Die kambrische Explosion.

aus NZZ, 5. 2. 2014

Der Beginn einer neuen Zeit, bewahrt in Stein
Fossilien geben Hinweise auf die Grundlagen und den Ablauf der sogenannten kambrischen Explosion

von Kurt de Swaaf 

Das Kambrium zeichnet sich durch eine neu entstehende Vielfalt von Arten und Ökosystemen aus. Die Erforschung von Fossilien aus dem Norden Grönlands bietet Einblick in diese sogenannte kambrische Explosion. 

82° 47,6' Nord, 42° 13,3' West: Wer zum Sirius Passet will, muss buchstäblich ans Ende der Welt reisen. Die Landenge zwischen zwei Fjorden im nördlichsten Grönland ist nur per Flugzeug oder Hundeschlitten erreichbar. «Oder mit einem Eisbrecher», sagt John Peel, Paläontologe von der Universität Uppsala. Peel hat den extrem entlegenen Ort mehrfach besucht. Aus gutem Grund: Am Sirius Passet befindet sich eine fast einzigartige Fossilien-Lagerstätte. Die dort anstehende Buen-Gesteinsformation enthält aussergewöhnlich gut konservierte Überreste von Tierarten, die vor etwa 518 Millionen Jahren den Ozean bevölkerten - just zu jener Zeit, als eines der grössten Mysterien der Evolution stattfand, die kambrische Explosion.

Enorme Vielfalt neuer Formen

Der Begriff steht für die Entstehung einer enormen Vielfalt neuer Tierformen im Erdzeitalter des Kambriums (vor etwa 541 bis 480 Millionen Jahren). Damals wurde praktisch die moderne Fauna begründet - mit Würmern, Mollusken, Gliederfüssern und den Vorläufern der Wirbeltiere. Das recht plötzliche Auftauchen solchen Getiers in Fossilien führenden Schichten bereitete schon Charles Darwin Kopfzerbrechen. Der Gelehrte sah darin ein potenzielles Argument gegen seine Evolutionstheorie: kein schrittweiser Entwicklungsprozess, sondern ein plötzliches, explosionsartiges Erscheinen zahlreicher neuer Spezies. Was war passiert?

In the image above, trilobites (1) live among many species that are not normally preserved. A typical Cambrian outcrop might produce only trilobites, brachiopods (2), mollusks (3), and crinoids (4). That is a tiny fraction of the full Cambrian biota, better r

Vor dem Beginn des Kambriums hatten Einzeller und seltsame Weichkreaturen, die sogenannte Ediacara-Fauna, die Ozeane bevölkert. Ihre Lebensgemeinschaften scheinen recht friedlicher Natur gewesen zu sein, es gibt keine Hinweise auf räuberische Arten. Stattdessen gediehen skurrile, fächerartige Kreaturen ohne festes Skelett.

Dann änderte sich plötzlich alles. Zahllose mit mahlenden Mundwerkzeugen und Panzern ausgestattete Geschöpfe besiedelten die Meere. Auch die Ökosysteme änderten sich radikal. Das Ergebnis dieses Prozesses, eine neu entstandene Diversität, spiegelt sich im Fossilienreichtum der 505 Millionen Jahre alten sogenannten Burgess-Shale-Schichten (siehe Kasten). Die Sirius-Passet-Lagerstätte dagegen gebe Einblick in eine frühere Phase der kambrischen Explosion, sagt Peel. Sie zeige eine Momentaufnahme dieses Geschehens und enthalte zahlreiche Fossilien von Organismen mit weichen Körpern, wie zum Beispiel den ältesten bekannten Borstenwürmern. Das mache diesen Fundort so besonders.

Geologische Umwälzungen

Über die Ursachen der kambrischen Arten-Explosion streiten sich Experten. Laut einigen von ihnen dürften geologische Umwälzungen eine entscheidende Rolle gespielt haben. An vielen Orten rund um den Globus ruhen kambrische Sedimentablagerungen nämlich direkt auf Gestein, das zum Teil mehr als eine Milliarde Jahre alt ist. Zwischen der Entstehung dieser Schichten klafft also eine gewaltige Zeitlücke. Fachleute bezeichnen dieses rätselhafte Phänomen als die «Grosse Unkonformität». Wie kam sie zustande? Die urkontinentalen Landmassen, so vermutet man, lagen mehrere hundert Millionen Jahre nackt unter der Atmosphäre. Felsmassive verwitterten in dieser Zeit, es entstanden ausgedehnte Ebenen. Dann begann der Meeresspiegel zu steigen. Die Küstenlinie wanderte immer weiter landeinwärts, eine Art Sintflut in Zeitlupentempo. Während dieses Prozesses erodierte noch mehr Gestein. Ein Teil wurde aufgelöst, wodurch sich die chemische Zusammensetzung des Meerwassers änderte. Vor allem die Calciumkonzentration stieg stark an.

«Mehrere Beweislinien sprechen dafür, dass Calcium damals ein Zellgift war», erklärt der Paläobiologe Paul Smith von der Oxford University. Viele Organismen wussten sich allerdings zu helfen. Sie begannen, so vermutet man, den eindringenden Problemstoff in sicheren Depots zu lagern. Von hier aus war es dann kein weiter Weg zum Einsatz von Calciumverbindungen als Baumaterial. Ob Knochen, Panzer oder Zähne: Fast alle im Kambrium neu entstandenen Strukturen basierten auf Calcium, sagt Smith. Diese Innovationen hätten sowohl zum Angriff als auch zur Verteidigung gedient. Das habe einen regelrechten Rüstungswettlauf befeuert. Die Evolution nahm Fahrt auf. Mit dem Erscheinen unterschiedlichster Raubtiere entstanden ganze Nahrungsketten - der Beginn einer neuen Zeit. Smith betont gleichwohl, dass die kambrische Explosion nicht einen einzigen Auslöser gehabt habe, sondern von verschiedenen biotischen und abiotischen Prozessen begünstigt worden sei.

