Wäre das nicht unglaublich praktisch: Sich einfach eine Weile in die Sonne legen, statt mühselig nach Nahrung zu suchen? Pflanzen erzeugen sich ihre Nahrung auch selbst, warum können Tiere das nicht?

Tatsächlich gibt es einige wenige Tiere, die Algen in ihrem Körper tragen und mit ihnen in Symbiose leben. Bei den meisten von ihnen liefern die Algen nur ein wenig “Extra-Futter”, aber erwachsene Plattwürmer der Art Convoluta roscoffensis werden vollständig von ihren Algen-Symbionten ernährt. Warum ist diese Art der Ernährung im Tierreich nicht viel verbreiterter?

i-956a4b5ca85d98c8c2c16f03b624c056-con03.jpg
i-d1edb487be60bf00761a2a76f429392f-con04.jpg


Plattwürmer der Art Convoluta roscoffensis. Unten erkennt man die Algen-Symbionten. Mit freundlicher Genehmigung von A. Hauck.

In der Fernsehserie “Die Zukunft ist wild” (die zu den spannendsten Wissenschaftssendungen überhaupt zählt), die eine hypothetische Evolution der Erde zeigt, wurde diese Idee beispielsweise verfolgt: Da gab es den “Gärtnerwurm”, der fächerförmige Auswüchse ausbreitet, in denen Algen leben, von denen er sich ernährt. (Ich hätte hier gern ein Bild eingestellt, das sollte mich aber freundliche 90$ kosten – also bitte auf den Link klicken.)

Könnte ein größeres Tier sich überhaupt so ernähren? Plattwürmer sind klein und dünn, aber würde die gleiche Art der Ernährung auch bei größeren Tieren funktionieren? Immerhin muss eine Kuh oder ein Elefant ziemlich viel Pflanzen pro Tag fressen – könnten sie das alles über Algen erledigen?

Um das herauszufinden, muss man überlegen, wie groß die Fläche sein muss, die das Tier ins Sonnenlicht hält. Um diese Fläche zumindest grob abzuschätzen, kommt die Physik ins Spiel, genauer gesagt der Wirkungsgrad der Photosynthese, der hier detailliert erklärt ist.

Danach hat die Photosynthese rein rechnerisch einen Wirkungsgrad von etwas weniger als 5% – in der Realität ist der Wirkungsgrad beispielsweise eines Ackers noch deutlich kleiner, aber wir können ja optimistisch sein. Da unsere Algen aber auch leben müssen, werden sie uns nicht die gesamte Energie zur Verfügung stellen, sondern vielleicht nur etwas mehr als die Hälfte, also vielleicht 3%.

Wieviel Fläche an Algen muss ein Tier in die Sonne halten, um sich ernähren zu können?

Die Sonne strahlt auf einen Quadratmeter der Erdoberfläche bei voller Einstrahlung eine Leistung von etwas mehr als einem Kilowatt, also etwa 1000J/s. Da die Sonne bekanntlich nachts nicht scheint und da es manchmal wolkig ist, reduziert sich die mittlere Einstrahlung auf weniger als die Hälfte – sagen wir 300Watt pro Quadratmeter für ein sehr sonniges Gebiet.

(Das deckt sich gut mit der Zahl von 2500kWh/m^2 Jahr, die man hier findet.)

3% davon ergeben 9W pro Quadratmeter. Ein Mensch mit einem Grundumsatz von 2000kcal/Tag (ja, ich bin manchmal altmodisch und rechne immer noch mit Kalorien) benötigt eine Energiezufuhr von etwa 100W. Wir müssten also im optimalen Fall etwa elf Quadratmeter Algenfläche ins Sonnenlicht halten, um unseren Energiebedarf zu decken. Da ich oben ziemlich großzügig war was den Wirkungsgrad etc. angeht, wäre es real vermutlich eher das Doppelte. Algen einfach in unsere Haut einzupflanzen, würde also nicht reichen – wir müssten ein großes Segel von vielleicht 4 mal 5 Metern aufspannen (und zwar nahezu ununterbrochen, solange die Sonne scheint).

Wie steht es mit anderen Tieren? Sehen die Verhältnisse da anders aus?

Generell kann man den Energiebedarf (in Watt) von Säugetieren nach der Formel
E = 3.75 M0.75
abschätzen (entnommen aus “The Complete Dinosaur”), dabei ist M die Körpermasse in Kilogramm.

Diese Formel ist eine der wichtigsten Skalenrelationen in der Biologie und noch immer nicht wirklich gut verstanden. Sie zeigt, dass der Energiebedarf langsamer wächst als die Körpermasse – große Tiere haben deswegen einen langsameren Stoffwechsel als kleine, sie atmen langsamer, ihr Herz schlägt langsamer, etc. Wie alle derartigen Schätzformeln in der Biologie ist auch diese nur ungefähr richtig – für einen Menschen mit 70kg Masse ergibt sich aber ein ganz brauchbarer Wert von 90W.

