Molekularbiologie und Paläontologie haben auf den ersten Blick nur wenig gemeinsam. Zwar beschäftigt sich die Molekularbiologie auch mit Tieren - meist aber mit solchen, die noch leben und noch nicht vor Jahrmillionen ausgestorben sind. Für Stammbaumanalysen fließen diese beiden Wissenschaften aber manchmal zusammen, weil jede Disziplin herausfinden will, wann und wie sich eine Tiergruppe in verschiedene Linien von Nachfahren aufgespaltet hat. Ein Hilfsmittel dabei sind die so genannten molekularen Uhren, sagt Johannes Müller vom Museum für Naturkunde der Humboldt-Universität Berlin.
" Molekulare Uhren sind insofern wichtig, als dass sie, wenn sie richtig angewendet werden, uns Einsichten geben können, die wir von der Paläontologie nur schwer bekommen. Zum Beispiel, wenn wir nicht wissen, wann ein gewisses Tier oder eine Gruppe von Organismen evolutiv entstanden ist. "
Fehlen Fossilien aus bestimmten Zeiträumen, kann die Molekularbiologie diese Lücken schließen, sofern es um Tiere geht, die heute noch leben.
" Also, ich nehme jetzt zum Beispiel Maus und Huhn, nehme dann ein Protein oder mehrere Proteine, die mich interessieren, die es bei beiden gibt, vergleiche die Sequenz miteinander und benutze dann das älteste bekannte Fossil, das uns anzeigt, wann der Split zwischen den Säugetiervorfahren und den Vogelvorfahren erfolgt sein muss und rechne von da ab die prozentualen Unterschiede, die ich erkenne, in der Proteinsequenz auf eine Zeitachse um. Das heißt, wie viel bei ein Prozent an Unterschied in der Proteinsequenz entspricht wie viel Millionen Jahren. Und diese Rate benutze ich dann, um davon auf unter Umständen auch andere Ursprünge von anderen Organismen rückschließen zu können. "
Was sich einfach anhört, ist in der Praxis aber schwierig. Da sich bestimmte Proteine nicht gleich schnell auseinander entwickeln, schwanken die Angaben hinsichtlich der Trennung zweier Tiergruppen beträchtlich, manchmal sogar um mehrere hundert Millionen Jahre.
" Und dann kommen wir in Konflikte, die vielleicht nicht nötig wären, wenn die ganze Sache methodisch gut durchgeführt worden wäre, beispielsweise der Ursprung der modernen, der plazentalen Säugetiere: Sind sie erst im Tertiär entstanden nach dem Aussterben der Dinosaurier oder um diesen selben Zeitpunkt rum oder schon wesentlich früher? Das ist eine Kontroverse, die im Moment sehr aktuell ist. Oder die so genannte kambrische Explosion: Wann sind alle großen Gruppen der Organismen entstanden? Vor ungefähr 600 Millionen Jahren oder wesentlich früher, was manche Uhren-Untersuchungen vorschlagen. "
Damit die molekularen Uhren überhaupt für die Kalibrierung von Fossilienfunden in Frage kommen können, sollten drei Kriterien erfüllt sein, schlägt Johannes Müller jetzt vor: Erstens müssen genügend Fundstellen aus der relevanten Zeit vorliegen. Zudem muss es ausreichend gute Fossilfunde vor und nach der Aufspaltung geben, am besten noch von verschiedenen Fundstellen. Zweitens: Es darf keine Fundlücken geben. So genannte "ghost-lineages", bei denen viele Entwicklungsstränge denkbar sind, können die zeitliche Schätzung einer Abspaltung in Frage stellen. Und drittens: Die vermutete Entwicklung muss sowohl morphologisch als auch zeitlich in den Kontext der nah verwandten Tiergruppen passen.
" Wenn nur diese drei Kriterien halbwegs wenigstens erfüllt sind, dann sollte man dieses Datum zur Kalibrierung molekularer Uhren verwenden und vorzugsweise auch mehrere verschiedene Daten, damit wir eventuelle Fehler praktisch mehr oder weniger statistisch herausbekommen oder eine realistischere Schätzung bekommen, die nicht so sehr beeinflusst ist von einer einzigen Lokalität. "
Mit diesen Kriterien gibt es jedoch Probleme in der bisherigen Annahme, wann sich Säugetiere und Vögel getrennt haben: Deren weit zurückliegende Aufspaltung ist aufgrund der wenigen Fossilien nicht mehr mit Sicherheit bestimmbar. Dagegen sind die molekularen Uhren bei Tiergruppentrennungen hilfreich, die zeitlich nicht so weit zurückliegen, etwa die Abspaltung von Vögeln und Krokodilen oder Alligatoren und Kaimanen. In diesen Fällen können molekulare Uhren zwar nicht als absolute Zeitpunkte benutzt werden, dafür aber bei Entscheidungen zwischen zwei Hypothesen helfen, resümiert Johannes Müller.
