Isolation – verschiedene Isolationsformen

Isolation Biologie – Definition

Das Wort Isolation kennst du sicher aus unterschiedlichen Kontexten: Jemand kann isoliert leben, ein Haus kann gut isoliert sein und auch Kabel und Rohre haben eine Isolierung. Aber was ist Isolation in der Biologie?
Einfach erklärt ist Isolation die Unterbindung von Fortpflanzung zwischen zwei Populationen oder Teilpopulationen. Die Vertreter der beiden Populationen können der gleichen Art oder unterschiedlichen Arten angehören. Die Isolation kann jedoch zur Entstehung neuer Arten führen. Es gibt viele unterschiedliche Mechanismen, die eine erfolgreiche Fortpflanzung zwischen Populationen verhindern: die Isolationsmechanismen.

Welche Isolationsformen gibt es in der Biologie?

Man unterscheidet grundsätzlich zwischen präzygotischen und postzygotischen Isolationsmechanismen. Präzygotisch heißt so viel wie vor der Bildung einer Zygote, also vor der Befruchtung. Postzygotisch bedeutet nach der Bildung einer Zygote, also nach der Befruchtung.

Präzygotische Isolationsmechanismen

Bei der präzygotischen Isolation wird eine Fortpflanzung verhindert, weil meist gar keine Paarung zwischen den Individuen zweier Populationen stattfinden kann oder es zumindest nicht zur Befruchtung kommen kann. Das kann aus unterschiedlichen Gründen der Fall sein. Welche Arten von präzygotischer Isolation es gibt, erklären wir dir im Folgenden.

Geografische Isolation

Bei der geografischen Isolation (Separation) wird die Fortpflanzung zwischen Populationen durch eine räumliche Trennung verhindert. Diese werden beispielsweise durch Inselbildung, die Entstehung von Gebirgen oder Gletschern verursacht.

Ein Beispiel für geografische Isolation und das „Ergebnis” davon sind die sogenannten „Zwillingsspechte”: Grünspecht und Grauspecht gehörten ursprünglich einer Art an. In der Eiszeit wurden jedoch zwei Populationen dieser Art durch die Bildung eines Gletschers räumlich voneinander getrennt. So konnten sich die beiden Populationen untereinander nicht mehr fortpflanzen.

Ökologische Isolation

Von ökologischer Isolation spricht man, wenn zwei Populationen die Umwelt unterschiedlich nutzen, also unterschiedliche ökologische Nischen besetzen. Das kann passieren, wenn eine große Konkurrenz, zum Beispiel um Nahrung, besteht.
Die Nutzung unterschiedlicher Nischen (Einnischung) kann zu Merkmalsveränderungen führen und dazu, dass Individuen mit unterschiedlichen Nischen weniger aufeinandertreffen. Das ist bei den Darwinfinken passiert. Sie sind wahrscheinlich das bekannteste Beispiel für ökologische Isolation.

Hier herrschte eine Konkurrenz um Nahrung, zwischen mehreren Vertretern einer Finkenart. Durch diesen Selektionsdruck haben sich Untergruppen gebildet, die sich auf unterschiedliche Nahrungsquellen spezialisiert haben (z.B. Insekten, Körner, ...). Die Anpassungen haben in diesem Fall über mehrere Generationen zu so starken Veränderungen geführt, dass sogar mehrere neue Finkenarten entstanden sind.

Mechanische Isolation

Bei der mechanischen Isolation ist eine Begattung zwischen zwei Individuen nicht möglich, weil die Fortpflanzungsorgane nicht zueinanderpassen. Der Bau der Fortpflanzungsorgane verhindert also die Fortpflanzung.

Mechanische Isolation findet man zum Beispiel bei vielen Insekten, Tausendfüßern und Spinnen. Dort passen die Begattungsorgane von Männchen und Weibchen oft sehr genau zueinander, sodass eine Fortpflanzung mit anderen Arten schon rein mechanisch nicht möglich ist.

Zeitliche Isolation

Bei der zeitlichen Isolation findet die Fortpflanzung zweier Populationen zu unterschiedlichen Zeiten statt.

Unterschiedliche Blütezeiten bei Pflanzen sind ein Beispiel für zeitliche Isolation.

Ethologische Isolation

Die ethologische Isolation nennt man auch Verhaltensisolation. Hier liegen nämlich Verhaltensunterschiede zwischen den Vertretern zweier Populationen vor. Das kann in manchen Fällen einen großen Einfluss auf die Fortpflanzung haben, zum Beispiel beim Balzverhalten von Tieren.

Ein Beispiel für ethologische Isolation sind die artspezifischen Gesänge bei Vögeln. Wird das Weibchen nicht durch den “richtigen” Balzgesang angelockt, wird eine Fortpflanzung verhindert.

