• Sunday June 16,2019

Was definiert eine Art?

Anonim

Isslee / Dreamstime.com; Gekaskr / Dreamstime.com

Wenn es um Arten geht, sagt die biologische Anthropologin Rebecca Ackermann, "vergessen Sie alles, was Sie in der High School gelernt haben."

Die klassische Definition des Lehrbuchs, bekannt als biologisches Artenkonzept, ist eine Gruppe von Organismen, die nur miteinander fruchtbare Nachkommen produzieren. Nach dieser Regel sind Haushunde eine einzelne Spezies - ob Dackel oder Deutsche Dogge -, ein Esel und ein Pferd jedoch nicht.

Ackermann, Professor an der südafrikanischen Universität von Kapstadt, spricht sich für eine andere Definition aus, die nicht von erfolgreichem Geschlecht abhängt: eine Gruppe von Organismen, die eine Mischung aus anatomischen, verhaltensmäßigen und genetischen Merkmalen haben, die sie von anderen Gruppen unterscheiden. Sie fügt hinzu: "Viele, viele Evolutionsbiologen, die ich kenne, vermeiden oft die Wortart."

Rebecca Ackermann von der University of Cape Town.

K. Warren, mit freundlicher Genehmigung von Rebecca Ackermann

Das liegt daran, dass der evolutionäre Baum verwirrt ist und sich viele Organismen auf divergierenden Zweigen noch kreuzen können. „Caniden haben Schweine, Mäuse haben. Sie nennen es, und das hat es “, sagt der Evolutionsbiologe der Universität von Georgia, Michael Arnold. "Unter jedem Busch gibt es eine Hybride."

Das schließt auch unsere Vorfahren ein. Genetische Beweise haben gezeigt, dass der alte Homo sapiens mehrmals vor 100.000 bis 40.000 Jahren mit Neandertalern und deren östlichen Cousins, Denisovans, gekreuzt wurde. Neandertaler und Denisovans paaren sich miteinander, und Denisovans verbindet eine entfernte Linie, die noch nicht aus Fossilien bekannt ist und die dem früheren Homo erectus möglicherweise näher gekommen ist.

In jüngsten antiken DNA-Studien heißt es fast "jedes Mal, wenn ein neues Individuum aus dem menschlichen Fossilienbestand sequenziert wird", sagt Ackermann, "es gibt einige neue Beweise für den Genfluss."

In der menschlichen Evolution war die Vermischung vielleicht ein allgemeines Thema, aber heute ist es schwer zu verstehen, wenn nur noch unsere Homo- Spezies existiert. Um unsere Vergangenheit besser zu verstehen, haben Anthropologen wie Ackermann damit begonnen, andere Tiere zu erforschen, die sich über klassische biologische Artenlinien hinweg paaren.

Es gibt ein Hauptproblem beim Konzept der biologischen Spezies: Es kann nicht auf Organismen angewendet werden, die sich asexuell fortpflanzen, was die meisten Mikroben einschließt. Die Anforderung an das Geschlecht stellt auch eine Herausforderung für ausgestorbene Tiere dar, da Paläontologen nicht einfach anhand zweier ähnlicher Fossilien feststellen können, ob die Kreaturen sich paaren könnten. Wenn ausgestorbene und asexuelle Organismen ausgeschlossen werden, funktioniert das Konzept der biologischen Spezies nicht für die überwiegende Mehrheit des Lebens, das existiert hat.

Nichtsdestotrotz haben sich Biologen lange Zeit für die Definition ausgesprochen, zum Teil weil sie dem vorherrschenden Bild der Evolution als verzweigtem Baum entsprechen, in dem eine einzelne Ahnenart in verschiedene Linien von Nachkommenarten zerfällt.

"Das war eine klassische Idee", sagt Arnold. Stattdessen, so sagt er, müssen wir erkennen, dass die Gene immer noch ausgetauscht werden, auch wenn wir Nachkommen verzweigen, obwohl wir sie als unterschiedliche Spezies bezeichnen.

Inzwischen ist bei 10% der Tierarten und 25% der Primaten eine Kreuzung festgestellt worden, einschließlich fortlaufender Kreuzungen zwischen entfernten Verwandten wie Gelada und Pavian-Affen, deren letzter gemeinsamer Vorfahr vor etwa 4 Millionen Jahren lebte.

Arnold erkannte die Allgegenwart der Kreuzung zwischen Primaten und verfasste vor zehn Jahren ein Buch, in dem es um die Hybridisierung ging, die wahrscheinlich in der menschlichen Evolution vorkam. Sie erhielt einige krasse Kritiken von Anthropologen, die der Meinung waren, dass Homo sapiens nicht an Interspezies-Angelegenheiten beteiligt war - bis mehrere Monate später, als die Sequenzierung des Neandertaler-Genoms offenbarte, dies der Fall war.

