Berechnung der Hintergrundaussterberaten

Um die Auswirkungen moderner menschlicher Aktivitäten auf den Verlust von Arten zu erkennen, muss bestimmt werden, wie schnell Arten ohne diese Aktivität verschwunden sind. Studien von Meeresfossilien zeigen, dass Arten etwa 1-10 Millionen Jahre dauern. Nehmen wir an, dass alle diese Aussterben unabhängig und allmählich stattfanden – d.h., der „normale“ Weg – eher als katastrophal, wie sie es am Ende der Kreidezeit vor etwa 66 Millionen Jahren taten, als Dinosaurier und viele andere Land- und Meerestierarten verschwanden. Auf dieser Grundlage würde man, wenn man den Schicksalen von 1 Million Arten folgt, etwa 0,1–1 Aussterben pro Jahr erwarten — mit anderen Worten, 1 Art stirbt alle 1-10 Jahre aus.

Menschliche Lebensspannen bieten eine nützliche Analogie zu dem Vorhergehenden. Wenn Menschen im Durchschnitt etwa 80 Jahre leben, würde man erwarten, dass unter normalen Umständen jedes Jahr 1 von 80 Individuen sterben würde. (Tatsächlich variiert die Überlebensrate des Menschen je nach Lebensstadium, wobei die niedrigsten Raten bei Säuglingen und älteren Menschen zu finden sind.) Wenn jedoch jedes Jahr viel mehr als 1 von 80 sterben würde, wäre etwas abnormal. Es könnte zum Beispiel eine Epidemie geben.

Um Vergleiche der heutigen Aussterberaten konservativ zu machen, nehmen wir an, dass die normale Rate nur ein Aussterben pro Million Arten pro Jahr ist. Dies ist dann der Maßstab — die Hintergrundrate, mit der man moderne Raten vergleichen kann. Zum Beispiel sollte man bei einer Stichprobe von 10.000 lebenden Vogelarten (ungefähr die Anzahl der modernen Vogelarten) alle 100 Jahre ein Aussterben sehen. Vergleicht man dies mit der tatsächlichen Anzahl der Aussterben im vergangenen Jahrhundert, so ergibt sich ein Maß für die relativen Aussterberaten.

Die oben beschriebenen Schätzungen der Hintergrundaussterberate leiten sich von den reichlich vorhandenen und weit verbreiteten Arten ab, die den Fossilienbestand dominieren. Im Gegensatz dazu, wie der Artikel später zeigt, sind die Arten, die heute am wahrscheinlichsten aussterben, selten und lokal. Daher könnten die fossilen Daten die Hintergrundaussterberaten unterschätzen. Wichtig ist jedoch, dass diese Schätzungen durch die Kenntnis der Artbildungsraten — der Raten, mit denen neue Arten entstehen — jener Arten ergänzt werden können, die oft selten und lokal sind. Diese Raten können nicht viel geringer sein als die Aussterberaten, sonst gäbe es keine Arten mehr.

Um die Idee der Speziationsraten zu untersuchen, kann man sich erneut auf die Analogie der menschlichen Lebensspanne beziehen und fragen: Wie alt sind meine lebenden Geschwister? Die Antwort könnte alles sein, von der eines Neugeborenen bis zu der eines Rentners, der seine letzten Tage lebt. Das Durchschnittsalter liegt in der Mitte zwischen ihnen – also etwa ein halbes Leben. Stellen Sie die gleiche Frage für eine Maus, und die Antwort wird ein paar Monate sein; von langlebigen Bäumen wie Redwoods, vielleicht ein Jahrtausend oder mehr. Das Alter der Geschwister ist ein Hinweis darauf, wie lange man leben wird.

Arten haben das Äquivalent von Geschwistern. Sie sind die nächsten lebenden Verwandten der Art im Evolutionsbaum (siehe Evolution: Evolutionsbäume) – etwas, das durch Unterschiede in der DNA bestimmt werden kann. Der nächste Verwandte des Menschen ist der Bonobo (Pan paniscus), während der nächste Verwandte des Bonobos der Schimpanse (P. troglodytes) ist. Taxonomen nennen solche verwandten Arten Schwestertaxa und folgen der Analogie, dass sie von ihren „Eltern“ -Arten getrennt sind.

