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Wie und wann hat sich Sex entwickelt?


Wie ich weiß, kommt die Evolution Stück für Stück Mutation für Mutation

Wie hat sich das Geschlecht entwickelt, das eine große Veränderung bei mindestens zwei Individuen erfordert, um männlich und weiblich zu werden?

Wann ist das passiert, da wir Sex bei allen Tieren und den meisten Pflanzen sehen können?


Sex (je nachdem, wie man es definiert) hat sich sehr früh (vor mehr als einer Milliarde Jahren) entwickelt. Sogar Arten wie Hefe haben eine Art "Geschlecht" (siehe unten).

Dies bedeutet auch nicht, dass es unbedingt einen großen Unterschied zwischen den beiden Geschlechtern gibt.

Die Hefe Saccharomyces cerevisiae beispielsweise hat auch zwei "Geschlechter", genannt Paarungsarten. Einer heißt Alpha und der andere heißt ein. Sie können sich nur paaren, wenn sie verschiedene Paarungstypen haben, also ist es in gewisser Weise analog zum Säugetiergeschlecht. Der genetische Unterschied zwischen diesen beiden Typen ist jedoch winzig. Es gibt eine bestimmte Stelle im Genom, die als MAT-Locus bezeichnet wird. Dieser Ort kann entweder eine Alpha Sequenz oder ein ein Sequenz, eine, die das Geschlecht bestimmt. Der Rest des Genoms wird bei den Geschlechtern gleich sein.

Es scheint also wirklich kein großer evolutionärer Schritt zu sein, von keinem Sex zu einer einfachen Version von Sex zu gelangen.

Weitere Informationen zur Hefepaarung finden Sie hier.

Siehe auch diesen Wikipedia-Artikel über die Entwicklung der sexuellen Fortpflanzung.


Die ältesten Beweise für Sex stammen aus dem Fossilienbestand, der zeigt, dass er vor mehr als einer Milliarde Jahren vorhanden war - er könnte noch länger dauern (es wäre naiv zu glauben, wir hätten alle Fossilien gefunden oder alle Organismen, die jemals existierten, wurden versteinert ). Die sexuelle Fortpflanzung bringt potenzielle Vorteile mit sich, da sie eine Rekombination ermöglicht, was bedeutet, dass nützliche Genkombinationen regelmäßiger erzeugt werden und schädliche Mutationen effizienter verloren gehen (siehe Muller's Ratchet).

Es wird vermutet, dass die sexuelle Fortpflanzung zuerst bei einzelligen Eukaryoten auftrat. Bei Bakterien hat sich gezeigt, dass Stress den Transformationsprozess induzieren kann. Transformation ist ein geschlechtsähnlicher Prozess in Bakterien, bei dem eine Bakterienzelle DNA von einer Spender-Bakterienzelle nimmt und in ihre eigene Zelle einbaut. Dies könnte helfen, durch Stress verursachte DNA-Schäden zu reparieren. Transformation könnte eine frühe Form von Sex darstellen.

Es ist schwierig, eine Zeitleiste darauf zu setzen, da sie nur aus fossilen Daten ersichtlich ist. Aber von frühen primitiven haploiden Organismen bräuchten wir die Evolution der Diploidie, einiger geschlechtsbestimmender Mechanismen, Anisogamie und Fortpflanzungsphysiologie für grundlegende erkennbare Geschlechter. Aus der Transformation könnte man frühe Eukaryoten erhalten, die zusätzliche Kopien von Genen von Spendern aufnehmen, was zu einer primitiven Diploidie führt.

Um einige nicht unterstützte Gedanken niederzuschreiben (weil diese Frage sehr schwer zu beantworten ist - es gibt keinen wirklich festen Konsens)… Sobald die Diploidie (mit mehr als einer Kopie eines DNA-Abschnitts) etabliert ist, kann es möglich sein, einige Funktionen vom Typ Gameten zu bilden und Anisogamie, bei der Spender größere DNA-Abschnitte aktiver verpacken, senden und empfangen können. Von dort aus könnte Anisogamie die Spezialisierung von Gametenzellen fördern, die denen ähnlicher sind, die wir kennen (Eier und Spermien). Ein wahrscheinlicher nächster Schritt wäre der Hermaphroditismus – die Fähigkeit, beide Gametentypen gleichzeitig oder nacheinander zu produzieren. Dann würden sich einige Personen darauf spezialisieren, das eine oder andere zu sein (Geschlechtsbestimmung). Eine fortgesetzte Evolution würde zu deutlicheren männlichen und weiblichen Phänotypen führen.