Teilt man diesen Bedarf durch die erreichbare Leistung von 9W/m2, ergibt sich die benötigte Fläche als Funktion der Körpermasse, wie in der oberen Linie im Bild. (Achtung, der Maßstab ist hier logarithmisch, damit ein breiter Bereich an Tiergrößen passt.)

i-73c9db6616c0d0ba51bfd0ddb478d4bf-photo1.jpg

Eine Katze mit einer Masse von etwa 4kg bräuchte nur etwas mehr als einen Quadratmeter Segelfläche, was schon einigermaßen praktikabel erscheint. Ein fünf Tonnen schwerer Elefant dagegen müsste mit etwa 250 Quadratmetern ein ziemlich gewaltiges Sonnensegel ausklappen. Auch hier müsste man realistischerweise die tatsächliche Fläche größer ansetzen, aber man sieht, dass die Sache für kleine Tiere günstiger ist. Das liegt daran, dass kleine Tiere ein günstigeres Verhältnis von Oberfläche zu Volumen haben.

Noch günstiger sieht die Sache aus, wenn man wechselwarme Tiere, beispielsweise Reptilien, ansieht. Hier ist der Energiebedarf etwa um einen Faktor zehn kleiner. Die Grafik zeigt, dass ein wechselwarmes Tier von der Masse eines Menschen weniger als einen Quadratmeter Algenfläche ins Sonnenlicht halten müsste – das erscheint durchaus plausibel, selbst, wenn es doppelt so viel wäre, wären passende Sonnensegel sicherlich vorstellbar.

Theoretisch wären photosynthetisierende Tiere also durchaus vorstellbar, zumindest solange sie wechselwarm und nicht zu groß sind. Warum kommen sie in der Realität dann nur so selten vor?

Eine solche enge Lebensgemeinschaft zwischen Tier und Alge ist biologisch nicht einfach zu realisieren: Wirt und Algen müssen die richtigen Nährstoffe in den richtigen Mengen austauschen und sich eng biochemisch aufeinander abstimmen. Der Wirt muss auch die Vermehrung der Algen kontrollieren. Algen stellen vor allem Zucker zur Verfügung, während Tiere auch einen hohen Bedarf an Aminosäuren haben, Wirt und Alge konkurrieren also um begrenzte Ressourcen, beispielsweise Stickstoff. Das ist vermutlich auch der Grund, dass heutige Tiere die eine Symbiose mit Algen eingehen, im Wasser leben – dort sind die notwendigen Nährstoffe leichter zu extrahieren als an Land. Jeder, der Pflanzen hat, weiß, dass diese auch gedüngt werden müssen – ein photosynthetisierendes Landtier müsste also nicht nur den ganzen Tag sein Sonnensegel hochhalten, sondern auch noch aktiv nach solchen Stoffen suchen, die es aus der Erde extrahieren oder aus Aas gewinnen könnte (wie es die fleischfressenden Pflanzen tun).

Alles in allem wäre das Leben auch mit Algen unter der Haut also nicht ganz so einfach, wie man es sich vielleicht vorgestellt hätte; der evolutionäre Vorteil fällt doch kleiner aus, als man vielleicht gedacht hätte. Denkbar sind Lebewesen wie der Gärtnerwurm aber durchaus.

Wer sich für die biologischen und biochemischen Probleme im Detail
interessiert, der findet einiges darüber in dem Artikel
Smith & Bernays
“Why do so few animals form endosymbiotic associations with
photosynthetic microbes?”
Phil. Trans.: Biol. Sciences, 1991, 225-230

Kommentare (42)

  1. #1 Wb
    13. August 2010

    Schöner Artikel, auch die Begründung (“Verstoss gegen das Einfachheitsgebot” bzw. “lässt sich schwer verwalten”) überzeugt, Symbiosen eher etwas für unseren Freund, den Baum (oder die Pfanze allgemein).

    MFG
    Wb

  2. #2 Alexander
    13. August 2010

    Es gibt übrigens mindestens ein Tier, das es noch einen Tick schlauer macht: Die Meeresschnecke Elysia chlorotica frisst Algen, und anstatt sie komplett zu verdauen nimmt sie sich die Chloroplasten aus den Algenzellen, und baut sie in ihre eigenen Zellen ein. Die Photosynthese klappt bei ihr! Ist aber auch wieder ein Beispiel für ein Tier, das aus sehr viel Oberfläche und wenig Volumen besteht.
    Gerade vor ein paar Tagen kam übrigens ne Meldung durch, dass ein mit dem Axolotl verwandter Salamander Photosynthese betreibt, indem er Algenzellen als Endosymbiont in seine eigenen Zellen einbaut. Es geht also auch ein wenig größer als Plattwürmer (wobei sich der Salamander wahrscheinlich auch “normal” ernährt).

