Als Charles Darwin seine Weltreise an Bord der H.M.S. Beagle antrat, teilte er mit seinen Zeitgenossen die fast unbestrittene Überzeugung, dass jede Pflanzen- und Tierart, die damals die Erde bewohnte, durch einen eigenen Schöpfungsakt entstanden war. Auf keine andere Weise ließen sich die exquisiten Anpassungen in Struktur und Verhalten erklären, durch die jede Lebensform so perfekt für ihren Platz in der Natur geschaffen zu sein scheint. Am Ende der einjährigen Reise hatte sich in den Köpfen des jungen Naturforschers eine völlig neue und verblüffende Idee entwickelt. Heute, weniger als ein Jahrhundert nach der Veröffentlichung von Die Entstehung der Arten, ist die Evolutionstheorie längst als Tatsache des Lebens akzeptiert.

Die Genialität von Darwins Einsicht lag in seiner Integration zweier einfacher und scheinbar unverbundener biologischer Wahrheiten und in seiner Projektion ihrer unvermeidlichen Konsequenzen auf eine riesige Zeitskala. Die eine war, dass die einzelnen Mitglieder einer Art nicht alle genau gleich sind, da die Unterschiede zwischen ihnen tendenziell vererbt werden. Die andere, etwas weniger offensichtliche, war, dass die unendliche Ausbreitung von Populationen durch die begrenzte Verfügbarkeit von Nahrung und andere einschränkende Lebensbedingungen gebremst wird. Darwin folgerte daraus, dass jede vererbbare Eigenschaft, die das Überleben und die Fruchtbarkeit eines Individuums erhöht, „natürlich selektiert“ wird, d. h. sie wird in jeder nachfolgenden Generation an einen größeren Teil der Bevölkerung weitergegeben. Auf diese Weise haben sich die heute existierenden Arten durch die allmähliche Anhäufung anpassungsfähiger Variationen aus früheren und primitiveren Vorläufern entwickelt und verdanken ihre komplizierten Anpassungsmechanismen nicht einer zielgerichteten Planung, sondern dem leidenschaftslosen Wirken der Naturgesetze.

In dem großen Umbruch des wissenschaftlichen Denkens, der auf die Verkündung der Evolutionstheorie folgte, rückten die Phänomene der Vererbung und Variation plötzlich in den Vordergrund der Biologie. Über die Art und Weise, wie erbliche Unterschiede entstehen, und über die Mechanismen ihrer Weitergabe war fast nichts bekannt, aber Darwin sah die Entwicklung eines „großen und fast unbetretenen Forschungsgebiets“ voraus, in dem die Ursachen der Variation und die Gesetze der Vererbung entdeckt werden würden. Noch während Darwin die Zukunft dazu aufrief, die Rätsel der Vererbung zu lösen, legte Gregor Mendel den Grundstein für die neue Wissenschaft der Genetik. Die Genetik hat einen wertvollen Beitrag zu der Synthese von Fakten und Ideen aus fast allen Zweigen der Naturwissenschaften geleistet, die auf dem Darwinismus aufbaut. In dem Maße, in dem die vielfältigen und komplizierten Mechanismen der Evolution verstanden wurden, wuchs die Gewissheit, dass das Rohmaterial, von dem sie abhängen, die Mutationen der Gene sind.

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Die Erbanlagen einer Pflanze oder eines Tieres werden, wie man heute weiß, durch eine ganz besondere Art von Material bestimmt, das sich hauptsächlich in den fadenförmigen Chromosomen befindet, die man unter dem Mikroskop im Zellkern sehen kann. Die unsichtbaren Elemente, aus denen sich dieses Material zusammensetzt, die Gene, wurden früher als diskrete Partikel betrachtet, die wie Perlen auf dem Chromosom aufgereiht sind. Neuere Erkenntnisse haben dieses Konzept erheblich verändert, und viele Genetiker betrachten Gene heute als chemisch differenzierte Bereiche des Chromosoms, die nicht unbedingt durch bestimmte Grenzen voneinander getrennt sind, sondern jeweils ein unverwechselbares strukturelles Muster aufweisen, von dem sie eine hochspezifische Rolle im Stoffwechsel der Zelle ableiten.

