Evolutionsfaktor Mutation

Damit der Prozess der Evolution stattfinden kann, muss sich der Genpool der Population ändern. Dies geschieht durch die Einwirkung der Evolutionsfaktoren. Neben der Mutation gehören auch Selektion, Gendrift, Rekombination und Isolation zu den sogenannten Evolutionsfaktoren.

Mutationen können somatische Zellen, generative Zellen oder Zellen der Keimbahn betreffen. Die Änderungen müssen schnell repariert werden, sonst sind sie permanent.

Evolutionsfaktor Mutation – Arten der Mutation

Es gibt drei Mutationsarten:

• Genmutation
• Chromosomenmutation
• Genommutation

Genmutation

Eine Genmutation verändert das Erbgut in einem Gen. Dabei werden einzelne oder mehrere Nukleotide ausgetauscht, eingefügt oder gelöscht. So ändert sich die Basensequenz der einzelnen Gene. Hier kann man zwischen Punktmutation und Rasterschubmutation (Deletion, Insertion) unterscheiden.

Eine Genmutation kann einen Gendefekt hervorrufen, was sehr schädliche Konsequenzen für das Lebewesen haben kann. Nicht alle Veränderungen des Erbguts sind aber schädlich. Einige Teile der DNA enthalten gar keine Informationen. Sollte dort eine Mutation auftreten, wird diese nicht auffallen. Auch positive Veränderungen durch Mutationen sind möglich. Die meisten Fehler, die durch Genmutationen entstanden sind, werden schnell repariert. Einige können hingegen nicht mehr repariert werden und bleiben als dauerhafte Mutationen.

Chromosomenmutation

Eine Chromosomenmutation verändert die Struktur von Chromosomen. Die Veränderung kann man unter dem Mikroskop erkennen, nachdem die Chromosomen angefärbt wurden.

Es gibt verschiedene Arten der Chromosomenmutation:

Genommutation

Durch eine Genommutation wird die Anzahl der Chromosomen in einem Chromosomensatz verändert. Die Veränderung tritt während der Meiose auf, wobei es zu einem Fehler während der Trennung der homologen Chromosomen oder der Schwesterchromatiden kommt. Diese Veränderung hat meist die Folge, dass sich entwickelnde Embryos nicht lebensfähig sind. Es gibt nur wenige Ausnahmen, bei denen die Genommutation nicht tödlich ist.

Es gibt zwei Arten der Genommutation:

• Polyploidie: Der gesamte Chromosomensatz wird vervielfacht. Diese führt überwiegend zum Tod der Betroffenen.
• Aneuploidie: Einzelne Chromosomen werden verdoppelt oder gelöscht. Die meisten Embryos sterben, da sie nicht lebensfähig sind. Beispiele für Aneuploidie sind Trisomie 21 bzw. 18 und Monosomie. Menschen mit diesen Krankheiten sind eingeschränkter, können aber das Erwachsenenalter erreichen.

Evolutionsfaktor Mutation – Ursachen einer Mutation

Die Ursachen für Mutationen sind vielfältig. Eine Veränderung des Erbguts kann durch Radioaktivität, bestimmte Chemikalien oder schädigende Umwelteinflüsse hervorgerufen werden. Diese Ursachen nennt man auch Mutagene. Mutagene können biologisch, chemisch oder physikalisch sein.

• Biologischen Mutagene, wie z. B. Viren, lösen Mutationen aus, wenn die Viren-DNA in die DNA des Lebewesens eingebracht wird.
• Chemische Mutagene führen zur Veränderung der Basenstruktur der DNA. Diese Veränderung führt größtenteils zur Produktion des falschen Proteins.
• Physikalische Mutagene, wie z. B. Radioaktivität, führen zur Bildung von Radikalen. Diese lösen unter anderem Brüche im DNA-Strang oder Veränderung der Basen aus.

Eine Erbgutveränderung kann aber auch zufällig durch die Replikation oder Rekombination des Erbguts entstehen.

Evolutionsfaktor Mutation

Mutationen kann man als einer der wichtigsten Evolutionsfaktoren sehen. Durch Erbgutveränderungen gelangen neue Allele in den Genpool der Population.

In einer Population treten Mutationen zufällig und unkontrolliert auf. Das bedeutet, dass man nicht vorhersagen kann, wo und wie ein Gen mutieren wird. Sie entstehen z. B. durch Fehler bei der Replikation oder durch das Einwirken eines Mutagens. Erbgutveränderungen, die zu kleinen Veränderungen führen, sind vorteilhafter als Mutationen, die zu großen Veränderungen führen. Denn es besteht die Gefahr, dass sich Lebewesen nicht richtig entwickeln und so nicht lebensfähig sind.

In einer Population sind nie alle Individuen genetisch gleich. Es entstehen ständig Mutationen.

Positive, Neutrale und Negative Mutationen

Mutationen als Evolutionsfaktor werden unterschieden in positive, neutrale und negative Mutationen:

Positive Mutation

Wenn eine Erbgutveränderung Selektionsvorteile bringt, hat das Individuum einen Vorteil gegenüber Anderen, die diese Erbgutveränderung nicht besitzen. Positive Mutationen werden normalerweise an die nächste Generation vererbt. Eine erhöhte Fitness durch positive Erbgutveränderungen führt dazu, dass das mutierte Gen häufiger in der nächsten Generation auftaucht. So breitet sich die Mutation aus und treibt den Evolutionsprozess voran.