  3. #3 martin
    13. August 2010

    @Alexander

    Bei dem Salamander (Flecken-Querzahnmolch) sind es aber auch nur die Embryonen, die Algen in ihren Zellen haben.

  4. #4 MartinB
    13. August 2010

    @Alexander
    Soweit ich gelesen hatte, nutzt Elysia die Algensymbiose nur als “Beifutter”, nicht ausschließlich, aber in deinem Link steht ja, dass die Tiere eine volle Lebenserwartung nur mit Licht überstehen.
    Die Salamandergeschichte kannte ich nicht. Cool.
    Laut dem von mir zitierten Artikel gibt es auch noch Schwämme und Korallen, die so eine Symbiose nutzen, sowie eine Handvoll andere.
    Alle allerdings eher klein und alle im Wasser lebend.

    @Wb
    Naja, unser Freund der Baum hat die Symbionten ja schon fest in seine Zellen integriert (als Chloroplasten, die vermutlich ja auch mal Algen waren). Das macht die biochemische Abstimmung und die Wachstumskontrolle sicherlich einfacher.

  5. #5 sch421
    13. August 2010

    Naja, unser Freund der Baum hat die Symbionten ja schon fest in seine Zellen integriert (als Chloroplasten, die vermutlich ja auch mal Algen waren

    Es waren wohl eher Cyanobakterien. Algen sind Eukaryoten, Chloroplasten zeigen aber Merkmale von Bakterien.

  6. #6 MartinB
    13. August 2010

    @sch421
    Entschuldigung, Du hast natürlich Recht.

  7. #7 sch421
    13. August 2010

    PS: Das waren zwei super Artikel. Ich freue mich schon auf mehr.

  8. #8 Lars Fischer
    13. August 2010

    Schöner Artikel.
    Allerdings hast du m.E. den entscheidenden Punkt vergessen: Wir sind ja nicht aus Holz, deswegen verbraucht das Aufspannen der Sammelfläche permanent Muskelenergie, und zwar um so mehr, je größer die Fläche. Gleiches gilt für den Stoffwechsel des Gewebes selbst.

    Insofern geht die Rechnung mit dem Grundumsatz völlig am Problem vorbei – die Sammelfläche wird ab einer bestimmten Größe den Energiebedarf des Tieres dominieren, und ich vermute, dass dieser Effekt Photosynthese bei (größeren) Tieren grundsätzlich verbietet.

  9. #9 Rudolf Kuchlbacher
    13. August 2010

    Schöner Artikel!
    Vielleicht sollten sich das auch mal alle die aufs “Lichtfasten” schwören durch den Kopf gehen lassen….

  10. #10 sch421
    13. August 2010

    @Rudolf Kuchlbacher

    Wieso? Martin hat doch sehr schön dargelegt, dass sich Lichtfaster auch wirklich sicher sein können, dass sie fasten 😉

  11. #11 MartinB
    13. August 2010

    @LarsFischer
    Das mit den Muskeln ist ja nicht zwingend – die Segel könnten ja z.B. von elastischen Bändern aufgespannt werden (so wie der Kopf von z.B. einem Bison gestützt wird) oder es könnte einen knochenbasierten Klappmechanismus geben (so wie Pferde stehen können, ohne viel Muskelkraft zu benutzen).
    Ich stimme zu, dass das Sonnensegel selbst aus Zellen bestehen muss und deshalb Energie verbraucht, das habe ich in der Tat ignoriert, weil es dann schwierig wird, noch irgendwas abzuschätzen. Aber wenn ich annehme, dass das Segel die Hälfte der von ihm erzeugten Energie selbst verbrät, dann verdoppelt sich die Fläche nochmal – für ein wechselwarmes Tier läge das immer noch im Bereich des Möglichen, denke ich.
    Man könnte sich ja z.B. ein Tier vorstellen, das aussieht wie einer der großen Flugsaurier – die Flugmembran von denen war ja ziemlich dünn, aber hatte eine große Fläche.
    Die lagen so etwa bei 200kg Masse – wären sie kaltblütig, dann bräuchten sie ne Fläche von vielleicht so zehn Quadratmetern, bei ca. 12m Flügelspannweite scheint das durchaus drin zu sein.

    Der evolutionäre Weg dahin wäre natürlich ziemlich unwahrscheinlich.

  12. #12 Jürgen Bolt
    13. August 2010

    Zwei Super-Beiträge hintereinander, dazu noch ein kluger Dialog mit Lars Fischer. So kann das weitergehen.