Jede Zelle im Körper enthält einen Satz von Chromosomen und Genen, der durch eine lange Reihe von Zellteilungen direkt von dem ursprünglich in der Eizelle bei der Befruchtung gebildeten Satz abstammt. Der menschliche Embryo entwickelt sich zu einem Menschen und nicht zu einem Baum, einem Elefanten oder einer Monstrosität, weil das in seinen Chromosomen enthaltene Material, seine Genkonstellation, eine wunderbar koordinierte Abfolge von Reaktionen in Gang setzt und steuert, die unter normalen Bedingungen unweigerlich zur Differenzierung und zum Wachstum eines menschlichen Wesens führt.

Während des gesamten Lebens des Menschen üben die Gene weiterhin ihre Kontrolle über die komplexe Chemie der Zellen und Gewebe des Körpers aus. Während älteres Gewebe allmählich durch neues ersetzt wird, wird die aufgenommene Nahrung ganz gezielt in mehr von demselben Individuum umgewandelt, auch wenn eine identische Nahrung, die einem Hund gefüttert wird, in mehr Hund umgewandelt würde. Wir sind noch weit davon entfernt zu verstehen, wie Gene die vielfältigen Aktivitäten lebender Systeme steuern, aber wir wissen mit wachsender Sicherheit, dass die Bandbreite möglicher Reaktionen einer Zelle oder eines Organismus auf die Bedingungen, denen sie ausgesetzt sind, weitgehend von den Genen bestimmt wird.

Alle Mitglieder unserer Spezies haben die grundlegende genetische Ausstattung gemeinsam, die uns von anderen Lebensformen unterscheidet. Dennoch haben keine zwei Individuen, mit Ausnahme von eineiigen Zwillingen, genau das gleiche Erbgut, was mit anderen Worten bedeutet, dass jeder Mensch ein einzigartiges Muster an chromosomalen Genen besitzt. Unterschiede in der Hautpigmentierung, der Augen- und Haarfarbe, der Statur und den Gesichtszügen sind bekannte erbliche Merkmale, durch die sich Individuen und Gruppen von Individuen voneinander unterscheiden. Diese und eine Vielzahl anderer vererbter Variationen, von Fingerabdruckmustern bis hin zu Blutgruppen, sind Ausdruck von Unterschieden in der Struktur und Anordnung des genetischen Materials.

Es ist bekannt, dass einige vererbte Variationen, wie z. B. die Augenfarbe, von Unterschieden im Zustand eines einzigen Gens abhängen. Das bedeutet nicht, dass ein einziges Gen allein für die Bildung des blauen oder braunen Pigments in der Iris des Auges verantwortlich ist. Es bedeutet, dass eine Veränderung in diesem speziellen Gen das integrierte Funktionieren des gesamten Gensystems so verändern kann, dass eine andere Art von Pigment produziert wird. Andere Merkmale, wie zum Beispiel die Körpergröße, hängen vom Zustand einer relativ großen Anzahl von Genen ab.

Gene existieren nicht in einem Vakuum. Sie befinden sich immer in einer Umgebung, die berücksichtigt werden muss, um zu verstehen, wie sie funktionieren. Die Umwelt innerhalb der Zelle und des Organismus sowie die unberechenbarere Umwelt außerhalb sind eng mit der Funktionsweise der Gene verbunden und haben einen unterschiedlich starken Einfluss auf die letztendliche Ausprägung der Vererbung. Ein Merkmal oder eine Eigenschaft ist nicht an sich vererbbar. Was von den Genen bestimmt wird, ist die Fähigkeit, bestimmte Merkmale unter bestimmten Bedingungen hervorzubringen.

