Biologische Fitness & Evolution: Zusammenhang, Beispiele, Typen

„Survival of the fittest“ – diesen Spruch kennen vermutlich die meisten. Doch bedeutet „fit“ in diesem Zusammenhang etwas ganz anderes, als man auf den ersten Blick vermuten könnte.

Auch das Wort „Fitness“ hat in der Biologie nicht direkt etwas mit gut trainierten Muskeln und der Fähigkeit, einen Marathon zu laufen, zu tun. Was es stattdessen bedeutet, darum soll es in diesem Artikel gehen.

Was bedeutet Fitness innerhalb der Biologie?

Der Begriff Fitness in der Biologie hat kaum etwas mit der sportlichen Fitness zu tun. Fitness wird hierbei übersetzt mit „Angepasstheit“. Daher, um sich von der körperlichen Fitness abzugrenzen, wird auch häufig die Bezeichnung „reproduktive Fitness“ verwendet. Auch Anpassungswert oder relative Überlebensrate werden synonym zu Fitness benutzt.

In der Biologie bedeutet Fitness, wie viele Nachkommen ein Individuum zeugen kann. Sie bezeichnet die Fähigkeit, bis zur Geschlechtsreife zu überleben und einen Partner zu finden. Je mehr Nachkommen ein Individuum auf diese Weise zeugt, desto größer ist seine Fitness.

Die Berechnung der biologischen Fitness erweist sich als schwierig. In der Theorie würde man zwei Individuen benötigen, die unter exakt gleichen Umweltbedingungen leben. Diese Individuen hätten die gleichen Chancen, um sich fortzupflanzen. Wenn sie dabei unterschiedlich erfolgreich sind, können Rückschlüsse auf ihre biologische Fitness gezogen werden, wobei die Gründe für die Unterschiede erst noch gefunden werden müssten.

Mögliche Gründe können verbesserte Resistenz gegenüber Trockenperioden, Kälte oder ein besseres Immunsystem sein. Da die biologische Fitness jedoch immer an den Lebensraum gebunden ist, in dem sich das Individuum befindet, kann sie nicht unter veränderten Bedingungen (Labor) getestet werden.

Charles Darwin führte den Begriff der Fitness ein. Bis heute wird der biologischen Fitness eine wichtige Rolle innerhalb der Evolutionstheorie zugemessen. Dennoch gibt es bisher keine einheitliche Definition.

In der Populationsgenetik wurde der Begriff etwas erweitert. Darwin nutzte Fitness als Feststellung der Angepasstheit des Einzelnen. Die Populationsgenetik versucht, sie auch auf ganze Populationen anzuwenden. Dafür wurde eine Formel erstellt, mit der sich die biologische Fitness berechnen lässt. Vor allem bei Lebewesen, die sich geschlechtlich fortpflanzen, stößt die Mathematik hierbei jedoch an ihre Grenzen. Die Möglichkeiten, wie die nächste Generation aus den Eltern genetisch zusammengesetzt wird, sind einfach zu vielfältig. Die Fitness kann hierbei nur noch mithilfe der Formel geschätzt werden.

Biologische Fitness am Beispiel erklärt

Eine in der Natur vorkommende Mutation ist der Albinismus. Albinos fallen durch ihre sehr helle Haut und weißes Fell auf. Sie können sich in freier Wildbahn daher kaum tarnen und fallen mit hoher Wahrscheinlichkeit einem Raubtier zum Opfer, ehe sie die Geschlechtsreife erreichen. Ihre biologische Fitness ist daher gering.

Territorial lebende Tiere profitieren häufig von einer erhöhten Körpergröße. So sind sie ihren Artgenossen körperlich überlegen und können ihr Revier erfolgreich verteidigen. Außerdem hilft ihnen ihre Größe bei der Nahrungsbeschaffung und sie werden dadurch möglicherweise unattraktiver für Fressfeinde. Das erhöht ihre biologische Fitness.

Aber biologische Fitness ist nicht festgelegt. Sie kann sich ändern, wenn sich Faktoren im Lebensraum ändern. So geschehen beispielsweise bei dem Birkenspanner in England.

