Wenn Sie Anfang des 20.Jahrhunderts den Dschungeln der chinesischen Provinz Fujian getrotzt hätten, hätten Sie laut verschiedenen Berichten ein erstaunlich unerwartetes Tier miterleben können: einen blauen Tiger. Diese Tiger wurden als „wunderbar schön“ mit Körpern „einem tiefen maltesischen Farbton“ beschrieben, an den unteren Teilen in fast tiefes Blau wechseln.“ Noch in den 1950er Jahren berichteten Jäger, dass sie ihre blauen Haare neben dem traditionellen orangefarbenen Fell anderer südchinesischer Tiger auf Wanderwegen entdeckten.
Dann verschwanden die blauen Tiger. Die letzte gemeldete Sichtung war 1953, und blaue Tiger waren bald der Stoff der Legenden, mit nicht so viel wie einer erhaltenen Haut, um zu beweisen, dass sie jemals existierten.
Es ist verlockend zu glauben, dass die Blaufärbung der Katzen mit einem Fehler zusammenhängt, der sie nicht in der Lage machte, mit ihren leuchtend orangefarbenen Verwandten zu konkurrieren. Aber es ist wahrscheinlicher, dass ihre bizarren Mäntel nichts mit ihrem Aussterben zu tun hatten; Es war einfach Pech, dass die Farbe in einer kleinen Population entstand, die weiter schrumpfte.
Diese Art der Zufallsevolution ist der Bereich der neutralen Theorie, der historisch umstrittenen Idee, dass „Überleben des Stärkeren“ nicht die einzige oder sogar die häufigste Art ist, wie sich Arten verändern, spalten oder verschwinden. So einfach der Satz auch klingt, seine Konsequenzen für die Genetik, Evolution, Ökologie und sogar Disziplinen außerhalb der Biologie waren weitreichend.
Nicht so neutrale Theorie
Der zufällige Anstieg oder Abfall von Genvarianten in einer Population wird als genetische Drift bezeichnet. Heute wird es als Schlüsselfaktor für Evolution und Vielfalt akzeptiert, aber das war nicht immer der Fall. Bis in die 1960er Jahre schrieben Biologen im Allgemeinen alle Variationen selektiven Kräften zu: Schädliche Merkmale behinderten die Fortpflanzung eines Individuums und stellten sicher, dass die Merkmale im Laufe der Zeit verschwinden würden (negative oder reinigende Selektion). Umgekehrt verstärkten hilfreiche Merkmale die Anzahl der Nachkommen eines Individuums und erhöhten seine eigene Prävalenz (positive Selektion) — alles wie von Charles Darwin und Alfred Russel Wallaces Prinzip der natürlichen Selektion vorhergesagt.Dann zeigten Sequenzierungsstudien an Proteinen viel mehr genetische Variation innerhalb der Populationen als erwartet. Die Idee, dass die Selektion auf alle diese Gene gleichzeitig einwirkte, ihre Auswirkungen abwägte und auswählte, welche bleiben oder gehen sollten, passte bei einigen Wissenschaftlern nicht richtig.
1968 schlug der renommierte Genetiker Motoo Kimura eine alternative Erklärung vor, die heute als neutrale Theorie bezeichnet wird. Kimura postulierte, dass der größte Teil der Variation zwischen Organismen weder vorteilhaft noch nachteilig ist. Folglich ist der größte Teil der Vielfalt, die wir sehen, kein Produkt der verborgenen Hand der Selektion, sondern des Glücks. „Alles, was Sie brauchen, ist eine gewisse Variation, und zufällige Kräfte erledigen den Rest“, sagte Armand Leroi, Evolutionsbiologe am Imperial College London.Kimuras neutrale Theorie der molekularen Evolution löste eine Debatte aus, weil sie den Einfluss der Selektion zu verwässern schien. Aber die genomische Revolution des späten 20.Jahrhunderts und die weit verbreitete DNA-Sequenzierung bestätigten, dass Kimura Recht hatte; Der Austausch eines Buchstabens gegen einen anderen im Code eines Gens hat normalerweise wenig Wirkung.
