"Epigenetik und die Evolution der Instinkte"

Die neu aufgeworfene Frage: Sind Instinkte wirklich durch Punktmutationen entstanden oder nicht doch eher durch "phänotypische Plastizität"?

Das "Plasticity first-model of evolution" löst das bisherige, darwinische "Mutation first-Modell der Evolution" ab.

Phänotypische Plastizität wird von der Naturwissenschaft zunehmend stärker als das grundlegendere Prinzip der Artbildung in der Evolution in Erwägung gezogen. In der Geschichte des biologischen und naturwissenschaftsnahen Denkens ist dies schon hundert Jahre zuvor so vorgeschlagen und erörtert worden.

In einem neuen Artikel im "Science Magazine" (1) ist hinsichtlich der evolutionären Entstehung der Instinkte von einem Modell die Rede, das die (epigenetische) "Plastizität" der Handlungsabfolge (Instinkte) bei ihrer Erstentstehung in den Vordergrund stellt, dem das bisherige evolutionäre Modell gegenüber steht, das "Punktmutationen" verantwortlich machte für die Entstehung von gerne auch sehr komplexen instinktiven, angeborenen Handlungsabfolgen.

Abb. 1: Weiblicher Archaeoattacus edwardsii (Saturniidae) aus Indien

(Herkunft: Wikipedia)

"Epigenetik und die Evolution der Instinkte" (April 2017)

"Epigenetics and the evolution of instincts" ist der Aufsatz überschrieben, also "Epigenetik und die Evolution der Instinkte". Gleich einleitend heißt es, daß bis heute nur wenig darüber bekannt ist, wie Tiere ihre angeborenen Instinkte evoluiert haben. Tiere können angeborenermaßen ja oft die überraschendsten Dinge tun. Sie können lange Reihen von zum Teil recht komplizierten Handlungsabfolgen ausführen, ohne diese jemals gelernt zu haben (dazu am Ende dieses Aufsatzes noch ein Beispiel). Und dazu schreiben die Autoren nun weiter (1):

"Von Instinkten wird im allgemeinen angenommen, daß sie evolutionär ursprünglicher sind als erlerntes Verhalten."
(Original: "Instincts are widely held to be ancestral to learned behavior.")

Richtig! Man erinnert sich. So hat es - zum Beispiel - der Begründer der Verhaltenswissenschaft, Konrad Lorenz (1903-1989) in "Die Rückseite des Spiegels" dargestellt (2). Und so ist es auch in verschiedenen Überblicksdarstellungen referiert worden (3, 4). Die Autoren schreiben nun weiter über diese Instinkte (1):

"Einige Instinkte sind auf der zellulären und molekularen Ebene inzwischen elegant analysiert worden, aber allgemeine Prinzipien darüber, wie sie entstanden sind, gibt es noch nicht."
("Some have been elegantly analyzed at the cellular and molecular levels, but general principles do not exist.")

Allgemeine Prinzipien also, Einsichten darüber, wie Instinkte eigentlich auf der molekulargenetischen und Nervenzell-Ebene hervorgebracht werden, sind noch nicht formuliert worden. Jetzt, wo es so schlicht ausgesprochen wird, wo es einem in so schlichten Worten vor Augen geführt wird, wird einem das wohl überhaupt erst in vollem Umfang bewußt. Und allein ein solcher Satz erweitert den Denkhorizont bedeutend. Die Anstrengungen der traditionellen Verhaltensforschung - ausgehend von Konrad Lorenz - waren ja doch vornehmlich nur mit dem Phänotyp beschäftigt gewesen, so wird einem bewußt. Und sie nahmen die Instinkte zunächst einmal einfach als gegeben hin und haben sie nur ("deskriptiv") beschrieben.

Bei der Beschreibung ihrer evolutionären Entstehung hat man sich dann nur ganz kruder metaphorischer Bilder bedient. Konrad Lorenz vor allem - und viele in seinen Fußstapfen - bedienten sich des Bildes, daß sie sagten, daß angeborenes Verhalten von "der Art" "gelernt" worden sei über viele Millionen Jahre hinweg (eben durch Punktmutationen und anschließende Selektion) (2). Wenn wir die Aussage des vorliegenden Science-Artikels richtig verstehen, so sei hier schon eingeschoben, scheint er zunächst nicht davon auszugehen, daß der von ihm angenommene "Lernprozeß der Art" oder "Lernprozeß" bei Entstehung der Art über Punktmutationen Millionen von Jahre in Anspruch nahm. Grundsätzlich scheint er nicht auszuschließen, daß dieser "Lernprozeß" von einem Lebewesen während seiner eigenen Lebensdauer begonnen und abgeschlossen worden ist, dabei aber eben über epigenetische Mechanismen als Gedächtnis eingeprägt und - zugleich - vererbt worden ist (siehe unten). Exaktere Vorstellungen als eben formuliert, scheint es darüber noch nicht zu geben (siehe unten), denn der ganze hier formulierte Gedanke ist ja überhaupt sehr neu. Aber eine solche, eben beschriebene Möglichkeit scheint zumindest eher als die beim derzeitigen Stand angemessene Erklärung angesehen zu werden als eine andere, die viele Millionen Jahre benötigt. Aber dazu gleich noch mehr. Zunächst schreiben die Autoren weiter (1) (Hervorhebung nicht im Original):

"Gegründet auf aktueller Forschung argumentieren wir stattdessen, daß die Instinkte aus dem Lernen evoluiert sind, und daß sie deshalb von den gleichen allgemeinen Prinzipien geleitet werden, die das Lernen erklären."
("Based on recent research, we argue instead that instincts evolve from learning and are therefore served by the same general principles that explain learning.")

Das ist eine sehr auffallende Aussage. Denn was tun die Autoren denn, wenn sie das so - geradezu klassisch schlicht - formulieren?