Der Birkenspanner ist eine Nachtfalterart (Schmetterling) mit heller Färbung der Flügel und des Körpers. Diese macht ihn auf der ebenfalls hellen Rinde der Birke nahezu unsichtbar. In Industriegebieten Englands ist mittlerweile jedoch eine andere Form des Birkenspanners zu finden. Da in diesen Gebieten durch die vielen Abgase und Ruß in der Luft die helle Rinde der Birken dunkel gefärbt wird, fallen die hellen Birkenspanner Fressfeinden zum Opfer. Dort setzten sich dunklere Formen der Tiere durch, welche in allen anderen Lebensräumen ihrerseits leichte Beute wären.

Diese Art der Evolution nennt man Industriemelanismus. Auch ohne Einfluss des Menschen kommt es natürlicherweise zu Veränderungen der biologischen Fitness. Sie ist, wie alle anderen Bereiche der Evolution, nie abgeschlossen.

Gesamtfitness als Erweiterung der biologischen Fitness

Die Gesamtfitness ist eine Erweiterung der biologischen Fitness. Der Begriff wurde eingeführt, um die Fitness nahe verwandter Individuen messen zu können. Diese Individuen sind sich genetisch sehr ähnlich, was auch bei der Erforschung altruistischem Verhalten hilft. Unter Altruismus versteht man selbstloses Verhalten, für das man keine Gegenleistung erwartet. In der Realität ist völliger Altruismus vermutlich unmöglich, da immer davon ausgegangen werden kann, dass, in welcher Art auch immer, eine Gegenleistung gewünscht ist.

Auf die Gesamtfitness bezogen kann in der Natur beobachtet werden, wie Lebewesen die Nachkommen naher Verwandten mitversorgen, obwohl sie daraus keinen offensichtlichen Vorteil ziehen. Vermutlich tun sie dies trotzdem, da durch die Verwandtschaft auch ihre eigenen Gene zu einem gewissen Teil, beispielsweise in den Nachkommen ihrer Geschwister, weitergegeben werden.

Die Gesamtfitness wird aus der direkten und indirekten Fitness zusammengesetzt. Unter der direkten Fitness versteht man hierbei die Gene eines Individuums, welche durch eigene Fortpflanzung in der nachfolgenden Generation vertreten sind. Die indirekte Fitness bezeichnet die Gene, welche durch nahe Verwandte weitergegeben wurden.
Je näher die Verwandtschaft ist, desto häufiger ist altruistisches Verhalten in der Natur zu beobachten.

Daraus lässt sich dann ableiten, dass ein Individuums bzw. ein einzelnes Lebewesen danach strebt, sich und seine Verwandten zu schützen, um so seinen Genpool zu schützen und gleichzeitig die Gesamtfitness zu erhöhen.

Absolute und relative Fitness in der Biologie

Absolute und relative Fitness sind Begriffe, die durch Populationsgenetiker eingeführt wurden. Die absolute Fitness bezeichnet dabei, wie wahrscheinlich es ist, dass ein vorhandener Genotyp bis zur Geschlechtsreife überlebt und wie viele Nachkommen durch diesen entstehen. Dies wird berechnet, indem der Anteil an überlebenden Individuen mit der Anzahl ihrer Nachkommen multipliziert wird.

Die relative Fitness wird daraus berechnet. Sie entspricht bei dem Genotyp mit der höchsten absoluten Fitness einem Wert von 1. Die darunterliegenden Genotypen werden berechnet, indem sie durch den Wert der absoluten Fitness des erfolgreichsten Genotyps geteilt werden.

Am Beispiel…
3/4 der Tiere eines Genotyps überleben bis zur Geschlechtsreife. Jedes Tier bekommt drei Nachkommen. Die absolute Fitness berechnet sich in diesem Fall durch 3/4 × 3. Das Ergebnis beträgt 9/4. Das bedeutet, im Schnitt hat jedes Tier 2,25 Nachkommen gezeugt.