Je größer die Unterschiede zwischen der DNA zweier lebender Arten sind, desto älter ist die Trennung von ihrem gemeinsamen Vorfahren. Studien zeigen, dass diese akkumulierten Unterschiede auf Veränderungen zurückzuführen sind, deren Raten in gewisser Weise ziemlich konstant sind – daher das Konzept der molekularen Uhr (siehe Evolution: Die molekulare Uhr der Evolution) – die es Wissenschaftlern ermöglicht, die Zeit der Spaltung aus der Kenntnis der DNA-Unterschiede abzuschätzen. Zum Beispiel, aus einem Vergleich ihrer DNA, Der Bonobo und der Schimpanse scheinen sich vor einer Million Jahren getrennt zu haben, und Menschen trennten sich vor etwa sechs Millionen Jahren von der Linie, die Bonobo und Schimpanse enthielt.

Der Vorteil der Verwendung der molekularen Uhr zur Bestimmung der Speziationsraten besteht darin, dass sie für alle Arten, ob häufig oder selten, gut funktioniert. Es funktioniert für Vögel und im vorherigen Beispiel für waldlebende Affen, für die nur sehr wenige Fossilien gefunden wurden. Im vorhergehenden Beispiel trennten sich Bonobo und Schimpanse vor einer Million Jahren, was darauf hindeutet, dass die Lebensspanne dieser Arten, wie die der oben diskutierten reichlich vorhandenen und weit verbreiteten Meeresarten, auf Millionen-Jahres-Zeitskalen liegt, zumindest in Abwesenheit moderner menschlicher Handlungen, die sie bedrohen. Dies ist jedoch nur ein Beispiel. Gibt es Hinweise darauf, dass die Speziation viel schneller sein kann?

Bis vor kurzem schien es ein offensichtliches Beispiel für eine hohe Artbildungsrate zu geben — einen „Babyboom“ von Vogelarten. Seine Existenz erlaubte die Möglichkeit, dass die hohen Raten des Vogelsterbens, die heute beobachtet werden, nur eine natürliche Beschneidung dieses evolutionären Überschwangs sein könnten.

Auf beiden Seiten der Great Plains Nordamerikas befinden sich 35 Paare von Schwestertaxa, darunter westliche und östliche Blauvögel (Sialia mexicana und S. sialis), Rot- und Gelbwellen-Flicker (beide als Unterarten von Colaptes auratus angesehen) und Rubinkehlkolibris und Schwarzkinnkolibris (Archilochus colubris und A. alexandri). Nach der Interpretation der schnellen Speziation schien ein einziger Mechanismus sie alle geschaffen zu haben. Jedes Schwestertaxapaar hatte eine Elternart, die über den gesamten Kontinent reichte. Dann spaltete ein großer Fortschritt in der Vergletscherung während des letzten Teils des Pleistozäns (vor 2,58 Millionen bis 11.700 Jahren) jede Population der Elternarten in zwei Gruppen. Jedes Paar isolierter Gruppen entwickelte sich zu zwei Schwestertaxa, eine im Westen und die andere im Osten. Schließlich zog sich das Eis zurück, und als der Kontinent vor etwa 10.000 Jahren warm genug wurde, erweiterten die Schwestertaxa ihr Verbreitungsgebiet und trafen sich in einigen Fällen erneut. (Weitere Informationen zu diesem Speziationsmechanismus finden Sie unter Evolution: Geographische Speziation.)

Die Geschichte, während überzeugend, ist jetzt bekannt, falsch zu sein. Molekulare Daten zeigen, dass sich die Schwestertaxa im Durchschnitt vor 2,45 Millionen Jahren trennten. Dies bedeutet, dass die durchschnittliche Artenlebensdauer für diese Taxa nicht nur sehr viel älter ist, als die Erklärung für die schnelle Speziation für sie erfordert, sondern auch erheblich älter ist als die oben als konservative Benchmark vorgeschlagene Schätzung der Extinktionsrate von einer Million Jahren.

Molekularbasierte Studien zeigen, dass viele Schwesterarten vor einigen Millionen Jahren entstanden sind, was darauf hindeutet, dass Arten auch „ein paar Millionen“ Jahre dauern sollten. Tatsächlich deuten sie darauf hin, dass die Hintergrundrate eines Aussterbens unter einer Million Arten pro Jahr zu hoch sein könnte. Dennoch bleibt diese Rate ein bequemer Maßstab, um das moderne Aussterben zu vergleichen.