Biosystematik

Im Dickicht der Stammbäume

Von Matthias Glaubrecht
12.03.2009
, 12:00
Äußerlich ist „Psychedelika” unverkennbar. Zwei vor siebzehn Jahren eingeschickte Museumsexemplare konnten nach einer molekularbiologischen Analyse nun dieser Fischart zugewiesen werden.
Darwin ebnete den Weg zur Einsicht, dass alle Organismen miteinander verwandt sind. Doch wie die Verwandtschaftsbeziehungen jeweils genau aussehen, ist oft schwer herauszufinden. In Berlin ging es unlängst, hochkarätig besetzt, um solche Fragen der Biosystematik.
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Was Charles Darwin unter dem berühmten „I think“ im Sommer 1837 in einem seiner Notizbücher skizzierte, ist inzwischen zur Ikone der Evolutionsforschung und Biosystematik gleichermaßen geworden. Auch jener skizzenhafte Strich-Baum, mit dem Darwin dann 1859 in seinem epochalen Werk „Über die Entstehung der Arten“ das genealogische Beziehungsgefüge der Organismen illustrierte, symbolisiert den Prozess von Abstammung, Aufgabelung und Aussterben in der Natur. Die verwandtschaftliche Beziehung aller Organismen hat dann vor allem Ernst Haeckel als knorrige Eiche dargestellt. Doch so wie er Darwins Theorie vielfach falsch verstand, schuf Haeckel mit diesem Bild einer Höherentwicklung des Lebensbaumes mit dem Menschen im Kronendach dauerhaft eine irreführende Vorstellung der Evolution.

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Mit der Entdeckung, dass sämtliche Lebewesen auf einen gemeinsamen Ursprung zurückgehen und sich einzelne Gruppen von Organismen im Laufe der Erdgeschichte durch Variation und Selektion auseinanderentwickelt haben, revolutionierte Darwin unser Denken. Der Biosystematik lieferte er den Erklärungsrahmen, in dem sich die verwandtschaftlichen Beziehungen von Tieren und Pflanzen spiegeln. Seitdem sich diese Systematik auf Genealogie und Stammesgeschichte (Phylogenie) gründet, fehlt es nicht an Versuchen, sämtliche Organismen in einem natürlichen Ordnungsschema abzubilden. Heute, im Zeitalter der Molekulargenetik, sind computergenerierte Stammbäume in Form von Verzweigungsdiagrammen gleichsam zur Lingua franca der Biologie geworden.

Ein phylogenetisches Großprojekt

In seinem Namen und gleichsam um Darwin als Schirmherrn zu würdigen, trafen sich in der vergangenen Woche an der Humboldt-Universität in Berlin die Systematiker zu einem hochkarätig besetzten Kongress mit Teilnehmern aus aller Welt. Unter dem Motto „Celebrating Darwin“ stellten sie die jüngsten Verfahren und Ergebnisse auf dem Gebiet der Verwandtschaftsforschung an vielzelligen Tieren - sogenannten Metazoa - vor. Zu diesen gehören, angefangen von den Schwämmen und Korallen über Ringelwürmer und Krebse bis hin zum Schimpansen und Menschen, sämtliche komplexer organisierten Lebewesen. Die Tagung war Teil eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft seit 2005 geförderten sechsjährigen Schwerpunkt-Programms.

Im Dickicht der Stammbäume Bild: Archiv

In diesem Programm sieht sein Initiator und Sprecher, Johann-Wolfgang Wägele vom Naturkundemuseum in Bonn, eine willkommene Chance für die Biosystematik hierzulande, an jene Tradition der früheren Morphologie und Verwandtschaftsforschung anzuknüpfen, die der deutschen Wissenschaft einst ihre im Ausland in der Biologie noch immer zu spürende Reputation einbrachte. „Erstmals arbeiten 25 Forschergruppen in ganz Deutschland an einem gemeinsamen phylogenetischen Großprojekt“, betont Wägele; das sei gerade auch für den Nachwuchs ein wichtiges Signal. Denn da Systematik-Lehrstühle inzwischen zugunsten anderer Disziplinen rar geworden sind, drohe insbesondere die morphologische Expertise verlorenzugehen. Just die aber ist heute wichtiger denn je, denn sie füllt Stammbäume erst mit Leben.