Umsturz eines Weltbildes

Versuchen wir eine allgemeinere Einordnung. Es gibt wissenschaftliche Artikel, die - mögen sie auch noch so kurz sein (1) - durch das Aussprechen nur weniger Gedanken auf die Möglichkeit des Umsturzes eines ganzen Weltbildes hinweisen. Dazu kann es natürlich eines umfangreichen Vorlaufes bedürfen, der nach und nach das bisherige Welterklärungsmodell ausgehöhlt hat, als in sich widerspruchsvoll hat erkennen lassen und als im Widerspruch stehend zu einer Fülle inzwischen neu erkannter Tatsachen. Es könnte dazu eines Vorlaufs bedürfen, der auch schon alternative, angemessenere Erklärungsmodelle als zunehmend sinnvoll und als im Einklang mit allem weiter anwachsenden Wissen über unsere Welt und ihr Werden hat erkennen lassen. Sollte aber ein solcher Vorlauf einmal gegeben sein - von gerne einmal mehreren Jahrzehnten Forschung - dann kann es mitunter nur noch eines leichten Fingertips bedürfen und es könnte erkennbar werden die Möglichkeit, daß in näherer Zukunft ein großes, seit fast hundertfünfzig Jahren weltbeherrschendes Welterklärungsmodell krachend und geradezu unheimlich-lautlos in sich zusammen stürzen wird.

Und viele Umstehende könnten sich plötzlich des Entsetzens bewußt werden ob der Leere, die ein solches Zusammenstürzen zurück lassen würde. Aber mehr noch könnte unter den Umstehenden sich zunächst ein Entsetzen ausbreiten ob der Krudität und Groteskheit jenes geistig ziemlich "verarmt" daher kommenden Welterklärungsmodells, dessen Zusammensturz sich da gerade als Möglichkeit so deutlich abzeichnet im Licht der neuen Erkenntnisse und Fragestellungen in der Forschung. Es wird der Umstand deutlich, daß das neodarwinistische Welterklärungsmodell eine Frucht jenes materialistischen Zeitalters ist, in dem es zuerst formuliert worden ist.

Und das Entsetzen könnte um so größer sein, um so mehr sich die Umstehenden erinnern und bedenken, wie viele Millionen Menschen sich an dem bisherigen Welterklärungsmodell - bewußt oder unbewußt - orientiert hatten, wie oft selbst noch die bedeutendsten Denker des letzten Jahrhunderts im Grunde gar keine Alternative zu diesem Welterklärungsmodell für möglich hielten und für nötig erachtet hatten. Plötzlich könnte ihre womöglich geistige Armut und Phantasielosigkeit mit einem Schlag als deutliche Möglichkeit hervorschimmern aus der vorherigen Unerkennbarkeit der Dinge.

Solche Gefühle und Eindrücke können sich aufdrängen bei dem Lesen und Überdenken der wenigen, geradezu "klassisch" "eingemeißelten" Gedanken, die in diesem neuen Aufsatz des "Science Magazine" (1) enthalten sind. So könnte es einem umso eher ergehen, um so mehr man sich zuvor schon mit seit fast hundert Jahren vorliegenden alternativen Erklärungsmodellen von Seiten der naturwissenschaftsnahen Philosophie beschäftigt hat (3-7, 16). Eine Sichtweise, die hier schon Jahrzehnte lang vorlag, wird nun - ohne daß die meisten Naturwissenschaftler jemals von ihr etwas erfahren hatten - fast wortidentisch von eben dieser Naturwissenschaft übernommen.

"... daß die Instinkte aus dem Lernen evoluiert sind ..."

Die Autoren sagen mit dem oben angeführten Zitat dasselbe, was von biologischen und naturwissenschaftsnahen Denkern schon vor hundert Jahren fast wortidentisch auch gesagt worden ist. Und solche Aussagen waren bislang als so ziemlich die angreifbarsten Aussagen solcher Denker empfunden worden. Schließlich konnte es gerne auch einmal als "überholter Lamarckismus" gekennzeichnet werden. Hier auf dem Blog sollen als Beispiel für solche Aussagen im folgenden Aussagen zur Evolutionsdeutung von Seiten der Philosophie anhand denen von Mathilde Ludendorff (1877-1966) (Wiki) angeführt werden. Mit dieser Denkerin haben wir uns schon in anderen Zusammenhängen beschäftigt. Als Schülerin August Weismanns und Assistentin Emil Kraepelins hatte sie bei zwei der bedeutendsten Vertreter naturwissenschaftlichen Denkens ihrer Zeit wissenschaftlich gelernt, bzw. mit diesen zusammen gearbeitet. Ihr erster Ehemann war Biologe, sie selbst arbeitete als Psychiaterin.

Liest man heute Bücher dieser Frau, entsteht unweigerlich in einem der Gedanke, daß man sie zumindest als eine der ersten "Evolutionären Psychologinnen" im deutschen Sprachraum bezeichnen sollte. Das muß auch gelten so sehr man sie um verschiedener anderweitiger politischer Ansichten willen verdammen mag oder wenn man einfach das Urteil übernimmt, das in den "großen Medien" Jahrzehnte lang von dieser Frau gezeichnet worden ist. Das wird zum Beispiel sehr schnell deutlich, wenn man sie in ihrem schon 1919 erschienenen Buch "Erotische Wiedergeburt" eine Deutung der menschlichen - sowohl weiblichen wie männlichen - Sexualität geben sieht ausgehend von einer durchgängig evolutionären Argumentation. Selbst heutige Sexualpsychologen dürften sich da noch vieles von ihr abgucken können. (Und schon gar vor dem heutigen Wissensstand, wonach viele Verhaltensgene des Menschen in der Artenevolution sehr weit zurück verfolgt werden können.) Und eine ähnliche Bedeutung mag sie darum auch für andere Gebiete haben.