" Also, eine absolute Datierung ist sicherlich nicht möglich. Wir können aber, wenn wir das Ganze methodisch gut anstellen, sicherlich einen sehr eng begrenzten Zeitraum festlegen, der sicherlich sehr realistisch ist, da bin ich optimistisch. "
" Molekulare Uhren sind insofern wichtig, als dass sie, wenn sie richtig angewendet werden, uns Einsichten geben können, die wir von der Paläontologie nur schwer bekommen. Zum Beispiel, wenn wir nicht wissen, wann ein gewisses Tier oder eine Gruppe von Organismen evolutiv entstanden ist. "
Fehlen Fossilien aus bestimmten Zeiträumen, kann die Molekularbiologie diese Lücken schließen, sofern es um Tiere geht, die heute noch leben.
" Also, ich nehme jetzt zum Beispiel Maus und Huhn, nehme dann ein Protein oder mehrere Proteine, die mich interessieren, die es bei beiden gibt, vergleiche die Sequenz miteinander und benutze dann das älteste bekannte Fossil, das uns anzeigt, wann der Split zwischen den Säugetiervorfahren und den Vogelvorfahren erfolgt sein muss und rechne von da ab die prozentualen Unterschiede, die ich erkenne, in der Proteinsequenz auf eine Zeitachse um. Das heißt, wie viel bei ein Prozent an Unterschied in der Proteinsequenz entspricht wie viel Millionen Jahren. Und diese Rate benutze ich dann, um davon auf unter Umständen auch andere Ursprünge von anderen Organismen rückschließen zu können. "
Was sich einfach anhört, ist in der Praxis aber schwierig. Da sich bestimmte Proteine nicht gleich schnell auseinander entwickeln, schwanken die Angaben hinsichtlich der Trennung zweier Tiergruppen beträchtlich, manchmal sogar um mehrere hundert Millionen Jahre.
" Und dann kommen wir in Konflikte, die vielleicht nicht nötig wären, wenn die ganze Sache methodisch gut durchgeführt worden wäre, beispielsweise der Ursprung der modernen, der plazentalen Säugetiere: Sind sie erst im Tertiär entstanden nach dem Aussterben der Dinosaurier oder um diesen selben Zeitpunkt rum oder schon wesentlich früher? Das ist eine Kontroverse, die im Moment sehr aktuell ist. Oder die so genannte kambrische Explosion: Wann sind alle großen Gruppen der Organismen entstanden? Vor ungefähr 600 Millionen Jahren oder wesentlich früher, was manche Uhren-Untersuchungen vorschlagen. "
Damit die molekularen Uhren überhaupt für die Kalibrierung von Fossilienfunden in Frage kommen können, sollten drei Kriterien erfüllt sein, schlägt Johannes Müller jetzt vor: Erstens müssen genügend Fundstellen aus der relevanten Zeit vorliegen. Zudem muss es ausreichend gute Fossilfunde vor und nach der Aufspaltung geben, am besten noch von verschiedenen Fundstellen. Zweitens: Es darf keine Fundlücken geben. So genannte "ghost-lineages", bei denen viele Entwicklungsstränge denkbar sind, können die zeitliche Schätzung einer Abspaltung in Frage stellen. Und drittens: Die vermutete Entwicklung muss sowohl morphologisch als auch zeitlich in den Kontext der nah verwandten Tiergruppen passen.
" Wenn nur diese drei Kriterien halbwegs wenigstens erfüllt sind, dann sollte man dieses Datum zur Kalibrierung molekularer Uhren verwenden und vorzugsweise auch mehrere verschiedene Daten, damit wir eventuelle Fehler praktisch mehr oder weniger statistisch herausbekommen oder eine realistischere Schätzung bekommen, die nicht so sehr beeinflusst ist von einer einzigen Lokalität. "
Mit diesen Kriterien gibt es jedoch Probleme in der bisherigen Annahme, wann sich Säugetiere und Vögel getrennt haben: Deren weit zurückliegende Aufspaltung ist aufgrund der wenigen Fossilien nicht mehr mit Sicherheit bestimmbar. Dagegen sind die molekularen Uhren bei Tiergruppentrennungen hilfreich, die zeitlich nicht so weit zurückliegen, etwa die Abspaltung von Vögeln und Krokodilen oder Alligatoren und Kaimanen. In diesen Fällen können molekulare Uhren zwar nicht als absolute Zeitpunkte benutzt werden, dafür aber bei Entscheidungen zwischen zwei Hypothesen helfen, resümiert Johannes Müller.
" Also, eine absolute Datierung ist sicherlich nicht möglich. Wir können aber, wenn wir das Ganze methodisch gut anstellen, sicherlich einen sehr eng begrenzten Zeitraum festlegen, der sicherlich sehr realistisch ist, da bin ich optimistisch. "