Im Falle der Augenfarbe mag diese Unterscheidung unwichtig erscheinen, da ein Individuum, das die genetische Veranlagung für blaue Augen hat, unter allen Umweltbedingungen blaue Augen haben wird. Ihre Bedeutung wird jedoch deutlich, wenn wir vererbte Merkmale betrachten, die direkter auf Umweltvariablen reagieren. Das Himalayakaninchen ist ein Beispiel dafür. Dieses Kaninchen hat ein Muster aus weißem Fell mit schwarzem Fell an den Extremitäten (Ohren, Pfotenspitzen, Schwanz), und dieses Muster wird von Generation zu Generation weitergegeben. Wenn man einem solchen Kaninchen ein Stück weißes Fell am Rücken abrasiert und das neue Fell nachwachsen lässt, während man das Tier an einem kühlen Ort hält, wächst es schwarz statt weiß. Es ist also nicht das Muster selbst, das vererbt wird, sondern die Fähigkeit, bei niedrigen Temperaturen schwarzes Pigment zu produzieren und bei höheren Temperaturen nicht. Da die Temperatur an den Extremitäten normalerweise niedriger ist als am restlichen Körper, entsteht das typische Himalaya-Muster. Auch wenn die Statur im Wesentlichen von den Genen gesteuert wird, kann sie durch Ernährungsfaktoren erheblich beeinflusst werden.

Gene sind nicht nur wegen der Art und Weise bemerkenswert, in der sie die verschlungenen Wege des Stoffwechsels und der Entwicklung steuern. Sie haben darüber hinaus einzigartige Eigenschaften, die ihnen eine besondere Bedeutung in der Biologie verleihen, da sie das Rohmaterial nicht nur für die Evolution, sondern wahrscheinlich für das Leben selbst darstellen. Gene haben die Fähigkeit, Material aus ihrer Umgebung in präzise Kopien ihrer eigenen molekularen Konfigurationen zu organisieren, und sie üben diese Macht jedes Mal aus, wenn sich eine Zelle teilt.

Sie sind auch in der Lage, strukturelle Veränderungen oder Mutationen zu erfahren; und sobald eine solche Veränderung stattgefunden hat, wird sie in die Kopien, die das Gen von sich selbst macht, aufgenommen. Eine einzelne Einheit mit diesen Eigenschaften und der Fähigkeit, sich mit anderen derartigen Einheiten zusammenzuschließen, würde die wesentlichen Merkmale eines Lebewesens besitzen, das zu einer unbegrenzten Evolution durch die natürliche Auswahl von Varianten und Kombinationen fähig ist, die sich am effizientesten selbst reproduzieren. Viele Biologen glauben, dass das Leben mit der zufälligen Bildung von „nackten Genen“ entstanden sein könnte, organischen Molekülen, die in der Lage sind, ihre eigene Struktur und ihre Strukturvariationen aus in der Umwelt verfügbaren Materialien zu duplizieren.

Obwohl die chemische Natur der Gene noch nicht mit Sicherheit bekannt ist, ist einer der wichtigsten jüngsten Fortschritte in der Genetik der Nachweis, dass ihre definitiven Eigenschaften durch die theoretische Struktur und das Verhalten der Moleküle von Verbindungen, die als Desoxyribonukleinsäuren oder DNA bekannt sind, erklärt werden können. Chromosomen enthalten große Mengen an DNA. Ihre Moleküle sind für Moleküle sehr groß und in langen Ketten aus nur vier Arten von einfachen chemischen Bausteinen aufgebaut. Man nimmt an, dass die Reihenfolge, in der diese Bausteine auftreten, und die Anzahl der Wiederholungen ähnlicher Gruppierungen die Grundlage für die spezifische Aktivität verschiedener Regionen des Chromosoms – mit anderen Worten: der Gene – bilden. Die Untersuchung der Eigenschaften dieser Moleküle bietet eine Möglichkeit, den Mechanismus zu erklären, durch den sich Gene selbst duplizieren und die Variationen, die sie durchlaufen können, reproduzieren.

Mutationen werden, wie bereits angedeutet, als Veränderungen auf molekularer Ebene in der Struktur oder Organisation von Genen betrachtet. Eine Mutation in einem beliebigen Gen spiegelt sich wahrscheinlich in einer Änderung seines Beitrags zu dem fein verwobenen Muster der Kontrolle wider, die von der gesamten Genkonstellation ausgeübt wird, und kann durch ihre Auswirkungen auf einige physische oder metabolische Merkmale des Organismus nachgewiesen werden.