„Ich habe versucht, mich nicht zu selbstgefällig zu fühlen, weil ich während meiner wissenschaftlichen Karriere so viele Fehler gemacht habe“, erinnert sich Arnold.

Hybridpavianschädel (rechts) unterscheiden sich von denen von Reinrassigen (links, zwei Arten) in Größe, Form und Merkmalen wie der Anzahl der Zähne.

RR Ackermann et al. / Journal of Human Evolution, 51 (2006)

Was uns die Paviane beibrachten
Obwohl DNA bestätigt, dass alte Hominine miteinander verwoben sind, erzählt sie nicht die ganze Geschichte, auch nicht, wie sich hybride Nachkommen in verschiedenen Umgebungen oder Gesellschaften entwickelt haben.

"Wir werden nie in der Lage sein, Interaktionen zwischen archaischen Hominins und unserer eigenen Linie in Echtzeit zu beobachten, aber das können wir mit nicht-menschlichen Primaten tun", sagt Jenny Tung, biologische Anthropologin an der Duke University.

Tung studiert Paviane im kenianischen Amboseli-Becken. Die Bevölkerung wurde seit Jahrzehnten beobachtet. Obwohl es sich hauptsächlich um gelbe Paviane handelt, bemerkten die Forscher in den achtziger Jahren gelegentlich Anubis-Paviane, eine eigene Art, die im Norden gefunden wurde.

Die Abstammungslinien spalteten sich vor etwa 1, 4 Millionen Jahren auf - mehr als doppelt so viele Zeit, als man Neandertaler und den modernen Menschen trennte. Trotz der physischen und genetischen Unterschiede zwischen den Arten sind die unter den Pavianen dokumentierten Hybriden fruchtbar und gedeihend.

„Das hat viele Fragen aufgeworfen, wie diese beiden Elternarten voneinander getrennt bleiben können, wenn sie scheinbar frei gemischt werden“, sagt Tung.

Um diesen Prozess zu verstehen, haben Tung und seine Kollegen Abstammungstests durchgeführt - „Wir beobachten, Abby, der Pavian, kacken, und dann holen wir ihre Stuhlprobe ab und extrahieren DNA daraus“ und vergleichen diese Ergebnisse mit Verhaltensbeobachtungen.

In der aktuellen Studie des Teams hatten die 22 getesteten Amboseli-Paviane 12 bis 72 Prozent Anubis-Vorfahren, einschließlich Personen, die wie reines Gelb aussahen. Die pervasiven genetischen Anubis-Signaturen lassen vermuten, dass sich die Art seit Hunderten, sogar Tausenden von Generationen paart.

Weitere Analysen, darunter Paviane aus weiter Ferne, zeigten jedoch, dass Hybriden nur in einer engen Übergangszone zwischen den Kerngebieten Anubis und Gelben Pavianen existieren. Es ist möglich, denkt Tung, dass hybride Eigenschaften in diesem bestimmten Lebensraum oder dieser sozialen Gruppe anderswo möglicherweise nicht von Vorteil sind. Beispielsweise kann das dunkle Anubisfell, das manche Hybriden haben, Paviane in reinem gelben Gebiet überhitzen, was im Vergleich zu Bergwäldern aus reinem Anubis-Land eher heißer, trockener und savannenartiger ist. Wenn ja, deutet dies darauf hin, dass die Hybridisierung zwischen Homininen in einigen Umgebungen und Gesellschaften auch nützlich gewesen sein könnte, in anderen jedoch nicht.

So finden Sie einen Hybrid
Ackermann forscht auch nach Pavianen, aber ihre sind tot. Als Expertin für Skelettanatomie interessierte sie sich Anfang der 2000er Jahre für die Hybridisierung, als sie Knochen von Pavianen mit bekannten Stammbäumen untersuchte. Sie bemerkte, dass einige Personen etwas ungewöhnlich aussahen, nur um ihre Aufzeichnungen zu überprüfen und herauszufinden, dass es sich um Hybriden handelte.

„Sehr schnell entschied ich mich zu versuchen, das, was ich sah, quantitativ zu charakterisieren“, erinnert sich Ackermann.

Sie hoffte, Skelettmerkmale zu finden, die sich im Allgemeinen aus der Kreuzung ergeben, mit deren Hilfe Hybride unter den menschlichen Fossilien entdeckt werden könnten. Es war ein provokatives Ziel, Jahre bevor genetische Methoden die Hominin-Hybridisierung sogar bestätigten. Ihr Ansatz hat jedoch einen Vorteil gegenüber den modernsten genetischen Analysen: Während alte DNA Hybride zuverlässig identifizieren kann, ist sie in Knochen aus warmen Regionen, die älter als 10.000 Jahre sind, selten konserviert. Da Ackermann sich auf sichtbare Skelettmerkmale konzentriert, kann sie potenziell Hybridfossilien identifizieren, die die über 6 Millionen Jahre alte Geschichte von Homininen umfassen.

