Wie funktioniert die Artbildung?

Nach der morphologischen Definition ist „eine Art eine Lebensform, die sich äußerlich von anderen Lebewesen unterscheidet“. Da aber auch Individuen verschiedener Arten ein ähnliches Aussehen aufweisen können, kann diese Definition zu Missverständnissen führen. Der biologische Artbegriff nennt daher die reproduktive Isolation als zentralen Aspekt. Dies bedeutet, dass die Fähigkeit sich untereinander fortzupflanzen und lebensfähige, fruchtbare Nachkommen zu zeugen aufgrund von Fortpflanzungsbarrieren, auch Isolationsmechanismen genannt, nur innerhalb einer Art möglich ist. Es wird in verschiedene Barrieren unterteilt.

Findet die Isolation vor der Befruchtung, also vor der Bildung der Zygote statt, so wird sie Präzygotische Barriere genannt, welche fünf mögliche Barrieren umfasst. Kommen mögliche Sexualpartner eng verwandter Arten nicht miteinander in Kontakt, da sie zwar in einem Biotop, aber in unterschiedlichen Habitaten leben, wird von Habitatisolation gesprochen. So lebt eine Art beispielsweise größtenteils im Wasser, während die andere überwiegend das Land besiedelt. Eine zeitliche Isolation liegt vor, wenn die Individuen verschiedener Arten sich zu verschiedenen Jahreszeiten paaren. Da verschiedene Arten auch verschiedene Verhalten aufweisen (z.B. Balzrituale- oder –Gesänge, Sexualstoffe, optische Signale), kann dieses nicht aufeinander abgestimmte Verhalten zu Verhaltensisolation führen. Eine mechanische Isolation liegt vor, kann bei nah verwandten Individuen einer Art aufgrund der anatomisch nicht zu einander passenden Geschlechtsorgane keine Zygote entstehen (ähnlich zu dem Schlüssel-Schloss Prinzip). Selbst nach der Fortpflanzung, kann die gametische Isolation verhindern, dass eine Zygote gebildet wird. Die molekularen Erkennungsmuster Artfremder Keimzellen passen teilweise einfach nicht zueinander und Spermien können so nicht in die Eizelle eindringen.

Aber selbst wenn es nach Befruchtung, zu Bildung einer Zygote kommen sollte, gibt es noch die Postzygotischen Barrieren, welche die Vermischung der Arten weiter verhindern. Dazu zählt die Hybridsterblichkeit, wobei die Zygote sich nicht weiterentwickeln kann und der Embryo oder der Hybrid kurz nach der Geburt stirbt. Eine weitere Möglichkeit ist die Hybridsterilität, da die Nachkommen meist unfruchtbar, also steril sind. Ein typisches Beispiel dafür sind Liger (Kreuzung aus Löwe und Tiger) oder Maulesel (Kreuzung aus Pferd und Esel). Ist dies nicht der Fall und der Hybrid ist noch zum Teil fruchtbar, so kommt es zum Hybridzusammenbruch. Die Nachkommen dieser Hybride, also die F2-Generation sind steril und/oder schwach.

Eine der Hauptursachen der Artbildung, bildet die allopatrische Artbildung. Eine geografische Barriere, auch Separation, trennt die Population und verhindert so den Genfluss zwischen diesen neuen Teilpopulationen. Als Barriere kann dabei beispielsweise der Klimawandel in Form von Veränderung des Meeresspiegels oder Desertifikationen, aber auch der Kontinentaldrift oder Gebirgsbildung wirken. In den Teilpopulationen treten nun aber zufällige Mutationen und Rekombinationen auf, welche durch die Trennung unabhängig voneinander verlaufen und zur Bildung von UnterArten führen. Nehmen diese Veränderungen weiter zu und kommt es noch zu reproduktiver Isolation, so entstehen aus dieser einen Art zwei Arten, welche nicht mehr in der Lage sind sich fortzupflanzen.

Bei der sympatrischen Artbildung kommt es zu keiner Separation. Zur reproduktiven Isolation führt dabei eine Vervielfachung des Chromosomensatzes, eine Polyploidisierung(oftmals bei Pflanzen, nur selten bei Tieren). Der normal diploide Organismus (2n) kann so durch Mutationen im Verlauf der Meiose diploide Keimzellen besitzen (obwohl diese ja normalerweise haploid sind). Nach dieser reproduktiven Isolation, kann eine Selbstbefruchtung zu tetraploiden (4n) fruchtbaren Individuen führen. Deren Nachkommen erhalten dementsprechend einen triploiden Chromosomensatz (3n) und sind reproduktiv von den anderen Pflanzen (2n) getrennt, ohne aber vorher geografisch getrennt worden zu sein. Eine neue Art ist entstanden.

  

Anders als bei Pflanzen entsteht eine reproduktive Isolation bei Tieren oftmals durch eine präzygotische Barriere, wie beispielsweise die Partnerwahl. So kann es über Teilpopulationen und anschließende reproduktive Isolation bis zu einer neuen Art führen, ändert sich nur die genetisch vorgegebene Präferenz eines Weibchens. Ein Beispiel dafür sind Buntbarsche. Im Laufe ihres Lebens, können manche Individuen ihre normale grauschwarze Farbe unumkehrbar zu Gold wechseln. Bei der Paarung werden Partner der gleichen Farbe bevorzugt, es gibt aber auch gemischte Paare, bei welchen festgestellt wurde, dass sie in tieferen Regionen laichen als die  gleichfarbigen Paare. Nach einer Vermutung werden sie dorthin abgedrängt. Forscher schlussfolgern, dass die Farbe eine sexuelle Selektion und damit eine genetische Isolation bewirkt und plädieren dafür, dass die goldenen Farbvarianten als eigenständige Arten angesehen werden sollten. Während der Prozess der Artbildung ohne räumliche Trennung, also hier allein durch Farbe und sexuelle Selektion stattfindet, würde Polyploidisierung bei Tieren dagegen meist zu Unfruchtbarkeit bzw. zum Tod führen.

© Felicitas Heuer