Wie komplex diese Zusammenhänge sind, zeigen die Arbeiten von Gabriele Mángano. Die an der University of Saskatchewan in Saskatoon in Kanada tätige Wissenschafterin ist auf die Erforschung von urzeitlichen Spuren spezialisiert. Wie eine Forensikerin sucht sie nach oft winzigen Anzeichen tierischer Aktivität, etwa Grabgängen, Kriechspuren oder Bohrlöchern. Solche Spurenfossilien würden mitunter kaum beachtet, sagt Mángano. Doch denjenigen, die genau hinschauen, bieten sie eine Fülle an Informationen - und viele aufschlussreiche Spurenfossilien stammen aus Sirius Passet.

Tierkadaver am Meeresgrund

In den Schichten der Lagerstätte finden sich unterschiedliche Typen solcher Hinweise. Sie sind nicht gleichmässig im versteinerten Schlamm verteilt, sondern konzentrieren sich überwiegend dort, wo Abdrücke schalenartiger Strukturen erkennbar sind. Letztere stammen von den Weichpanzern grösseren Getiers. Sie ähneln den Überresten von Tegopelte, einem Gliederfüsser aus der Burgess-Shale-Fauna. Die Schalen hätten vermutlich aus Chitin bestanden, sagt Mángano. Wenn einer ihrer Träger starb oder sich häutete, sank sein Panzer auf den Meeresboden und lockte dort andere, kleinere Lebewesen an. «Sie frassen, was immer übrig geblieben war.»

Was heute für viele aasfressende Tierarten üblich ist, war vor mehr als 500 Millionen Jahren wohl eine biologische Revolution. Bis dahin, erklärt Mángano, dürfte das Leben am Meeresgrund eine eintönige Angelegenheit gewesen sein. Ausgedehnte Bakterienmatten bedeckten den Boden, und diese stellten die dominierende Nahrungsquelle dar. «Zu Beginn des Kambriums gab es jedoch entscheidende Veränderungen in der Struktur von Ökosystemen», sagt Mángano: Von der Monotonie der Bakterienmatten ging es hin zu einem von verschiedenen mehrzelligen Arten besiedelten Meeresboden mit einer ersten im Sediment lebenden «Infauna». Die Entstehung neuer Spezies ging Hand in Hand mit der Entstehung neuer ökologischer Nischen, beide Entwicklungen begünstigten sich gegenseitig. In der Tiefe waren vermutlich absinkende Tierkörper von entscheidender Bedeutung. Ähnlich wie heute Walkadaver bildeten sie die Siedlungsgrundlage für ganze Lebensgemeinschaften, wenn auch im Miniaturformat. Vor dem Kambrium gab es anscheinend keine Tierarten mit festen Strukturen, deren Körper lange genug überdauerten, um dies zu leisten.

Komplexes Verhalten

Wie Mángano feststellte, wurde ein Teil der Gänge am Sirius Passet anscheinend öfters besucht. Es handelte sich bei ihnen also offenbar um dauerhaft genutzte Konstruktionen und nicht um die Resultate einer zufälligen Fortbewegung durchs Substrat. Die Bewohner der Gänge, Würmer oder vielleicht auch kleine Gliederfüsser, dürften bei ihren Besuchen jeweils Bakterienkolonien abgegrast haben, die auf den Innenwänden der Tunnel gediehen. Zuvor abgelagerter Schleim diente diesen wohl als Nährboden. Die grabenden Organismen hätten demnach eine Art Bakterienanbau betrieben, so wie dies manche modernen Schneckenspezies tun. Ein solch komplexes Verhalten - das es zu Zeiten der Ediacara-Fauna nicht gegeben habe - sei eine weitere Signatur der kambrischen Explosion, sagt Mángano.

ebd.

DIE BURGESS-SHALE-FAUNA

KdS. · Die 1909 von Charles Walcott, einem amerikanischen Paläontologen, entdeckte Burgess-Shale-Lagerstätte in den kanadischen Rocky Mountains zählt zu den weltweit wichtigsten Fossilien-Fundorten. Seit Walcotts ersten Ausgrabungen wurden hier Zehntausende Überreste von rund 200 verschiedenen urzeitlichen Tierarten sowie einige Algenspezies geborgen. Ähnlich wie jene am Sirius-Passet sind auch die Burgess-Shale-Fossilien oft sehr gut erhalten. Der Schiefer, der sie enthält, bestand ursprünglich aus weichem Schlamm, der die Tiere vermutlich in lawinenartigen Ereignissen unter sich begrub. Die Fauna lebte im Umfeld eines Riffs am Rande einer Flachwasserzone. Damals, vor 505 Millionen Jahren, herrschten hier tropische Verhältnisse: Die heutige nordamerikanische Landmasse lag in Äquatornähe.