Mutationen sind in der Natur eher seltene Ereignisse, die gewöhnlich mit einer Häufigkeit von einer in tausend bis einer in einer Milliarde Genduplikationen auftreten. Sie haben ein extrem breites Spektrum an Auswirkungen, von fatalen Störungen der normalen Entwicklung bis hin zu spürbaren Verkürzungen der Lebenserwartung, von auffälligen Veränderungen des Aussehens bis hin zu geringfügigen Veränderungen des Stoffwechsels, die nur mit empfindlichen Laborinstrumenten nachgewiesen werden können.

Mutationen beim Menschen sind für die Arten von erblichen Unterschieden verantwortlich, die wir bereits erörtert haben, und können auch Auswirkungen wie den frühen Tod des Fötus, Totgeburten, Krankheiten wie Hämophilie und Sichelzellenanämie, Farbenblindheit und Hasenscharte hervorrufen. Es scheint durchaus möglich, dass Krebs, Leukämie und andere bösartige Krankheiten durch das Auftreten von Mutationen in anderen Körperzellen als den Fortpflanzungszellen entstehen.

Obwohl die Gesamthäufigkeit von Mutationen durch die Exposition gegenüber Strahlung und einer Vielzahl von Chemikalien erheblich erhöht werden kann, besteht normalerweise kein Zusammenhang zwischen den Umweltbedingungen und der Art der auftretenden Mutationen. Mutationen aller Art treten in natürlichen Populationen mit geringer, aber regelmäßiger Häufigkeit auf, und zwar in einer Weise, die sich am besten dadurch erklären lässt, dass man sie als die Folgen zufälliger molekularer Umlagerungen betrachtet, die mehr oder weniger zufällig im genetischen Material vorkommen. Röntgenstrahlen und andere Arten hochenergetischer Strahlung erhöhen die Wahrscheinlichkeit, dass diese Unfälle oder Mutationen auftreten, aber wir kennen die Ursachen der so genannten „spontanen“ Mutationen nicht mit Sicherheit. Natürliche Strahlungen, wie z.B. kosmische Strahlen, verursachen zweifellos einen Teil davon, aber man schätzt, dass die Intensität der natürlichen Strahlung nicht ausreicht, um alle Mutationen in Pflanzen- und Tierpopulationen zu erklären.

Darwin glaubte, dass die vererbbaren Variationen, auf die die natürliche Auslese einwirkt, direkt durch den Einfluss der Lebensbedingungen auf den Organismus oder durch die Auswirkungen der Nutzung und Nichtnutzung bestimmter Körperteile verursacht werden. Obwohl er die Schwierigkeit erkannte, zu erklären, wie die Umwelt angemessene adaptive Veränderungen hervorrufen kann und wie solche Veränderungen in die Fortpflanzungszellen eingebaut werden können, so dass sie vererbt werden, schien es damals noch schwieriger, sich vorzustellen, dass sie durch Zufall entstehen könnten. Wie kann also die moderne Genetik vorschlagen, dass die Ordnung der Evolution aus zufälligen Variationen in der molekularen Struktur der Gene folgen kann, die ohne Bezug zu den Anforderungen der Umwelt auftreten?

Wir müssen uns nicht auf Spekulationen verlassen, um diese Frage zu beantworten. Die Erforschung der Evolution ist in das Laboratorium eingezogen, und obwohl es hier nicht möglich ist, die Art von Veränderungen zu duplizieren, die in der Natur Millionen von Jahren erfordert haben, können die elementaren Schritte der Evolution analysiert werden. Die Verwendung von Bakterien bietet dafür viele Vorteile. Dies gilt insbesondere deshalb, weil die Mechanismen der Vererbung und der Variation, wo immer sie im Pflanzen- und im Tierreich untersucht werden, grundlegend gleich zu sein scheinen. Gene und Mutationen sind in ihrem grundsätzlichen Verhalten gleich, ob sie in Fruchtfliegen, in Maispflanzen, im Menschen oder in Mikroorganismen untersucht werden.

