Zusammenhang zwischen Genfrequenz und Evolution

Schlagwörter: Evolution, Genfrequenz

Eine Genfrequenz ist eine Maßeinheit, mit welcher Evolutionsbiologen die Veränderung einzelner Gene in Populationen messen können.

Doch bevor Charles Darwin seine Evolutionstheorie aufstellte, kannte man überhaupt keine Gene.
Die Menschen zur damaligen Zeit erkannten zwar einen Zusammenhang innerhalb der Vererbung, konnten diesen aber nicht präzisieren.

1859 veröffentliche Darwin sein Buch “ The Origin“, welches die wesentlichen Züge der heutigen Evolutionstheorie enthält. 1866 gab es die ersten Veröffentlichungen von Gregor Mendel zur Vererbung und seinen Erbsenexperimenten. Da er aber als Mönch in Wissenschaftskreisen kaum Beachtung fand, überdauerte sein Wissen fast 40 Jahre bis circa 1900. Durch das Aufkommen der Genetik als moderne Wissenschaft wurde die Evolution noch einmal bestätigt.

Genfrequenz und Evolution

Jeder Mensch gibt eine bestimmte Erbinformation an seine Nachkommen weiter.
Früher, vor Darwin und Mendel, erkannten die Wissenschaftler schon, dass es einen Zusammenhang zwischen blonden Haaren bei den Eltern und den blonden Haaren bei ihren Kindern geben musste.

Heute weiß man, dass die Träger der Erbinformationen sogenannte DNA-Stränge sind.
Ob ein Kind bestimmte Merkmale seiner Eltern erbt, liegt in der Zusammensetzung des DNA-Stranges.
Dieser besteht aus vier verschiedenen Basen, welche in einer bestimmten Kombination zueinander angeordnet sind.
Die Erbinformation bzw. die körperlichen Merkmale, welche von den Eltern auf die Kinder übergehen, sind somit nichts weiter als eine chemische Zusammensetzung.

Es ist ähnlich wie ein Bauplan.
Nur, dass dieser Plan in der Zusammensetzung aus rein chemischen Stoffen, den vier Basen besteht.
Die vier Basen verbinden sich untereinander. Und die Kombination aus diesen Basenpaarungen ergibt einen Code, welchen man DNA-Frequenz nennt. Und ein Gen ist dann die DNA-Frequenz, also die Basenpaarung, an einer gewissen Stelle der DNA.

Falls du jetzt glaubst, dass das wenig ist…
Bedenke doch einmal, dass jeder Computer, jedes Handy oder Tablet eigentlich nur mit einem Binärzahlensystem arbeitet. Das heißt, dass diese technischen Wunderwerke nur zwei Zahlen kennen. Und zwar 0 und 1.

Aber…
Aus der Kombination der beiden Zahlen, übersetzt der Computer dann Befehle, kann Grafiken anzeigen, Simulationen durchlaufen und blitzschnell rechnen. Mit 0 und 1 lassen sich Zahlen, wie 000001 oder 1111000 darstellen, welche zu unterschiedlichen Befehlen an den Prozessor führen.

Du siehst selbst, dass man allein mit zwei Variablen schon sehr viel erreicht.
Mit vier Basenpaaren ist eine unzählige Möglichkeit gegeben, welche sich schließlich auch in der Natur zeigt.

Fassen wir kurz zusammen…
Die DNA besteht aus Basenpaarungen. Und ein bestimmter Abschnitt der DNA bzw. dessen Paarung bezeichnet man als Gen.

Die Evolution interessiert sich dann für eine bestimmte Genfrequenz.
Dazu schaut sie sich einen bestimmten Genabschnitt auf der DNA eines Lebewesens an und entnimmt den Code des Gens. Dann vergleicht es dessen Zusammensetzung mit dem von anderen Lebewesen der selben Art.
Die Genfrequenz ist somit die Häufigkeit eines bestimmten Gens innerhalb einer Gruppe bzw. Population.

Angenommen man untersucht ein Gen, nennen wir es A, beim Menschen.
Dann schaut man sich die Basenpaarung an und vergleicht dieses Gen mit dem von anderen Menschen.
Und angenommen Gen A kommt bei allen Menschen vor. Dann wäre dies eine Genfrequenz von 100 %.

Dies wiederum lässt Rückschlüsse zu.
Denn Evolutionsbiologen können dann anhand der Genfrequenz ermitteln, ob sich eine Art – anhand ihrer bestimmten Gene – weiterentwickelt hat.