Die kambrische Artenvielfalt scheint damals schon fast in voller Blüte gestanden zu haben. Unter den Burgess-Shale-Funden sind zahlreiche Trilobiten und andere Gliederfüsser, aber auch Würmer sowie primitive Tintenfische. Einige von ihnen sind noch immer rätselhaft. Hallucigenia etwa sieht mit ihren stelzenartigen Beinchen und langen Rückenstacheln aus, als wäre sie einem Traum des Surrealisten Salvador Dali entsprungen. Bei Wiwaxia dürfte es sich um eine Art Schnecke mit Schuppenpanzer gehandelt haben. Opabinia war wohl ein agil schwimmendes Geschöpf, ausgestattet mit fünf Augen und einem zangenbewehrten Greiftentakel. Der bis zu zwei Meter lange Anomalocaris, der einer Art Garnele ähnelt, war der Riese im kambrischen Meer und wahrscheinlich ein Raubtier.

Weitere Überraschungen werden wohl bald folgen: Anfang Februar wurde in der Online-Fachzeitschrift «Nature Communications» die Entdeckung einer neuen Burgess-Shale-Lagerstätte, gut 40 Kilometer vom ursprünglichen Fundort entfernt, bekanntgegeben.

Das Große Sauerstoff-Ereignis.

aus Der Standard, Wien, 12.3. 2014                     

Gabonionta, die kleinen Revolutionäre der Evolution
Durch ihre Entdeckung musste die Geschichte des Lebens umgeschrieben werden: In Wien werden nun die ältesten mehrzelligen Pioniere erstmals präsentiert

von Michael Vosatka

Sie sind graubraun, klein, unscheinbar und auf den ersten Blick gar nicht attraktiv anzusehen, doch die Augen von Abderrazak El Albani leuchten, wenn er von seinen Schätzen, den Gabonionta, erzählt. Als der französisch-marokkanische Sedimentologe der Universität Poitiers im Jahr 2010 seine Entdeckung in der Zeitschrift Nature präsentierte, löste dies in der Fachwelt ein Erdbeben aus. Waren die ältesten bisher bekannten komplexen vielzelligen Organismen, die Lebewesen der Ediacara-Fauna, ans Ende des Proterozoikums vor ungefähr 580 Millionen Jahren datiert worden, verschob sich nun das Auftreten makroskopischer Mehrzeller um eineinhalb Milliarden Jahre zurück in die Vergangenheit der Erde.

Wachstumsmotor Sauerstoff

Damals, zu Beginn des Proterozoikums, war die Welt im Umbruch: Ausgelöst durch Cyanobakterien sammelten sich erstmals relevante Mengen freien Sauerstoffs in der Atmosphäre und auch in den Meeren. Dieses "Great Oxidation Event", das zeitlich mit dem Ende einer langen globalen Vereisung, der Huronischen Eiszeit, zusammenfiel, sorgte offenbar für die Grundlage eines Evolutionsschubs: Die Gabonionta konnten den Planeten erobern.

Im Jahr 2008 hatte El Albani mit einem Team aus Geologen seinen Fund im Franceville-Becken im zentralafrikanischen Gabun gemacht. Das schwarze Tongestein wurde vor mehr als zwei Milliarden Jahren in einem Flachmeer in etwa vierzig Meter Wassertiefe abgelagert. Die nach dem Land ihrer Entdeckung benannten Gabonionta müssen den Meeresboden in großen Kolonien bevölkert haben: Teilweise bis zu vierzig Individuen pro Quadratmeter wurden auf den Gesteinsplatten gefunden.

Die bis zu 17 Zentimeter großen Wesen lassen sich anhand des Äußeren in mindestens drei verschiedene Typen einteilen, in der Regel bestehen sie aus einem runden oder ovalen Zentrum, das von einem strahlenförmigen Saum umgeben ist. Eine Unterteilung in verschiedene Arten oder gar Gattungen und Familien ist noch ausständig, weitere Forschungsarbeiten und sicherlich auch Grabungskampagnen sind dafür nötig.

Weltpremiere im Museum

Dass das Naturhistorische Museum (NHM) in Wien als erste Institution weltweit die Gabonionta zeigen kann, ist gutem Networking und persönlichen Beziehungen zu verdanken, wie NHM-Direktor Christian Köberl erzählt: El Albani war zu einem Vortrag eingeladen worden, dabei entstand die Idee, die Funde einer breiteren Öffentlichkeit zugänglich zu machen. Der Entdecker zögerte, zu empfindlich erschienen ihm die Fossilien für einen Transport. Doch nach der dritten Anfrage durch das Museum gab er schließlich nach und ermöglichte dem NHM eine Weltpremiere.

Mehrere Exemplare werden nun bis zum Sommer gezeigt, die Besucher können sich mithilfe einer multimedialen Präsentation über die fremde Welt der Gabonionta informieren. In Videos erwachen die Organismen zu neuem Leben in 3-D. Basierend auf Mikro-CT-Aufnahmen wird ein Einblick in das Innenleben der Wesen möglich. Extra für die Ausstellung wurde auch ein vierzigminütiger Film der Universität Poitiers in Zusammenarbeit mit Studierenden der Universität Innsbruck ins Deutsche übersetzt.