Zeitleiste der Evolutionsgeschichte des Lebens


Dies Zeitleiste der Evolutionsgeschichte des Lebens stellt die aktuelle wissenschaftliche Theorie dar, die die wichtigsten Ereignisse während der Entwicklung des Lebens auf dem Planeten Erde skizziert. In der Biologie ist Evolution jede Veränderung der erblichen Eigenschaften biologischer Populationen über aufeinanderfolgende Generationen hinweg. Evolutionäre Prozesse führen zu Vielfalt auf allen Ebenen der biologischen Organisation, von Königreichen über Arten bis hin zu einzelnen Organismen und Molekülen wie DNA und Proteinen. Die Ähnlichkeiten zwischen allen heutigen Organismen weisen auf das Vorhandensein eines gemeinsamen Vorfahren hin, von dem alle bekannten Arten, lebende und ausgestorbene, im Laufe der Evolution abgewichen sind. Mehr als 99 Prozent aller Arten, das sind über fünf Milliarden Arten [1], die jemals auf der Erde gelebt haben, gelten als ausgestorben. [2] [3] Schätzungen über die Zahl der gegenwärtigen Arten der Erde reichen von 10 Millionen bis 14 Millionen, [4] davon sind etwa 1,2 Millionen dokumentiert und über 86 Prozent noch nicht beschrieben. [5] Ein wissenschaftlicher Bericht vom Mai 2016 schätzt jedoch, dass derzeit 1 Billion Arten auf der Erde sind, wobei nur ein Tausendstel von einem Prozent beschrieben ist. [6]

Während die in diesem Artikel angegebenen Daten Schätzungen sind, die auf wissenschaftlichen Erkenntnissen beruhen, gab es Kontroversen zwischen den traditionelleren Ansichten über eine Zunahme der Biodiversität durch einen Kegel der Vielfalt im Laufe der Zeit und der Ansicht, dass das Grundmuster auf der Erde eines der Vernichtung und Diversifizierung und dass es in bestimmten vergangenen Zeiten, wie der kambrischen Explosion, eine große Vielfalt gab. [7] [8]


Geschlecht, Geschlecht und Evolution

Die Rolle des Geschlechts in der Gesellschaft ist das Komplizierteste, worüber ich jemals viel gelernt habe, und ich habe viel Zeit damit verbracht, etwas über Quantenmechanik zu lernen.

Viele Wissenschaftler bemühen sich sehr, diese Komplexität abzuschwächen, indem sie versuchen, die "menschliche Natur" auf Teile und Gene und Verhaltensweisen zu reduzieren, die durch evolutionäre Mechanismen, durch Hormone, durch Genetik erklärt werden können. Es ist nicht Natur vs. Pflege und es ist nicht nur männlich und weiblich, es ist Natur und Pflege und unendliche Variationen entlang eines kulturell und biologisch vermittelten Geschlechterkontinuums. Indem wir versuchen, die Unterschiede zwischen Mann und Frau in Bezug auf die natürliche Selektion zu erklären, zeigen wir am Ende häufiger, wie unsere Gesellschaft uns dazu gebracht hat, über unterschiedliche Geschlechterrollen nachzudenken als über alles andere über die Evolution.

Dies gilt insbesondere für die sexuelle Selektion, die ursprünglich von Darwin 1871 in The Descent of Man eingeführt wurde. In dem Buch schreibt Darwin über viele Tierarten, die besonders auffällige Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen aufweisen, und theoretisiert, wie Konkurrenz um Partner führen könnte zu solchen Unterschieden. Er lässt auch den beiläufigen Sexismus der Zeit fallen, da er nicht in der Lage ist, die starren Strukturen, die Männer und Frauen im viktorianischen England kontrollieren, von seinen Forschungen zur Tierpaarung zu trennen:

Es stimmt auffallend mit dieser Ansicht über die Modifikation und Verstärkung vieler unserer geistigen Fähigkeiten durch sexuelle Selektion überein, dass sie erstens in der Pubertät notorisch eine beträchtliche Veränderung erfahren und zweitens, dass Eunuchen in diesen lebenslang minderwertig bleiben gleichen Qualitäten. Damit ist der Mann der Frau letztlich überlegen. Es ist in der Tat ein Glück, dass bei Säugetieren das Gesetz der gleichen Übertragung von Charakteren auf beide Geschlechter vorherrscht, sonst wäre der Mann wahrscheinlich in der geistigen Ausstattung des Mannes der Frau so überlegen geworden, wie der Pfau im Zierkleid dem Pfauenhenne .

