Plastizität der Lebewesen: Baustein der Makroevolution?

Geschrieben von Reinhard Junker

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Zusammenfassung:

Unter Plastizität wird die Fähigkeit von Organismen verstanden, auf der Basis desselben Genotyps* mehrere Phänotypen* als Reaktion auf Umweltreize ausbilden zu können. Plastizität kann kontinuierlich sein (man spricht dann von Reaktionsnorm des Merkmals) oder diskontinuierlich (Polyphänismus). Ein Beispiel für eine Reaktionsnorm ist die Anzahl der Roten Blutkörperchen im Blut abhängig vom Sauerstoffgehalt der Luft, ein Beispiel für einen Polyphänismus sind alternative Ausprägungen des Flügelmusters von Schmetterlingen (z. B. Sommer- und Winterform). Ein Großteil der Merkmale der Lebewesen ist plastisch; Plastizität ist ein universelles Phänomen in der belebten Welt.

Plastizität beinhaltet zum einen die Fähigkeit des Organismus, auf Störungen (genetische oder Umwelt-Änderungen) zu reagieren, um einen bestimmten Zustand aufrechtzuerhalten oder (wieder) zu erreichen. Zum anderen ermöglicht Plastizität vorprogrammierte angepasste Reaktionen bei regelmäßig, gelegentlich oder nur ausnahmsweise auftretenden Umweltänderungen. Plastizität wird also nur bei (zum Teil seltenem) Bedarf genutzt. Plastizität ermöglicht den Organismen, Sollwerte (Ziele) zu erreichen oder beizubehalten, indem z. B. Störungen oder Änderungen durch Kompensationen ausgeglichen werden. In diesem Sinne weist Plastizität eine telelogische Komponente auf. Insoweit Plastizität eine auf seltene potentielle zukünftige Erfordernisse ausgerichtete Eigenschaft ist, kann sie selektiv nicht gleichermaßen bewertet werden wie „gewöhnliche“ Merkmale. Denn plastische Fähigkeiten werden häufig nicht ausgebildet und sind dann selektiv nicht bewertbar. Dennoch gilt es als vielfach erwiesen, dass Plastizität durch Selektion verändert werden kann (z. B. Verschiebung von Schwellenwerten, Verringerung, Vergrößerung oder Verschiebung plastischer Reaktionsmöglichkeiten). Umweltbedingungen können Plastizität fördern oder einschränken. Das Vorhalten plastischer Reaktionsmöglichkeiten beinhaltet Kosten für den Organismus, die in die selektive Bewertung von Plastizität einfließen. Der Ursprung der Plastizität wird in der Fachliteratur kaum thematisiert.

Plastizität wird vielfach als Evolutionsfaktor diskutiert. So könnten plastische Änderungen Vorreiter nachträglicher genetischer Änderungen sein. Plastische Änderungen betreffen sofort die ganze Population in einer bestimmten Umwelt und müssen sich nicht erst über viele Generationen hinweg durchsetzen, allerdings sind sie solange reversibel, bis sie durch nachfolgende genetische Änderungen fixiert werden. Plastizität wird auch als Quelle für evolutionäre Neuheiten diskutiert: durch starke Umweltänderungen könnten plastische Merkmale ausgeprägt werden, die sonst nicht zum Vorschein kommen und zu Ansätzen für Neubildungen werden. Andererseits schützt Plastizität vor Selektion (durch plastische Änderung sonst unangepasster Merkmalsausprägungen) und kann somit einen evolutionären Wandel auch bremsen.

Eine Reihe von Befunden deutet darauf hin, dass ein hohes Maß an Plastizität ursprünglich ist (eine Form von Polyvalenz), während geringere Plastizität („Kanalisierung“) eher eine abgeleitete, spezialisierte Situation ist. Das kann auch Artbildung begünstigen, besonders bei Polyphänismen. Dieser Aspekt ist für die Grundtypenbiologie interessant. Aus der Sicht der Schöpfungslehre kann Plastizität als teleologisches Konzept (inklusive ihrer eigenen Formbarkeit) als Ausdruck weiser Voraussicht interpretiert werden.

Abstract in English (via DeepL): Plasticity of living organisms: a building block of macroevolution?

Plasticity refers to the ability of organisms to develop multiple phenotypes* based on the same genotype* in response to environmental stimuli. Plasticity can be continuous (referred to as the reaction norm of the trait) or discontinuous (polyphenism). An example of a reaction norm is the number of red blood cells in the blood depending on the oxygen content of the air; an example of polyphenism is alternative expressions of the wing pattern of butterflies (e.g., summer and winter forms). Most of the characteristics of living organisms are plastic; plasticity is a universal phenomenon in the living world.

Plasticity involves, on the one hand, the ability of the organism to respond to disturbances (genetic or environmental changes) in order to maintain or (re)achieve a certain state. On the other hand, plasticity enables preprogrammed, adapted responses to regular, occasional, or only exceptional environmental changes. Plasticity is therefore only used when (sometimes rarely) needed. Plasticity enables organisms to achieve or maintain target values (goals) by, for example, compensating for disturbances or changes. In this sense, plasticity has a telelogical component. Insofar as plasticity is a trait geared towards rare potential future requirements, it cannot be evaluated selectively in the same way as “ordinary” traits. This is because plastic abilities are often not developed and therefore cannot be selectively evaluated. Nevertheless, it has been proven many times that plasticity can be changed through selection (e.g., shifting thresholds, reducing, enlarging, or shifting plastic response options). Environmental conditions can promote or limit plasticity. Maintaining plastic response options entails costs for the organism, which are factored into the selective evaluation of plasticity. The origin of plasticity is rarely discussed in the specialist literature.

Plasticity is often discussed as an evolutionary factor. Plastic changes could thus be precursors to subsequent genetic changes. Plastic changes immediately affect the entire population in a given environment and do not have to become established over many generations, but they are reversible until they are fixed by subsequent genetic changes. Plasticity is also discussed as a source of evolutionary novelty: major environmental changes could bring out plastic traits that would not otherwise appear and become the basis for new developments. On the other hand, plasticity protects against selection (through plastic changes in otherwise maladaptive trait expressions) and can thus also slow down evolutionary change.

A number of findings suggest that a high degree of plasticity is original (a form of polyvalence), while lower plasticity (“channeling”) is more of a derived, specialized situation. This can also promote speciation, especially in cases of polyphenism. This aspect is of interest to basic type biology. From the perspective of creationism, plasticity as a teleological concept (including its own malleability) can be interpreted as an expression of wise foresight.

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