Beim Messen von Schädeln von 169 Gelben, Anubis und Hybridpavianen, die in Gefangenschaft gelebt hatten, stellte sie fest, dass Hybride nicht einfach Intermediate der Elternart sind. Sie haben jedoch häufig Anomalien wie zusätzliche oder falsch ausgerichtete Zähne. Ackermann machte Sinn: Die Entwicklung von Hybriden würde Befehle von beiden Elterngenomen erhalten, die möglicherweise nicht synchronisiert werden, wenn bestimmte Zähne oder Knochen gebildet werden sollen. Diese kleinen Störungen würden die evolutionäre Fitness des Individuums nicht beeinträchtigen, könnten aber die Forscher zu einem Hybrid führen.

Ackermann fand die gleichen Entwicklungsprobleme in verschiedenen Säugetiergruppen wie Gnus und Gorillas. Dann wendete sie ihre Methode auf menschliche Vorfahren an.

Anthropologen haben lange darüber diskutiert, ob bestimmte Homininfossilien Hybride darstellen könnten, stützten ihre Argumente jedoch gewöhnlich auf der unbegründeten Annahme, dass Hybriden Zwischenprodukten oder Durchschnittswerten ihrer Eltern ähneln. In einer Studie aus dem Jahr 2010 verwendete Ackermann Entwicklungsanomalien, um Hybridkandidaten vorzuschlagen, wie etwa 130.000 Jahre alte Neandertaler aus Kroatien mit abnormen Prämolaren und 100.000 Jahre alte moderne Menschen aus Israel mit Merkmalen wie falsch ausgerichteten Zähnen und einem asymmetrischen Gesicht.

Sie hatte auch einen 35.000 Jahre alten anatomisch modernen menschlichen Schädel aus Rumänien dabei. Fünf Jahre nach Ackermanns Studie enthüllte die alte DNA eines anderen Homo sapiens am selben Standort, dass ein Individuum nur vor vier bis sechs Generationen einen Neandertaler-Vorfahren hatte.

In Kenias Amboseli National Park leben gelbe Paviane (links) und Anubis-Paviane (rechts) sowie Hybriden der beiden Arten.

Martin Harvey / Alamy-Fotoarchiv; Fabio Lotti / Alamy Stockfoto

Evolution im schnellen Vorlauf

Ackermann und ihre Kollegen möchten wissen, wie üblich diese Entwicklungsfehler bei Hybriden sind und ob sie in nachfolgenden Generationen bestehen bleiben. Ihre Kollegen an der University of Calgary brüteten mehrere Generationen von Mäusen aus drei Unterarten und zwei Arten für das Projekt. Kerryn Warren von University of Cape Town, ein kürzlich promovierter Doktorand im Team von Ackermann, analysierte die Knochen.

Das Projekt ist noch nicht abgeschlossen, aber Warrens Doktorarbeit mit dem Titel "Of Mice and Hominins" bietet eine Vorschau: Hybridgemeinschaften sind überraschend vielfältig. Nachkommen können einem übergeordneten Element oder einer Mischung ähneln - oder im Gegensatz zu einem der beiden übergeordneten Formulare annehmen. Durch die Beimischung können die Arten ihre Gene austauschen und mischen, und die neuartigen Merkmale, die zu diesen „hoffnungsvollen Monstern“ führen, wie Warren und andere Forscher Hybride nennen, könnten besonders für unsere Vorfahren nützliche Abkürzungen für die Evolution sein.

Als der Homo sapiens global expandierte, sah er sich neuen Umgebungen, Nahrungsmitteln und Krankheiten gegenüber. Die Migranten hätten sich an diesen Druck anpassen können, aber es hätte viele Generationen gedauert.

Einige Gruppen konnten diesen Prozess jedoch beschleunigen: Durch die Paarung mit Neanderthalern und Denisovans, die sie in ihrer neuen Welt gefunden hatten, konnten die Linien des neu eingetroffenen Homo sapiens lokal adaptive Gene erworben haben, die mit Haut- und Haarfarbe, Stoffwechsel und Immunität zusammenhängen über nur Jahrzehnte. "Das springt weit vor dem, was man durch natürliche Selektion erreichen könnte", sagt Ackermann. "Die Hybridisierung hatte einen gravierenden Effekt, der sich stark auf die Menschen auswirkt."

[Dieser Artikel erschien ursprünglich als "Hoffnungsvolle Monster".]


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