Bei einem weniger passenden Genotyp überlebten nur 1/4 aller Tiere. Sie zeugten 2 Nachkommen. 1/4 × 2 = 1/2. In diesem Genotyp wurden im Schnitt demnach 0,5 Nachkommen pro Individuum gezeugt.

Die relative Fitness des ersten Beispiels beträgt 1, da diese den Ausgangswert bzw. Vergleichswert zum zweiten Beispiel darstellt.

Die des zweiten berechnet sich folgendermaßen…

• 9/4 relative Fitness Beispiel 1
• 1/2 relative Fitness Beispiel 2

1/2 : 9/4 = 2/9. Dies entspricht circa 0,22. Die relative Fitness des zweiten Beispiels ist also in diesem Fall um etwa 22 % verringert und beträgt etwa 0,78.

Halten wir fest…
Die absolute Fitness wird erhöht, wenn sich der Durchschnitt der Nachkommen je Individuum einer Population erhöht. Dieser Wert wird von Anzahl der Nachkommen und der Lebenserwartung bzw. Geschlechtsreife maßgeblich beeinflusst.

Die relative Fitness ist ein Vergleichswert, um nicht so fitte Individuen mit den Fittesten zu vergleichen und zu skalieren.

Welche Rolle spielen Geschlechtsreife und maximales Reproduktionsalter für die biologische Fitness?

Wird ein Individuum früher geschlechtsreif als seine Artgenossen, kann dies seine biologische Fitness erhöhen. Allerdings bedeutet die bloße Geschlechtsreife nicht automatisch, dass das Individuum diese auch nutzen kann. Denn bei Tieren, die in Familienverbänden leben, sind an die Fortpflanzung häufig bestimmte Voraussetzungen geknüpft. So kann sich die erste Paarung trotz bereits länger bestehender Geschlechtsreife noch über mehrere Jahre hinziehen. Schimpansen werden beispielsweise mit etwa acht Jahren geschlechtsreif, pflanzen sich jedoch meist erst ab einem Alter von 13 fort.

Bei den meisten Arten in der Natur endet das Leben kurz nachdem das Tier aufgrund seines Alters unfruchtbar geworden ist. Sein Nutzen ist mit seiner Fruchtbarkeit verloren gegangen, könnte man sagen. Wird das maximale Reproduktionsalter durch genetische Veränderungen ebenfalls heraufgesetzt, führt dies zusätzlich zu einer besseren biologischen Fitness.

Aber auch ohne diese Vorgänge kann sich die Gesamtfitness eines Individuums verbessern. Ebenfalls bei Primaten kann beobachtet werden, dass auch ältere Tiere in die Pflege der Jungtiere einbezogen werden. Sie zeugen zwar selbst keinen Nachwuchs mehr, sind aber weiterhin daran beteiligt, die Nachkommen der Verwandtschaft zu umsorgen.

Unterschied zwischen körperlicher und biologischer Fitness

Die körperliche Fitness ist das Leistungsvermögen des Organismus, Strapazen und Stress auszuhalten, sich zu regenerieren und dadurch leistungsfähig zu bleiben. Um diesen Fitnessbegriff von der biologischen Fitness abzugrenzen, verwendet man für die Darwinfitness auch die Bezeichnung der reproduktiven Fitness.

Aber beide Begriffe hängen dennoch zusammen. Denn Leistungsfähigkeit zu erhalten bzw. körperlich fit zu sein, ist eine Merkmal – welches attraktiv wirkt. Und unbewusst schließen mögliche Fortpflanzungspartner daraus, dass die Gene des anderen besonders wertvoll seien. Durch Attraktivität entsteht Anziehungskraft und unbewusst der Wunsch, das Genmaterial des körperlich Fitten für die eigenen Nachkommen zu nutzen. Somit haben körperliche fitte Menschen eine höhere Wahrscheinlichkeit einen Fortpflanzungspartner zu finden, sich häufiger zu vermehren und dadurch indirekt eine höhere biologische Fitness herzustellen.

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