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Molekulargenetische Turbulenzen in der Biosystematik

In der Phylogenie greifen Morphologie, Molekulargenetik und Bioinformatik ineinander. Dass alle drei Bereiche derzeit florieren, stellte die Berliner Tagung eindrücklich unter Beweis. Längst ist in der Systematik die Zeit vorbei, als gesetzte Forscher allein mit der lebenslang akkumulierten Kenntnis zum Körperbau „ihrer“ Tiere den Ton angaben. Dank neuer Labor- und Analysetechniken haben zunehmend junge Forscher, unter ihnen viele Frauen, ein brennendes Interesse am Baum des Lebens. Neben den äußeren und inneren körperbaulichen Merkmalen werden entwicklungsbiologische Studien und insbesondere molekulargenetische Sequenzdaten einbezogen. Komplexe mathematische Rechenverfahren werden dazu entwickelt, die Daten zu vergleichen. Solche Arbeitsgruppen waren in Berlin prominent vertreten.

Dank molekulargenetischer Befunde ist in den vergangenen Jahren eine derart heftige Bewegung in die Systematik gekommen, dass es selbst Experten schwerfällt, die neuesten Entwicklungen zu überblicken oder gar die vielen oft widerstreitenden Befunde miteinander in Übereinstimmung zu bringen. Zwar wird das Ergebnis phylogenetischer Analysen stets in Form graphischer Bäume ausgegeben, die wie bei morphologischen Merkmalen auch Ähnlichkeiten und Unterschiede zwischen Genen, Genanordnungen oder ganzen Genomen wiedergeben. Doch über die Details der einzelnen Verfahren und vor allem die Konsequenzen für die Rekonstruktion des Evolutionsverlaufs bei einzelnen Vielzeller-Gruppen gab es in Berlin lebhafte Debatten.

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Neue Methoden, neue Stammbaumrätsel

Längst ist der Baum des Lebens noch nicht in seinen endgültigen Verästelungen erforscht und vollständig gezeichnet. Sosehr Systematiker gleichsam wie auf der Suche nach dem Heiligen Gral den einen wahren Baum suchen, der den tatsächlichen Verlauf der gesamten Stammesgeschichte im Tierreich spiegelt, so sicher haben sie inzwischen erkannt, dass ihre jeweiligen Baum-Rekonstruktionen nur mehr Zwischenbilanzen und keine Abschlussberichte sind.

Zwar bestätigen die Phylogramme der Molekularbiologen in manchen Fällen die sogenannten Kladogramme der Morphologen; oft aber lösen beide nicht die Rätsel der Systematik, sondern verstärken sie nur. Eine der Schwierigkeiten der Molekulargenetiker ist dabei, dass bislang meist nur kurze Sequenzabschnitte weniger Gene für alle entscheidenden Tiergruppen untersucht sind; eine andere, dass umgekehrt die genomische Auswertung trotz einer neuen Generation von Analyse- und Rechenverfahren gerade erst für einige wenige ausgewählte Tierarten vorliegt. Dagegen ist die Herausforderung für die Bioinformatiker, nicht nur weitere vorläufige Stammbäume zu produzieren, sondern bessere und einwandfreie Verfahren der Stammbaumanalyse zu finden.

Der Stammbaum bleibt mithin noch sehr wenig verästelt

Die Morphologen ihrerseits stehen vor der für sie durchaus schwierigen Aufgabe, schnell genug weitere relevante Merkmale untersuchen zu können. Zwar werden derzeit an vielen Instituten neue und bessere Methoden eingesetzt, von der Computertomographie an kleinsten Objekten bis zur konfokalen Laserscan-Mikroskopie an Nerven- und Muskelsystemen von Embryonen unterschiedlicher Stadien. Aber auch diese Verfahren sind weiterhin derart zeit- und arbeitsaufwendig, dass Befunde an solchen Feinmerkmalen erst für wenige ausgewählte Arten vorliegen; der Stammbaum bleibt mithin noch sehr wenig verästelt.

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Einen völligen Durchblick im Dickicht der verfügbaren Stammbäume konnte deshalb auch der Berliner Systematiker-Kongress nicht verschaffen. Doch zeigte sich, dass die Zukunft der Biosystematik gerade in der intensiven Zusammenarbeit organismisch arbeitender Morphologen, Molekulargenetiker und Bioinformatiker liegt.

Morphologische Daten weiterhin von Bedeutung

Zugleich warnen Systematiker wie Wägele angesichts der immer stärker zunehmenden Labor- und Analysearbeit vor einer reinen „Bildschirm-Biologie“. Selbst mit modernsten molekulargenetischen Mitteln und bioinformatischen Verfahren werde der rein computergenerierte Stammbaum der Tiere seltsam kahl bleiben. Denn ohne das reiche Blattwerk morphologischer Daten, die in der Zusammenschau über Aussehen und Funktionieren der Tiere Auskunft geben und ihre Evolution erst verstehen helfen, ähnelt der Baum des Lebens einer dürren Eiche im Winter.

Quelle: F.A.Z.
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