-Abstieg des Menschen, Seite 565

Die "wissenschaftliche" Frage, ob Frauen tatsächlich dümmer sind als Männer, obwohl sie gesellschaftlich und politisch zunehmend inakzeptabel ist, ist keineswegs abgeschlossen. Es werden immer noch Artikel darüber geschrieben, wie Frauen intellektuell "von Natur aus" Männern unterlegen sind und wie dies mit unseren Vorfahren beim Jagen und Sammeln zusammenhängt. Auch wenn die menschliche Evolution und angeborene Intelligenz nicht diskutiert wird, werden Studien zur tierischen Sexualität immer wieder in Bezug auf traditionelle Geschlechterrollen (das schüchterne, wählerische Weibchen das aggressive, auffällige Männchen) eingerahmt, während Arten oder Individuen, die nicht in diese Erzählung passen, ignoriert werden. Wissenschaftsnachrichten über Entenvergewaltigung werden sehr populär, weil wir uns dafür entschuldigen, dass Vergewaltigung ein "natürliches" Ereignis ist, das durch das evolutionäre Bedürfnis der Männer verursacht wird, ihren Samen weit zu verbreiten. Vorurteile und Vorurteile werden selbstverständlich, Frauenkörper werden mit männlichen Sehnsüchten erklärt, in unserer Kultur, in unseren Medien und zu oft in unserer Wissenschaft.

In jüngerer Zeit die Arbeit von Evolutionsbiologen wie Joan Roughgarden, die die enorme Vielfalt der menschlichen und tierischen Geschlechter und Sexualitäten nicht als etwas ansehen, das wegerklärt werden muss, um dem Dogma der geschlechtlichen Binär- und sexuellen Selektion zu entsprechen, sondern als die "natürliche" "Ordnung der Dinge (da ist dieses Wort wieder) haben begonnen, sich in der akademischen und populären Presse durchzusetzen. Ich habe vor kurzem ihr neuestes Buch gelesen, Das Geniale Gen (auf Empfehlung von BoingBoing) und fand es eine faszinierende alternative Vision der Evolution des Sex. Der Wettbewerb zwischen den Geschlechtern steht nicht mehr im Zentrum der natürlichen Selektion, sondern wird durch soziale Kräfte in Familien und Tiergemeinschaften ersetzt. Ihre Theorie der sozialen Selektion füllt viele Lücken in den Theorien der sexuellen Selektion, von der Existenz von Homosexualität, Transsexualität und anderen Zwischengeschlechtern und Sexualitäten bis hin zur mathematischen Unmöglichkeit, dass Frauen die genetische Überlegenheit bei fast identischen Männern berechnen können, und das Fehlen von a Korrelation zwischen sekundären Geschlechtsmerkmalen und Fitness.

Das Buch ist ein faszinierender Blick auf die technischen Aspekte der Evolutionstheorie, aber meiner Meinung nach verletzt ihr Fokus auf "Fakten" und "Wahrheiten" ihr äußerst wichtiges und gültiges Argument. Im gesamten Buch betont sie, dass es egal ist, ob wir eine Theorie für moralisch oder gesellschaftlich falsch halten, sondern nur, was wissenschaftlich wahr ist:

Dieses Buch [dekonstruiert nicht] Darwin oder Spencer historisch, indem es sie in ihrer viktorianischen Kultur verortet, noch bietet es eine feministisch-theoretische Kritik des Reichtums und des Prestiges, die diejenigen begleiten, die privilegiert sind, die Kriterien für Normalität zu definieren. Und dieses Buch deklamiert keine sozialdarwinistischen politischen Theorien oder Agenden. Dieses Buch ist anders. Metaphern wie „das egoistische Gen“ und „der Kampf der Geschlechter“ mögen anziehend oder abstoßend sein. Unabhängig davon, wie wir die Wahrheit gerne hätten, stellt sich uns die Frage, ob solche Metaphern die biologische Natur richtig charakterisieren.

