Fachgebiet: Ökogenetik
Interviewpartnerin: Univ.-Prof. Dipl.-Biol. Dr. Christa Schleper
Institut: Department für Ökogenetik an der Fakultät für Lebenswissenschaften
Wir sind Darwins "Erben", weil …
… wir durch die Erforschung von Mikroorganismen, ihren einzelnen Molekülen und Genomen täglich die große Vielfalt erkennen, die durch evolutive Prozesse entstanden ist und weiter entsteht. Mikroorganismen besiedeln bereits seit ca. 3,5 Milliarden Jahren die Erde und haben eine faszinierende Bandbreite an Stoffwechselwegen entwickelt, die für die Stoffkreisläufe unseres Planeten unentbehrlich sind und eine wichtige Grundlage für die vielen Lebensräume bilden, in der die makroskopischen Organismen entstanden sind.
Forschung "in den Fußstapfen Darwins"
Wir erforschen Archaea - Mikroorganismen, die neben Bakterien und höheren Lebewesen die dritte große Gruppe der Lebewesen bilden. Diese Archaea teilen in ihren molekularen Zellvorgängen erstaunlich viele Eigenschaften mit den Pflanzen und Tieren und gelten daher auch als "Vorläufer" der höheren Lebewesen. In einem durch die EU geförderten Projekt (SOLAR) erforscht die Doktorandin Daniela Teichmann Prozesse der DNA-Reparatur in dem Modell-Archaeon "Sulfolobus solfataricus", um die beteiligten Moleküle mit denen der Tiere vergleichen, sowie Rückschlüsse auf einen gemeinsamen Vorfahren ziehen zu können. In dem ebenfalls durch die EU geförderten systembiologischen Projekt "SulfoSys" erforscht der Doktorand Andrea Manica Adaptationen der Archaea an Temperaturwechsel. Auch hier steht die Analyse von Molekülen im Mittelpunkt, die schon früh in der Evolution entstanden sind und in verschiedenen Ausprägungen in Mikroorganismen und Pflanzen und Tieren vorkommen.
Neue Themen der Evolutionsforschung
Es ist äußerst beeindruckend, dass Darwin - ohne Molekularbiologe gewesen zu sein und die DNA zu kennen - die Grundlagen der Evolution so beschrieben hat, dass sie heute noch passen. Er würde sich freuen, wenn er wie wir heute in das gesamte genetische Material von Dutzenden von Organismen Einblick hätte und die graduellen Prozesse der Evolution auf Molekülebene sehen könnte, die wir in der Ökogenetik zum Beispiel dazu benutzen, die Vielfalt der Mikroorganismen anhand phylogenetischer Stammbäume darzustellen. Auf der anderen Seite sind viele Prozesse in der molekularen Evolution noch unverstanden. Besonders rätseln wir in der Archaea-Forschung über die Entstehung der ersten Lebensformen und der ersten eukaryotischen Zellen. Trotz der vielen neuen Erkenntnisse aus der vergleichenden Genomanalyse bleibt es eine Herausforderung, die Eigenschaften der ersten zellulären Lebensformen zu rekonstruieren.
Fachgebiet: Evolutionsbiologie
Interviewpartner: O. Univ.-Prof. Dr. Hannes Paulus
Institut: Department für Evolutionsbiologie an der Fakultät für Lebenswissenschaften
Wir sind Darwins "Erben", weil …
... seine Selektionstheorie sich so stark bestätigt hat, dass zurzeit keine alternative Theorie für Kausalität von Evolution denkbar ist. Darwin hat darüber hinaus weitere Thesen aufgestellt, die bislang alle bestätigt worden sind, wie beispielsweise: "Alle Organismen stammen von einem einzigen Vorfahren ab" (sie sind daher alle miteinander verwandt). Die heutige moderne Genetik und ihr methodisches Rüstzeug - etwa die DNA-Sequenzanalyse - hat auch auf diesem molekulargenetischen Niveau diese Aussage bestätigt oder zumindest nicht widerlegt.
Forschung "in den Fußstapfen Darwins"
Alle meine MitarbeiterInnen forschen im Bereich evolutionsbiologischer Fragen:
Zur Stammesgeschichte der Gliedertiere arbeitet die Gruppe von Günther Pass, mit Weichtieren die Gerhard Steiner-Gruppe. Harald Krenn und sein Team beschäftigen sich mit der funktionellen Anatomie und Evolution von Mundteilen blütenbesuchender Insekten. Ähnliche Fragen, aber im Zusammenhang von Anpassungsprozessen und Co-Evolutionsprozessen untersuchen Harald Krenn und seine MitarbeiterInnen. Mein Forschungsbereich ist die Signalevolution in der Blüten-Bestäuber-Interaktion, konkret bei Täuschorchideen der Gattung Ophrys. Diese betreiben Sexualmimikry, indem sie paarungswilligen Wildbienenmännchen ihre Weibchen vorgaukeln (mit allem, was dazu nötig ist: Pheromonkopien, optische und taktile Signale). Die Gruppe um Walter Hödl schließlich arbeitet zur Fortpflanzungsbiologie tropischer Frösche.