Seitdem ist die neutrale Theorie die Standardannahme (oder Nullhypothese) in der Genetik. „Wenn Sie zeigen wollen, dass eine bestimmte Variante in einer DNA-Sequenz selektiert wird, müssen Sie zuerst wirklich zeigen, dass sie nicht nur durch Neutralität erklärt werden kann“, sagte Leroi.
(Population) Size Matters
Einige kämpfen weiterhin gegen die Idee, dass neutrale Kräfte die Vielfalt auf molekularer Ebene antreiben, aber Parul Johri, ein Populationsgenetiker an der Arizona State University, kreidet dies weitgehend auf ein Missverständnis seiner Rolle in der Evolution. „Kimura hat nie gesagt, dass alles neutral ist“, sagte sie. Entscheidend ist, wie sehr neutrale Kräfte die Biodiversität geprägt haben. Und das hängt weitgehend von der Größe der Gruppe ab, die Sie betrachten.
Stellen Sie sich eine Population von 10 Vögeln vor: einen roten, einen grünen und den Rest braun. Diese Farben sind nicht schädlich oder hilfreich, so dass alle Vögel die gleiche Chance haben, sich zu vermehren. Dann tötet ein Tornado sechs der braunen Vögel, rein zufällig. Jetzt ist die Hälfte der Bevölkerung braun, ein Viertel ist rot und ein Viertel ist grün. Ein zufälliges Ereignis verursachte eine große Verschiebung der Vielfalt. Das ist genetischer Drift.
Wenn es 98 braune Vögel und die gleichen einsamen roten und grünen Vögel gegeben hätte, wäre die Katastrophe jedoch nicht so wichtig gewesen. Selbst wenn der Tornado immer noch 60% der Bevölkerung tötete, alle braun, hätten es 38 braune Vögel zusammen mit den bunten geschafft, was zu einer Population führte, die immer noch 95% braun ist. „Je kleiner die Populationsgröße, desto größer die Drift“, sagte Johri.
Ein Teil der Anziehungskraft der neutralen Theorie ist, dass sie mathematisch einfach ist. „Ein Großteil der Theorie war einfach“, erklärte Johri, da im Wesentlichen „alles nur Wahrscheinlichkeit ist.“ Das erlaubte Genetikern zum ersten Mal, in die Geschichte zurückzublicken: Unter der Annahme, dass genetische Veränderungen neutral waren, konnten Wissenschaftler die Größe einer Population in der Vergangenheit berechnen oder das Alter des letzten gemeinsamen Vorfahren einer Gruppe bestimmen.
Aber damit solche Schlussfolgerungen korrekt sind, müssen Wissenschaftler die neutrale Theorie mit den Auswirkungen der Selektion kombinieren. Das ist seit den späten 1970er Jahren ein Problem, bemerkte Johri, weil sich die Mathematik seit der Flut der Arbeit nach Kimuras Vorschlag trotz einer Flut neuer Daten nicht wirklich geändert hat. „Der mathematische Rahmen — er muss sich weiterentwickeln“, sagte sie.
Genau das wollten sie und ihre Kollegen in einem Artikel in Genetics im Mai tun. Sie schlugen einen neuen statistischen Rahmen vor, der sowohl neutrale Theorie als auch reinigende Selektion einbezog und die Mathematik der Realität näher brachte.