Positive Mutationen treten selten auf.

Negative Mutation

Wenn eine Erbgutveränderung Nachteile bringt, kann es im schlimmsten Fall zum Tod des Organismus führen, wenn z. B. lebenswichtige Stoffwechselvorgänge betroffen sind.

Es ist aber auch möglich, mit einer schädlichen Erbgutveränderung zu überleben und lediglich einen deutlichen Nachteil während der Selektion zu besitzen. In diesem Fall haben die betroffenen Individuen einen negativen Einfluss auf die Fitness der Population. Ihre Lebenserwartung ist verkürzt und sie bekommen nicht so viele Nachkommen, als Individuen ohne diese Mutation.

Letale Mutationen stellen einen Extremfall der Erbgutveränderungen dar. Da die Mutationen im Embryonalstadium auftreten, werden die Lebewesen gar nicht geboren, weil die Mutationen zu große Schäden verursachen.

Stille Mutationen

Wenn eine Veränderung des Erbguts weder Vor- noch Nachteile bringt, spricht man von einer stillen Mutation. Stille Erbgutveränderungen finden an den Stellen in der DNA statt, an der keine wichtigen Informationen enthalten sind. Eine stille Mutation kann auch die Aminosäuresequenz im genetischen Code nicht verändern.

Neutrale Mutation

Eine neutrale Erbgutveränderung unterscheidet sich von der stillen Mutation darin, dass es zur phänotypischen Ausprägung kommt. Die phänotypischen Ausprägungen sind aber nicht immer von großer Bedeutung für die Selektion. (Ausnahmen stellen z. B. die Tarnfähigkeiten dar.)

Evolutionsfaktoren Mutation und Rekombination

Die Mutation von größter Bedeutung in der Evolution ist die Genmutation. Diese führt phänotypisch und genotypisch zu den meisten Veränderungen eines Merkmals. Erbgutveränderungen wie Chromosomenmutationen verursachen große Umwandlungen, sodass die Lebewesen nicht lebens- oder fortpflanzungsfähig sind.

Da ein großer Genpool von vielen Veränderungen betroffen sein kann, findet man in einer großen Population auch viele verschiedene Varianten für ein Gen. Ein Beispiel dafür sind die Fellfarben schwarz, grau und braun.

Durch die sexuelle Fortpflanzung mit neuen Individuen können neue Allelkombinationen entstehen.

In der Rekombination finden drei Vorgänge statt:

• Austausch von bestimmten Genabschnitten beim Crossing-Over.
• Durch Zufall entstehende Verteilung der Chromosomen bei der Keimbildung.
• Vereinigung von mütterlichen und väterlichen Keimzellen.

Wenn die Evolutionsfaktoren Mutation und Rekombination in einer homogenen Population wirken, führen diese zur Vergrößerung der genetischen Vielfalt in einer ungerichteten Weise.

Unterschiede zwischen Mutation und Rekombination

In dem Prozess der Evolution sorgen Erbgutveränderungen für Artenvariabilität und mehr Vielfalt. Deswegen kann die Mutation auch als der wichtigste Evolutionsfaktor angesehen werden.

Evolutionsfaktor Mutation Beispiel

Erbgutveränderungen haben nicht immer eine schlechte Auswirkung auf einen Organismus. Manchmal stellen sie auch einen Vorteil der Selektion dar.

Laktose-Toleranz bei Menschen

Menschen, die Milchzucker (Laktose) mithilfe des Enzyms Laktase abbauen können, besitzen eine Erbgutveränderung. Üblicherweise brauchen nur Säuglinge genügend Laktase, um die Muttermilch verdauen zu können.

Bei Menschen, die nicht mehr im Säuglingsalter sind, stellt diese Mutation einen großen Vorteil der Selektion dar. Denn damit ist die Aufnahme und Verwendung tierischer Milch möglich.

Industriemelanismus

Der Birkenspanner war vor vielen Jahren weiß. Sie lebten auf weißen Birkenstämme und waren an deren Oberflächen kaum zu erkennen. Durch ihre Färbung waren sie vor Fressfeinden geschützt. Während der Industrialisierung färbte der dunkle Rauch die weißen Birken schwarz. Die weißen Birkenspanner waren so nicht mehr vor Fressfeinden geschützt. Durch den Kontrast der Farben wurden sie leicht erkannt und gefressen.

Durch eine zufällige Mutation entstanden schwarze Birkenspanner. Die schwarzen Birkenspanner waren besser an die Umweltbedingungen angepasst und hatten somit einen Vorteil der Selektion. Durch den Vorteil konnten sie ihre Überlebenschancen erhöhen.

Rot-Grün-Sehschwäche

Menschen, die von einer Rot-Grün-Sehschwäche betroffen sind, haben Schwierigkeiten, die Farben rot und grün auseinanderzuhalten. Der Grund dahinter ist, dass das Gen, das für das Sehen von Farben zuständig ist, verändert wurde. Das Protein Opsin wurde nicht komplett ausgebildet. Deswegen haben Menschen mit einer Rot-Grün-Sehschwäche eine veränderte Wahrnehmung der Farben.

Meist stellt diese Mutation keinen Nachteil der Selektion dar, da die Wahrnehmung von den Farben nicht so unterschiedlich ist. Die Erbgutveränderung stellt eher ein Nachteil für Lokomotivführer*innen, Busfahrer*innen oder Polizist*innen dar. Bei diesen bestimmten Berufen werden spezielle Untersuchungen durchgeführt.