  13. #13 Jürgen Bolt
    13. August 2010

    Zwei Super-Beiträge hintereinander, dazu noch ein kluger Dialog mit Lars Fischer. So kann das weitergehen.

  14. #14 MartinB
    13. August 2010

    @LarsFischer
    Noch ein Nachtrag: Auf der anderen Seite spart sich das Photosynthese-Tier natürlich den Großteil des Verdauungsapparates; das wiegt die Kosten für’s Segel vielleicht zumindest teilweise auf.

  15. #15 kereng
    13. August 2010

    Ein Tier, das sich von Licht ernährt, muss also Energie sparen und ungefähr so leben wie eine Pflanze. Umgekehrt ist damit die Frage beantwortet, warum es so wenige Pflanzen gibt, die laufen können: der dazu notwendige Bauplan erfordert zuviel Energie. (Bitte nicht zu ernst nehmen – ist nur so eine Idee)

  16. #16 radicchio
    13. August 2010

    Umgekehrt ist damit die Frage beantwortet, warum es so wenige Pflanzen gibt, die laufen können

    *lol*

  17. #17 Jürgen Bolt
    13. August 2010

    Zwei Super-Beiträge hintereinander, dazu noch ein kluger Dialog mit Lars Fischer. So kann das weitergehen.

  18. #18 jitpleecheep
    13. August 2010

    Vielen Dank, dass war genau so eine der Fragen, die auch mich schon seit der Kindheit nachts wachgehalten haben: warum betreiben Menschen keine Photosynthese. :-)

    Schön dargestellt. Ich freu mich auch auf weitere Beiträge von dir.

  19. #19 Lars Fischer
    13. August 2010

    Hallo Martin,

    Das stimmt natürlich, aber auch ein passiv aufgespanntes Sonnensegel hat ein Gewicht und muss nicht nur in einer halbwegs optimalen Position gehalten, sondern während seines ganzen Lebens vom Tier herumgetragen werden.
    Mit einer passiven Halterung handelt man sich außerdem wieder andere Probleme ein: Einmal kommt man ja nicht umhin, die Sammelfläche irgendwie auszurichten, und dann gibt es ja immer noch den Wind, auf den man reagieren muss.

    Dann ist da noch die Sache mit der Wärme. Das Gewebe muss gut durchblutet sein, weil es ja eine effektive Verbindung zum Körper geben muss, für den Stofftransport, und wird sich in der Sonne erheblich aufheizen. Da müsste das Tier entweder irgendwie viel Wärme wieder loswerden (was enorm viel Wasser kosten würde), oder eine bemerkenswerte Spannbreite an Körpertemperaturen ertragen (was wiederum hohe metabolische Kosten erzeugt).

    Der Verdauungstrakt ist natürlich ein Argument, aber ich denke trotzdem, dass sich so ein Sonnensegel in der Summe nur für sehr kleine (oder eben schwimmende) Tiere lohnt.

  20. #20 Bullet
    13. August 2010

    Es kommt hier möglicherweise dann auch noch auf eine Umwelt an, in der das Wärmeproblem keins mehr ist. So ist eine äquatoriale Wüste möglicherweise nicht exakt der optimale Ort, um ein solches Lebewesen am Leben zu halten. Am Wasser (der Kühlung wegen) wäre dann ein solches tier eher lebensfähig. Und dann auch nur in Gegenden, in denen der Wind nicht eine so große Rolle spielt. Aber das ist afaik ja genau das, was mit dem Terminus “ökologische Nische” beschrieben wird… oder verwechsle ich da was?

  21. #21 MartinB
    13. August 2010

    @Lars
    Ja, alles richtig. Ich war ja eh sehr großzügig mit meinen Annahmen bezüglich Wirkungsgrad etc. Aber als Spekulation kann man ja trotzdem mal gucken:

    Wenn ich mir einen Körperbau wie z.B. bei einem Flugsaurier (die waren natürlich warmblütig) vorstelle, finde ich das gar nicht so abwegig: Vergleichsweise kleiner Körper, große zur Seite weggespreizte Segel, die sich auf dem Boden abstützen können und die (wenn es sonnig, aber nicht zu heiß ist) die Wärme zumindest teilweise nach unten wieder abstrahlen könnten. Das Tier kann ja auch an Flüssen leben und gelegentlic seine Beine ins Wasser halten oder die Segel zum Abkühlen mal eindippen. Das Segel sollte ja nicht völlig passiv sein wie ein totes Anhängsel, sondern nur so, dass es in seiner “Sonnenkollektorposition” ohne große Muskelkraft gehalten werden kann.