Neue Themen der Evolutionsforschung
Diese sind zu umfangreich, um sie kurz abhandeln zu können. Neue Themen sind aber zweifelsohne Fragen der Evolution des Gehirns und dessen Kommunikationsfähigkeiten (heute "Kognitionsbiologie") oder die Evolution von embryonalen Entwicklungssteuerungen (heute als "EvoDevo" bezeichnet). Schließlich dürfte sich genomische Forschung auf der Ebene der "Epigenetik" als außerordentlich fruchtbar erweisen. Als überholt würde ich eigentlich keines der von Darwin initiierten Forschungsgebiete bezeichnen.
Fachgebiet: Biomathematik
Interviewpartner: Ao. Univ.-Prof. Dr. Reinhard Bürger
Institut: Arbeitsgemeinschaft Biomathematik am Institut für Mathematik der Universität Wien
Wir sind Darwins "Erben", weil …
… wir die Evolutionsmechanismen und die daraus resultierenden Phänomene mit mathematischen Methoden erforschen. Unser Hauptaugenmerk liegt dabei auf dem Studium der evolutionären Veränderung von Populationen - insbesondere ihrer genetischen Zusammensetzung. Wir untersuchen, wie sich diese genetische Zusammensetzung unter dem Einfluss von Selektion (ausgelöst z.B. durch ökologische Faktoren), Mutation, Rekombination, Migration oder Paarungsverhalten ändert. Dabei werden durch populationsgenetische Modelle sowohl alte - aber nur unbefriedigend beantwortete - als auch neue Fragestellungen untersucht, wie etwa die Folgenden:
- Durch welche Mechanismen kann man das hohe Ausmaß an genetischer Variabilität erklären, das man in so vielen quantitativen Merkmalen vorfindet? Diese Frage, die schon Darwin zutiefst beschäftigte, ist bis heute nicht zufriedenstellend geklärt.
- Welche Rolle spielt dabei die Genotyp-Phänotyp-Abbildung, also das Ausmaß und die Form von Pleiotropie und Epistasie?
- Wie kann die Evolution von Merkmalen aus Daten rezenter Arten rekonstruiert werden?
- Unter welchen Selektionseinflüssen sowie Bedingungen an die geographische Struktur und das Paarungsverhalten findet Artbildung statt? Wann bildet sich "nur" erhöhter Polymorphismus aus?
Bei der Untersuchung dieser Fragestellungen geht es stets um quantitative Aussagen,, die mit Daten verglichen werden und, auf deren Grundlage Modelle oder theoretische Konzepte erhärtet oder verworfen werden können.
Forschung "in den Fußstapfen Darwins"
In meiner Gruppe wird vorwiegend auf dem Gebiet der Populationsgenetik geforscht. Einige unserer aktuellen Projekte, in denen sowohl WissenschafterInnen der Universität Wien als auch internationale KollegInnen mitarbeiten, sind: "Multilocus migration-selection models" (Stephan Peischl); "Mathematics and evolution: Mathematical and statistical analysis of ecological and genetic diversity" (Ulf Dieckmann, Andreas Futschik, Christian Schlötterer, Caterina Cusulin, Stephan Peischl, Kristan Schneider); "A simulation approach to the evolution of the G-matrix" (S. J. Arnold); "Genetic Models of Frequency-Dependent Selection" (Kristan Schneider); "Fluktuationsanalyse und die Luria-Delbrück Verteilung" (Wolfgang Angerer).
Am Institut für Mathematik arbeiten noch folgende WissenschafterInnen zu den Problemen der Evolutionstheorie: Karl Sigmund, Josef Hofbauer, Joachim Hermisson, Claus Rüffler (und deren MitarbeiterInnen).
Neue Themen der Evolutionsforschung
Darwins Erbe ist auch heute noch von größter Bedeutung. Natürlich ist die zu seiner Zeit vorherrschende Vererbungstheorie (die sogenannte Mischtheorie) als falsch erkannt worden - Darwin selbst hatte beträchtliche Zweifel daran. Die Populationsgenetik ist aber genau jenes Forschungsgebiet, das die Evolutionstheorie mit Hilfe der Mendelschen Genetik - und deren Weiterentwicklung - erklärt. Dieses Gebiet war von Anfang an (also ab etwa 1902) von mathematischen Überlegungen und Modellen geprägt, und auch die moderne Statistik nahm darin ihren Ausgang. Die wesentlichen Aspekte der Darwinschen Evolutionstheorie konnten mit Hilfe der Populationsgenetik nicht nur qualitativ, sondern zu einem großen Teil auch quantitativ erklärt werden. Wichtige Anwendungen dieser Theorie beinhalten die Vorhersage von Züchtungsexperimenten bei Pflanzen und Tieren, aber neuerdings auch Langzeitversuche mit Bakterien und Mikroorganismen. |
