In einer riesigen Konzerthalle, vor Tausenden von begeisterten Zuhörern, hat Masatoshi Nei eine technische Panne.

Der Biologe hat soeben Japans prestigeträchtigen Kyoto-Preis für Grundlagenwissenschaften erhalten, mit dem seine bahnbrechende Erforschung der Evolution auf molekularer Ebene gewürdigt wird. Die Augen und Ohren der internationalen Medien, Diplomaten und Würdenträger, darunter Japans Prinzessin Takamado, sind auf den sanftmütigen 82-Jährigen gerichtet, während er seine Dankesrede hält – oder es zumindest versucht. Auf einem riesigen Bildschirm über ihm läuft eine Diashow vor und zurück, während Nei versucht, Techniken zu präsentieren, die er entwickelt hat und die sein Fachgebiet revolutioniert haben – und Theorien, die einige der am tiefsten verwurzelten Ideen in Frage stellen.

„Es tut mir so leid“, sagt Nei mit einem liebenswürdigen Lachen zu seinem Publikum. „

Praktikabilität war jedoch während Neis gesamter Laufbahn eine treibende Kraft, von seinen frühen landwirtschaftlichen Forschungen bis hin zu seinem jahrzehntelangen Bestreben, die Evolutionsbiologie von subjektiven Feldbeobachtungen auf eine objektive, mathematische Analyse auf molekularer Ebene umzustellen. Im Jahr 1972 entwickelte er eine heute weit verbreitete Formel, die genetische Standarddistanz von Nei, die Schlüsselgene verschiedener Populationen vergleicht, um abzuschätzen, wie lange es her ist, dass sich die Gruppen voneinander unterschieden. In den frühen 90er Jahren war Nei Mitentwickler einer kostenlosen Software, die auf der Grundlage genetischer Daten Evolutionsbäume erstellt. Zwei Jahrzehnte später ist Molecular Evolutionary Genetics Analysis, kurz MEGA, immer noch eines der meistgenutzten und meistzitierten Computerprogramme in der Biologie.

Masatoshi Nei erweitert seine evolutionstheoretische Theorie in seinem 2013 erschienenen Buch Mutation-Driven Evolution. (Credit: Michael Ray)

Masatoshi Nei hat in den 80er Jahren eine Theorie der natürlichen Selektion entwickelt, die er in seinem 2013 erschienenen Buch „Mutation-Driven Evolution“ weiter ausführt.

Ein paar Tage nachdem seine Präsentationsfolien endlich funktionierten, sprach Nei, Direktor des Instituts für Molekulare Evolutionsgenetik an der Pennsylvania State University, mit Discover darüber, was Darwin seiner Meinung nach falsch gemacht hat.

Discover: Sie begannen Ihre akademische Laufbahn in den 50er Jahren in Japan als Assistenzprofessor für Agrarwissenschaften. Wie haben Sie sich – kein Wortspiel beabsichtigt – zu einem Molekularbiologen entwickelt, der sich mit Darwin anlegt?

Masatoshi Nei: Ich wollte die Populationsgenetik nützlich und praktisch machen, also ging ich in die Pflanzenzucht. Aber ich begann mich zu fragen, warum die phänotopische Evolution stattfindet. Ich interessierte mich dafür auf genetischer Ebene. Charles Darwin sagte, dass die Evolution durch natürliche Auslese bei kontinuierlicher Variation stattfindet, aber er hat nie bewiesen, dass es in der Natur eine natürliche Auslese gibt. Er hat das behauptet, aber er hat keine stichhaltigen Beweise vorgelegt.

Aber unter den Leuten, die sich mit der Evolution beschäftigen, glauben die meisten immer noch, dass die natürliche Auslese die treibende Kraft ist.

Wenn man sagt, dass die Evolution durch natürliche Auslese stattfindet, sieht das wissenschaftlich aus, verglichen mit der Behauptung, dass Gott alles geschaffen hat. Jetzt sagen sie, dass die natürliche Auslese alles geschaffen hat, aber sie erklären nicht, wie. Wenn es Wissenschaft ist, muss man jeden Schritt erklären. Deshalb war ich unglücklich. Wenn man Gott durch natürliche Selektion ersetzt, ändert sich nicht viel. Man muss erklären, wie.

Nei plädiert bei der Verleihung des Kyoto-Preises 2013 für die mutationsgesteuerte Evolution. (Credit: The Inamori Foundation)

Q: OK, erklären Sie also, wie.

A: Jeder Teil unseres Körpers wird durch Moleküle gesteuert, also müssen Sie auf molekularer Ebene erklären. Das ist der eigentliche Mechanismus der Evolution, wie sich Moleküle verändern. Sie verändern sich durch Mutation. Mutation bedeutet eine Veränderung der DNA, z. B. durch Substitution oder Insertion. Zuerst muss es eine Veränderung geben, und dann kann die natürliche Auslese wirken oder auch nicht wirken. Ich sage, dass die Mutation die wichtigste treibende Kraft der Evolution ist. Natürliche Auslese findet natürlich manchmal statt, weil einige Arten von Variationen besser sind als andere, aber die Mutation hat die verschiedenen Arten hervorgebracht. Die natürliche Auslese ist zweitrangig.