"Nicht nur in die individuelle Erinnerung eingegraben, sondern auch auf die Erbsubstanz der Keimzellen übertragen"

Die geistigen Gehalte der Philosophie dieser Frau wurden aufgrund der politischen Zusammenhänge, in denen sie sich bewegt hat, bis heute kaum wahrgenommen. Wie bei jedem anderen Denker auch, muß man aber nicht die politischen Einstellungen teilen, wenn man psychologische oder philosophische Einsichten für bedenkenswert hält. Insbesondere nimmt ihre Philosophie den Ausgangspunkt von der Erkenntnis August Weismanns von der Unsterblichkeit der Einzeller und der Einführung des gesetzmäßigen Alterstodes beim Übergang zur Mehrzelligkeit. Auch auf diesem Gebiet dürften ihre philosophischen Deutungen an Bedeutung nicht verloren haben.

Und nun eben auch in Bezug auf eine so grundlegende Frage wie die der Artbildung selbst. Hierzu wird vor dem Hintergrund des Wissens der damaligen Zeit und der philosophischen Deutung desselben ausgeführt, daß die Evolution auf ein Ziel hin ausgerichtet sei, und daß neue Instinkte entstehen würden während der Artbildung durch das "Aufleuchten des Schöpfungszieles" im ersten Vorfahren einer neuen Art, im "Genialsten seiner Artgenossen". Und dies würde geschehen innerhalb des von dieser Philosophie (und natürlich auch von anderen Denkern und Forschern der damaligen Zeit) angenommenen "plastischen Zeitalters" (der Artbildung). Auch in dem Begriff des "plastischen Zeitalters" ist ja vermutlich schon implizit eher das "plasticity first"-Modell der Evolution enthalten als das "mutation-first"-Modell der Evolution. In einer Zeit, in der noch nicht klar war, daß Evolution eine fast regelmäßige Abfolge mehrerer bedeutender erdweiter Aussterbeereignisse und ihnen folgender Artneubildungen umfasste, eine Erkenntnis, die erst seit den 1970er Jahren fester Bestandteil der Naturerkenntnis ist (Wiki), wird zu dem Begriff "plastisches Zeitalter" ausgeführt (18, S. 74, Anm. 1):

Die Naturwissenschaft versteht hierunter jenes Zeitalter, in welchem die Entwicklung vom Einzeller zum Menschen alle Arten der Tiere und Pflanzen entstehen ließ. Für dieses Zeitalter hat die Wissenschaft die Notwendigkeit einer Vererbung erworbener Eigenschaften durch Aufnahme der Neuerwerbung von seiten der Erbmasse der Keimzellen innerhalb des Lebens anerkannt. Sie hat diesen Zustand als "plastisches Zeitalter" bezeichnet, als ein Zeitalter, in welchem die Keimzellen also noch Bildsamkeit zeigten, noch Neuerwerbungen in die Erbmasse vom Träger der Keimzellen aufnehmen konnten. Sie sagt, daß nach Abschluß der Entstehung der Arten ein anderer Zustand eintrat, diese Aufnahmefähigkeit der Keimzellen für erworbene Eigenschaften hat nach diesem Abschlusse nicht mehr bestanden.

Es würde sich dann dabei um ein "Aufleuchten" handeln, das sich dann - ausgelöst durch erdweite Katastrophen ("Todesnot") - von diesem ersten Vorfahren, diesem ersten Vertreter einer neuen Art aus über die Generationen hinab weiter vererbt habe. Im wörtlichen Zitat (5, S. 243, zit. auch in: 6, S. 5):

Das Schöpfungsziel, das über dem Werden der Lebewesen als sinnvolles Maß an Finalität steht, flammt wie eine flüchtige göttliche Erleuchtung in dem Einzelwesen auf und erwirkt das Werden der höheren Stufe. So mangelhaft dieses Bild für einen Vorgang, der sich nicht beschreiben läßt, auch sein mag, so hilft es doch, dem Geschehen zu folgen. (...) Wir sahen, daß die Lebewesen in Todesnot in flüchtiger göttlicher Erleuchtung neue Anlagen und Abwehrinstinkte erwarben. 

Noch deutlicher wird ausgeführt (18, S. 74), daß

ein Erbinstinkt im Tiere in einer besonderen Schicksalsstunde zum erstenmal von dem Ahn dieser Tiere angewandt wurde und sich dann erst auf die Nachfahren vererbte.

Der angewandte Erbinstinkt würde sich, so heißt es weiter, "nicht nur in die Erinnerung des Ahns" eingraben, "sondern sich auch auf die Erbsubstanz der Keimzellen" übertragen. Einige Seiten weiter heißt es ähnlich, daß ein "seltenes Schicksalsereignis" in der Humanevolution beim Menschen einen neuen Erbinstinkt schaffen konnte, der sich (18, S. 88)

nicht nur seinem persönlichen Erinnern, nein, auch der Erbmasse der Keimzellen eingrub, ganz ebenso, wie sich auch in dem "plastischen Zeitalter" der Erbinstinkt der Tiere nicht nur dem persönlichen Erinnern, sondern der Erbmasse der Keimzellen und somit auch allen kommenden Geschlechtern übertrug.

Von Seiten dieser evolutionären Philosophie aus wurde also ein solches "plasticity-first"-Modell der Artbildung formuliert, das dieselbe Abfolge von einer individuellen Erinnerung benennt, die sich zugleich in die Keimzellen eingräbt, bzw. überträgt. Das Prinzip, daß Plastizität und nicht Zufallsmutationen am Anfang dieses Prozesses stehen, ist in diesem evolutionären philosophischen Denken klar formuliert, man möchte fast sagen: vorausgesagt worden.