Warum spielt die Genfrequenz eine so bedeutende Rolle in der Evolution

Weil es die Evolution nachweisbar und erklärbar macht.
Das Problem an der Evolution und bei vielen anderen wissenschaftlichen Theorien ist, dass diese kaum messbar sind.

Zu Zeiten Darwins konnte man erkennen, dass die eine Art etwas mit einer anderen Art gemeinsam hatte.
Aufgrund von Fossilien, welche man fand – konnte man gemeinsame Baupläne erkennen.
Aber erst durch einen mathematischen Beweis wird eine bloße Theorie, auch durch Fakten gestützt.

Dadurch, dass man die Gene von Lebewesen einer Art vergleichen kann – kann man auch Rückschlüsse auf ihren biologischen Gemeinsamkeiten finden. Und man kann deren Evolutionsverlauf abbilden, Verwandtschaftsgrade zwischen unterschiedlichen Arten berechnen und mathematische Verteilungen einführen. Die Genfrequenz bzw. die mathematische Anzahl, wie häufig ein Gen innerhalb einer Population auftritt – veränderte die Auffassung von Evolution im Allgemeinen.

Kurzum…
Evolution bedeutet aus heutiger Sicht, die Veränderung einer Genfrequenz (100 %) eines bestimmten Genes innerhalb einer Population.

Welchen Einfluss üben Evolutionsfaktoren auf die Genfrequenz aus?

Ein Beispiel, welches die Forschung seit geraumer Zeit beschäftigt – ist die Antibiotikaresistenz von Bakterien.
So kann es zum Beispiel sein, dass Forscher das Resistenzgen des Bakteriums untersuchen.
Sie stellen wahrscheinlich fest, dass gerade einmal 10 % der Bakterien resistent waren und die Wirkung des Antibiotikums überlebten. Somit ergab dies eine Genfrequenz des Resistenzgens von 10% innerhalb der Population. Das nichtresistente Gen hatte somit eine Genfrequenz von 90 %.

Nun vermehren sich die Bakterien, welche resistent waren, aber weiterhin.
Und da in einem bestimmten Ökosystem nur eine begrenzte Anzahl an Lebewesen existieren können, ist nun erst einmal genug Platz zur Vermehrung geschaffen. Denn alle nichtresistenten Bakterien sind tot und stellen keine Konkurrenz dar. Das Antibiotikaresistente Gen kann sich somit innerhalb der Population ausbreiten. Nicht jedes Bakterium der neuen Generation wird das Gen haben, aber die Wahrscheinlichkeit ist höher – als bei einem Mischstamm.

Wenn die Forscher später diese Bakterien wieder versuchen abzutöten, besitzt die Population vielleicht schon eine Genfrequenz von 30 % für das antibiotikaresistente Gen.
Denn die Umweltfaktoren bzw. das Abtöten der nichtresistenten Bakterien, erhöhte die Wahrscheinlichkeit – dass die neue Generation resistent ist.

Bleibt zu sagen…
Jedes Abtöten der nichtresistenten Bakterien führt unweigerlich dazu, dass die Anzahl der Resistenten ansteigt.
Das bedeutet, dass jeder Umwelteinfluss zum Evolutionsfaktor werden kann und die Genfrequenz somit erhöht.

Und so kann es sein, dass die Umweltbedingungen in einem Wald dafür sorgen, dass gewisse Pflanzen sterben. Vielleicht gibt es gewisse Tierarten, welche sich nur von diesen Pflanzen ernähren können. Dies trifft zum Beispiel bei Koalas oder Bambusbären zu. Wenn jetzt Populationen innerhalb dieser Art existieren, welche sich besser anpassen können. Diese besitzen somit ein Gen, welches ihnen erlaubt, auch andere Pflanzen zu essen und zu verdauen. Dann könnten diese Tiere besser überleben, als die anderen „ohne dem Gen der Anpassung“.

Die toten Tiere stellen keine Konkurrenz auf Paarungspartner, Reviere oder andere Nahrungsquellen mehr dar. Und dadurch wurde Raum für die besser Angepassten geschaffen. Das bedeutet dann ebenfalls, dass wahrscheinlich die Genfrequenz für dieses eine Gen steigt.

Zusammenfassung:

• Gene sind bestimmte Abschnitte auf der DNA, welche sich durch verschiedene Basenpaarungen unterscheiden.
• Die Genfrequenz ist eine Zahl, welche die Häufigkeit eines bestimmten Gens, innerhalb einer Population angibt.
• Umwelteinflüsse bewirken immer, dass die Evolution vorangetrieben wird und dass sich dadurch Genfrequenzen innerhalb einer Population ändern.