Jahrzehntelang arbeiteten Evolutionsbiologen nach einer weithin akzeptierten Theorie: Die meisten genetischen Mutationen waren neutral – weder schädlich noch nützlich, sondern verschwanden einfach über Generationen hinweg, ohne große Auswirkungen zu haben. Diese als neutrale Theorie der molekularen Evolution bekannte Idee ging davon aus, dass schädliche Mutationen zwar durch natürliche Selektion schnell beseitigt werden, nützliche Mutationen jedoch zu selten sind, um den Verlauf der Evolution wesentlich zu beeinflussen.
Nun stellt eine bahnbrechende Forschung der University of Michigan diese seit langem bestehende Annahme in Frage. Eine neue Studie unter der Leitung des Evolutionsbiologen Jianzhi Zhang legt nahe, dass vorteilhafte Mutationen weitaus häufiger vorkommen könnten als bisher angenommen, mit möglicherweise tiefgreifenden Auswirkungen auf unser Verständnis der Anpassung und der Entwicklung von Organismen in einer dynamischen Welt.
Die Forscher analysierten sorgfältig riesige Datensätze, die durch „Deep Mutational Scanning“ generiert wurden, und beobachteten eine überraschend hohe Rate nützlicher Mutationen – mehr als 1 % der getesteten Varianten verschafften Hefe und E. coli unter bestimmten Bedingungen einen Vorteil. Dieser Befund widerspricht direkt der Vorhersage der Neutraltheorie, dass solche vorteilhaften Mutationen außergewöhnlich selten wären.
Diese Diskrepanz bedeutet jedoch nicht, dass die Theorie völlig falsch ist; Vielmehr wird ein entscheidender fehlender Teil hervorgehoben: die Umwelt selbst. Die Studie schlägt eine überzeugende neue Erklärung vor: Adaptives Tracking mit antagonistischer Pleiotropie.
Ein Wettlauf gegen den ständigen Wandel
Dieses Modell geht davon aus, dass nützliche Mutationen häufig auftreten, sich jedoch nur schwer dauerhaft in einer Population festsetzen können, da Umgebungen selten statisch sind. Was sich in einer Situation als vorteilhaft erweist, kann sich in einer anderen Situation als schädlich erweisen. Stellen Sie sich eine Art vor, die perfekt an ein stabiles Ökosystem angepasst ist – dann bringt eine Klimaveränderung das Gleichgewicht durcheinander. Einst vorteilhafte Mutationen behindern nun das Überleben.
Zhang und sein Team demonstrierten dieses Prinzip durch Experimente, bei denen sich Hefe sowohl in konstanten als auch in schwankenden Umgebungen entwickelte. Hefepopulationen, die sich an unveränderliche Bedingungen anpassten, häuften vorteilhaftere Mutationen an als solche, die periodischen Veränderungen der Nährstoffquellen ausgesetzt waren. Der Grund? In der sich ständig verändernden Welt hatten vorteilhafte Mutationen kaum Zeit, sich weit auszubreiten, bevor die Umwelt neue Eigenschaften verlangte.
„Wir sagen, dass das Ergebnis neutral war, aber der Prozess war nicht neutral“, erklärt Zhang. „Unser Modell legt nahe, dass natürliche Populationen nicht wirklich an ihre Umwelt angepasst sind, weil sich die Umwelt sehr schnell verändert und die Populationen immer der Umwelt nachjagen.“
Auswirkungen auf die Menschheit in einer sich verändernden Welt?
Die Studie hat erhebliche Auswirkungen, die über einfache Hefe hinausgehen. Es zwingt uns, das Ausmaß zu überdenken, in dem sich die Menschen vollständig an unsere sich ständig verändernde Welt angepasst haben. Unsere Spezies hat im Laufe der Geschichte dramatische Umweltveränderungen durchgemacht – von der landwirtschaftlichen Revolution über das Industriezeitalter bis hin zum Anthropozän.
„Einige Mutationen mögen in unserer alten Umgebung von Vorteil sein, passen aber nicht mehr zu heute“, schlägt Zhang vor. Er warnt davor, dass wir oberflächlich zwar gut angepasst zu sein scheinen, das schnelle Tempo der Umweltveränderungen jedoch dazu führen könnte, dass wir ein genetisches Erbe in uns tragen, das uns nicht mehr voll und ganz dient. Dies könnte Auswirkungen auf die Krankheitsanfälligkeit, die Widerstandsfähigkeit gegenüber extremen Wetterbedingungen und sogar auf die Reaktion auf neue Technologien haben.
Während die Ergebnisse der Studie hauptsächlich aus Experimenten mit einzelligen Organismen stammen, bieten sie einen überzeugenden Rahmen für das Verständnis der Anpassung in komplexeren Lebensformen. Zukünftige Forschungen werden sich darauf konzentrieren, diese Experimente mit mehrzelligen Organismen wie dem Menschen zu wiederholen, um zu sehen, ob ähnliche Muster auftreten.
Die Adaptive-Tracking-Theorie wirft Licht auf das dynamische Zusammenspiel zwischen Evolution und Umwelt und fordert uns heraus, zu überdenken, wie wir das Konzept der „Anpassung“ selbst wahrnehmen. Es zeichnet das Bild eines andauernden Evolutionswettlaufs – eines ständigen Kampfes, mit Veränderungen Schritt zu halten, wodurch viele Organismen ständig an der Schwelle zur Anpassung stehen, diesen aber nie ganz erreichen