Und in dem von uns hier behandelten neuen Artikel (1) wird nun ebenfalls diskutiert ein "plasticity first model of evolution", das dem bisherigen "mutation first model of evolution" als Alternative gegenüber oder als Ergänzung an die Seite gestellt wird. Man könnte sagen: Genau das ist eine der grundlegendsten Thesen und Ausgangspunkte zur Formulierung eines neuen philosophischen Gebäudes gewesen (7). Und zugleich werden damit auch die modernen Evolutionsmodelle jenseits des Neodarwinismus immer konkreter. Es geht das alles natürlich deutlich in jene Richtung, die traditioneller Weise als "Lamarckismus" gekennzeichnet worden war. Joachim Bauer hatte 2008 in "Das kooperative Gen" diesbezüglich den heutigen Forschungsstand schon sehr eindrucksvoll dargestellt (8).

Neurologische Forschungen an Bienen, Fliegen und Nagetieren wiesen den Weg

In dem neuen Science-Artikel wird dann hingewiesen auf jene Forschungen, die dieses neue "plasticity first-model" stützen würden (1):

"Jüngste Forschungsergebnisse über Bienen und Fliegen zeigen, daß angeborene und erlernte Antworten auf Geruchswahrnehmungen über dieselben Nerven-Schaltkreise verschaltet sind."
("Recent results from bees and flies show that both innate and learned olfactory responses are governed by the same neural circuits.")

Also angeborene und erlernte Geruchs-Antworten sind bei Bienen und Fliegen von denselben Nervenbahnen gesteuert. Wieder einmal darf man darüber erstaunt sein, daß diese Erkenntnis so ganz neu zu sein scheint nach dem Wortlaut dieses Artikels. Dabei könnte man sich doch fragen: Nanu? Darauf ist man noch nicht früher gekommen? Und vor allem auch der so kluge Konrad Lorenz sollte eine solche Möglichkeit noch gar nicht in Betracht gezogen haben? Unter einer solchen Fragestellung wären seine Gesammelten Werke noch einmal genau zu studieren. Weiter heißt es auf ähnlicher Linie (1): 

"Ebenso überlappen sich bei Nagetieren die Nerven-Schaltkreise für angeborene und erlernte Reaktionen auf furchteinflößende Wahrnehmungen - und die Serotonin-Modulierung in der Amygdala bestimmt, welche Reaktion die stärkste ist."
("Similarly, in rodents, the neural circuits organizing innate and learned fear responses overlap, and serotonin modulation in the amygdala determines which response is strongest.")

Bei dieser Gelegenheit erinnert man sich daran, daß zu Zeiten von Konrad Lorenz (2) das "Schichtendenken" eine große Rolle spielte. Auf dieses wurde auch erst jüngst etwa von dem Hirnforscher Gerhard Roth in der traditionellen Weise Bezug genommen (9). Hoimar von Ditfurth hatte - von diesem Gedanken angeregt - in seinem viel gelesenen Buch "Der Geist fiel nicht vom Himmel" (1976) eine "Paläontologie der Seele" vorgelegt, in der er instinktives und erlerntes Verhalten quasi gehirnanatomisch getrennt voneinander angesiedelt gesehen und dargestellt hatte (10). Reflexketten und angeborene Instinkte waren für ihn im Stammhirn und Zwischenhirn lokalisiert, erlerntes Verhalten war für ihn im Großhirn - oder im Übergangsfeld zum Großhirn - lokalisiert. Womöglich ist dieses Bild aus heutiger Sicht abzuändern, bzw. womöglich wird diesbezüglich künftig manches verwickelter zu sehen sein. Die heutigen Überlegungen regen jedenfalls zu umfangreichem Überdenken der ganzen gehirnanatomischen Situation an.

Sind Instinkte "Erinnerungen des Urahnen" ("ancestral memory")?

Beziehungsweise: Die Frage stellt sich vor diesem Hintergrund ganz neu: Wie konnte aus dem streng Instinkt-gebundenen Verhalten ursprünglicherer Tierformen allmählich eine größere Bandbreite individuell erlernbaren und damit fehlerbehafteten Lernens entstehen? Wie konnten beide Ebenen nebeneinander her bestehen (ohne sich - sozusagen - "in die Quere" zu kommen)? Es wird spannend sein, diesbezüglich die Erkenntnisse der nächsten Jahre zu verfolgen.

Die Autoren zitieren auch den Aufsatz "Birds, behavior, and anatomical evolution" des früh verstorbenen Evolutionsforschers und Genetikers Alan C. Wilson von 1983, in dem viele Zusammenhänge - zumindest vom Prinzip her - schon in ähnlicher Weise umrissen worden waren. Gerold Adam (1933-1996) (Autorenname: Hermin Leupold) wies schon Anfang der 1990er Jahre in Vorträgen darauf hin, daß sich gerade auch in den Ergebnissen der Zugvogel-Forschung (wie sie etwa an der Vogelwarte Radolfzell und andernorts betrieben wird) andeutet, daß beschleunigte Evolution möglich wird durch eine Kombination von Genetik und Epigenetik und daß genau das bei der oft überraschend schnellen populationsweiten Änderung des Verhaltens von Zugvögeln eine Rolle zu spielen scheint.

Die "Science"-Autoren weisen darauf hin, daß es schon lange Hinweise darauf gibt, daß streßbedingte Änderungen von Ablesezuständen der Gene an die nächste Generation weiter gegeben werden können. Sie machen sich dann im weiteren die folgenden Gedanken (1)

Man betrachte die Frage der Entstehung eines Instinktes im Lichte dessen, was wir über die Entstehung von Gedächtnis wissen. Lernen hängt mit der erfahrungsabhängigen Verstärkung bestimmter Synapsen zusammen. Wenn Lernen definiert wird durch das Schlagwort "what fires together, wires together" -

hierbei handelt es sich um eine Kurzfassung der sogenannten "Hebbschen Lernregel" (Wiki), die besagt, daß je häufiger ein Neuron A gleichzeitig mit Neuron B aktiv ist, umso bevorzugter die beiden Neuronen aufeinander reagieren werden -

wie werden Instinkte dann während der Entwicklung verschaltet bei Abwesenheit von erfahrungsabhängiger neuronaler Signalweiterleitung?