Das Bakterium Escherichia coli, ein stäbchenförmiger Einzeller, der normalerweise im menschlichen Verdauungstrakt vorkommt, wird in der Vererbungsforschung häufig verwendet. Unter optimalen Bedingungen teilt es sich alle zwanzig Minuten, und eine einzige Zelle in einem Kubikzentimeter Kulturmedium erzeugt über Nacht so viele Nachkommen wie die menschliche Bevölkerung der Erde. Die jüngste Entdeckung eines sexuellen Prozesses in diesem Organismus sowie in einigen anderen Bakterienarten hat es ermöglicht, verschiedene Stämme zu kreuzen und viele der klassischen Methoden der genetischen Analyse anzuwenden, die bei der Untersuchung höherer Formen entwickelt wurden. Escherichia coli ist ein ideales Vehikel für die experimentelle Untersuchung der „Mikroevolution“

Im Labor kann ein Stamm dieses Bakteriums fast unbegrenzt unter konstanten Bedingungen gehalten werden, ohne dass sich seine Eigenschaften nennenswert verändern. Wenn jedoch die Umgebung, in der die Bakterien gezüchtet werden, in einer für die Population nachteiligen Weise verändert wird, passt sie sich oft schnell und effektiv an die neuen Bedingungen an.

Ein gutes Beispiel dafür, wie sich eine Bakterienkultur an eine ungünstige Umgebung anpassen kann, ist die Reaktion von Escherichia coli auf Streptomycin. Die meisten Stämme dieses Bakteriums reagieren empfindlich auf Streptomycin und sind nicht in der Lage, sich in Gegenwart selbst sehr geringer Mengen des Antibiotikums zu vermehren. Die Empfindlichkeit gegenüber Streptomycin ist ein vererbtes Merkmal und wird unverändert über unzählige Generationen weitergegeben. Wird dem Kulturröhrchen, in dem ein empfindlicher Stamm wächst, eine hohe Streptomycinkonzentration zugesetzt, hängt das Ergebnis von der Größe der Population zu diesem Zeitpunkt ab. Ist die Anzahl der Bakterien im Reagenzglas zum Zeitpunkt der Zugabe des Antibiotikums relativ gering (hundert oder tausend), wird die Vermehrung sofort gestoppt, und es findet kein weiteres Wachstum im Reagenzglas statt, ganz gleich, wie lange es bebrütet wird. Wenn die Population groß ist (hundert Millionen Bakterien oder mehr), wird die Zugabe von Streptomycin die Vermehrung drastisch stoppen, aber die Bebrütung des Röhrchens für einige Tage wird fast immer zum endgültigen Auftreten einer voll ausgewachsenen Kultur führen, die zehn Milliarden Bakterien enthält. Wenn die Bakterien in dieser Kultur getestet werden, erweisen sie sich als völlig resistent gegen Streptomycin und sind in der Lage, sich in dessen Gegenwart kräftig zu vermehren. Darüber hinaus stellen wir fest, dass die Resistenz gegen Streptomycin eine stabile, vererbbare Eigenschaft ist, die auf unbestimmte Zeit an die Nachkommen dieser Bakterien weitergegeben wird.

Indem man also eine große Population streptomycinempfindlicher Bakterien einer hohen Konzentration des Antibiotikums aussetzt, kann man die Entstehung eines genetisch resistenten Stammes bewirken. Dies ist in der Tat eine bemerkenswerte adaptive Veränderung, die auf den ersten Blick die alte Vorstellung zu bestätigen scheint, dass die Umwelt nützliche Veränderungen hervorrufen kann, die dann vererbt werden. Die sorgfältige Untersuchung der Vorgänge, die zum Auftreten eines Streptomycin-resistenten Stammes führen, beweist zweifelsfrei, dass dies nicht der Fall ist.