    Man könnte sich auch vorstellen, dass das Tier tatsächlich wie ein Albatros oder so tagsüber über’s Meer segelt und Photosynthese betreibt (falls es für wechselwarme Tiere möglich ist, so zu fliegen, das weiß ich nicht); nachts landet es dann irgendwo, wo es genügen Wasser aufnehmen kann (alternativ bekommt es Anhängsel, die Wasser aus der Luftfeuchtigkeit entnehmen können) und nebenbei landet es vielleicht auf irgendwelchen Inseln und schaufelt Guano in sich rein, um die notwendigen Algendünger zu haben.

    Vielleicht könnte man auch ein sehr flaches Tier mit vielen Beinen konstruieren (o.k., nicht auf der Erde, weil Wirbeltiere auf 4 Beine eingeschränkt sind), so ein bisschen wie eine überdimensionierte Kellerassel, sehr flach und breit, so dass eine große Oberfläche entsteht.

    Alles ziemlich weit hergeholt, geb ich zu – aber was real auf der Erde rumläuft ist ja zum Teil auch ziemlich phantastisch. Der Gärtnerwurm aus “Zukunft ist Wild” scheint mir aber tatsächlich funktionieren zu können, zumindest grenzwertig – das hat mich ehrlich gesagt überrascht, als ich losgerechnet habe, war ich ziemlich sicher, dass das Konzept nicht aufgeht.

    @Bullet
    Nein, da verwechselst du nichts, das ist eine “ökologische Nische”.

  22. #22 derari
    13. August 2010

    Zusätzlich zu den fehlenden Organen könnte auch der Faktor 3.75 sich für solche Lebewesen ändern. Man müsste einmal durchgehen, wie sich der Energieverbrauch auf die Organe verteilt und worauf man vielleicht verzichten könnte.

  23. #23 MartinB
    13. August 2010

    @derari
    Der Vorfaktor ist eh mit viel (seeeehr viel) Vorsicht zu genießen – eine Abweichung um einen Faktor 2 ist da immer mal drin, die tatsächlich gemessenen Werte schwanken ziemlich für verschiedene Arten (und über den Exponenten streitet man auch noch). Bei Warmblütern hängt der Vorfaktor ja auch davon ab, wie genau der Wert der Körpertemperatur ist – man könnte also an ein homöothermes Tier mit einer vergleichsweise niedrigen Körpertemperatur denken, das würde sicher was sparen.

  24. #24 Manfredo
    13. August 2010

    Wirklich interessanter Beitrag. Gefällt mir.
    Wenn ich auch etwas pingelig sein darf, Energiebedarf in Watt anzugeben ist doch etwas unschön, oder?

  25. #25 MartinB
    13. August 2010

    @Manfredo
    Wieso unschön? Energie ist Joule, Bedarf messe ich pro Sekunde, also J/s=W
    Kann man auch in kcal/Tag umrechnen, ist ziemlich genau ein Faktor 20, aber ich find sekundenbezogene SI-Einheiten praktischer. Hätte ich wohl kurz erklären sollen…

  26. #26 Redfox
    13. August 2010

    Mich erinnert die Idee einer “Echse mit Sonnensegel” stark an ein Dimetrodon:

    Wäre doch recht passent, oder?

  27. #27 Redfox
    13. August 2010

    Das mit der “Echse mit Sonnensegel” erinnert mich an ein Dimetrodon.

  28. #28 Redfox
    13. August 2010

    Off-Topic:
    Warum kann ich hier eigentlich nur unter Windows kommentieren, nicht aber unter Linux? Wenn ich unter Linux (Ubuntu, Firefox) kommentiere kommt der Kommentar nicht durch, ich kriege nur eine Seite mit einem Link zurück zu Artikel.

  29. #29 Wb
    13. August 2010

    Wenn ich unter Linux (Ubuntu, Firefox) kommentiere kommt der Kommentar nicht durch, ich kriege nur eine Seite mit einem Link zurück zu Artikel.

    Das Template-System beantwortet denkbarerweise bspw. Posts mit mehr als 2 Webverweisen so, das Problem ist bekannt, es kommt keine Systemmeldung, der Post ist nicht da und taucht später auf oder eben auch nicht (wird “zwischengetrasht, höhö).
    Hat wohl nüscht (oder nur sehr indirekt, ausschliessen wollen wirs nicht) mit dem OS zu tun.

    BTW, der Wb wird nicht auf Photosynthese umstellen!

    MFG
    Wb

  30. #30 MartinB
    14. August 2010

    @Redfox
    Das mit dem Dimetrodon ist ein guter Hinweis – das Segel ist etwas zu klein und falsch ausgerichtet, aber zeigt schon, dass solche Strukturen denkbar sind.

  31. #31 Marc Scheloske
    14. August 2010

    @Redfox:

    Tut mir leid, daß Dein Kommentar zunächst in der Moderation hängengeblieben ist. Liegt m.E. nicht an Linux, sondern war einfach Pech. 99% aller Kommentare kommt glatt durch, der Rest landet (manchmal zu recht) in der Moderationsschleife. Ich habe Deinen Kommentar (hier) inzwischen freigeschaltet.