Das gemeinsame Reagieren von Nervenbahnen muß also schon - irgendwie - in den Genen, bzw. in der genomischen Prägung (Epigenetik) verschaltet sein. Die Autoren (1):

Im Fall des menschlichen Sprechens und Hörens wird die neuronale Entwicklung durch  die Erfahrung im Uterus bestimmt. Könnten epigenetische Mechanismen, die Änderungen in der Genablesung in Bezug auf langfristige Erinnerungen regulieren, eine ähnliche Rolle spielen während jener Entwicklung, die zur Formung von Instinkten führt?
("Consider the question of the formation of an instinct in light of what we know about the formation of a memory. Learning involves experience-dependent strengthening of specific synapses. If learning is defined by the notion that neurons that 'fire together, wire together', how do instincts get wired during development in the absence of experience-dependent neuronal firing? In the case of human speech and hearing, neural development is shaped by experience in utero. Could epigenetic mechanisms that regulate changes in gene expression related to long-term memories play similar roles during development to form instincts?")

Es wird erkennbar oder förmlich spürbar, wie dicht sich mit solchen Erörterungen und Fragestellungen einerseits die aktuelle Forschung an das annähert, was Mathilde Ludendorff vor fast hundert Jahren erörtert hat. Und man spürt andererseits, welche Fülle von weiteren Fragen sich aus dieser neuen, grundlegenden Richtungsänderung in den Fragestellungen ergeben. Der abschließende Satz des "Science"-Artikels nähert sich dann schon im Wortlaut sehr dicht an Formulierungen an, wie sie schon vor fast hundert Jahren von der Philosophie verwendet worden sind. Er lautet (1):

Wenn man einen Instinkt als das "ererbte Gedächtnis" an eine bestimmte Antwort auf die Umwelt betrachtet, könnte das hilfreich sein dabei, die physikalischen Grundlagen des Gedächtnisses zu verstehen.
("Considering an instinct as an "ancestral memory" of a specific response to the environment may help to guide efforts to understand the physical basis of memory.")

Also sie meinen: Wenn man den Instinkt als eine "Erinnerung des Urahnen" oder als "Erinnerung der Vorfahren" betrachtet (wie "ancestral memory" auch übersetzt werden könnte) - und genau so ist das ja schon vor hundert Jahren getan und formuliert worden (siehe oben) -, nämlich als eine Erinnerung an eine spezifische Antwort auf Umwelt-Herausforderungen, dann könnte das, so die Autoren, auch bei der wissenschaftlichen Bemühung helfen, die physische Grundlage des (menschlichen und tierlichen) Gedächtnisses überhaupt zu verstehen. Da eben auch diese - erstaunlicherweise! - noch kaum verstanden ist.

Aber es wird auch sofort deutlich, daß hier nicht nur die Frage nach dem evolutionären Entstehen der Instinkte im Raum steht. Gemeinsam mit den Instinkten sind ja bekanntlich auch alle sonstigen Körpermerkmale evoluiert. Es steht also noch viel mehr im Raum wenn es um ein "plasticity-first"-Modell der Evolution geht. Und das alles wird auch in der Forschungsliteratur gegenwärtig schon sehr breit erörtert (11).

Aussagen zur Evolutionsdeutung, die schon vor hundert Jahren getätigt wurden, erscheinen in neuem Licht

Dieser "Science"-Artikel möchte seiner Intention, seiner Absicht nach zunächst einmal nur neue Perspektiven für die neurologische Forschung an Insekten und anderen Tieren aufzeigen. Für uns bedeutet dieser Artikel aber mehr. Er wirft uns geradezu um durch die Eindeutigkeit, aufgrund deren man nun geradezu gezwungen ist, schon sehr früh von der Philosophie gegebene Deutungen ernst zu nehmen. Es wird selbst solchen Menschen, die schon bereit sind, solche Deutungen insgesamt einigermaßen ernst zu nehmen, so ergehen wie dem Autor dieser Zeilen, nämlich daß man geradezu schockiert darüber ist, wie wenig ernst man viele der Deutungen und Ausführungen bislang genommen hatte. Man hat sie für sehr "vage" Beschreibungen erachtet und deshalb auch nicht als sehr wichtige erachtet bezüglich dessen, wie es bei der Artbildung zugegangen sein könnte.

Mit diesem kleinen "Science"-Aufsatz fällt man tief in eine Einsicht hinein, in vielfältige Einsichten dahingehend, wie sehr Ausführungen früherer Denker - wie etwa denjenigen von Mathilde Ludendorff - ernst und gerne auch wörtlich zu nehmen sein könnten. Solche Ausführungen sind vor dem neuen Hintergrund ganz neu zu sichten. Zum ersten mal stellt sich die Frage: Was wurde von solchen Denkern denn eigentlich konkret zu der Thematik gesagt? Und was haben Forscher, die solche Aussagen ernst nahmen (Gerold Adam) dazu konkret gesagt? Hier ist ein neues Lesen angesagt, ein Lesen, das mit einem deutlich vergrößerten Verständnis des Gelesenen einher gehen kann.

Das, was in solchen früheren philosophischen Entwürfen (wie denjenigen von Mathilde Ludendorff) ausgeführt wurde, erweist sich einmal mehr keineswegs nur als "irgend welche" Theorien. Womöglich sogar als Theorien, die sehr arg in Widerspruch stehen könnte zu zentralen Aussagen der modernen Evolutionstheorie. Im Gegenteil: Die Möglichkeit steht im Raum, daß solche Aussagen auch in dieser zentralen Frage - nämlich der Mechanismen der Artbildung in der Evolution - der Naturwissenschaft über Jahrzehnte voraus waren. Daß sie auch in vielen anderen Bereichen der Naturwissenschaft voraus waren, ist andernorts schon dargestellt worden (z. B.: 3, 4), bzw. drängt sich das dem Kenntnisreichen oft ja geradezu auf.