Es lässt sich leicht zeigen, dass die Anpassung an Streptomycin nicht durch die massenhafte Umwandlung der gesamten empfindlichen Population zustande kommt, sondern vielmehr das Ergebnis eines selektiven Überwachstums der Kultur durch einige wenige Individuen ist, die sich in seiner Gegenwart vermehren können, während die Teilung der restlichen Population gehemmt wird. Aus diesem Grund erfolgt die Anpassung nur, wenn die exponierte Population groß genug ist, um mindestens ein solches Individuum zu enthalten. Die entscheidende Frage lautet: Wie haben diese seltenen Individuen die Eigenschaften erworben, die es ihnen und ihren Nachkommen ermöglichen, sich in Gegenwart von Streptomycin zu vermehren?

Diese Frage hat tiefe Wurzeln in der biologischen Kontroverse. Sie erinnert in neuer Form an die Auseinandersetzungen um Lamarcks Idee, dass umweltbedingte Veränderungen des Individuums an die Nachkommen vererbt werden können. Obwohl der Lamarckismus seit langem zur Zufriedenheit der meisten Biologen widerlegt wurde, indem wiederholt gezeigt wurde, dass eine solche Vererbung einfach nicht stattfindet, hielt sich in der Bakteriologie bis vor kurzem die Vorstellung, dass sich Mikroorganismen irgendwie von anderen Pflanzen und Tieren unterscheiden und dass dauerhafte vererbbare Veränderungen adaptiver Art in Bakterien direkt als Ergebnis der Wirkung der Lebensbedingungen erzeugt werden können.

Zwei alternative Hypothesen können bei der Planung von Experimenten zur Bestimmung des wahren Ursprungs von Streptomycin-resistenten Varianten in Betracht gezogen werden. Die erste besagt, dass eine kleine Anzahl ursprünglich empfindlicher Bakterien als direkte Folge der Einwirkung von Streptomycin verändert wurde und dadurch eine dauerhafte Resistenz erwarb. Dies wäre ein Beispiel für eine durch die Umwelt hervorgerufene adaptive erbliche Veränderung, wie sie Darwin für den Ursprung der meisten erblichen Veränderungen vorgesehen hat. Die zweite Möglichkeit besteht darin, dass die resistenten Individuen die für die Resistenz erforderlichen Eigenschaften bereits erworben hatten, bevor sie mit Streptomycin in Berührung kamen, und zwar durch eine Mutation während der normalen Teilung der empfindlichen Population. In diesem Fall wäre die Rolle des Antibiotikums völlig passiv, indem es Bedingungen schafft, die selektiv die Vermehrung der seltenen Individuen in der Population begünstigen, die bereits durch das vorherige Auftreten einer zufälligen Umlagerung eines bestimmten Gens in der Lage sind, der hemmenden Wirkung des Antibiotikums zu widerstehen.

In den letzten fünfzehn Jahren wurden zahlreiche Experimente entworfen und in verschiedenen Laboratorien durchgeführt, um festzustellen, welche dieser Hypothesen richtig ist. Sie haben zweifelsfrei bewiesen, dass die zweite Hypothese richtig ist und dass streptomycinresistente Varianten durch Mutation in sehr geringem Maße während des Wachstums empfindlicher Stämme entstehen, die nie mit Streptomycin in Berührung gekommen sind. Der Beweis hängt davon ab, dass die allererste Generation resistenter Individuen in einer Kultur, der gerade Streptomycin zugesetzt wurde, bereits aus verwandten Familiengruppen oder Klonen besteht, und zwar genau so, wie man es vorhersagen würde, wenn ihre Resistenz die Folge einer erblichen Veränderung wäre, die einige Generationen zurückliegt.

Die Entwicklung der Resistenz gegen Streptomycin veranschaulicht die Art und Weise, in der Mutationen die Grundlage für adaptive Veränderungen in Bakterienpopulationen bilden. Tatsächlich enthält jede Kultur von Escherichia coli, die bei einem Vergleich von Hunderten oder gar Tausenden von Bakterien scheinbar recht homogen ist, seltene Varianten, die sich vom vorherrschenden Typ auf eine oder mehrere von unzähligen Arten unterscheiden. Wenn ein geeignetes selektives Umfeld zur Verfügung gestellt wird, kann gezeigt werden, dass eine Kultur Mutanten enthält, die gegen viele Antibiotika, gegen die Wirkung von Strahlung, gegen alle Arten von Chemikalien, die bestimmte Schritte im Stoffwechsel hemmen, resistent sind – Mutanten, die sich vom Standardtyp in den Zuckern, die sie fermentieren können, in ihrer Wachstumsrate, in der Komplexität ihrer Nahrungsanforderungen, in ihren antigenen Eigenschaften und in fast jedem Merkmal, für das eine Methode zum Nachweis gefunden werden kann, unterscheiden.