  32. #32 Geoman
    14. August 2010

    Martin Bäker schrieb:

    “In der Fernsehserie “Die Zukunft ist wild” (die zu den spannendsten Wissenschaftssendungen überhaupt zählt), die eine hypothetische Evolution der Erde zeigt, wurde diese Idee beispielsweise verfolgt:….”

    Ich kannte die Fernsehserie bisher nicht, habe aber vor Jahren einmal einen Blick in das Buch “Die Zukunft ist wild” von Douglas Dixon und John Adams geworfen. Mein spontaner Eindruck ein phantastischer Märchenbuch, das nichts mit seriösen wissenschaftlichen Prognosen zu tun hat. Da kann man genausogut die Evolution von Einhörnern oder Feen visionieren.

    Bei Wikipedia ist über die Fernsehserie zu lesen:

    “Neben den Flischen [flugfähige Fische] wurden noch eine Reihe weiterer möglicher neuer Arten beschrieben. Die Entwicklung beruht auf den bekannten Gesetzen der bisherigen Evolution.”

    Da wären wir wieder bei Kutscheras Evolutionsvideo und dem Problem mit seinen Grundregeln der Evolution. Tasache ist, dass wir nicht wissen, warum manche Arten wie z. B. Buntbarsche explosiv evolvieren, andere Fische im gleich See normale Evolutionsraten zeigen und lebende Fossilien wie z. B. Krokodile (die womöglich auch im selben See leben) seit Jahrmillionen überhaupt nicht oder nicht erkennbar evolvieren.

    Ferner bleibt das große Problem der Formbildung weithin ungelöst. Ich erinnere daran, dass es bisher keine plausible genetische Erklärung für D’Arcy Thomphsons klassische Fischtransoformationen gibt. Und solnage das Problem der Formbildung nicht angemessen gelöst ist, sollten man mit (wissenschaftlichen) Prognosen vorsichtig sein. Genau deshalb versucht die seriöse Evolutionsbiologie ja, die Enstehung vorhandener Arten rückwirkend, also in die Vergangenheit schauend zu erklären.

  33. #33 myhead
    14. August 2010

    @geoman
    Eine Erklärung ist dann erst wissenschaftlich, wenn sie nicht nur so weit beschrieben ist, dass sie mit der Vergangenheit korreliert sondern auch “an der Zukunft ausprobiert” werden kann.

    Sonst könnte sie ja auch eine Scheinkorrelation sein

  34. #34 MartinB
    14. August 2010

    “Mein spontaner Eindruck ein phantastischer Märchenbuch, das nichts mit seriösen wissenschaftlichen Prognosen zu tun hat.”
    Spontane Eindrücke können ja auch falsch sein.
    Ich finde das Buch ziemlich gelungen – einige der Tiere finde ich plausibel, andere extrem unwahrscheinlich, aber wenn es die Bienen-Blumen-Symbiose oder den kleinen Leberegel nicht gäbe, würde man die auch kaum für möglich halten.
    Für die Serie gilt dasselbe – auch da scheinen mir einige Entwicklungen sehr plausibel, andere ziemlich spekulativ. Auf jeden Fall regt sie zum Denken an und illustriert Evolution auf ungewöhnliche Weise.

    “Ferner bleibt das große Problem der Formbildung weithin ungelöst.”
    Da machen wir aber dank Evo-Devo gerade gewaltige Fortschritte.
    Was D’Arcy Thomson angeht – ein Teil seiner Idee lässt sich vermutlich im Evo-Devo-Rahmen erklären. Ansonsten kann es auch einfach sein, dass plausibel aussehende mathematische Transformationen trotzdem nicht stimmen – es gab ja auch mal tolle Modelle zur Entstehung von Fellmustern durch Reaktions-Diffusionsgleichungen, aber heute wissen wir, dass diese Muster ganz anders entstehen. (Siehe Sean Carroll “Endless forms most beautiful”)

    “Genau deshalb versucht die seriöse Evolutionsbiologie ja, die Enstehung vorhandener Arten rückwirkend, also in die Vergangenheit schauend zu erklären.”
    Na klar – spekulative Evolutionsabläufe sind keine Wissenschaft im engeren Sinne, damit kommt man nicht bei nature unter. Aber die Frage, ob eine bestimmte Entwicklung überhaupt möglich wäre (um die geht es oben ja) ist sicher schon wissenschaftlich. Und Spekulationen machen Spaß, das darf ja auch mal sein…

  35. #35 Geoman
    14. August 2010

    @MartinB

    Vielen Dank für Ihren ausführlichen Kommentar. Sie schreiben abschließend “Und Spekulationen machen Spaß, das darf ja mal sein…” Ich habe überhaupt nichts gegen unterhaltsame Zukunftsspekulationen, auch Raumschiff Enterprise ist ja eine solche. Nur niemand (außer vielleicht (!) Florian Freistter und andere Sternenbegeisterte) kämen auf die Idee, letztere als “spannende Wissenschaftssendung” zu bezeichenen.

