Umwelteinflüsse

Fachbegriff: Reaktionsnorm

Bei Pflanzen, Tieren und Menschen gilt: Unterschiedliche Umweltbedingungen führen zu unterschiedlichen Phänotypen. Hierbei ist es schwierig zu entscheiden, ob es sich um eine echte Anpassung des Individuums an die Umwelt handelt oder nur um eine Folge der Umwelteinwirkung. Wenn ein Kaninchen immer sehr gut mit Futter versorgt wird, wird es ziemlich dick. Muss es hungern, magert es ab. Diese Veränderung des Phänotyps stellt aber keine Anpassung an die Umwelt dar, sondern ist eine unausweichliche Folge des Nahrungsüberschusses bzw. -mangels. Würde das Kaninchen beim Abmagern aber zum Beispiel seine Atemfrequenz, seine Herzschlagfrequenz oder seine Stoffwechselaktivität herabsetzen, so könnte dies schon als Anpassung an die veränderte Umwelt gedeutet werden.

Ein anderes Beispiel, das man in Biologiebüchern immer wieder findet, ist die Löwenzahnpflanze, die in Ableger zerteilt wird, die dann auf völlig unterschiedlichen Böden angepflanzt werden. Alle Ableger sind genetisch identisch, haben also den gleichen Genotyp. Die Pflanze, die auf einer saftigen und nährstoffreichen norddeutschen Wiese steht, macht einen sehr kräftigen Eindruck. Das Exemplar, das auf einem alpinen Magerrasen wächst, sieht dagegen sehr kümmerlich aus, behauptet sich aber in dieser Umwelt. Es ist hier recht schwer zu entscheiden, ob der Magerwuchs eine direkte Folge mangelnder Nährstoffe ist oder eine Anpassung an die veränderte Umwelt oder - sehr wahrscheinlich - von beiden etwas.

Verfrachtet man eine Löwenzahnpflanze jedoch in die Wüste oder auf den Nordpol, so geht sie ein; eine solche extreme Umwelt ist im genetischen Programm der Pflanze nicht vorgesehen. Wie stark die Umwelt den Phänotyp eines Individuums beeinflussen kann, ist genetisch festgelegt. Man spricht hier von einer Reaktionsnorm. Die Umweltbedingungen in der Wüste oder der Arktis liegen außerhalb der Reaktionsnorm einer Löwenzahnpflanze.

Fachbegriff: Polymorphismus

Beim Menschen und bei vielen Säugetieren gibt es einen Geschlechtsdimorphismus: Männlein und Weiblein sehen unterschiedlich aus, denken unterschiedlich und verhalten sich unterschiedlich, vor allem beim Einparken. Das Wort "Dimorphismus" heißt hier: Es gibt zwei deutlich voneinander unterscheidbare Typen von Menschen, Bären, Tigern, Kühen etc.

Bei Ameisen gibt es mehr als zwei unterschiedliche Typen in der Population. Neben der Königin gibt es hier weibliche Arbeiterinnen, weibliche Soldatinnen sowie die männlichen geflügelten Drohnen, also insgesamt vier (teilweise auch mehr) verschiedene Klassen von Phänotypen. Was aus einem frisch gelegten Ameisenei wird - eine Königin, eine Arbeiterin, eine Soldatin oder eine Drohne, hängt teils vom Genotyp, teils von der Umwelt ab. Eine wichtige Rolle spielt dabei die Nahrung, mit denen die Arbeiterinnen die Larven füttern. Innerhalb der Klassen treten dann noch individuelle Unterschiede auf, die aber nicht mehr als Polymorphismus bezeichnet werden, sondern unter die normale phänotypische Variabilität innerhalb einer Population fallen.

Bei manchen Marienkäfern gibt es einen anderen Polymorphismus. Der Zweipunkt-Marienkäfer kommt in einer roten und einer schwarzen Form vor. Im Frühjahr überwiegt die rote Form, während im Herbst die schwarzen Käfer dominieren. Ob ein Tier rot oder schwarz ist, hängt nicht von der Umwelt ab, sondern vom Genotyp des Individuums. Dass im Frühjahr die roten Tiere überwiegen, hat ökologische Gründe: Sie vertragen die im Frühjahr herrschenden niedrigen Temperaturen besser als die schwarzen Tiere. Die schwarzen Tiere sterben dann eher ab, so dass die roten überwiegen. Im Herbst ist es genau umgekehrt.

Zusammenfassend kann man also sagen, dass man unter Polymorphismus eine vorwiegend genetisch bedingte Vielgestaltigkeit (wörtliche Übersetzung von Polymorphismus) von Individuen innerhalb einer Population versteht.

Fachbegriff: Modifikation

Während ein Polymorphismus vorwiegend genetisch bedingt ist (aber auch durch die Umwelt beeinflusst werden kann, wie wir beim Füttern der Ameisenlarven gesehen haben), ist eine Modifikation eine ausschließlich durch Umwelteinflüsse hervorgerufene Veränderung (Modifizierung) des Phänotyps. Die Erbinformation des Individuums wird dadurch nicht beeinflusst, daher kann eine Modifikation auch nicht vererbt werden (Ausnahme: Dauermodifikationen, wie man sie z.B. bei Wimpertierchen gefunden hat). Wie stark ein Lebewesen durch Umwelteinflüsse modifiziert werden kann, ist wiederum genetisch festgelegt, wir haben hierzu bereits den Fachbegriff Reaktionsnorm kennengelernt.

Beispiele für Modifikationen sind neben dem berühmten Löwenzahn die Ausbildung von Muskeln bei einem Sportler durch ausdauerndes Training, das Braunwerden der Haut, wenn man sich dem Sonnenlicht zu lange aussetzt, die Zunahme des Hämoglobingehalts im Blut, wenn man sich länger in großen Höhen aufhält, wo der Sauerstoffgehalt deutlich geringer ist, und so weiter.

Einfluss der Umwelt

Die genannten Beispiele sollen zeigen, dass es nicht immer einfach ist, zu entscheiden, ob der Phänotyp vom Genotyp oder von der Umwelt abhängt. Manche phänotypischen Merkmale hängen stark von der Umwelt ab, andere Merkmale so gut wie gar nicht. Man denke nur an den Leibesumfang und an die Körpergröße des Menschen.