Evolution ökologischer Nischen

"Nichts in der Biologie macht Sinn außer im Licht der Evolution!".

Dieser berühmte Satz geht auf den Evolutionsbiologen Theodosius Dobzhansky (1900–1975) zurück. Auch das Konzept der ökologischen Nische lässt sich nur richtig verstehen, wenn man die Evolution berücksichtigt.

Ökologische Planstellen

Manchmal wird so gesprochen, als gäbe es in einem Ökosystem fertige "ökologische Planstellen", die nur darauf warten, von einer Art besetzt zu werden. Diese Vorstellung ist als Modell hilfreich, biologisch aber zu einfach. Eine neue ökologische Nische wird nicht wie ein leerer Arbeitsplatz von heute auf morgen übernommen. Meist entsteht die Einnischung dadurch, dass sich Populationen über viele Generationen an bestimmte Umweltbedingungen, Ressourcen oder Wechselwirkungen mit anderen Arten anpassen.

Ein Blick in die Evolution der Wirbeltiere macht deutlich, dass die Besetzung neuer ökologischer Nischen fast immer mit einem Selektionsdruck verbunden ist. Die ersten Fische gingen mit Sicherheit nicht einfach aus "Neugier" an Land. Evolutionsbiologen diskutieren vielmehr verschiedene Hypothesen, die erklären sollen, warum bestimmte Fischarten flache Gewässer und später sogar das Festland nutzten.

Hypothesen zur Eroberung des Festlands durch Fische

Eine Hypothese geht davon aus, dass viele Gewässer im Devon (vor etwa 400 Millionen Jahren) zeitweise austrockneten. Besonders in flachen, warmen Gewässern konnte der Sauerstoffgehalt stark abnehmen. Fische, die zusätzlich Luft atmen konnten, besaßen in solchen Situationen einen deutlichen Überlebensvorteil.

Eine zweite Hypothese betont die Rolle der Konkurrenz. In dicht besiedelten Gewässern konkurrierten die Tiere um Nahrung, Lebensraum und Fortpflanzungsmöglichkeiten. Flache Uferzonen und zeitweise überschwemmte Landbereiche boten neue Nahrungsquellen und Lebensräume, die von anderen Wirbeltieren noch kaum genutzt wurden.

Eine dritte Hypothese verweist auf das Nahrungsangebot. Das Festland war bereits von frühen Pflanzen besiedelt, und auch viele wirbellose Tiere lebten schon außerhalb des Wassers. Für Fische, die sich gelegentlich an Land bewegen konnten, eröffneten sich dadurch neue Nahrungsquellen.

Wahrscheinlich hat nicht ein einzelner Faktor die Besiedlung des Festlands ausgelöst. Vielmehr wirkten mehrere Selektionsfaktoren gleichzeitig zusammen: Sauerstoffmangel, Konkurrenz, Nahrungsknappheit und die Verfügbarkeit neuer Lebensräume.

Mit dem Landgang verbundene Probleme

Die ersten Ausflüge an Land waren allerdings mit erheblichen Problemen verbunden. Die Tiere mussten ihr eigenes Körpergewicht tragen, sich gegen die Austrocknung schützen und neue Formen der Fortbewegung entwickeln. Außerdem mussten sie den Sauerstoff nicht mehr aus dem Wasser, sondern aus der Luft aufnehmen.

Diese Veränderungen verliefen aber nicht zielgerichtet. Die Tiere "wollten" keine neue ökologische Nische erobern. Vielmehr unterschieden sich die Individuen einer Population aufgrund ihrer genetischen Variabilität. Manche Tiere konnten bestimmte Umweltbedingungen etwas besser ertragen als andere.

Wenn solche Merkmale erblich waren und den Fortpflanzungserfolg erhöhten, wurden sie durch die natürliche Selektion im Laufe vieler Generationen häufiger. Auf diese Weise konnten sich Populationen schrittweise an neue Umweltbedingungen anpassen.

Einnischung durch Konkurrenz

Auch Konkurrenz kann einen solchen Prozess beschleunigen. Wenn viele Individuen dieselben Ressourcen nutzen, kann es notwendig sein, auf andere Nahrungsquellen, andere Aufenthaltsorte oder andere Aktivitätszeiten auszuweichen (Konkurrenzausschlussprinzip). Der erste Schritt besteht dabei häufig in einer Verhaltensänderung. Einzelne Individuen verlassen den bisherigen Lebensraum häufiger als andere oder nutzen neue Ressourcen.

Bleiben solche Verhaltensweisen erfolgreich, können sich im Verlauf vieler Generationen auch anatomische und physiologische Veränderungen entwickeln. Aus einer Population entstehen dann Teilpopulationen, die unterschiedliche Lebensräume oder Ressourcen nutzen. Der Ökologe spricht in einem solchen Fall von einer Einnischung.

Dabei handelt es sich meist um einen sehr langsamen Prozess. Die Besetzung einer neuen ökologischen Nische kann Tausende oder sogar Millionen von Jahren dauern. Es gibt jedoch auch Beispiele, die zeigen, dass ökologische Anpassungen deutlich schneller erfolgen können.

Einnischung kann auch schnell gehen

Die Darwinfinken der Galápagos-Inseln veränderten ihre Schnabelgrößen bereits innerhalb weniger Generationen, nachdem sich das Nahrungsangebot durch längere Trockenperioden verändert hatte. Die Buntbarsche der ostafrikanischen Seen entwickelten innerhalb relativ kurzer evolutionärer Zeit eine große Vielfalt unterschiedlicher Ernährungsweisen. Bei Bakterien können sogar innerhalb weniger Jahre Tausende von Generationen durchlaufen werden, sodass sich neue Anpassungen an veränderte Umweltbedingungen besonders schnell entwickeln.

Die ökologische Nische sollte daher nicht als eine freie Stelle verstanden werden, die einfach besetzt wird. Sie ist vielmehr das Ergebnis eines langfristigen Zusammenspiels von Konkurrenz, Variabilität, natürlicher Selektion und evolutionärer Anpassung.

Auch bei Bakterien kann die Anpassung an neue ökologische Bedingungen sehr schnell erfolgen. Wegen ihrer kurzen Generationszeiten können innerhalb weniger Jahre Tausende von Generationen vergehen. Populationen können sich dadurch rasch an neue Nahrungsquellen, Temperaturen oder andere Umweltbedingungen anpassen.

Ein weiteres Beispiel sind eingeschleppte Arten. Gelangen Tiere oder Pflanzen in einen neuen Lebensraum, können sie dort Ressourcen nutzen, die in ihrem ursprünglichen Lebensraum eine geringere Rolle spielten. Solche Veränderungen können zunächst durch ökologische Flexibilität entstehen, also ohne genetische Veränderung. Bleiben die neuen Bedingungen über viele Generationen bestehen, kann daraus jedoch wiederum eine evolutionäre Anpassung entstehen.

Damit muss man zwei Vorgänge unterscheiden:

Eine Art kann eine neue Ressource oder einen neuen Lebensbereich kurzfristig nutzen, weil ihre vorhandenen Eigenschaften dies bereits ermöglichen. Das ist zunächst keine Evolution.

Von evolutionärer Einnischung spricht man dagegen dann, wenn sich eine Population über Generationen genetisch verändert und immer besser an die besondere Nutzung dieser Umweltbedingungen oder Ressourcen angepasst wird.