Es wird auch deutlicher als jemals: So wie Naturwissenschaft und Philosophie (z. B. Schopenhauer) seit Jahrzehnten und Jahrhunderten gearbeitet haben, nämlich von der menschlichen Selbsterfahrung aus auf tierliches Leben zu schließen, ja, auf Evolution insgesamt, genau so könnte es auch jetzt wieder hilfreich werden, dies bei der Klärung der neu aufgeworfenen Fragen zu bedenken. Denn was Lernen ist, was Plastizität im Verhalten bedeutet - wer sollte davon mehr wissen als der Mensch? Bzw. wo sollte das anschaulicher erforscht werden können als beim Menschen selbst? Der Mensch könnte also - mit diesen neu aufgeworfenen Fragestellungen - wieder vermehrt von sich auf Tiere, bzw. auf Evolution schließen. Und genau so war ja auch das Vorgehen früherer Denker auf diesem Gebiet recht häufig. Sie sprachen sich selbst und genialen Menschen aller Zeitalter "Intuitionen", "intuitives Erkennen" zu, das sie - in einer vagen Analogie - auch den genialsten Vertretern einer Art zusprachen bei der Artbildung.

Daß aber das Prinzip des Schießens von menschlicher Erfahrung auf tierliche Erfahrung allerhand Schwierigkeiten haben kann bezüglich der Anerkennung in der Wissenschaft, davon kann man sich in der Biographie etwa der Verhaltensforscherin Jane Goodall ein anschauliches Bild verschaffen. Sie sprach Schimpansen ähnliche Gefühle zu wie sie sie selbst als Mensch hatte - und wurde fast von einer ganzen Forschergeneration anfangs als "unwissenschaftlich" herabgestuft. 

Gab es Intelligenz schon, bevor es Großhirne gab?

Was aber hier alles zu erklären ist, soll noch einmal an einem konkreten Beispiel erläutert werden, das im Jahr 1981 der deutsche Sachbuchautor Hoimar von Ditfurth (1921-1989) in der Einleitung Anfang seines Buches "Im Anfang war der Wasserstoff" bekannt gemacht hat (12). Mit einer sehr ausführlichen Beschreibung des Tarnverhaltens der Raupe des Schmetterlings Attacus edwardsii (Wiki) (englisch "Edwards Atlas Moth" genannt) machte er dieses Beispiel recht populär (s. Abb. 1). Man findet heute im Internet manche, die sich auf dasselbe berufen (12).

Dieser Schmetterling ist in Indien und Südostasien in feuchten Gebieten verbreitet und gehört zu den größten Schmetterlingen der Welt. Hoimar von Ditfurth entnahm sein Wissen zu ihm dem Buch "Mimicry" (13) von Wolfgang Wickler, eines Schülers von Konrad Lorenz.

Kurz gefaßt tarnt die Raupe dieses Schmetterlings ihr Verpuppungsstadium - ganz angeborenermaßen - dadurch, daß sie ein Blatt abbeißt und es mit Spinnfäden erneut anhängt und sich dann an dieses Blatt anheftet. Das Blatt verwelkt und umhüllt damit die Puppe, die so "versteckt" ist. Schon das Abbeißen des Blattes und erneute Anhängen stellt einen erstaunlichen Vorgang dar. Noch überraschender ist aber, daß diese Raupe zugleich auch noch mehrere andere Blätter abbeißt und wieder anhängt, die dann ebenfalls verwelken. Dies hat einen großen Vorteil. Ein Vogel als Freßfeind wird selbst wenn er nun verwelkte Blätter als Nahrungsquelle untersuchen würde, bald wieder davon ablassen, da er mit größerer Wahrscheinlichkeit leere als ein volles Blatt vorfinden wird.

Wie aber kann die Raupe auf einen so genialen Einfall der Tarnung kommen, auf den noch nicht einmal der menschliche Leser kommen würde, so fragte Hoimar von Ditfurth. Insgesamt will Hoimar von Ditfurth auch mit diesem Beispiel herausarbeiten, was so unzählige Beispiele von Mimicry so eindrucksvoll belegen, nämlich daß Intelligenz in dieser Welt schon vorhanden war, bevor bewußte Intelligenz in Form des Menschen evoluiert ist, ja, daß es dazu noch nicht einmal eines Großhirnes bedurfte (12, S. 16):

In Wirklichkeit verfügen wir, wie es scheint, nur deshalb über Bewußtsein und Intelligenz, weil die Möglichkeiten von Bewußtsein und Intelligenz in dieser Welt von Anfang an angelegt waren und nachweisbar sind.   

Und die zutiefst philosophische Aussage, daß Intelligenz schon in der Welt ist, bevor der Mensch als bewußtes Lebenwesen sie als solche wahrnehmen kann, weiter zu erläutern und zu veranschaulichen, ist dann das Anliegen des gesamten genannten Buches von Hoimar von Ditfurth. Es war das aber natürlich auch schon der Grundgedanke von naturwissenschaftsnahen Philosophien früherer Denker.

Und auch mit beiden stellt sich weiterhin die bis heute ganz ungeklärte Frage, wie außerordentlich überraschend intelligentes Verhalten von Tieren aufgezeigt werden kann, die noch nicht einmal ein auffallend komplexes Nervensystem haben. Woher stammt hier die Fähigkeit zum "Lernen", zur "Intuition"? Diese Frage ist bis heute von der Wissenschaft noch ganz ungeklärt. Sie sagte ja bislang so ganz langweilig, daß die Zufallsschritte genetischer Punktmutationen zu Veränderungen im angeborenen Verhalten der Tiere führten, die dann aufgrund der Selektion in ihrer Umwelt sich erhalten haben über Nachkommenschaft oder die aufgrund von mangelnder Lebenstauglichkeit ausgestorben sind. Dies ist grob zusammen gefaßt die Lehre des Neodarwinismus. Richard Dawkins hat sich - zum Beispiel in seinem Buch "Gipfel des Unwahrscheinlichen" - viel Mühe gegeben nachzuweisen, daß aus vielen solcher Zufallsschritte dennoch evolutionär etwas Sinnvolles entstehen kann und würden wir es auch als den "Gipfel des Unwahrscheinlichen" ansehen. So richtig daran geglaubt haben wird er wohl selbst niemals.

