Nicht nur EvolutionsbiologInnen oder VerhaltensforscherInnen beschäftigen sich "in den Fußstapfen Charles Darwins" mit Themen der Evolutionsforschung. "Aufbauend auf einer langen Tradition und in jüngster Zeit durch gezielte Neuberufungen ist die Evolutionsforschung in Wien heute auch im internationalen Vergleich in einer hervorragenden Ausgangsposition. Mehr als 20 Gruppen aus den Bereichen Biologie, Biochemie, Bioinformatik, Statistik und Mathematik haben sich der Evolution als Arbeitsgebiet verschrieben", erklärt Univ.-Prof. Dr. Joachim Hermisson, der im Rahmen seiner WWTF-Stiftungsprofessur für Mathematik und Biowissenschaften an den Max. F. Perutz Laboratories und an der Fakultät für Mathematik versucht, eine Brücke zwischen Mathematik und Biologie zu schlagen und dabei vor allem im Bereich Evolutionsbiologie forscht. In diesem Zusammenhang unterhält er regen Austausch und Kooperationen mit den unterschiedlichsten Wiener Forschungsgruppen, die "Darwins Erbe" weiterführen.
Im Rahmen eines mehrteiligen Beitrags stellt dieUniversitaet-online gemeinsam mit Joachim Hermisson eine Auswahl dieser spannenden Forschungsbereiche an der Universität Wien - und darüber hinaus - steckbriefartig vor. Den Beginn machen die Fachgebiete Mathematik, Statistik und Theoretische Biologie.
Fachgebiet: Mathematik
Interviewpartner: Univ.-Prof. Dr. Joachim Hermisson
Institut: Mathematic and Biosciences Group (MaBS) an den Max F. Perutz Laboratories und der Fakultät für Mathematik der Universität Wien
Wir sind Darwins Erben, weil ...
... Charles Darwin gemeinsam mit Alfred Russel Wallace die Grundlage für die faszinierendste Theorie in den Naturwissenschaften gelegt hat, vergleichbar höchstens mit der Quantentheorie in der Physik. Wie kein anderes wissenschaftliches Forschungsfeld gibt uns die Evolutionstheorie Auskunft über den Ursprung des Menschen und seinen Platz in der Welt.
Forschung "in den Fußstapfen Darwins"
Die Mathematics and Biosciences Group (MaBS) wurde im Herbst 2007 mit Mitteln des Wiener Wissenschafts- und Technologiefonds (WWTF) gegründet.
Sie übernimmt eine Brückenstellung zwischen der Fakultät für Mathematik und der Biologie (Max F. Perutz Laboratories) an der Universität Wien. Ihre derzeit acht Mitglieder in den Gruppen Hermisson und Rüffler beschäftigen sich mit mathematischer Modellbildung in der Populationsgenetik und der Evolutionsökologie. Forschungsschwerpunkte sind klassische Darwin'sche Themen, die mit neuen Methoden und Daten behandelt werden: Adaptation (z.B. Nachweis positiver Selektion auf dem Genom; Populationsgenetik des adaptiven Prozesses in veränderlicher Umwelt)sowie Speziation und Ursprung biologischer Diversität (Bedingungen für Artbildung in räumlich strukturierten Populationen; Charakterisierung alternativer Mechanismen zur Evolution phänotypischer Diversität) .
Neue Themen der Evolutionsforschung
Die beiden bedeutendsten Weiterentwicklungen der letzten 150 Jahre sind erstens das Verständnis von Evolution auf der Ebene des molekularen Genotyps und die Verwendung von DNA-Sequenzdaten zur Klärung evolutionärer Fragen sowie zweitens die Mathematisierung des Evolutionsprozesses und die Herausbildung eleganter mathematischer Formalismen als primäre Quelle für die Konzept- und Theoriebildung in der Evolutionsforschung.
Umgekehrt haben wichtige Entwicklungen in der Mathematik ihren Ursprung in der Evolutionsforschung, vor allem in der Statistik und in der Theorie stochastischer Prozesse.
Fachgebiet: Statistik
Interviewpartner: Ao. Univ.-Prof. Mag. Dr. Andreas Futschik
Institut: Institut für Statistik und Decision Support Systems an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften
Wir sind Darwins "Erben", weil …
... Hypothesen zum Thema Evolution heute mit Hilfe statistischer Methoden anhand von modernen Genom-Daten geprüft werden können.
... Charles Darwins Halbcousin Sir Francis Galton den Begriff "Regression" geprägt hat, mit dem bis heute eine der wichtigsten statistischen Methodiken bezeichnet wird. In seinen Versuchen, bei denen er auf Darwins Anraten hin die Duft-Platterbse (Lathyrus odoratus) verwendete, stellte Galton eine Regression zur Mitte fest und beobachtete, dass die Nachkommen von besonders großen Erbsen einen Durchmesser aufwiesen, der tendenziell wieder näher beim Mittelwert lag.
