorie
Fossile und genetische Indizien weisen darauf hin, dass unsere Vorfahren nicht nur einmal versuchten, sich von Afrika aus über die Welt zu verbreiten, sondern gleich dreimal. Homo erectus wagte vor etwa zwei Millionen Jahren als erste Art den Aufbruch und breitete sich erfolgreich über Europa und Asien aus. (Die ersten Fossilien des H. erectus wurden in China gefunden, weshalb man die Art zunächst »Peking-Mensch« nannte.) Verschiedene Linien des H. erectus führten schließlich zur Entstehung neuer eigener Arten, aber die modernen Menschen stammen alle von jenem Zweig ab, der im afrikanischen Heimatterritorium verblieben war. Hier brachte die Evolution vor mindestens 300000 Jahren den anatomisch modernen Menschen (Homo sapiens) hervor.
7Out of Africa, zum Zweiten
Unsere Vorfahren folgten den Fußstapfen des H. erectus und begannen vor etwa 100000 Jahren, sich über Afrika hinaus auszubreiten. Neueste Funde legen nahe, dass der früheste »Ausbruch« des H. sapiens über Nordafrika hinaus vor ca. 120000 Jahren stattfand und mit dem Aussterben der Migranten endete, aber ein erneuter Versuch über die Arabische Halbinsel hatte mehr Erfolg. Vor 50000 Jahren hatten sich die modernen Menschen bereits über Europa, Asien und Australien verbreitet. Nord- und Südamerika konnten sie erst erreichen, als vor etwa 15000 Jahren auf dem Höhepunkt der letzten Eiszeit eine Landbrücke von Sibirien nach Alaska entstand.
8Die Neandertaler
Homo neanderthalensis, die vielleicht berühmteste ausgestorbene Menschenart, streifte einst durch weite Teile Eurasiens. Ihr Name verweist auf das Flusstal in Deutschland, wo man einige der frühesten Fossilienfunde von dieser Art machte. Lange Zeit wurden Neandertaler ungerechterweise als rohe und missgestaltete Primitivlinge dargestellt, aber in Wahrheit hatten sie größere Gehirne als der moderne Mensch, und es gibt immer mehr Belege für die Existenz einer hoch entwickelten Neandertalerkultur mit Begräbnisriten, Kunstschaffen und Schmuckherstellung. Obgleich alle Fossilien aus Eurasien stammen, gibt es genetische Indizien dafür, dass die Neandertaler bereits vor einer halben Million Jahren im subsaharischen Afrika eine eigene Population bildeten. Erst später verbreiteten sie sich bis nach Europa und starben in ihrer ursprünglichen Heimat vor ca. 160000 Jahren aus.
9Frisch entdeckte Hominiden
In den letzten Jahren haben archäologische Funde gezeigt, dass einige andere Hominiden-Arten bis in neuere Zeit überlebten. Die indonesische Insel Flores war die Heimat des Homo floresiensis, einer Gruppe zwergenhafter Menschenartiger, die den Spitznamen »Hobbits« verpasst bekamen. Sie stammten offenbar von einer Homo erectus-Population ab, die sich über mindestens eine Million Jahre hinweg isoliert weiterentwickelte, und könnten noch bis vor 50000 Jahren existiert haben. Im Jahr 2010 enthüllten DNA-Analysen eines 40000 Jahre alten Fingerknochens aus dem abgelegenen sibirischen Altai-Gebirge die Existenz einer weiteren neuen Art, die man »Denisova-Mensch« nennt. Am erstaunlichsten ist aber vielleicht der Homo naledi
