Charles Darwin staunte bekanntermaßen über die „endlosen Formen, die schönsten und wunderbarsten“, die von der Evolution hervorgebracht wurden, und tatsächlich, Erde heute Teams mit einem schätzungsweise 1 Billion Arten. Aber wie lange haben diese Arten gebraucht, um sich zu entwickeln?
Die Antwort ist je nach Lebensform sehr unterschiedlich, „je nachdem Taxa [type of creature] und Umweltbedingungen“, Thomas Smith, Professor für Ökologie und Evolution Biologie an der University of California, Los Angeles, gegenüber Live Science. Sie reicht von vom Menschen beobachtbaren Zeitskalen bis zu mehreren zehn Millionen Jahren.
Entscheidend, weil Evolution Dies geschieht durch ererbte Veränderungen, die Fortpflanzungsgeschwindigkeit einer Kreatur oder die Generationszeit begrenzt die Rate, mit der sich neue Arten bilden können – bekannt als Artbildungsrate – gemäß der Universität von Kalifornien, Santa Barbara (öffnet in neuem Tab) (UCSB). Zum Beispiel weil Bakterien so schnell reproduzieren „split[ing] in zwei alle paar Minuten oder Stunden“, können sie sich in Jahren oder sogar Tagen zu neuen Sorten entwickeln, so die Amerikanisches Museum für Naturgeschichte (öffnet in neuem Tab) in New York.
Es kann jedoch schwierig sein, festzustellen, welche Bakterienarten als neue Arten gelten, sagte Smith. Während Wissenschaftler Arten danach abgrenzen, ob sie sich kreuzen können, vermehren sich Bakterien nicht sexuell. Trotzdem eine Studie aus dem Jahr 2008 in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences (öffnet in neuem Tab) berichtet, dass eine Linie von E coli (öffnet in neuem Tab) Seit Jahrzehnten beobachtete Bakterien hatten die Fähigkeit entwickelt, Citrat als Nahrungsquelle in einer sauerstoffreichen Umgebung zu nutzen. Denn die Unfähigkeit dazu ist „ein prägendes Merkmal von E coli als Spezies“, so die Forscher, könnte die Veränderung den Beginn einer neuen Spezies darstellen – einer Spezies, die sich innerhalb weniger Jahre entwickelt hat.
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Pflanzen können in einem Phänomen, das als Polyploidie bekannt ist, ihr gesamtes Genom in Samen duplizieren, was zu zusätzlichen Kopien jedes Chromosoms und einer neuen Art in einer Generation führt. Die daraus resultierende reproduktive Isolation „erzeugt automatisch eine neue Art“, sagte Smith.
Und weil sich viele Pflanzen von selbst vermehren, kann der neue, polyploide Organismus weitere der neuen Arten hervorbringen. „Pflanzen befruchten sich oft selbst, sodass sie dann eine ganze Population gründen können“, sagte UCSB.
Sogar im Tierreich kann Speziation in vom Menschen beobachtbaren Zeitskalen stattfinden, insbesondere bei sich schnell entwickelnden Insekten. Apfelmadenfliegen (Rhagoletis pomonella), zum Beispiel, ernährten sich historisch von Weißdornpflanzen, aber einige wechselten zu domestizierten Äpfeln, nachdem diese Mitte des 19. Jahrhunderts im Nordosten der USA angekommen waren. Seitdem sind die beiden Gruppen laut einer Studie aus dem Jahr 2006 in der Zeitschrift reproduktiv isoliert Annalen der Entomologischen Gesellschaft von Amerika (öffnet in neuem Tab)und gelten heute als „Wirtsrassen“ – der erste Schritt zu einer Art Speziation ohne physische Barrieren.