Dass es andernorts auf der Erde ebenfalls Vertreter dieser rätselhaften Lebewesen gegeben haben muss, ist für Mathias Harzhauser, den Leiter der geologisch-paläontologischen Abteilung des NHM, keine Frage. Das Auffinden geeigneter Fundorte sei zwar nicht völlig unmöglich, aber sehr schwierig. Zunächst müssten an einem potenziellen Fundort die entsprechenden Lebensbedingungen und auch die für die Überlieferung der filigranen Körper nötigen Einbettungsvoraussetzungen geherrscht haben. Doch so alte Sedimente sind selten: Im Regelfall finden sich nur, teilweise mehrfach umgewandelte, metamorphe Gesteine, in denen keine Fossilien erhalten sein können. Theoretisch könnte laut Harzhauser auch das Waldviertel voll mit Verwandten der Gabonionta gewesen sein, doch dort ist leider alles Gestein aus umgewandeltem Gneis.

Rasches Ende

Den Gabonionta war jedenfalls nur eine relativ kurze Herrschaft über die Erde beschieden: Bald nach ihrem Auftauchen sank der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre wieder drastisch ab. Es begann eine Phase, die aufgrund der geologischen Eintönigkeit als "Boring Billion", die langweilige Milliarde, bekannt ist. Am Schluss dieser Epoche stand wiederum ein massiver Anstieg von Sauerstoff am Ende einer globalen Eiszeit.

Dem Leben auf der Erde bot sich nun erneut die Möglichkeit für einen gewaltigen Sprung der Evolution: Auf die Lebewesen der Ediacara-Fauna folgte rasch die sogenannte kambrische Explosion, eine sprunghafte Zunahme der Artenvielfalt. Innerhalb weniger Millionen Jahre entwickelten sich damals die Grundlagen aller heute noch auf der Erde existierenden Tierstämme. 
 

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Die Ausstellung "Experiment Leben - Die Gabonionta" ist im Naturhistorischen Museum Wien von 12. 3. bis 30. 6. 2014 zu sehen.

AnsichtssacheZeugen der ersten Experimente des Lebens


Nota.

Erinnern Sie sich noch, dass es gestern hieß, die Natur - "die Evolution" - mache keine Sprünge?
JE 

Ist Systematizität das Wesen der Wissenschaft?

aus NZZ, 11. 3. 2014

Das Wesen der Wissenschaft  
Paul Hoyningen-Huene skizziert eine Theorie der «Systematizität»

von Karim Bschir · Die Wissenschaft spielt zweifellos eine bedeutende Rolle in unserer Gesellschaft. Doch was ist eigentlich Wissenschaft? Was zeichnet diese so wichtige und vielfältige menschliche Praxis als solche aus? Auch die Philosophie hat sich diese Frage seit der Antike immer wieder gestellt. Dies führte nicht selten zu dem Versuch, Wissenschaft durch eine ganz bestimmte Methode zu charakterisieren und so von anderen Formen des Wissens abzugrenzen. Man denke dabei etwa an den Positivismus des Wiener Kreises oder an Karl Poppers berühmte Methode der Falsifikation. Es gab allerdings auch Stimmen, die sich gegen diesen Versuch ausgesprochen haben. So hat Paul Feyerabend darauf hingewiesen, dass ein genauer Blick auf die Geschichte und die tatsächliche Praxis der Wissenschaft zeige, dass diese allenfalls dem Prinzip des «anything goes» folge und dass so etwas wie «die wissenschaftliche Methode» nicht existiere.

Der in Hannover lehrende Wissenschaftsphilosoph Paul Hoyningen-Huene gibt in seinem Buch «Systematicity - The Nature of Science» der Frage nach dem Wesen der Wissenschaft eine neue Wendung. Im Gegensatz zu Feyerabend, der aus der Annahme, die Wissenschaft folge keiner einheitlichen Methode, den Schluss zog, dass sie sich durch nichts von anderen menschlichen Tätigkeiten und Wissensformen unterscheide, ist Hoyningen-Huene sehr wohl vom eigenständigen Charakter der Wissenschaft überzeugt. Obschon er eingesteht, dass es keine allgemeine Definition von Wissenschaftlichkeit gebe, glaubt er, dass wissenschaftliches Wissen sich durch ein besonderes Merkmal von anderen Formen des Wissens unterscheide: durch sein höheres Mass an Systematizität.

• Wissenschaft ist öffentliches Wissen, punctum.

Damit ist wenig und gleichzeitig vieles gesagt. Denn auf den ersten Blick scheint es geradezu trivial, zu behaupten, die Wissenschaft sei systematischer als das Alltagswissen. Doch wie so oft in der Philosophie verlangen gerade mutmasslich triviale Behauptungen nach besonders sorgfältigen Begründungen. Und so identifiziert Hoyningen-Huene neun Dimensionen, in denen die Wissenschaften ein höheres Mass an Systematizität aufweisen als die entsprechenden Bereiche des Alltagswissens. Es sind dies: Beschreibungen, Erklärungen, Voraussagen, die Verteidigung von Wissensansprüchen, der kritische Diskurs, die empirische Vernetzung, ein Ideal von Vollständigkeit, die Genese von neuem Wissen und die Repräsentation von Wissen.