Q: Jemand, der die Debatte von außen betrachtet, könnte sagen, dass Sie und andere Forscher Haarspalterei betreiben, dass sowohl Mutation als auch natürliche Auslese die Evolution antreiben. Was sagen Sie dazu?

A: Ich studiere nicht das Merkmal oder die Funktion, ich studiere das Gen, das sie steuert. Meine Position ist, dass die Mutation die Variation erzeugt, dann kann die natürliche Selektion wirken oder auch nicht, sie kann die gute Variation auswählen oder auch nicht und die schlechte eliminieren, aber die natürliche Selektion ist nicht die treibende Kraft.

Im Neodarwinismus ist die Evolution ein Prozess der Steigerung der Fitness. In der mutationsgesteuerten Evolutionstheorie ist die Evolution ein Prozess, bei dem die Komplexität eines Organismus erhöht oder verringert wird. Wir neigen zu der Annahme, dass die natürliche Auslese einen Typus auswählt. Aber es gibt viele Arten, und trotzdem sind sie in Ordnung. Sie können problemlos überleben.

Wenn zum Beispiel blaue Augen aus irgendeinem Grund in Skandinavien besser sind, hat diese Mutation einen Selektionsvorteil, und dann wird dieser Vorteil natürlich in dieser Population häufiger auftreten. Aber zuerst muss man die Mutation haben. Und die natürliche Selektion selbst ist nicht so eindeutig. In bestimmten Fällen ist sie es, aber nicht immer. Die Häufigkeit der blauen Augen kann auch durch Zufall und nicht durch natürliche Selektion zugenommen haben. Die blaue Augenfarbe kann genauso gut sein wie die grüne. Beide können sehen.

Q: 1968 schlug Ihr Freund und Mentor Motoo Kimura die neutrale Theorie der molekularen Evolution vor, die besagt, dass die meisten auftretenden Mutationen weder vorteilhafte noch nachteilige Folgen für einen Organismus haben. Wie haben Sie die neutrale Theorie mit der mutationsgetriebenen Evolutionstheorie weiterentwickelt?

A: Kimura glaubte, dass sich die Morphologie durch natürliche Selektion entwickelt. Er wandte die neutrale Theorie nur auf molekularer Ebene an. Ich behaupte, dass sie auch morphologische Merkmale bestimmen kann, weil die DNA alles bestimmt, aber es war nicht so einfach, dies zu beweisen. Vierzig oder 50 Jahre später versuche ich immer noch, es zu beweisen.

Q: Einer Ihrer wichtigsten Beiträge auf diesem Gebiet ist die genetische Standarddistanz von Nei, eine Formel, die auf der Grundlage einer mathematischen Analyse ihrer Genome bestimmt, wann sich verschiedene Populationen auseinanderentwickelt haben. Diese Formel geht jedoch davon aus, dass die Geschwindigkeit des genetischen Wandels konstant ist. Glauben Sie, dass menschliche Aktivitäten – von der Überfischung über die Verbrennung fossiler Brennstoffe bis hin zur Beleuchtung unserer Städte und Autobahnen mit künstlichem Licht – die Mutationsrate beschleunigen könnten?

A: Ich glaube, dass menschliche Aktivitäten eine mutagene Wirkung haben, aber es ist schwierig, Beweise zu finden. Sie ist erst in den letzten 10.000 Jahren aufgetreten, und ich weiß nicht, ob sich dadurch die Mutationsrate verändert hat. Man kann feststellen, wie viele verschiedene Mutationen aufgetreten sind, aber nicht immer wie.

Q: Sie sprechen seit mehr als drei Jahrzehnten über mutationsgetriebene Evolution. Warum glauben Sie, dass die Mehrheit der Evolutionsbiologen nach wie vor der natürlichen Selektion anhängt?

A: Ich habe diese einfache Ansicht erstmals 1975 in meinem Buch Molecular Population Genetics and Evolution und 1987 in einem Kapitel eines anderen Buches geäußert, aber niemand hat seine Ansichten oder die Lehrbücher geändert. Damals war die Molekularbiologie natürlich noch nicht so weit entwickelt, und die traditionelle Evolutionsbiologie betrachtete nur die Morphologie, nicht aber, wie die Variation zustande kam.

Einige Vögel haben zum Beispiel eine Variante des Hämoglobins, die es ihnen ermöglicht, in sehr großen Höhen über den Himalaya zu fliegen. Einige Alligatoren haben eine andere Variante von Hämoglobin, die es ihnen ermöglicht, sehr lange unter Wasser zu bleiben. Dies ist schon seit einiger Zeit bekannt, und alle waren der Meinung, dass es in den Populationen zwar Variationen gibt, aber die dafür notwendige Bedingung nur die natürliche Auslese sein kann.

