Millionen Jahre Evolution in Minuten: So formen Berge und Flüsse neue Arten auf der Erde

Was wäre aus Südamerika geworden, wenn es die Anden nie gegeben hätte? In der Wirklichkeit lässt sich das nicht ausprobieren, im Computer schon. Dort lässt der Evolutionsbiologe und Umweltwissenschaftler Oskar Hagen von der Goethe-Universität Frankfurt Gebirge wachsen, Kontinente driften und Arten sich aufspalten. Millionen Jahre schnurren dabei auf Minuten Rechenzeit zusammen.

Eine frische Einzelentdeckung ist das nicht, sondern ein Forschungsfeld, an dem Hagen seit seiner Doktorarbeit baut. Spannend ist es trotzdem, denn es rührt an eine alte Frage der Biologie: Warum ist das Leben auf der Erde so ungleich verteilt?

Das Rätsel der Palmen Der Regenwald im Kongobecken bedeckt etwa die fünffache Fläche Deutschlands, und dort wachsen mehr als 10.000 Pflanzenarten. Trotzdem liegt er unter den drei großen Regenwaldregionen der Erde bei der Artenvielfalt hinten. Besonders anschaulich zeigen das die Palmen: Das afrikanische Festland kommt auf gerade einmal 66 Arten, Südamerika auf mehrere Hundert, Asien auf rund 1.200. Hagen nennt das „ein seit Langem bestehendes Rätsel“.

Um ihm näherzukommen, füttert er seine Modelle mit Biologie und Geologie zugleich: Wie gut passen sich Arten an, wie schnell erobern sie neue Lebensräume, etwa weil der Wind ihre Samen weit trägt? Wann falten sich Gebirge auf, wie verschieben sich Kontinente, Temperaturen und Niederschläge?

Wie ein Berg neue Arten macht Der Grundgedanke ist einfach: Solange sich die Tiere oder Pflanzen einer Art frei miteinander kreuzen, bleibt sie mehr oder weniger eine Art. Erst wenn eine Barriere die Gruppen trennt, können sie sich über lange Zeit so weit auseinanderentwickeln, dass etwas Neues entsteht.

Berge sind dafür wie gemacht. Wird es wärmer, wandern Pflanzen und Tiere meist die Hänge hinauf, und plötzlich liegen Täler zwischen ihnen. Das Kongobecken dagegen ist recht flach, und seine Landschaft hat sich über lange Zeiträume kaum verändert. Laut den Simulationen ist das wahrscheinlich einer von mehreren Gründen für die geringere Vielfalt. „Das führte dazu, dass nur wenige neue Arten entstanden“, sagt Hagen.

Auch Flüsse erzählen so eine Geschichte. Am Amazonas leben im Oberlauf weit mehr Fischarten als nahe der Mündung, üblicherweise ist es umgekehrt. Den wahrscheinlichen Grund sieht Hagen in der Topografie der Anden mit ihren tief eingekerbten Tälern. Eine 2023 erschienene Simulationsstudie, an der er beteiligt war, führt den Artenreichtum im Westen des Amazonasbeckens vor allem auf die Hebung der Anden und viele kleine Umlenkungen von Flüssen zurück. Dass die Landschaft bei Fischen eine große Rolle spielt, stützt auch eine weitere Auswertung aus demselben Jahr zu fast 5.000 südamerikanischen Süßwasserfischarten: Sie bringt die heutige Vielfalt mit Veränderungen der Landschaft in den vergangenen 100 Millionen Jahren in Verbindung.

Die Anden auf Knopfdruck weg Das Werkzeug dafür heißt gen3sis, eine frei verfügbare Simulationssoftware, die Hagen angestoßen hat und die seitdem gemeinsam weiterentwickelt wird. Mit ihr lassen sich auch Welten bauen, die es nie gab. So könne er „im Rechner eine Version Südamerikas ohne die Anden erzeugen“, erklärt Hagen. Der Vergleich zeigt dann, was das Gebirge für die Vielfalt bedeutet.

Solche Modelle sind allerdings keine Kristallkugeln. Ihr Ergebnis hängt an den Annahmen, die man hineinsteckt. Deshalb lässt sich in gen3sis fast jede Stellschraube verändern und prüfen, wie stark sie das Ergebnis beeinflusst. Forschende lassen Hunderte Durchläufe rechnen und schauen, ob am Ende etwas herauskommt, das der heutigen Natur ähnelt.

Wie das aussehen kann, zeigt eine Fallstudie von 2021 über rund 65 Millionen Jahre: Von fünf getesteten Modellen erfüllte nur eines alle Prüfkriterien. Es bildete unter anderem das bekannte Muster nach, dass die Vielfalt vom Äquator zu den Polen hin abnimmt. Die Autoren benennen auch die Grenzen, etwa grobe Zeitschritte von rund 170.000 Jahren und die nicht berücksichtigte Eisbedeckung.

Wenn Vielfalt verschwindet Je besser die Modelle werden, desto eher taugen sie auch für den Blick nach vorn. Gerade untersucht Hagens Team, wie tropische Fische auf wärmere Meere reagieren könnten. Dabei zeigt sich Unerwartetes: Unter bestimmten Bedingungen kann das Aussterberisiko sogar dann steigen, wenn einer Art der Weg in kühleres Wasser offensteht. Wie zuverlässig solche Prognosen sind, ist noch offen.

Wie eng Entstehen und Verschwinden zusammenliegen, sieht man auf den Kanaren. Dort hat die Abgeschiedenheit vom Festland viele neue Pflanzenarten hervorgebracht: Auf La Palma wachsen rund 180 Arten, die es nur auf den Kanaren gibt, 40 davon ausschließlich auf dieser Insel. Da Pflanzenfresser dort lange fehlten, gingen vielen von ihnen Dornen, Bitterstoffe und giftige Abwehr verloren. Eingeschleppte Ziegen und vor allem Kaninchen haben deshalb leichtes Spiel. Wie sehr, zeigt eine Studie von 2019 auf Teneriffa: Von den Arten, die nur auf dieser einen Insel vorkommen, wiesen 67 Prozent Kaninchenfraß auf, bei weiter verbreiteten und eingeschleppten Pflanzen waren es 30 Prozent.

Laut dem Frankfurter Biogeographen Severin Irl, der auf den Kanaren forscht und an der Studie beteiligt war, stirbt eine Inselart zwölfmal so wahrscheinlich aus wie eine Art auf dem Kontinent. Trotzdem sagt er: „Grundsätzlich bin ich Optimist.“

Und Oskar Hagen erinnert daran, dass jede Art über viele Millionen Jahre von der Evolution geformt wurde. „Das allein sollte uns demütig stimmen.“