Die Evolution als Ingenieurin: Warum die Natur sich ständig selbst kopiert

In der Biologie gibt es ein Phänomen, das auf den ersten Blick wie ein riesiger kosmischer Zufall wirkt, bei genauerem Hinsehen jedoch eine der tiefsten Wahrheiten über das Leben auf der Erde offenbart: Die Evolution wiederholt sich. Wenn wir uns die Tierwelt ansehen, stoßen wir immer wieder auf verblüffende Ähnlichkeiten zwischen Organismen, die auf dem Stammbaum des Lebens so weit voneinander entfernt sind wie nur möglich. Ein Hai, ein Delfin und ein ausgestorbener Ichthyosaurier teilen die gleiche stromlinienförmige Torpedoform, obwohl der erste ein Knorpelfisch, der zweite ein Säugetier und der dritte ein Reptil ist. Dieses Phänomen nennen wir konvergente Evolution. Es ist der Prozess, bei dem völlig unterschiedliche Abstammungslinien unabhängig voneinander ähnliche Merkmale entwickeln, weil sie sich denselben Herausforderungen der Umwelt stellen müssen. Die Evolution ist keine exzentrische Künstlerin, die ständig das Rad neu erfindet. Sie verhält sich eher wie eine pragmatische Ingenieurin, die bei einem bestimmten Problem – etwa der Fortbewegung in einem dichten Medium wie Wasser – immer wieder bei der physikalisch effizientesten Lösung landet. Konvergenz ist der Beweis dafür, dass die natürliche Selektion kein rein zufälliges Würfelspiel ist, sondern ein gerichteter Prozess, der durch die Gesetze der Physik und Chemie strengen Regeln unterworfen ist.

Der Bildhauer Wasser: Physikalische Zwänge und stromlinienförmige Körper

Um zu verstehen, warum Konvergenz fast zwangsläufig auftritt, müssen wir uns die physikalischen Randbedingungen ansehen, unter denen das Leben operiert. Das Wasser bietet hierfür das anschaulichste Beispiel. Wer schnell jagen will, muss den Widerstand des Wassers überwinden. Es gibt physikalisch gesehen nur eine begrenzte Anzahl an Formen, die diesen Widerstand minimieren. Als vor etwa 250 Millionen Jahren Reptilien begannen, die Meere zu besiedeln, formte der Selektionsdruck ihren Körper über Generationen hinweg zu einer Spindelform. Als Millionen Jahre später die Vorfahren der Delfine vom Land zurück ins Wasser kehrten, passierte genau dasselbe. Sogar die Rückenflosse, die zur Stabilisierung dient, entwickelte sich bei Haien und Delfinen völlig unabhängig voneinander. Wir nennen solche Strukturen „Analogien“ – im Gegensatz zu „Homologien“, bei denen die Ähnlichkeit auf einem gemeinsamen Vorfahren beruht. Eine Forelle und ein Wal haben keine gemeinsame „Fisch-Vergangenheit“, sie haben lediglich denselben „Arbeitgeber“: die Hydrodynamik. Diese Erkenntnis ist fundamental, denn sie zeigt uns, dass die Umwelt die Form des Lebens regelrecht erzwingt. Wenn man in einer bestimmten Nische überleben will, gibt es oft nur einen optimalen Weg, das zu tun.