Mit der Methode der Nachbarschaftsverbindung können Wissenschaftler berechnen, wann sich verschiedene Arten oder Variationen innerhalb einer Art auseinanderentwickelt haben, indem sie die Unterschiede auf molekularer Ebene analysieren. Auf der Grundlage einer Studie aus dem Jahr 2002 werden in dieser Abbildung die Beziehungen zwischen 18 menschlichen Populationen dargestellt, wobei die Methode der Nachbarschaftsverbindung zur Erstellung eines auf genetischen Daten basierenden Evolutionsbaums verwendet wird. (Credit: Alison Mackey/Discover nach Jason Spatola/Wikimedia Commons)

Q: 1987 haben Sie zusammen mit Naruya Saitou eine Arbeit verfasst, in der Sie die Methode der Nachbarschaftsverbindung beschrieben haben, einen neuartigen Algorithmus zur Erstellung von Evolutionsbäumen durch Rückwärtsarbeit auf der Grundlage der wichtigsten genetischen Unterschiede zwischen verwandten Arten, wobei die Idee ist, dass die DNA einer Art umso ähnlicher ist, je weiter sie sich von einer anderen entfernt hat. Der Algorithmus wurde im Laufe der Jahre mehr als 34 000 Mal zitiert und ist zu einem Eckpfeiler der molekularen Evolutionsbiologieforschung geworden. Warum glauben Sie, dass sie so einflussreich war?

A: Das ist ganz einfach. Ich hatte die Theorie der genetischen Distanz entwickelt, weil ich einen phylogenetischen Baum erstellen wollte, und Distanz kann zur Erstellung von Bäumen verwendet werden. Aber ich war auch an Statistik interessiert. Also habe ich die beiden Methoden kombiniert. Um sie zu testen, haben wir zunächst Computersimulationen durchgeführt: Wir erzeugten eine DNA-Sequenz für einen evolutionären Baum, bei dem wir bereits wussten, wo sich der Baum verzweigte. Dann haben wir den Baum mit Hilfe der Statistik, der Methode der Nachbarschaftsverbindung, rekonstruiert und getestet, ob er dem tatsächlichen Stammbaum ähnelt. Das war der Fall, und so wussten wir, dass diese Methode eine ziemlich gute Vorstellung davon vermittelte, wie sich die Arten entwickelten und voneinander abwichen.

Anfänglich waren andere Biologen Fanatiker, die an den früheren Methoden zur Berechnung der Beziehungen zwischen den Arten festhielten. In den 80er Jahren gab es eine Menge dummer Streitereien, aber ich bestand darauf, dass es funktionieren würde. Wenn wir, sagen wir, 100 genetische Sequenzen verwenden, können wir innerhalb weniger Sekunden einen Nachbarschaftsbaum erstellen. Mit der herkömmlichen Methode würde das Monate dauern. Und nach monatelanger Arbeit war das Ergebnis fast immer dasselbe wie bei der Nachbarschaftsmethode.

Q: Sie haben bei mehreren Gelegenheiten erklärt, dass Sie bereit sind, viel Kritik für Ihr jüngstes Buch, „Mutation-Driven Evolution“ von 2013, einzustecken. Warum?

A: Ich habe solche Ansichten in meinem Buch Molekulare Evolutionsgenetik von 1987 dargelegt, aber die Leute haben nicht darauf geachtet. Die Lehrbücher über Evolution haben sich nicht geändert: Sie sagen immer noch, dass die natürliche Selektion die Evolution verursacht. Meine Ansichten wurden völlig ignoriert. In diesem Buch diskutierte ich viele statistische Techniken, und erst im letzten Kapitel ging ich auf das Problem ein, dass die natürliche Selektion nicht bewiesen ist. Ich glaube, das Kapitel hat viele Leute nicht überzeugt, weil sie bereits eine vorgefasste Meinung hatten, dass die natürliche Auslese die treibende Kraft sein muss, weil Darwin das gesagt hat. Darwin ist ein Gott der Evolution, also kann man Darwin nicht kritisieren. Wenn man es doch tut, wird man als arrogant gebrandmarkt.

Aber immer, wenn eine wissenschaftliche Theorie wie ein Dogma behandelt wird, muss man sie hinterfragen. Das Dogma der natürlichen Selektion gibt es schon lange. Die meisten Menschen haben es nicht in Frage gestellt. In den meisten Lehrbüchern steht das immer noch so. Die meisten Schüler werden mit diesen Büchern unterrichtet.

Das Dogma muss man hinterfragen. Den gesunden Menschenverstand benutzen. Man muss selbst denken, ohne Vorurteile. Das ist es, was in der Wissenschaft wichtig ist.

Dieser Artikel erschien ursprünglich im Druck unter dem Titel „Wir sind alle Mutanten.“