Die Speziation bewegt sich bei Wirbeltieren im Allgemeinen langsamer, kann aber dennoch schnell erfolgen. Eine Studie aus dem Jahr 2017 in der Zeitschrift Wissenschaft (öffnet in neuem Tab) berichteten, dass ein Galapagos-Fink auf eine neue Insel eingewandert ist und sich mit einem einheimischen Vogel gepaart hat, wodurch innerhalb von drei Generationen eine neue reproduktiv isolierte Abstammungslinie hervorgebracht wurde. Diese Abstammungslinie könnte eher die sehr schnelle Initiierung der Artbildung durch Hybridisierung von Arten als die langsamere Anhäufung von Anpassungen darstellen, sagte der Co-Autor der Studie, Leif Andersson, Genetiker an der Universität Uppsala in Schweden, gegenüber WordsSideKick.com.
„Dies ist ein mögliches Szenario, wie sich eine neue Art bilden kann“, sagte Andersson. „Aber dann ist es ungewisser, wie stabil es über einen längeren Zeitraum ist.“
Geschwindigkeitsbegrenzungen
Der Geschwindigkeitsrekord für die vollständige Speziation unter Wirbeltieren gehört wahrscheinlich den Buntbarschen im afrikanischen Viktoriasee, sagte Smith. Diese Fische explodierten in 300 Arten „von einem einzigen Gründer vor weniger als 12.000 Jahren“, sagte er. Einige Forschungen, wie eine Studie aus dem Jahr 2000 in der Zeitschrift Verfahren der Royal Society B (öffnet in neuem Tab)hat diese Zeitlinie in Frage gestellt, aber die Speziation von Cichliden „ist außergewöhnlich“, sagte Smith.
Um eine Obergrenze für die Speziationszeiten zu finden, schauen Sie sich die Speziation an, die aufgrund physikalischer Barrieren auftritt, sagte Smith. Zum Beispiel Boas, die hauptsächlich in Amerika vorkommen, und Pythons, die in Afrika und Asien beheimatet sind, unterschieden sich nach der Abspaltung Südamerikas von Afrika. Dies entspricht wahrscheinlich mehreren zehn Millionen bis 100 Millionen Jahren von der Kontinentalspaltung bis zur vollständigen Artbildung, sagte Smith. (Der letzte gemeinsame Vorfahre dieser Schlangen glitt vor ungefähr 70 Millionen Jahren während der Dinosaurier-Zeitalterentsprechend Australische Nationaluniversität (öffnet in neuem Tab)während sich Afrika und Südamerika von ungefähr trennten Vor 140 Millionen Jahren.)
Die Benennung einer durchschnittlichen oder häufigsten Speziationszeit ist eine Herausforderung, sagte Andersson, aber Wissenschaftler können die jüngsten Vorfahren schätzen und eine ungefähre Vorstellung geben. „Was wir bei Vögeln und Säugetieren sehen, ist, dass normalerweise … eine Trennung zwischen gut entwickelten Arten wie eine Million Jahre alt ist“, sagte er.
Eine Studie aus dem Jahr 2015 in der Zeitschrift Molekularbiologie und Evolution (öffnet in neuem Tab) eine andere Schätzung abgegeben. Anhand von Daten von mehr als 50.000 Arten (obwohl dies nur wenige Bakterien beinhaltete) stellten die Forscher fest, dass die Speziation im Allgemeinen die Akkumulation von Mutationen über 2 Millionen Jahre erfordert. Dies galt für Wirbeltiere, Arthropoden (eine Gruppe, die Insekten, Spinnentiere und Krebstiere umfasst) und Pflanzen.
Solche Modelle erfordern jedoch viele Annahmen, warnten andere Forscher in a Quanta-Magazin (öffnet in neuem Tab) Geschichte über die Forschung. Wissenschaftler sind auf einer solideren Grundlage in Bezug auf die Faktoren, die die Speziation im Allgemeinen verlangsamen oder beschleunigen – nämlich Umweltdruck und reproduktive Isolation, sagte Smith. „Über alle Arten hinweg … je größer der Selektionsdruck und je geringer der Genfluss, desto wahrscheinlicher werden Sie Speziation bekommen“, sagte er.
Ursprünglich veröffentlicht auf Live Science.