In jedem Fall, der sorgfältig untersucht wurde, hat sich herausgestellt, dass diese Unterschiede ohne jeglichen Kontakt mit den Bedingungen entstehen, unter denen sie sich als vorteilhaft erweisen, und ihre Häufigkeit wird durch einen solchen Kontakt normalerweise nicht erhöht. Dies gilt nicht nur für Bakterienkulturen, wo sich Mutationen schnell und dramatisch nachweisen lassen. Es ist bekannt, dass natürliche Populationen anderer Pflanzen und Tiere, einschließlich des Menschen, viele Arten von Mutationen enthalten, die ohne offensichtlichen kausalen Zusammenhang mit den Wachstumsbedingungen auftreten.

Somit spielt der Zufall durch Mutation in einer Weise, die Darwin nicht ahnen konnte, eine äußerst wichtige Rolle in der Evolution. Es wäre in der Tat schwierig, sich vorzustellen, wie eine Spezies lange überleben oder in der Evolution fortschreiten könnte, wenn sie für ihre Flexibilität von Variationen abhängig wäre, die direkt durch die Lebensbedingungen verursacht werden. Ganz abgesehen von der Tatsache, dass auf diese Weise erzeugte Veränderungen nicht vererbt werden, außer in sehr speziellen Fällen, würde es das Eingreifen eines zielgerichteten und vorausschauenden Agenten erfordern, um zu garantieren, dass zuvor unbekannte Bedingungen typischerweise genau die Reaktionen im Organismus hervorrufen, die zur Verbesserung der Anpassung erforderlich sind.

Natürlich rüstet das Auftreten einer Vielfalt von Mutationen in Populationen von Bakterien und anderen Organismen diese nicht notwendigerweise dazu aus, jeder Herausforderung der Umwelt erfolgreich zu begegnen. Einige Bakterienstämme sind beispielsweise nicht in der Lage, sich an Streptomycin anzupassen, da ihr Mutationsspektrum nicht die für die Streptomycin-Resistenz erforderliche besondere Veränderung des Stoffwechsels umfasst. Da die Bandbreite der Bedingungen, unter denen Leben möglich ist, begrenzt ist, sind hinreichend drastische Veränderungen, wie sie beispielsweise im Zentrum einer Wasserstoffbombenexplosion stattfinden würden, für das Überleben von Lebewesen nicht förderlich.

Selbst innerhalb des Bereichs der erträglicheren Bedingungen ist die Plötzlichkeit der Veränderung manchmal entscheidender als ihr Ausmaß. Zum Beispiel kann das Bakterium Escherichia coli gegen Streptomycin, Penicillin und Chloromycetin resistent gemacht werden, wenn die Mutanten, die gegen jedes dieser Antibiotika resistent sind, nacheinander selektiert werden, aber ein solcher dreifach resistenter Stamm kann nicht erhalten werden, wenn der empfindliche Stamm gleichzeitig allen drei Mitteln ausgesetzt wird. Dies erklärt sich aus der vernachlässigbaren Wahrscheinlichkeit, dass ein Individuum in einer endlichen Population eine Mutation in drei bestimmten Genen durchlaufen hat, von denen jedes sehr selten und unabhängig von den anderen mutiert.