    Im Falle der Ausmalung der “hypothetischen Evolution” wird dem Laien suggeriert, man wisse schon wie die Evolution in der Vergangenheit funktioniert hat und könne daher merh oder weniger verlässliche Prognosen machen. Aber dies ist derzeit überhaupt nicht Fall. Und Martin Bäker ist ja in Sachen Evolutionswissenschaft nach meinem Wissen auch nicht viel mehr als ein informierter Laie, d. h. ich denke, er hat in Sachen Evolutionsbiologie noch nicht publiziert.

    In der Evolutionsbiologie ist “Evo-Devo” seit einiger Zeit das neue Zauberwort. Vor allem deshalbl, weil die Neo-Darwinisten un Neuen Synthetiker (wie vor allem Ernst Mayr) fast eine Jahrhundert lange glaubten, die Evolution oder die Entstehung neuer Arten, ohne entwicklungsbiologische Erkenntnisse abschließend erklären zu können.
    Das war aber ein großer Irrtum. Nun wollen wir abwarten, was Evo-Devo tatsächlich leistet.

    @myhead

    In evolutionsbiologischen Erklärungsmodellen spricht man auch von Retrodiktionen, d. h. man macht testbare Hypothesen über die Vergangenheit, z. B. über die Existenz von bestimmten Zwischenformen, die dann vielleicht von Paläontologen gefunden werden.

  36. #36 MartinB
    14. August 2010

    @geoman
    “Nur niemand kämen auf die Idee, letztere als “spannende Wissenschaftssendung” zu bezeichenen. ”
    Naja, das ist ja schon etwas anderes. Die Evolution wird weitergehen, und die dargestellten Organismen demonstrieren eine Menge Biologie – schauen Sie die Sendung ruhig mal an, da wird immer wieder demonstriert, wie die dargestellten spekulativen Phänomene in ähnlicher Weise heute vorkommen. Kurz: Man lernt eine Menge Biologie, deshalb würde ich es schön als Wissenschaftssendung bezeichnen, obwohl es natürlich keine “knallharte” Wissenschaft ist. Genauso wie “walking with dinosaurs” auch spekulative Elemente hat und auch ne Wissenschaftssendung ist. Man könnte natürlich auch sagen, es ist “science fiction” mit Betonung auf “science”. (Und anders als bei Star Trek etc. werden auch keine bekannten Gesetze verletzt.)

    “…wird dem Laien suggeriert, man wisse schon wie die Evolution in der Vergangenheit funktioniert hat ”
    Tut man ja auch – auch wenn nicht alle Mechanismen im einzelnen verstanden und abgewogen sind, welche Tiere wie von welchen abstammen ist schon ziemlich gut verstanden. Mehr braucht man für diese Spekulationen ja nicht, da geht’s ja nicht in Details der populationsgenetik.

    “…könne daher merh oder weniger verlässliche Prognosen machen.”
    Das wird eigentlich nicht suggeriert – es wird sehr deutlich gesagt, dass es eine Spekulation ist, die allerdings auf bekannten Fakten aufbaut. Wie gesagt, einfach mal gucken, lohnt sich wirklich.

    “In der Evolutionsbiologie ist “Evo-Devo” seit einiger Zeit das neue Zauberwort. Vor allem deshalbl, weil…”
    Nö, vor allem deshalb, weil Evo-Devo unglaublich viel erklären kann, was man vorher nicht wusste.

  37. #37 Geoman
    14. August 2010

    Tschuldigung Martin Bäker, habe erst gerade registriert, dass sie MartinB sind. Inhaltlich später mehr.

  38. #38 Christoph Moder
    16. August 2010

    Sehr cooler Artikel!

    Allerdings fehlt mir, ab welcher Tiergröße das denn nun funktionieren könnte – nicht nur für den Energieverbrauch, sondern auch für die Körperoberfläche pro Masse gibt es ja schöne Formeln. Also:

    Notwendige Körperfläche zur Energieerzeugung: 0.42 * M^0.75.

    Körperfläche eines Menschen mit 70 kg ist 1.84 m^2; da das Gewicht kubisch und die Oberfläche quadratisch wächst, beträgt die Hautfläche 1.84 * (1/70)^(2/3) * M^(2/3).

    Der Unterschied in den beiden Exponenten 0.66 und 0.75 ist also entscheidend, aber nicht sehr groß. Aufgelöst nach der Masse komme ich, wenn ich mich nicht verrechnet habe, auf (1.84 / 70^(2/3) / 0.42)^12 = 0.9 Milligramm. Leider kleiner als das kleinste Säugetier; das ist z.B. die Etruskerspitzmaus mit ca. 2 g.