Im ersten Teil des Buches wird jede der neun Dimensionen genau unter die Lupe genommen. Dabei wird deutlich, dass nicht jede wissenschaftliche Disziplin, um als solche zu gelten, sich zwingend in allen neun Dimensionen auszeichnen muss. So gelingt es dem Autor, seine These nicht nur auf die Naturwissenschaften, sondern ebenso auch auf die Geisteswissenschaften anzuwenden, insofern auch Letztere in mancherlei Hinsicht einen hohen Grad an Systematizität an den Tag legen. Im zweiten Teil vergleicht er seine Theorie mit den Positionen von Aristoteles, Descartes, Kant, dem logischen Empirismus, Popper, Kuhn, Feyerabend und mit jener des amerikanischen Philosophen Nicholas Rescher: Die Genannten hätten wichtige Beiträge zum Verständnis von Wissenschaft geleistet, seien allesamt auf die eine oder andere Weise einseitig gewesen. Die Systematizitätstheorie erhebt damit - wenig verwunderlich - den Anspruch, vollständiger zu sein als alle vorhergegangenen Wissenschaftstheorien. Und in der Tat: Mit dem Buch Paul Hoyningen-Huenes liegt nun eine allgemeine Wissenschaftsphilosophie vor, die der Vielfalt der Wissenschaft gerecht wird, ohne dabei in Einseitigkeiten oder Relativismus abzugleiten.

Die zahlreichen Beispiele, die der Argumentation zur Seite gestellt sind und die von Physik, Astronomie, Geometrie, Geografie, Geologie und Meteorologie bis hin zu Soziologie, Literaturtheorie, Anthropologie und Ökonomie reichen, machen das Buch umso anschaulicher und lesenswerter. Trotz der Fülle des Materials behält der Text stets die grosse Frage im Auge, was die Wissenschaft als ganze auszeichne; und diese Frage ist gewiss nicht nur für einen esoterischen Kreis von Philosophen interessant.

Paul Hoyningen-Huene: Systematicity - The Nature of Science.
Oxford University Press 2013. 304 S., $ 58.50.

Nota.

Systematizität ist nur sekundär Charakter der Wissenschaft. Sie ist Bedingung dafür, dass sich die Einzelwissenschaften zu öffentlichem Wissen entwickeln können, weil sie nur so allgemein zugänglich und miteinander vergleichbar sind. Wäre jede einzelne Wissensdisziplin ein eigenes Labyrinth, blieben sie esoterisch, weil nicht von außen kritisierbar. Sie wären Unwissenschaft.

Historisch betrachtet, hat der Autor natürlich Recht:  Nur indem sich die Einzeldisziplinen um Systematik bemühten, wurden sie vergleichbar und wurden sie allgemeines, öffentliches Wissen.
JE

Vorausschauende Pflanze - II.

aus derStandard.at, 8. März 2014, 17:58

Pflanzliche Intelligenz: Komplexe Entscheidungen eines Strauchs?

Forscher fanden Hinweise auf angewandte Risikoabschätzung bei der Gewöhnlichen Berberitze

Leipzig - Können Pflanzen komplexe Entscheidungen treffen? Ja, sagen Forscher des Helmholtz-Zentrums für Umweltforschung (UFZ) in Leipzig. Dies schließen sie aus Untersuchungen an der Gewöhnlichen Berberitze (Berberis vulgaris), die ihre eigenen Samen abtöten kann, um einen Befall mit Parasiten zu verhindern. Die Ergebnisse seien der erste ökologische Nachweis für ein komplexes Verhalten bei Pflanzen, berichten die Wissenschafter im Fachblatt "The American Naturalist". Es gebe klare Hinweise darauf, dass diese Strauchart über ein strukturelles Gedächtnis verfüge, äußere und innere Einflüsse unterscheiden sowie künftige Risiken abschätzen könne.

Die Gewöhnliche Berberitze, auch Sauerdorn genannt, ist eine in weiten Teilen Europas vorkommende Strauchart. Ihre nordamerikanische Verwandte, die Mahonie (Mahonia aquifolium), breitet sich seit einigen Jahren ebenfalls in Europa aus. Beim Vergleich der beiden Arten stellten bezüglich Parasitenbefalls deutliche Unterschiede fest: "Eine hoch spezialisierte Fliegenart, deren Larven sich eigentlich von den Samen der heimischen Berberitze ernähren, erreicht auf ihrer neuen Wirtspflanze, der Mahonie eine zehnfach höhere Populationsdichte", berichtet Harald Auge, Biologe am UFZ.

Gezielte Samenabtötung

Daraufhin sammelten die Forscher rund 2.000 Beeren aus verschiedenen Regionen Deutschlands, untersuchten sie auf Einstichspuren und schnitten sie auf, um den Befall durch die Larve der Sauerdorn-Bohrfliege (Rhagoletis meigenii) zu untersuchen. Dieser Parasit sticht die Beeren an, um seine Eier darin abzulegen. Wenn eine Larve es schafft, sich zu entwickeln, ernährt sie sich von den Samen in der Beere - in der Regel verfügt die Berberritze über zwei pro Frucht. Eine Besonderheit der Pflanze: Sie ist in der Lage ist, die Entwicklung ihrer Samen zu stoppen, um Energie zu sparen. Und diesen Mechanismus setzt sie auch zur Bekämpfung der Sauerdornfliege ein: Ist ein Samen mit dem Parasiten befallen, wird die sich entwickelnde Larve später beide Samen auffressen. Lässt die Pflanze dagegen den einen Samen absterben, stirbt damit auch der Parasit - der zweite Samen ist gerettet.

Bei der Auswertung der Samen stießen die Forscher nun auf eine überraschende Entdeckung: "Die Samen in den von Parasiten befallenen Früchten werden nicht immer abgetötet, sondern je nachdem wie viele Samen in den Beeren vorhanden sind", schildert Mitautorin Katrin Meyer. Enthielt die befallene Frucht zwei Samen, töteten die Pflanzen in 75 Prozent der Fälle den befallenen Samen ab und retteten dadurch den zweiten. Enthielt die befallene Frucht dagegen nur einen Samen, töteten die Pflanzen nur in 5 Prozent der Fälle den befallenen Samen ab. 