Aber wie kann eigentlich so überraschend intelligentes Verhalten von überraschend einfach strukturierten Tieren in der Evolution hervorgebracht werden? Auch das genannte evolutionäre Modell, das auf Deutsch etwa "Phänotypische Veränderbarkeit zuerst" genannt werden könnte, hat hier noch sehr, sehr viel zu klären.

Aber alles deutet darauf hin, daß die Erklärung von früheren, lange vernachlässigten Denkern zur Artbildung in der Evolution den tatsächlichen Sachverhalten wesentlich näher gekommen sein kann als alle Erklärungen des so lange Zeit allein in den Vordergrund gestellten Charles Darwin und all seinen unkritischen Nachfolgern.

Gehirn-Gen-Regulations-Netzwerke ...

/ Ergänzung 17.10.2020. Drei Jahre später erscheint zu den in diesem Beitrag behandelten Fragestellungen eine Sonderausgabe der Zeitschrift PNAS, Thema "Biologische Einbettungen über unterschiedliche Zeitskalen hinweg" ("Biological Embedding Across Timescales") (19). Unter "Einbettungen" werden verstanden: Das Erwerben und Erlernen von Erinnerungen, ebenso wie ihr Abspeichern in neuronalen Netzwerken, das prägungsähnliche Lernen, bzw. - wenn fehlgeleitet - Traumatisierungen, die eben sowohl in neuronalen Netzwerken abgespeichert werden wie auch in epigenetischen Mustern in Gehirnzellen. Insbesondere Gene E. Robinson verfolgt sie in seiner Forschungsgruppe weiter. Überlegungen wie individuelle Erfahrungen nicht nur im Gehirn in Nervennetzen gespeichert werden können, sondern auch (parallel) epigenetisch im Genom gespeichert werden könnten, fragen nach den (19) ...:

... räumlichen und zeitlichen Aspekte einer Verbindung zwischen neuronalen Netzwerken (NN) einerseits und Genregulations-Netzwerken im Gehirn andererseits. Diese stellen einen wichtigen Fall von Gehirn-Gen-Regulations-Netzwerken (bGRN) dar. Wichtige Substrate des Verhalten schließen Veränderungen in der Genablesung in hunderten bis tausenden von Genabschnitten mit ein, gemeinsam mit einer neuronalen Reaktion auf die Umwelt. (...) NNs reagieren in Millisekunden bis Sekunden, während bGRN, die die Genablesung und epigenetischen Veränderungen bewirken, über Minuten bis Tage reagieren. Die Rolle von Entwicklungs-Gen-Regulations-Netzwerken im Zusammenspiel mit neuronalen Netzwerken und Gehirn-Gen-Regulations-Netzwerken ist ebenfalls zu berücksichtigen.

Original: Sinha et al. (69) examine emerging insights into the spatial and temporal aspects of linkages between neural networks (NNs) and gene regulatory networks in the brain. They present a strong case for brain gene regulatory networks (bGRNs), as important substrates of behavior involving gene-expression changes in hundreds to thousands of genes within a neuron in response to the environment. NNs comprise circuits of neurons transmitting electrochemical signals from one neuron to another and integrating experiential stimuli to orchestrate an organism’s behavior. bGRNs act at different (but sometimes interacting) levels of organization than NNs and on different timescales. NNs act in milliseconds to seconds, while bGRNs affecting gene expression and epigenetic changes arise over minutes to days. A role for developmental GRNs (dGRNs) in the interplay between NN’s and bGRNs is also considered.

(20):

"Recent studies have revealed an extensive role for a completely distinct layer of networked activities in the brain - the gene regulatory network (GRN) - hat orchestrates expression levels of hundreds to thousands of genes in a behavior-related manner."

Unter anderem ist die Rede von einem (21)

"Genomischen Aktionspotential (gAP) - einer Genom-Reaktion im Gehirn auf aktuelle Erfahrungen."

"genomic action potential (gAP) - a structured genomic response in the brain to acute experience. Similar to the familiar electrophysiological action potential (eAP), the gAP also provides a means for integrating afferent patterns of activity but on a slower timescale and with longer-lasting effects."

/ Ergänzung 21.12.2021: In einem Interview mit der Theoretischen Neurowissenschaftlerin und Hirnforscherin Ila Fite (Wiki) (23) werden weitere Fortschritte auf diesem Forschungsgebiet erahnbar. Auch hier ist die Rede davon, daß die Regulationsnetzwerke der genetischen Steuerung mit einbezogen werden müssen in die Steuerung der Gehirntätigkeit insgesamt und daß man alle Steuerungsebenen mit einbeziehen müsse in die Analyse.*) /

/ Ergänzt um Zitate aus Literaturangabe [18]: 9.5.2019 

Ergänzt um Hinweise zu Literaturangaben [19, 20]: 17.10.2020

zu Lit.anga. 23: 21.12.2021 /

_____________

*) Ila Rani Fiete ist indischer Herkunft (24) und verheiratet mit dem Physiker Gregory Fiete. Der Name Fiete ist eigentlich ein norddeutscher Vorname, Kurzform von Friedrich (Wiki). Als Familienname kommt er mindestens einmal in Deutschland und mindestens 47 mal in den USA vor (Nachname). Sie hat in ihrer Postdoc-Zeit zwei Kinder bekommen, was für sie zeitlich sehr gut paßte, wie sie sagt (24). Sie sagt auch, daß sie ohne die Unterstützung ihres Ehemannes in der Wissenschaft nicht hätte so erfolgreich sein können.

