Homologien: keine Beweise für Evolution

Homologie bezieht sich ursprünglich auf die Ähnlichkeit von Körperteilen und Bauplänen von Organismen. Befürworter der Evolutionstheorie halten Homologien für starke Indizien für die universelle gemeinsame Abstammung aller Arten. In allen Fachbüchern über Evolution werden Flossen, Pfoten, Hände und Flügel als typische Beispiele für Homologien präsentiert. Aufgrund der Evolutionstheorie wurde früher erwartet, dass ähnliche Körperbaupläne und -strukturen durch ähnliche Gene verursacht werden. Mittlerweile wird jedoch zunehmend festgestellt, dass es eine solche Entsprechung nicht gibt: Homologien im morphologischen Bauplan werden oft nicht durch homologe Gene verursacht.

Ein interessantes kürzlich publiziertes Beispiel ist die Bestimmung der Polarität des Embryos. Dabei geht es darum, wie die erste Zelle eines sich entwickelnden Embryos bestimmt, wo sich Kopf und wo Schwanz entwickeln und wo links und rechts ist. Genetische Information liefert die Anweisungen für die Ausrichtung der Körperteile. Interessanterweise wird diese Information von der weiblichen Eizelle weitergegeben. Es hat sich nun herausgestellt, dass diese genetische Information bei verschiedenen Spezies nicht homolog ist – auch nicht bei evolutionär eng verwandten Arten.

Wissenschaftler der Universität von Chicago (USA) bestimmten die genetischen Grundlagen der Kopf-Schwanz-Polarität bei verschiedenen Fliegenarten wie Mottenfliegen (Clogmia, Lutzomyia), Stechmücken (Culex, Aedes) und Anopheles-Mücken (Anopheles) (Yoon et al. 2019). Sie zeigten, dass bei Mottenfliegen ein Gen namens Zic die Polarität bestimmt. Beim Stechmücken-Embryo beruht die Polarität auf dem Zinkfinger-Gen Cucoid, während das verantwortliche Gen bei den Anopheles-Mücken dTcf ist. Diese Polaritätsgene sind nicht evolutionär verwandt. Dies zeigt, dass nicht verwandte Gene in Embryonen verschiedener Fliegenarten eine Schlüsselrolle bei der Etablierung der Kopf-Schwanz-Polarität spielen. Das wirft die Frage auf, wie sie diese Funktion erworben haben. Die Forscher kommen zu dem Schluss, dass Fliegen unabhängig voneinander eine unerwartete Vielfalt an polaritätsbestimmenden Genen evolvierten und dass die Art und Weise, wie sie exprimiert werden, unterschiedliche Rollen in der Entwicklung übernimmt. Über das „Wie“ wird allerdings keine Aussage gemacht.

Es gibt eine seit Langem wachsende Zahl von Beobachtungen, die nahelegen, dass bei der Ausprägung gleicher Eigenschaften und Merkmale unterschiedliche Gene in verschiedenen Arten genutzt werden können. Der Evolutionsbiologe Günther P. Wagner von der Princeton University, USA, schrieb 2014, dass klare homologe Merkmale verschiedener Spezies wiederholt aus unterschiedlichen ontogenetischen Entwicklungsmechanismen stammen können. Auch früher unbestrittene homologe Eigenschaften wie z. B. die Körpersegmentierung bei Heuschrecken und Taufliegen sind mit umfangreichen Variationen in Entwicklungswegen und ontogenetischen Bildungsmechanismen verbunden und dabei sind ganz unterschiedliche Entwicklungsgene im Einsatz (Wagner 2014). Die Kontinuität der morphologischen Merkmale wird demnach nicht durch die Kontinuität der genetischen Information verwirklicht. Aus der Embryogenese ist bekannt, dass eine Reihe von klar homologen Merkmalen aus verschiedenen Zellpopulationen gebildet wird oder verschiedenen Entwicklungswegen folgt, um dieselbe erwachsene Morphologie zu erreichen.

Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass zwischen der Morphologie und den zugrundeliegenden Genen erhebliche Unabhängigkeit oder Abkopplung besteht. Mit anderen Worten: Viele Merkmale, die klassisch als homolog betrachtet wurden, sind auf der genetischen Ebene und in den ontogenetischen Entwicklungswegen nicht homolog. Wagner schreibt, dass er dies als „eine ziemlich deprimierende Situation“ empfindet und diskutiert sogar die Vorstellung, dass Homologie eine Illusion sein kann. Nicht auf genetische Homologie zurückführbare homologe Merkmale schaffen eine Illusion der gemeinsamen Abstammung! Eine mögliche Reaktion auf diese Tatsache ist die Erkenntnis, dass die Homologie ein nicht schlüssiges evolutionstheoretisches Konzept ist. Wagner bevorzugt als zweite Möglichkeit, mit dieser Situation umzugehen, embryologische Ursprünge für die Entwicklungsbasis der Homologie als irrelevant anzusehen (Wagner 2014, 94). Für Wagner sind Gene also keine zuverlässigen Indikatoren für morphologische Homologie, und auch die embryologische Herkunft ist als Indikator für Homologie irrelevant. Der Befund, dass homologe Strukturen ihren Ursprung nicht im gleichen Erbgut haben, widerspricht einem der ältesten „Beweise“ für die Evolution der Lebewesen.

P. Borger

[Yoon Y, Klomp J, Martin IM, Criscione F, Calvo E, Ribeiro J & Schmidt-Ott U (2019) Embryo polarity in moth flies and mosquitoes relies on distinct old genes with localized transcript isoforms. ELife 2019, Oct 8;8:e46711. https://elifesciences.org/articles/46711 • Wagner GP (2014) Homology, genes and evolutionary innovation. Princeton University Press.]