Den neutralen Wald für die Bäume sehen
Während die neutrale Theorie in der Populationsgenetik größtenteils akzeptiert wurde, sorgt sie in anderen Bereichen — insbesondere in der Ökologie – weiterhin für Kontroversen. In der traditionellen Ökologie, Arten besetzen einzigartige Nischen, in denen sie besser gedeihen können als jede andere Art; je mehr Nischen es gibt, desto mehr Arten kann es geben. „Mathematisch ist es genau das gleiche Argument, das die Populationsgenetiker über Genvarianten verwendeten“, sagte Leroi.Stephen Hubbell von der University of California, Los Angeles, passte Kimuras Rahmen an die Ökologie an. In Hubbells Buch The Unified Neutral Theory of Biodiversity and Biogeography aus dem Jahr 2001 argumentierte er, dass viele Arten eine bestimmte Nische besetzen können und ob sie diese halten, letztendlich vom Zufall bestimmt wird. Ganze Ökosysteme entwickeln sich durch zufällige „ökologische Drift“, ähnlich wie genetische Drift die Häufigkeit von Merkmalen beeinflusst.
Das mag undarwinistisch klingen – und viele Biologen halten es für provokativ. Aber neutrale Theoretiker vertreten die Position, dass für einen einzelnen Organismus die Art seiner Konkurrenten keine Rolle spielt: Ein Rotkehlchen konkurriert mit anderen Rotkehlchen um Würmer genauso wie mit Amseln, und jeder Baum in einem Wald wetteifert mit dem Rest um Sonnenlicht. Infolgedessen können zufällige Ereignisse darüber entscheiden, welche Arten bestehen bleiben.In Studien war diese neutrale Theorie im Allgemeinen nicht sehr erfolgreich bei der Vorhersage der Zusammensetzung von Ökosystemen, aber viele Ökologen finden sie weiterhin nützlich als Nullhypothese, um ihre Analysen von nischenbasierten Diversitätsmodellen zu schärfen. Und viele betrachten die Idee als ein Ende eines Spektrums, da immer sowohl selektive als auch neutrale Kräfte am Werk sind.
Von Genen zu Babynamen
Die Verbreitung der neutralen Theorie hörte nicht bei der Ökologie auf. Laut Leroi wurde es verwendet, um die Vielfalt von Kryptowährungen bis hin zu Babynamen zu erklären, da es ein „sehr eleganter“ Rahmen ist, um zu verstehen, wie Variationen auch ohne funktionale Unterschiede zwischen ihnen steigen und fallen können.
Aber auch neutrale Kräfte bekommen manchmal mehr Anerkennung, als sie verdienen. In einem Mai-Papier in Nature Human Behaviour beschrieben Leroi und seine Kollegen das, was sie „neutrales Syndrom“ nannten: die Tendenz, selektive Kräfte als Erklärungen abzulehnen, nur weil ein Variationsmuster durch Neutralität erklärt werden könnte. Um wirklich zu sagen, wie wichtig neutrale Kräfte sind, sind bessere Tests erforderlich, um ihre Auswirkungen von der Selektion zu unterscheiden, argumentierten die Forscher. „Mein Bauchgefühl ist, dass wir, wenn wir solche Tests haben, für die Kultur und sicherlich für die Bäume im Amazonasgebiet feststellen werden, dass neutrale Kräfte eigentlich nicht so wichtig sind“, sagte Leroi.
Auf die Parade der neutralen Theorie regnet es jedoch nicht ganz. „Obwohl ich mich darüber beschwert habe, dass es wohl oder übel auf andere Dinge ausgeweitet wird, ist es auch eine gute Sache“, räumte er ein, da es neue Erkenntnisse in Bereichen wie der Wirtschaft generieren könnte.
Ob wir es zugeben wollen oder nicht, zufällige Kräfte beeinflussen die Welt immer subtil. Die neutrale Theorie bietet einen Rahmen, um diese Kräfte bekannt und messbar zu machen. Leroi glaubt, dass es seinen Einfluss weiter ausbauen sollte, „bis es ein integraler Bestandteil der kulturellen Vielfalt wird, wo immer wir es auf der Welt sehen, sei es im Supermarkt oder in einem tropischen Regenwald.“
Dieser Artikel wurde am TheAtlantic.com .