Umweltveränderungen wie der Klimawandel zwingen zahlreiche Arten, auch den Menschen, sich weltweit rasch anzupassen. Das ist gut dokumentiert und wird umfangreich studiert. Dennoch ist bisher wenig über die genetische Basis solcher Anpassungsprozesse bekannt. Die Biomathematiker Joachim Hermisson und Sebastian Matuszewski von der Universität Wien sowie Michael Kopp von der Universität Marseille bringen nun mehr Licht ins Dunkel der Evolution.
Mittels komplexer mathematischer Berechnungen zeigen sie, dass bereits bestehende genetische Variationen als bessere Ausgangsbasis für evolutionäre Anpassungen dienen als spontane Neumutationen. „Entscheidend sind Größe und Geschwindigkeit einer Umweltveränderung. Diese beiden Faktoren haben einen maßgeblichen Einfluss darauf, inwieweit bereits existierende oder neue genetische Variationen die Anpassung an Umweltveränderungen erlauben“, sagt Hermisson.
Das Team analysierte nicht nur Größe und Geschwindigkeit einer Umweltveränderung, sondern auch die Größe der einzelnen Mutationsschritte, die eine Populations-Anpassung auf Basis bestehender genetischer Variationen am besten fördert. Dazu Hermisson: „Unsere analytischen Näherungsverfahren und Simulationen zeigten, dass es vor allem sich rasch ändernde Umweltbedingungen sind, die eine Anpassung auf Grundlage vorhandener genetischer Variationen begünstigen.“
Der „Trick“ sei, dass die Anpassung dann durch viele kleine genetische Änderungen erfolge, die alle für sich genommen nur einen geringen Unterschied machten, in der Summe aber doch eine große Anpassung an sich zügig verändernde Lebensumstände ermöglichten. Bei raschen Veränderungen der Umwelt, so meint Hermisson, könnten sich solche Populationen dann auch quasi stetig und parallel mit der Umweltveränderung fortentwickeln. So gelinge es diesen Populationen besser, größere Anpassungen durchzuführen als jenen, die auf eine spontane Neumutation „warten“ müssten. Dabei könne die Auswirkung einer einzelnen Neumutation zwar durchaus drastisch sein, langfristig gelinge durch das Zurückgreifen auf zahlreiche kleine, existierende Mutationen aber doch eine größere Anpassung.
Vor dem Hintergrund des Klimawandels sind diese veröffentlichten Berechnungen aus einem Projekt des Wissenschaftsfonds FWF sehr wichtig, denn dieser verlangt zahlreichen Arten ein rasches Anpassen ab. Zu verstehen, welche Mechanismen diese Anpassungen auf ökologischer und genetischer Basis beeinflussen, ist von entscheidender Wichtigkeit, um die dramatischen Auswirkungen des Klimawandels auf einzelne Arten vorherzusehen – und ihnen vielleicht sogar entgegenzuwirken. (eh)