15. Jahrgang / Heft 1 - April 2008

Themen H. Kutzelnigg Zur Evolution der C4-Pflanzen. Ist C4-Photosynthese 45-mal unabhängig voneinander entstanden? H. Ullrich Sind Vogelfügel umgestaltete Dinosaurierhände? Zum Konflikt zwischen fossilen und entwicklungsbiologischen Daten bei der phylogenetischen Herleitung des Vogelflügels Kurzbeiträge R. Junker Der Wurmfortsatz als Rettungsstation H. Ullrich Augenblicke – raffiniertes Design der Linsenaugen W. Lindemann Trilobiten: Radiation von Grundtypen? T. Waldminghaus Molekulare Uhren: Die Zeiten ändern sich H. Binder Parasitoide Schlupfwespen und ihre Wirte – eine komplexe Manipulation N. Winkler Ameisen: Neue Überraschungen, Teil IV T. Haller & C. Heilig Spinnen-Design oder Spinnen-„Design“? Essay zu einem vieldiskutierten Begriff Streiflichter Bernstein – Einblicke in vergangene Ökologie I: Ältester fossiler Hinweis auf Orchideen und deren Bestäuberin Bernstein – Einblicke in vergangene Ökologie II: Käfer beim Einsatz chemischer Waffen ertappt Neues zur explosiven Artbildung Menschliche Augen sind einzigartig Gleiche Konstruktion – gleiches Design oder gleiche Umweltbedingungen? Kraftwerke zu Linsen Mensch und Schimpanse noch weiter auseinander Beutenkäfer bestiehlt Bienen Fliegen fliegen nicht zufällig Räuberischer Pilz in fossilem Harz aus der Kreide Genomforschung – Wieviel „Schrott“ bleibt übrig? oder: Wie findet man bisher übersehene bedeutsame DNA-Sequenzen? Pflanzliche Wiederbesiedlung in der Polarregion Rezensionen S. Namsor The superordinate Pterosaur. Evolution as deduced from the Evolution of their wings (D. Schaller) R. Junker The Design Matrix (M. Gene)

Titelbild: „Rote Perlen“ auf kargem Untergrund: Die Berg-Hauswurz (Sempervivum montanum). Sie gehört zu den sogenannten CAM-Pflanzen (s. S. 4). Die CAM-Photosynthese ist einer der Photosynthese-Mechanismen, deren Entstehung im ersten Beitrag dieser Ausgabe beleuchtet werden. (Foto: Richard WISKIN)

Editorial

Die Photosynthese der grünen Pflanzen ist der bedeutendste und produktivste biochemische Prozess der Erde. Die meisten Lebewesen sind von ihm direkt oder indirekt abhängig. Durch die Photosynthese wird die von der Sonne kommende Lichtenergie in chemische Energie umgewandelt und auf diese Weise für die Biosphäre zugänglich gemacht.

Dieser grundlegende Prozess läuft nach verschiedenen Mechanismen ab, für deren Entstehung unterschiedliche Hypothesen diskutiert werden. So wird eine besondere Form, die sogenannte C₄-Photosynthese, als Beleg für Makroevolution diskutiert. Denn der C₄-Weg der Photosynthese unterscheidet sich deutlich von der C₃-Photosynthese der meisten Pflanzen. Er ist in mancher Hinsicht effektiver als die C₃-Form und es gibt C₃-C₄-Mischtypen, die sowohl C₃- als auch C₄-typische Elemente vereinigen. Handelt es sich dabei um Makroevolution in statu nascendi? Herfried KUTZELNIGG widmet sich in seinem Beitrag besonders dieser Frage und kommt zum Schluss, dass die vorliegenden Daten mindestens ebenso gut zum Konzept polyvalenter Grundtypen passen. Demnach ist der C₄-Komplex zum Erbgut der Vorfahren bereits latent vorhanden und kann im Bedarfsfall aktiviert werden. Dieses Konzept passt neben anderem auch zum Befund der unsystematischen Verteilung der C₄-Photosynthese im System der Pflanzen. Evolutionstheoretisch müsste nämlich eine 45-malige unabhängige Entstehung des C₄-Komplexes angenommen werden.