Das Wunder des Auges: Ein Meisterstück, das mehrfach erfunden wurde

Eines der faszinierendsten Beispiele für konvergente Evolution findet sich in unseren eigenen Köpfen – oder besser gesagt, in unseren Augenhöhlen. Lange Zeit galt das komplexe Linsenauge der Wirbeltiere als so perfekt, dass Kritiker der Evolutionstheorie behaupteten, es könne unmöglich durch zufällige Prozesse entstanden sein. Die konvergente Evolution liefert hier das schlagkräftigste Gegenargument: Das Linsenauge wurde in der Natur nicht nur einmal, sondern mehrfach völlig unabhängig voneinander entwickelt. Das bekannteste Beispiel ist der Vergleich zwischen dem Auge eines Menschen und dem eines Kraken. Beide besitzen eine Linse, eine Regenbogenhaut (Iris) und eine Netzhaut (Retina). Sie funktionieren fast identisch als Kameraauge. Dennoch liegt der letzte gemeinsame Vorfahre von Mensch und Krake über 500 Millionen Jahre zurück und war wahrscheinlich ein primitives wurmähnliches Wesen mit kaum mehr als lichtempfindlichen Flecken. Der Krake hat sein Auge also ganz allein „erfunden“. Interessanterweise ist das Krakenauge in einem Punkt sogar „logischer“ konstruiert als unseres: Während bei uns die Nervenbahnen vor den Lichtrezeptoren liegen und so den blinden Fleck erzeugen, liegen sie beim Kraken dahinter. Hier zeigt sich, dass Konvergenz zwar zum selben Ziel führt, die biologischen Details aber verraten, dass die Wege dorthin unterschiedlich waren.

Der Flugraum: Dreimal abgehoben, dreimal anders gelöst

Neben dem Wasser ist die Luft das Medium, das die stärksten Anpassungen erfordert. Das Fliegen ist energetisch extrem kostspielig und aerodynamisch anspruchsvoll. In der Geschichte der Wirbeltiere wurde der aktive Flug dreimal unabhängig voneinander „patentiert“: von den Flugsauriern (Pterosauria), den Vögeln und den Fledermäusen. Alle drei Gruppen haben ihre Vordergliedmaßen in Flügel umgewandelt, aber die konstruktiven Details erzählen unterschiedliche Geschichten. Die Flugsaurier spannten ihre Hautmembran hauptsächlich über einen extrem verlängerten vierten Finger. Vögel nutzen den gesamten Arm und setzten auf Federn als Tragfläche. Fledermäuse wiederum spannen ihre Flughaut zwischen allen fünf Fingern ihrer Hand auf. Trotz dieser anatomischen Unterschiede im Detail ist die äußere Form der Flügel oft verblüffend ähnlich, wenn man Arten mit gleichem Lebensstil vergleicht. Ein Falke und ein Segler (ein Vogel) sowie eine schnell fliegende Fledermausart zeigen ähnliche Flügelstreckungen. Die Natur nutzt hier unterschiedliches „Baumaterial“, um das gleiche aerodynamische Problem zu lösen. Dies verdeutlicht, dass die Evolution zwar an das Material gebunden ist, das sie vorfindet – in diesem Fall der Knochenbau eines vierfüßigen Landwirbeltiers –, die funktionale Lösung aber immer wieder gegen das physikalische Optimum konvergiert.

Molekulare Konvergenz und die Frage nach dem außerirdischen Leben

In den letzten Jahren hat die Forschung gezeigt, dass Konvergenz nicht bei der äußeren Form aufhört, sondern bis tief in die Molekularbiologie reicht. Ein spektakuläres Beispiel ist die Echolokation. Sowohl Fledermäuse als auch Zahnwale (wie Delfine) nutzen Ultraschall, um Beute zu finden. Forscher haben herausgefunden, dass sich bei beiden Gruppen sogar dieselben Proteine im Innenohr auf ähnliche Weise verändert haben, um dieses hochfrequente Hören zu ermöglichen. Das bedeutet, dass sogar auf der Ebene der DNA die Evolution manchmal die exakt gleichen „Schreibfehler“ favorisiert, wenn sie einen Überlebensvorteil bieten. Diese Erkenntnis führt uns zu einer spannenden philosophischen und astrobiologischen Überlegung: Wie würde Leben auf anderen Planeten aussehen? Wenn die konvergente Evolution zeigt, dass bestimmte Lösungen wie Augen, Beine, Flügel oder Stromlinienformen auf der Erde immer wieder entstehen, weil sie physikalisch sinnvoll sind, dann ist es sehr wahrscheinlich, dass auch außerirdisches Leben unter ähnlichen Bedingungen ähnliche Formen entwickeln würde. Die Konvergenz nimmt der Evolution ein Stück ihrer Unvorhersehbarkeit. Sie deutet darauf hin, dass das Leben kein chaotisches Durcheinander ist, sondern ein geordnetes System, das innerhalb der Leitplanken der Naturgesetze unaufhaltsam nach den besten Lösungen sucht.