Unklare Informationsverarbeitung

Per Modellrechnung konnten die Biologen zeigen, dass die durch Parasitenbefall gestressten Pflanzen anders reagieren als die ungestressten. "Würde die Berberitze ihre Frucht mit nur einem, aber befallenen Samen abtöten, dann hätte sie die gesamte Frucht umsonst angelegt. Stattdessen 'spekuliert' sie offenbar darauf, dass die Larve von selbst abstirbt, was auch vorkommen kann. Minimale Chancen sind besser als gar keine", sagt  Hans-Hermann Thulke vom UFZ. "Dieses Handeln mit Vorausschau, in dem erwartete Verluste und äußere Bedingungen abgewogen werden, hat uns sehr überrascht. Pflanzliche Intelligenz rückt damit in den Bereich des ökologisch Möglichen, lautet die Botschaft unser Studie."

Aber woher weiß die Berberitze, was ihr nach dem Einstich der Sauerdorn-Bohrfliege droht? Wie die Informationsverarbeitung in der Pflanze funktioniert und wie sich dieses komplexe Verhalten im Laufe der Evolution entwickeln konnte, ist nach wie vor unklar. Die nahe Verwandte der Berberitze, die Mahonie, lebt zwar bereits seit rund 200 Jahren in Europa mit dem Risiko, von der Sauerdorn-Bohrfliege befallen zu werden, hat aber keine vergleichbare Schutzstrategie entwickelt. Die neuen Erkenntnisse werfen ein überraschendes Licht auf die unterschätzten Fähigkeiten von Pflanzen, eröffnen aber zugleich viele neue Fragen. (red, derStandard.at, 8.3.2014)
 

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Abstract
The American Naturalist: "Adaptive and Selective Seed Abortion Reveals Complex Conditional Decision Making in Plants"

Lamarck im Epigenom.

aus Die Presse, Wien, 7. 3. 2014                                                         DNA-Methylierung

Opas Lebenserfahrung kommt genetisch auf die Enkel - nur wie?

Gene werden von der Umwelt moduliert, und das wird vererbt. Aber die Aufdeckung der Mechanismen kann Jahrzehnte dauern.

Von Jürgen Langenbach

„Es gibt so viele Arten, wie sie am Beginn vom Unendlichen Wesen erschaffen wurden“, publizierte 1737 Linnaeus, später fügte er hinzu, dass „nie neue Arten entstehen“. Denn der große Systematisierer, der Ordnung bzw. Nomenklatur in die Natur brachte, war ein frommer Mann. Und er brauchte zum Systematisieren Merkmale, die sich nicht wandeln, bei Blütenpflanzen die Zahl und Form der Blütenblätter, das Echte Leinkraut (Linaria vulgaris) etwa hat Lippenblüten, die am unteren Ende einen Sporn tragen. Aber im Sommer 1743 fand man ein Leinkraut mit fünf Spornen, es kam zu Linnaeus, dem brach die Welt zusammen: „Das ist nicht weniger bemerkenswert, als es eine Kuh wäre, die ein Kalb mit dem Gesicht eines Wolfs zur Welt bringt.“

Er nannte die Pflanze Peloria, das heißt im Griechischen Monster (und er strich in späteren Buchauflagen den Satz, dass keine neuen Arten entstehen). Peloria machte Karriere, Goethe bewunderte sie, Darwin nahm sie als Beleg für die Evolution. Aber das ist sie nicht, zumindest nicht im Sinn der Darwinisten, bei denen Genkombinationen und -mutationen für neue Formen sorgen. In den Genen jedoch ist Peloria identisch mit Linaria. Wo der Unterschied liegt, bemerkte man erst in den 1990er-Jahren. Bei Peloria ist die Aktivität eines Gens verändert – bzw. völlig stillgestellt –, durch Methylierung, das Anhängen einer Methylgruppe.

Lamarck ist wieder da!

Damit war ein neues Feld eröffnet, das der Regulierung der Gene – Epigenetik –, entweder durch andere Gene oder auch durch die Umwelt. Dieses Feld blühte auf, just in dem Moment, als die klassische Genetik ihren größten – und abschließenden – Triumph feierte, die Sequenzierung des Humangenoms.Das „Buch der Natur“ war aufgeschlagen, so pries es Bill Clinton, alles schien getan: Die Evolution schreitet voran, indem in Zellen der Keimbahn – Eizellen, Spermien – die Gene neu zusammengewürfelt werden, bisweilen auch mutiert. Und in den heranwachsenden Kindern werden die resultierenden Phänotypen dann von der Umwelt getestet, selektiert. Die Epigenetik drehte das um, in ihr war die Umwelt von Anfang an treibende Kraft. Und Lamarck war wieder da: Erfahrungen, die jemand im Leben macht, schlagen auf seinen Körper durch, und das wird vererbt. Eines von Lamarcks Beispielen war der Sohn des Schmieds, der schon mit kräftigen Armmuskeln zur Welt kam.

Vergleichbares fand sich durchaus, nicht nur bei Pflanzen wie Peloria, sondern auch bei Mäusen und bei Menschen: Eine Studie in Schweden zeigte etwa, dass Enkel von Männern, die in ihrer Jugend gehungert hatten, seltener an Herzkrankheiten und Diabetes litten als Gleichaltrige, deren Großväter sich hatten satt essen können; in England zeigte sich, dass der Tabakkonsum der Großväter das Gewicht der Enkel mit beeinflusst. Aber diese Studien waren epidemiologische – anfällig dafür, dass irgendwelche Faktoren übersehen werden –, härtere Belege lieferten Experimente an Mäusen. Im letzten wurden sie auf Furcht vor einem Duft konditioniert, sie vererbten das in die dritte Generation.