Forschung "in den Fußstapfen Darwins"
Obwohl das Institut für Statistik an der Fakultät für Wirtschaftswissenschaften angesiedelt ist, versucht es - im Rahmen seiner personellen Möglichkeiten -, den gesamten Fachbereich der Statistik abzudecken. Daher existiert am Institut auch die Arbeitsgruppe Biostatistik. Diese Gruppe, der neben Gruppenleiter Andreas Futschik u.a. auch Dr. Florian Frommlet, Kao Lin, BA und Frank Cersovsky angehören, befasst sich mit der Entwicklung statistischer Methoden in der modernen Genetik.
Unter anderem werden - im Rahmen populationsgenetischer und phylogenetischer Fragestellungen - Methoden zur Prüfung von Hypothesen über evolutionäre Phänomene untersucht. Die Gruppe arbeitet zudem in einem von Ao. Univ.-Prof. tit. Univ.-Prof. Dr. Reinhard Bürger vom Institut für Mathematik geleiteten WWTF-Projekt mit und hat im Rahmen von WTZ-Projekten auch Kontakte an die TU Wroclaw (Polen). Weiters bestehen Kontakte zu anderen Gruppen in Wien, die den "Fußstapfen Darwins" in verschiedene Richtungen folgen.
Neue Themen der Evolutionsforschung
Wir leben in einer spannenden Zeitperiode, in der es durch das rapide Anwachsen genetischer Daten möglich wird, das Zusammenwirken evolutionärer Kräfte besser zu verstehen und viel über die evolutionäre Geschichte der Menschen und anderer Arten herauszufinden. Die Statistik hilft bei der Analyse dieser Daten.
Fachgebiet: Molekulare Evolution und Entwicklung
Interviewpartner: Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Ulrich Technau
Institut: Department für Molekulare Evolution und Entwicklung, Fakultät für Lebenswissenschaften
Wir sind Darwins "Erben", weil …
... wir nach wie vor davon überzeugt sind, dass die von Darwin erkannten Triebfedern der Evolution (Mutation, Variation und Selektion) nichts von ihrer Aktualität verloren haben. Wir sind wie er von der Vielfalt des Lebens fasziniert und versuchen zu verstehen, wie neue Morphotypen, neue Spezies, neue Tierstämme entstehen konnten, aber andererseits auch manche Merkmale über viele hundert Millionen Jahre offenbar unverändert geblieben sind.
Forschung "in den Fußstapfen Darwins"
Unsere Abteilung ist sehr aktiv im Forschungsgebiet des "EvoDevo", d.h. der Evolution von Entwicklungsprozessen. Da die Formenvielfalt der Tierwelt letztlich immer ein Produkt der Embryonalentwicklung ist, liegt der Schlüssel für ihr Verständnis eben auch im Verständnis dieser Entwicklungsprozesse. Besonders interessiert uns, wie im Laufe der Evolution wichtige Transitionen im Tierreich vonstatten gegangen sind. Im Zentrum unserer aktuellen Forschung stehen daher u.a. folgende Fragen: Wie haben sich genregulatorische Netzwerke und wie Genome evolviert, um die Komplexität der "höheren" Organismen hervorzubringen? Welche Rolle spielen Stammzellen bei diesen Differenzierungsprozessen? Diese Studien werden gegenwärtig im Rahmen des FWF-Projekts "Muskelentwicklung in Cnidaria" (siehe Artikel: "Muskulöse Nesseltiere") und des EU-Netzwerks "EVONET" vorangetrieben sowie durch einen norwegischen RCN-Grant gefördert. Diese Projekte vereinigen Konzepte und Methoden der Evolutionsbiologie, der Entwicklungsbiologie und der Systembiologie - mit dem Ziel, der Beantwortung dieser Fragen näher zu kommen.
Neue Themen der Evolutionsforschung
Darwin war fest davon überzeugt, dass Evolution "graduell" - also in kleinen Schritten - passiert. Er hatte aber keine Kenntnis von der DNA und den Möglichkeiten ihrer Veränderungen. Deswegen sind seine Theorien nicht überholt, aber die alten Fragen müssen im Lichte der modernen Erkenntnisse der Molekularbiologie, Genetik und Entwicklungsbiologie wieder neu gestellt werden. D.h., die Darwinsche Theorie wird um einige weitere Mechanismen erweitert oder verfeinert. Gegenwärtig werden viele Genome von evolutionär basalen Organismen -wie Schwämme, Seeanemonen, Rippenquallen oder nächstverwandte einzellige Organismen - sequenziert und bieten verblüffende Einblicke in die Evolution von Genomen. Diese Studien legen nahe, dass es durchaus graduelle Evolution auf der Ebene des Genrepertoires gibt, die genetische Komplexität aber viel früher entstanden ist als wir bislang dachten. Also müssen andere Mechanismen - wie z.B. Regulationsmechanismen des Genoms und seine Aktivität - für die Zunahme an Komplexität verantwortlich zeichnen. Die Evolution von Genregulation ist daher in den Mittelpunkt der gegenwärtigen Forschung gerückt. |