Gametische Isolation

Bei der gametischen Isolation findet zwar eine Paarung statt, eine Befruchtung ist jedoch nicht möglich, weil die Gameten (Spermien und Eizelle) chemisch inkompatibel sind. Dadurch bleibt die Bildung einer Zygote aus.

Gametische Isolation findet man zum Beispiel, wenn eine Paarung zwischen zwei unterschiedlichen Arten stattfindet. Die Gameten passen dann in der Regel nicht zueinander und das Spermium kann nicht mit der Eizelle verschmelzen.

Postzygotische Isolationsmechanismen

Postzygotische Isolation bedeutet, dass eine Paarung zwischen Individuen zweier Populationen zwar möglich ist, die Zeugung von fruchtbaren und lebensfähigen Nachkommen jedoch verhindert wird.

Isolation durch Sterilität

Bei dieser Form der Isolation können zwar lebensfähige Nachkommen gezeugt werden, diese wiederum sind jedoch nicht fruchtbar, also steril.

Ein Beispiel ist die Kreuzung zwischen Esel und Pferd: Maultiere sind zwar lebensfähig, jedoch unfruchtbar und können sich daher nicht weiter vermehren.

Hybridsterblichkeit

Bei der Hybridsterblichkeit verenden die Nachkommen der Individuen zweier Populationen sehr früh, das heißt in der Regel vor Erreichen der Geschlechtsreife oder sogar schon vor der Geburt. Dies tritt zum Beispiel bei Hybriden unterschiedlicher Froscharten aus der Gattung Rana (echte Frösche) auf.

Hybridzusammenbruch

Beim Hybridzusammenbruch können lebensfähige und fruchtbare Nachkommen gezeugt werden. Diese weisen jedoch eine geringere Fitness auf als die Elterngeneration. Über viele Generationen stirbt die Linie deshalb aus, teilweise tritt nach mehreren Generationen auch eine Sterilität auf. Das Phänomen des Hybridzusammenbruchs findet man beispielsweise bei Hybriden mancher Baumwollarten.

Übersicht – Isolationsmechanismen Tabelle

Wie kann eine reproduktive Isolation zustande kommen?

Wenn Individuen zweier Arten sich paaren, ist die Fortpflanzung in der Regel nicht erfolgreich. Zwischen den beiden Arten besteht eine reproduktive Isolation. Aber wie kam es ursprünglich zu dieser Art der Isolation?

Isolation als Evolutionsfaktor

Wenn eine der Isolationsformen zwischen zwei Populationen der gleichen Art lange genug aufrechterhalten wird, können sich die beiden Populationen so weit auseinanderentwickeln, dass daraus unterschiedliche Arten entstehen. Dann ist eine reproduktive Isolation oder auch genetische Isolation entstanden. Das bedeutet, dass eine Fortpflanzung bzw. eine Zeugung lebensfähiger und fruchtbarer Nachkommen selbst dann nicht mehr möglich ist, wenn der ursprüngliche Grund für die Isolation gar nicht mehr besteht. Die Isolationsmechanismen haben dann im Laufe der Evolution zu einer Artbildung geführt. Daher ist die Isolation auch ein Evolutionsfaktor.

Welche Isolationsform tritt am häufigsten auf?

Besonders häufig entstehen neue Arten als Folge der geografischen Isolation. Durch die räumliche Trennung passen sich die getrennten Populationen an unterschiedliche Lebensräume an und entwickeln sich über viele Generationen so weit auseinander, dass sie sich nach Auflösung der räumlichen Trennung dennoch nicht mehr erfolgreich untereinander fortpflanzen können. Nach Auflösung der räumlichen Trennung haben sich dann also andere Isolationsmechanismen eingestellt.

Allopatrische Artbildung am Beispiel von Grün- und Grauspecht

Das ist zum Beispiel bei Grün- und Grauspecht passiert, welche wir bereits als Beispiel für geografische Isolation kennengelernt haben. Heute gibt es die räumliche Trennung, den Gletscher, nicht mehr. Eine Fortpflanzung zwischen Grün- und Grauspecht kommt aber dennoch nicht mehr vor. Es haben sich zwei unterschiedliche Spechtarten entwickelt. Diesen Vorgang nennt man auch allopatrische Artbildung.
Eine Artbildung kann also die Folge von Isolationsmechanismen sein, muss sie aber nicht.

Zusammenfassung – Isolationsmechanismen Biologie

In dieser Lektion hast du gelernt, was Isolationsfaktoren sind und dass sie zur Bildung neuer Arten führen können. Isolationsmechanismen verhindern eine erfolgreiche Fortpflanzung zwischen zwei (Teil-)Populationen. Diese können der gleichen oder auch unterschiedlichen Arten angehören. Grundsätzlich unterscheidet man zwischen präzygotischer und postzygotischer Isolation.
Auch zum Thema Isolation gibt es interaktive Aufgaben und ein Arbeitsblatt – du kannst dein neu erworbenes Wissen also direkt testen!