Das ist eigentlich unmöglich, die Zunft reibt sich die Köpfe: Wie kommen Methylierungen in Keimzellen hinein? Die Eizellen von Frauen sind bei ihrer eigenen Geburt schon da, und die Spermien von Männern sind auch vom restlichen Körper getrennt! Mehr noch: Wenn Eizellen und Spermien verschmelzen, werden alle epigenetischen Markierungen ausradiert – die DNA wird„reprogrammiert“ –, und in den Zellen, die später Keimzellen werden, wird das wiederholt.

Geprägte Gene, Histone, Prionen?

Wie kommen epigenetische Markierungen doch durch? Einen denkbaren Weg weisen Gene, die nicht reprogrammiert werden, „geprägte“, die gibt es, aber nicht viele; alternativ sucht man in Proteinen, um die herum DNA aufgewickelt wird, den Histonen; auch kleine RNA-Stücke sind Kandidaten, und Prionen, fehlgefaltete Proteine (Nature 507, S.22). „Es kann auch etwas völlig Neues sein“, schließt Oliver Rando (Worcester), der das Phänomen als Erster bei Tieren gezeigt hat, „dann können wir Jahrzehnte brauchen, es zu klären.“

Des Benutzers Oberfläche.

 
aus Der Standard, Wien, 8. 3. 2014                                                   CFalk  / pixelio.de  

Einfache Fragen bitte nicht googeln!

Der Einfluss des Internets auf das Gehirn oder: Warum Multitasking schlecht ist und man sich trotz allem ein paar Dinge merken sollte

von Alois Pumhösel

"Der Begriff Multitasking bezeichnet die Fähigkeit eines Betriebssystems, mehrere Aufgaben nebenläufig auszuführen", erklärt Wikipedia. Eine Arbeitsweise, die die Rechenmaschinen auch ihren Benutzern aufzwingen. Der stetige Wechsel zwischen Mails und Browserfenstern und die einhergehende Aufsplittung der Konzentration hat aber auch ihren Preis.

"Unser Gehirn hat ein vergleichsweise kleines Arbeitsgedächtnis", sagt der Neurobiologe Martin Korte von der TU Braunschweig im STANDARD-Gespräch. "Es dient als Portal für die Informationsflut unserer Umwelt, das nur einlässt, was zwischengespeichert werden kann."

Füllt man das Arbeitsgedächtnis nun mit Informationen zu mehreren gleichzeitig ablaufenden Tätigkeiten, wird für jede davon ein eigener Teil des vorhandenen Speicherplatzes reserviert. Das geht auf Kosten der Qualität: "Man erreicht bei vielen gleichzeitig ablaufenden Aufgaben nicht die gleiche kognitive Tiefe wie bei einer Aufgabe", sagt Korte.

Neben der eigentlichen Arbeit noch das Mailprogramm zu überwachen oder eintreffende Nachrichten am Mobiltelefon zu checken, bedeutet, dass "mehrere neuronale Orchester parallel funktionieren müssen". Zudem bewerte das Gehirn solche Vorgänge als Stress, denn es muss die Reize fortwährend den verschiedenen Tätigkeiten zuordnen. Und Stress schwächt den Körper.

Eine weitere Frage ist, wie sich die Arbeitsweise des Gehirns durch das jederzeit abrufbare Wissen im World Wide Web verändert. "Wir haben Probanden, die mit Smartphone und Computer sozialisiert wurden, Wissensfragen gestellt, während sie in einem Kernspintomografen lagen", erzählt Korte. Es zeigte sich, dass dabei zuerst analytische Fähigkeiten im Gehirn aktiviert wurden. 

"Sie überlegten, wie sie es googeln könnten, überprüften aber nicht, ob die richtige Antwort im Gehirn gespeichert sei." Eine Adaption an die Lebenswelt, die bedenklich sei, wenn sie auch bei einfachsten Fragen zur Anwendung kommt: Wenn man selbst nichts mehr weiß, ist es schwierig, Neues einzuschätzen. Und wenn die kritische Distanz zum eigenen Wissen fehlt, maßt man sich schnell falsches Expertentum an - eine typische Erscheinung der Netzforen.

Der stetige Umgang mit Computer und Web trainiert spezielle Fähigkeiten. Neben dem analytischen Vermögen sei das vor allem die visuelle Intelligenz, sagt Korte. Dass die Veränderungen im Gehirn auch klar messbar sind, sei nicht überraschend: "Wann immer wir etwas intensiv lernen, werden sich auch die Verschaltungen im Gehirn verändern." 


Nota.