Diese rekordverdächtig hohe Anzahl von Konvergenzen verlangt nach Erklärungen. So wurde angenommen, der Selektionsdruck von der C₃-Photosynthese in Richtung C₄-Photosynthese sei extrem hoch, weil das Schlüsselenzym der C₃-Photosynthese, die Rubisco, eine Fehlkonstruktion darstelle, während das C₄-typische Enzym PEP-Carboxylase wesentlich besser arbeite. Dies überrascht allein schon deshalb, weil die Rubisco das häufigste Enzym auf unserem Planeten ist, und KUTZELNIGG stellt denn auch Argumente zusammen, die zeigen, dass die Annahme einer Fehlkonstruktion unberechtigt ist.

Das gilt auch für das wohl berühmteste Beispiel einer vermeintlichen „Fehlkonstruktion“, den Wurmfortsatz des menschlichen Blinddarms. Zweifel an dessen Mängel waren schon länger angebracht, nun aber dürften neue Erkenntnisse endgültig gezeigt haben, dass der Wurmfortsatz in Wirklichkeit ein nützliches Organ ist. Reinhard JUNKER berichtet darüber im Beitrag über den Wurmfortsatz als „Rettungsstation“.

Ebenfalls ein häufig zitiertes Beispiel eines evolutionär bedingten Mangels, der einem Schöpfer nicht unterlaufen wäre, ist die inverse („verkehrte“) Lage der Netzhaut des Linsenauges der Wirbeltiere. Auch dazu wurden schon viele Gegenargumente angeführt, und auch hier liegen neue Studien vor, die im Gegenteil ein „geistreiches Design“ aufdeckten, wie Henrik ULLRICH berichtet.

„Design“ ist überhaupt immer wieder ein Thema in der heutigen Biologie – mehr denn je, und zwar nicht wegen der „Intelligent Design“-Bewegung, sondern weil die Strukturen und Abläufe, die Biologen entdecken, den Forschern ein entsprechendes „Design“-Vokabular abnötigen. In mehreren Beiträgen dieser Ausgabe geht es um dieses „reizende“ Thema. Theresa HALLER und Christoph HEILIG widmen sich dem sich wandelnden Bedeutungsgehalt dieses Begriffs in einem Essay und machen darauf aufmerksam. dass der „Design“-Begriff zunehmend seiner ursprünglichen Bedeutung entfremdet und evolutionstheoretisch gefüllt wird. Diese Entwicklung ist problematisch, weil es schwierig wird, sich zu verständigen, wenn eingeführte Begriffe mit ganz neuem Inhalt gefüllt werden.

Ein kontroverses Thema der Evolutionsforschung ist die hypothetische stammesgeschichtliche Verbindung zwischen Theropoden-Dinosauriern und Vögeln. Dass die heutigen Vögel der letzte übriggebliebene Ast des Dinosaurier-Stammbaums sind, gilt für viele als nahezu bewiesen. Doch manche Merkmale sperren sich gegen diese Deutung. Dazu gehört der Bau der Dinohand, aus der der Vogelflügel evolutionstheoretisch abgeleitet wird. Henrik ULLRICH hat die einschlägigen Arbeiten zu diesem Thema gesichtet und kommt zum interessanten Ergebnis, dass die Befunde eine vielfältige und sehr kontroverse Deutung erlauben und kein klares Bild ergeben. Einmal mehr zeigt sich, dass je nach Perspektive verschiedene, sich widersprechende Homologiezuweisungen resultieren. Ein Schlüssel zur Bestimmung der „korrekten“ (stammesgeschichtlich relevanten) Homologie liegt aber nicht vor. Damit liefert der Vergleich von Dinohand und Vogelflügel keinen unabhängigen Beleg für eine gemeinsame Abstammung.

Ihre Redaktion Studium Integrale journal