_______________

1. Robinson, Gene E.; Barron, Andrew B.: Epigenetics and the evolution of instincts. In: Science Mag., 7. April 2017, http://science.sciencemag.org/content/356/6333/26
2. Lorenz, Konrad: Die Rückseite des Spiegels. Versuch einer Naturgeschichte menschlichen Erkennens. 1973
3. Leupold, Hermin (d.i. Gerold Adam): Wie sind die menschlichen Denk- und Erlebnisfähigkeiten zustande gekommen? Die evolutionäre Entstehung der angeborenen Formen menschlicher Erfahrung. In: Die Deutsche Volkshochschule, Folge 72, März 1991, S. 1-11
4. Leupold, Hermin: Der wesentliche Schritt von Tier zum Menschen. Eine philosophische Psychologie. Erster Beitrag einer Aufsatzreihe zum Rahmenthema "Die stammesgeschichtliche Entstehung des Menschen aus der Sicht der Naturwissenschaft und der Philosophie". In: Die Deutsche Volkshochschule, Folge 89, Januar 1994, S. 1-11 
5. Ludendorff, Mathilde: Wunder der Biologie im Lichte der Gotterkenntnis meiner Werke. 1. Band. Stuttgart: Hohe Warte, Pähl 1950, https://archive.org/details/WunderDerBiologieImLichteDerGotterkenntnisMeinerWerkeBand1/page/n3
6. Leupold, Hermin (Gerold Adam): Die stammesgeschichtliche Höherentwicklung der Lebewesen. Widersprüche zwischen naturwissenschaftlicher und philosophischer Erklärung der transspezifischen Evolution? In: Die Deutsche Volkshochschule, Folge 82, November 1992, S. 1-7
7. Ludendorff, Mathilde: Triumph des Unsterblichkeitwillens. Verlag Hohe Warte, Pähl 1959 (Erstauflage 1921)
8. Bauer, Joachim: Das kooperative Gen. 2008
9. Roth, Gerhard: Wie das Gehirn die Seele macht.
10. Ditfuth, Hoimar von: Der Geist fiel nicht vom Himmel. Die Evolution unseres Bewußtseins. 1976
11. Levis, Nicholas A.; Pfennig, David W.: Evaluating ‘Plasticity-First’ Evolution in Nature - Key Criteria and Empirical Approaches. Trends in Ecology & Evolution 31(7) · April 2016, http://www.cell.com/trends/ecology-evolution/fulltext/S0169-5347(16)00091-4
12. Ditfurth, Hoimar: Im Anfang war der Wasserstoff. 1972, https://www.dtv.de/_files_media/title_pdf/leseprobe-33015.pdf, https://machtderpolitentscheidung.files.wordpress.com/2014se/01/ditfurth_hoimar_von-im_anfang_war_der_wasserstoff.pdf (Martin Kriele 2007, Esoterikforum 2012, (Heise 2016)
13. Wickler, Wolfgang: Mimikry. Nachahmung und Täuschung in der Natur. Kinder-Verlag, München 1968 und viele Folgeauflagen bis 2002
14. Brownrigg, Doug: Rearing the Edwards Atlas Moth. 2014, https://www.youtube.com/watch?v=2bTJWyyCtn0 (ab Minute 6)
15. Grochowalski, Adam: Attacus atlas moth development. https://www.youtube.com/watch?v=7KOPIqv1xy4
16. Ludendorff, Mathilde: Schöpfungsgeschichte. Verlag Hohe Warte, Pähl 1954 (Erstauflage 1923)
17. Wikipedia-Artikel "Phenotypic plasticity, https://en.wikipedia.org/wiki/Phenotypic_plasticity
18. Ludendorff, Mathilde: Die Volksseele und ihre Machtgestalter. Eine Philosophie der Geschichte. Ludendorffs Verlag, München 1933, 1936, https://archive.org/details/MathildeLudendorffDieVolksseeleUndIhreMachtgestalter.
19. Biological Embedding Across Timescales Special Feature. https://www.pnas.org/biological_embedding; Einleitung: Genes and environments, development and time. W. Thomas Boyce, Marla B. Sokolowski, and Gene E. Robinson
20. Genes and environments, development and time. W. Thomas Boyce, Marla B. Sokolowski, Gene E. Robinson. Proceedings of the National Academy of Sciences Sep 2020, 117 (38) 23235-23241; DOI: 10.1073/pnas.2016710117, https://www.pnas.org/content/117/38/23235.abstract?etoc.
21. Behavior-related gene regulatory networks: A new level of organization in the brain. Saurabh Sinha,  Beryl M. Jones, Ian M. Traniello, Syed A. Bukhari,  Marc S. Halfon, Hans A. Hofmann,  Sui Huang, Paul S. Katz,  Jason Keagy, Vincent J. Lynch,  Marla B. Sokolowski, Lisa J. Stubbs,  Shayan Tabe-Bordbar,  Mariana F. Wolfner, and  Gene E. Robinson. PNAS September 22, 2020 117 (38) 23270-23279; first published July 13, 2020; https://doi.org/10.1073/pnas.1921625117, https://www.pnas.org/content/117/38/23270.abstract?etoc.
22. The role of the genome in experience-dependent plasticity: Extending the analogy of the genomic action potential. David F. Clayton,  Ina Anreiter, Maria Aristizabal, Paul W. Frankland, Elisabeth B. Binder, and  Ami Citri. PNAS September 22, 2020 117 (38) 23252-23260; first published May 24, 2019; https://doi.org/10.1073/pnas.1820837116, https://www.pnas.org/content/117/38/23252.abstract?etoc.
23. Ila Fite. Interviewed by Maxine Herman-Oakley Mills. Current Biology, Volume 31, Issue 24, 20 December 2021, Pages R1552-R1555, https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982221016006
24. Ila Rani Fiete: Living Histories (Srividya Iyer-Biswas), 16.12.2021, https://youtu.be/SyViwL1YaCU