Mit andern Worten - das Internet nährt, und bei zuvor eigentlich recht gebildeten Nutzern schafft es überhaupt erst die Illusion, der Zugriff auf Milliarden von Informationspartikeln sei virtuell schon fast so etwas wie Wissen: Man bräuchte die Teilchen nur noch zu verlinken, dann verfüge man über das Wissen der Welt. Die Mühe, das Gewusste nach oben und unten, zentral und peripher, groß und klein architektonisch einander zuzuordnen - zuerwst nämlich im eigenen Gedächtnisarchiv -,  entfällt: Das besorgt scheinbar apriori schon die Maschine, und es springt nicht einmal mehr die Aufgabe ins Auge. Die digital-virtuelle Sorte von Unbildung ist schlimmer als die herkömmliche real-analoge, denn fehlende Kenntnisse konnte man zur Not mit Gewalt einbläuen. Aber die Bereitschaft zum Denken nicht; die Piratenpartei ist daran zugrunde gegangen,
JE 


 

Die Sprache der Neanderthaler.

aus Die Presse, Wien, 6. 3. 2014

In welcher Sprache wohl parlierten die Neandertaler?

von Jürgen Langenbach

„Vor etwa 100.000 Jahren“ habe sich die Frage nach der Entstehung der Sprache nicht gestellt, „weil es keine Sprache gab“. Die sei erst später gekommen, mit einem einzigen Menschen, der sein Gehirn umorganisiert habe: „Nennt ihn Prometheus!“ So stellt sich Noam Chomsky, der mit seiner angeborenen Grammatik ein halbes Jahrhundert lang die Linguistik dominierte, die Geschichte noch 2010 vor: Nur wir „modernen Menschen“ – so nennt uns die Anthropologie – haben Sprache, sie entstand vor 100.000 bis 40.000 Jahren, und zwar auf einen Schlag.

Aber ein isolierter Prometheus hätte sich schwergetan, und vom Himmel fällt nichts in der Evolution: Wann entstand sie also, die Sprache? Sie braucht Hardware und Software, den ganzen anatomischen Apparat, der sie ermöglicht, und die Gene, die diesen steuern. Diese sind selbst bei uns noch weithin unbekannt, man hat einen zentralen Kandidaten, Foxp2. Dieses Gen gibt es im Tierreich oft, aber wir haben es in einer besonderen Variante: Es soll sowohl die Sprache als auch das Sprechen ermöglichen. Aber nicht nur wir haben die Variante, die Neandertaler besaßen sie auch, Svante Pääbo, der das Neandertaler-Genom sequenzierte, zeigte es 2007.

Nun kann ein Gen natürlich noch lange nicht reden machen, erst einmal musste ein hoch komplexer Vokaltrakt aufgebaut werden. An diesem mangelt es etwa den Schimpansen. Von diesen lernen manche in Gefangenschaft durchaus eine Art des Sprechens, eines mit Gesten. Aber eben keines mit der Stimme. Das mag daran liegen, dass Schimpansen und andere Primaten um den Kehlkopf herum große Luftsäcke haben. Wozu sie dienen, weiß man nicht, aber man vermutet mit guten Gründen, dass Luftsäcke beim Artikulieren komplexer Laute hinderlich sind (Journal of Human Evolution, 62, S.1).

Irgendwann in der Evolution wurden sie dann auch abgelegt: Unser ganz früher Ahn, Australopithecus, hatte sie noch, aber beim Homo heidelbergensis – der mutmaßliche gemeinsame Ahn von Homo sapiens und Neandertaler – traten sie vor 600.000 Jahren nicht mehr auf. Die Neandertaler besaßen dann natürlich auch keine. Wie will man das denn wissen? Luftsäcke sind keine Knochen, die sich als Fossilien erhalten. Man kann von einem anderen Knochen rückschließen, dem Zungenbein, dem einzigen Knochen im ganzen Körper, der nicht mit anderen Knochen verbunden ist, an dem aber Sehnen, Muskeln ansetzen, mit denen die Zunge gesteuert wird.

Entkopplung von Atem und Lunge

Dafür sorgt das Zungenbein nur als Vermittler, der Herr über das Sprechen sitzt im Gehirn. Von dort müssen die Instruktionen laufen, etwa an den Atem. Dieser wird bei anderen Primaten von der Lunge gesteuert, aber wer reden können will, muss sich davon abkoppeln. Das läuft über Nervenbahnen, die wieder Spuren in Knochen hinterlassen – bei den Neandertalern die gleichen wie bei uns.

Auch ihr Zungenbein sieht unserem zum Verwechseln ähnlich – es zeigte sich 1983 an „Kebara 2 Neanderthal“, einem 60.000 Jahre alten Fund in Israel. Das brachte Spekulationen über die Sprachfähigkeit der Brüder, sie wurden gedämpft: Nur weil etwas äußerlich gleich aussieht, hat es nicht automatisch die gleiche Funktion. Aber es sieht nicht nur äußerlich gleich aus: Stephen Wroe (University of New England) hat mit Röntgenmethoden das Innere des Kebara-Knochens analysiert, seine Feinstruktur. Diese wächst nicht einfach, sie wird vom Gebrauch der Zunge moduliert und umgebaut. Und sie wurde exakt so umgebaut wie bei uns (PLoS One, e82261).

Ungeklärt ist das noch bei Zungenbeinen von 530.000 Jahre alten H.heidelbergensis aus Spanien. Auch sie sehen unseren ähnlich. Aber etwas anderes weiß man von diesen Menschen schon (Pnas, 101, S.9976): Zum Reden gehört nicht nur das Sprechen, sondern auch das Hören. Und die Ohren von Heidelbergensis waren gebaut wie die unseren und ganz anders als die der Schimpansen: Sie sind besonders sensibel für die Frequenzbereiche bei einem und bei acht Kilohertz, weniger im Bereich von zwei bis vier. Auf diese Frequenzen sind unsere Ohren spezialisiert, und das ist der Bereich der akustischen Information der Sprache.