    Wenn man allerdings nicht nur das Licht der Sonne verwendet, sondern auch noch die Wärmestrahlung (der Wirkungsgrad der Photosynthese dürfte daran liegen, dass es erst ab einer bestimmten Wellenlänge funktioniert), d.h. wechselwarme Tiere, funktioniert das ganz anders: schon mit einem fünf mal so geringen Energieverbrauch darf das Tier bis 20 kg schwer werden. (Ist das der Grund, warum viele Reptilien/Amphibien grün sind?) Beziehungsweise sollte man wohl vor allem den Schluss ziehen, wie flach sich diese Kurven schneiden, d.h. leicht falsche Annahmen ergeben Größenordnungen bei den Unterschieden im Gewichtslimit.

    Christoph

  39. #39 MartinB
    16. August 2010

    @Christoph Moder
    Ja, ich habe überlegt, ob ich das nochmal so über die Oberflächenformel auflösen soll – hab mich dann letztlich dagegen entschieden, weil ich denke, dass die absolut benötigte Fläche entscheidender ist, weil sich Segel etc. entwickeln könnten.

    Der Hinweis mit der Wärmestrahlung ist gut – Reptilien können sich ja in der Sonne aufheizen, das ist auch effektiv, also reicht da die Körperoberfläche offensichtlich aus.

  40. #40 Geoman
    16. August 2010

    MartinB schrieb zu meiner Bemerkung:

    “In der Evolutionsbiologie ist “Evo-Devo” seit einiger Zeit das neue Zauberwort. Vor allem deshalb, weil die Neo-Darwinisten un Neuen Synthetiker (wie vor allem Ernst Mayr) fast eine Jahrhundert lange glaubten, die Evolution oder die Entstehung neuer Arten, ohne entwicklungsbiologische Erkenntnisse abschließend erklären zu können.
    Das war aber ein großer Irrtum. Nun wollen wir abwarten, was Evo-Devo tatsächlich leistet.”

    folgenden Komementar:

    “Nö, vor allem deshalb, weil Evo-Devo unglaublich viel erklären kann, was man vorher nicht wusste.”

    Das Verdienst von Evo-Devo ist zweifellos, dass sie die von den Neodarinisten oder neunen Synthetikern bereits als gelöst betrachtet Frage, wie neue Arten oder Formen entstehen wieder (als weithin ungeklärte Frage) in das Blickfeld der evolutionbiologischen Forschung gebracht hat.

    Zur Frage nach dem Forschungsstand von Evo-Devo möchte ich einen Experten zu Wort kommen lassen, nämlich den promovierten Biologen und Bilogiehistoriker Manfred Laubichler:

    »Und wenn es stimmt, dass der liebe Gott im Detail steckt, dann befindet sich die evolutionäre Entwicklungsbiologie nach ihrem Auszug aus der Knechtschaft der modernen Synthese und der reduktionistischen Molekularbiologie noch mitten in der Wüste, allerdings schon mit einigen Ausblicken auf die fruchtbaren Landschaftendes gelobten Landes«

    aus: Laubichler, Manfred (2005): Das Forschungsprogramm der
    evolutionären Entwicklungsbiologie.

  41. #41 Christoph Moder
    16. August 2010

    @MartinB: Eigentlich ist die Wärmeenergie das Entscheidendere, weil wir zum Beheizen unseres Körpers eh die meiste Energie brauchen. Für den Rest könnte man mit Photosynthese halbwegs hinkommen.

    Man kann das Problem auch ingenieursmäßig angehen: Bei Säugetieren ist die Leistungsdichte zu hoch, um das sinnvoll mit Sonnenenergie antreiben zu können; genauso wie bei unseren heutigen hochgezüchteten Autos. Und was für Autos sind das, die mit Sonnenenergie fahren (Solarzellen haben schließlich einen ähnlichen Wirkungsgrad wie Photosynthese)? Diese Autos haben einen viel geringeren Energieverbrauch, und sind vom Aussehen her genauso, wie hier schon in anderen Kommentaren spekuliert wurde: sie sehen aus wie große Asseln, oder haben große flache Solarpanels oben drauf, also genau so eine künstlich vergrößerte Oberfläche.

    Christoph

  42. #42 MartinB
    16. August 2010

    @ChristophModer
    Ja, stimmt schon, deshalb habe ich ja auch die Kaltblüter nochmal durchgerechnet. Es ist aber schon ein riesen-Unterschied, ob man sich mit Sonnenwärme aufheizt oder intern – siehe den anderen Blogpost (Werbung, Werbung…)
    Der Vergleich mit den Solarautos ist sehr passend.