Beobachtungen dieser Art haben übrigens, obwohl sie ursprünglich in den Labors der Genetik gemacht wurden, wichtige Anwendungen in der medizinischen Praxis gefunden. Viele Menschen, die Antibiotika zur Bekämpfung einer Infektion eingesetzt haben, haben die Erfahrung gemacht, dass die Symptome dramatisch gelindert wurden, um dann innerhalb weniger Tage einen Rückfall zu erleiden, der dieses Mal nicht auf das gleiche Antibiotikum anspricht. Manchmal lässt sich dies durch die Selektion einer Variante in der infizierenden Bakterienpopulation erklären, die gegen das Antibiotikum resistent ist und sich vermehren kann, sobald die empfindliche Population durch die erste Behandlungsrunde eliminiert wurde. In manchen Fällen empfiehlt ein Arzt die gleichzeitige Anwendung einer Kombination von zwei oder mehr nicht miteinander verwandten Antibiotika, da er weiß, dass Mutanten, die gegen mehr als ein solches Medikament resistent sind, sehr viel unwahrscheinlicher vorhanden sind. Die Verwendung von Antibiotika-Kombinationen ist zwar aus medizinischen Gründen nicht immer durchführbar, hat aber unter bestimmten Bedingungen das Auftreten von Rückfällen, die durch die Selektion resistenter Varianten verursacht werden, wirksam verhindert.

In der komplizierten Geschichte der Evolution steckt natürlich viel mehr als das einfache Bild von Mutation und Selektion, das die Anpassung der Bakterien an Streptomycin erklärt. Nichtsdestotrotz war und ist die Kontinuität des Lebens seit seinen ersten Anfängen und sein ständiger Fortschritt in Richtung höherer Organisationsstufen von dem Reservoir an Anpassungsfähigkeit abhängig, das anfangs durch die Mutationen von Genen bereitgestellt wurde.

Warum, so könnte man fragen, wenn Mutationen die Quelle des evolutionären Fortschritts sind, hören wir so viel über die genetischen Gefahren des radioaktiven Niederschlags, der übermäßigen Exposition der Fortpflanzungsorgane gegenüber klinischer Strahlung und der erhöhten Strahlungswerte des Atomzeitalters? Wir wissen, dass Strahlungen die Häufigkeit des Auftretens von Mutationen aller Art erheblich erhöhen. Mutationen an sich sind weder gut noch schlecht. Streptomycin-Resistenz ist gut für Escherichia coli in Gegenwart von Streptomycin, aber wenn das Antibiotikum entfernt wird, können viele der resistenten Mutanten nicht mehr wachsen, während einige von ihnen Streptomycin für ihr Wachstum benötigen. In ähnlicher Weise sind strahlenresistente Mutanten in Gegenwart von ultraviolettem Licht oder Röntgenstrahlen deutlich im Vorteil, sterben aber im Wettbewerb mit der empfindlichen Form, wenn keine Strahlung vorhanden ist, schnell aus. In jedem Stadium der Geschichte einer Art sind die auftretenden Mutationen unter natürlichen Bedingungen zweifellos schon einmal aufgetreten, und die meisten Mutationen, die unter den dann vorherrschenden Bedingungen vorteilhaft sind, haben sich bereits als Teil des vorherrschenden Genkomplexes etabliert. Daher sind die meisten Mutationen zwangsläufig in irgendeiner Weise schädlich; die am häufigsten auftretenden Mutationen bei der Fruchtfliege sind bekanntlich solche mit tödlicher Wirkung. Erhöhte Mutationsraten als Folge einer unnatürlichen Strahlenbelastung sind daher wahrscheinlich schädlich, nicht nur für die einzelnen Nachkommen bestimmter Menschen, sondern für die gesamte Menschheit.

Während die genetischen Gefahren der Strahlung von größter unmittelbarer Bedeutung sind, gibt es auch positivere Auswirkungen des neuen Wissens über Genetik und Evolution auf die Zukunft der Menschheit. Der Grad der Kontrolle, der über die Umweltkräfte und über die konstitutionellen Schwächen erreicht wurde, die andernfalls die Überlebens- und Fortpflanzungschancen eines bedeutenden Teils der Menschheit verringern würden, hat bereits die bisher unangefochtene Macht der natürlichen Auslese geschwächt. Sollte sich der Mensch eines Tages dazu entschließen, die weitaus größere Macht seines bewussten und zielgerichteten Eingreifens zu nutzen, wird seine biologische Zukunft von ihm selbst gestaltet werden. Es gibt noch ungeahnte Möglichkeiten in dem multipotenten Ton, den er zu formen hat.