Als jemand, der feministisch-theoretische Kritik liebt, war ich ein wenig enttäuscht, dass sie sich nicht auf diese Argumentation eingelassen hat, und als jemand, der auch marxistisch-theoretische Kritik liebt, war ich enttäuscht, dass ihre Theorie der sozialen Selektion zu einem erheblichen Teil in der kapitalistischen Ökonomie begründet war Strukturen der Spieltheorie und "rationaler" Entscheidungsfindung für maximalen individuellen Nutzen. Soziale Faktoren, Kooperation und Altruismus werden zunehmend auch auf molekularer Ebene als wichtige Triebkräfte der Evolution gesehen. Es ist für uns leicht, molekulare oder tierische Verhaltensweisen als Erklärungen auf menschliche Sozialstrukturen abzubilden, aber die wahre "Wahrheit" ist wahrscheinlich etwas sehr weit davon entfernt und viel komplizierter.

Es gibt immer noch so vieles, was wir nicht darüber wissen, wie die Evolution unsere Gene, unsere Zellen, unseren Körper und unsere Gesellschaften geformt hat. Es ist enorm wichtig, dass wir erkennen, wo unsere sozialen Sitten in unser wissenschaftliches Denken eindringen können und Repressionszyklen gegen diejenigen aufrechterhalten, die nicht der "natürlichen" Norm entsprechen oder es Frauen erschweren, ihre Meinung zu sozialen und wissenschaftlichen Themen zu äußern, die betrifft uns alle aus Angst, als realitätsfremd, intellektuell schwach oder – Gott bewahre – als „süß“ abgestempelt zu werden.


Fortpflanzungsbarrieren und neue Arten

Die Idee, dass Chromosomenveränderungen die Bildung neuer Arten antreiben könnten, war vor 50 Jahren populär.

Aber es wurde von Evolutionsgenetikern gründlich abgelehnt zugunsten der Idee, dass die Artbildung, die Bildung neuer und unterschiedlicher Arten, in Populationen stattfinden muss, die bereits durch eine physische Barriere wie einen Fluss oder ein Gebirge oder ein Verhalten wie die Paarungszeit getrennt und besetzt sind unterschiedliche Umgebungen.

Kleine Mutationen würden sich langsam anhäufen und die beiden Populationen würden nach unterschiedlichen Merkmalen selektiert. Irgendwann würden sie so unterschiedlich werden, dass sie sich nicht mehr miteinander paaren könnten und würden zwei Arten bilden. Diese allopatrische Artbildung beruhte auf externen Faktoren.

Die alternative Ansicht, dass sympatrische Artbildung innerhalb einer Population aufgrund intrinsischer Genomveränderungen auftreten kann, fiel in Ungnade. Dies lag zum Teil daran, dass es schwierig ist, die Artbildung von Populationen nachzuweisen, die dieselbe Umgebung teilen, wobei immer argumentiert wird, dass die Umgebung subtil unterschiedlich sein könnte.

Das andere Problem bestand darin, sich vorzustellen, wie sich eine große Chromosomenveränderung, die bei einem Tier auftrat, auf eine ganze Population ausbreiten konnte. Die Veränderung der Geschlechtschromosomen ist besonders drastisch, da sie sich direkt auf die Fortpflanzung auswirkt. Aber unsere Vergleiche zeigen, dass die Geschlechtschromosomen während der Evolution der Wirbeltiere dramatische Veränderungen erfahren haben.

Es ist wichtig, Beispiele für evolutionäre Divergenz, die von drastischen Veränderungen der Geschlechtschromosomen begleitet wurden, genau zu untersuchen. Seltsamerweise können uns Säugetiere ein Fenster in diese evolutionäre Vergangenheit bieten. Ihre Geschlechtschromosomen sind extrem stabil, aber sie haben seltene dramatische Veränderungen durchgemacht, von denen sich jede ungefähr anordnet, wenn aus einer Linie zwei wurden.


Wie und wann hat sich Sex entwickelt? - Biologie

Fazit: Exhibitionismus erklärt

Wir haben in unseren Simulationen gesehen, dass je bunter ein männlicher Guppy ist, desto wahrscheinlicher wird er von einem Raubtier gesehen und gefressen. In einer Simulation oder in freier Wildbahn, wo es viele Raubtiere gibt, werden männliche Guppys über Generationen hinweg immer trister, da sie durch den Prädationsdruck in Richtung größerer Tarnung gedrängt werden.

Wenn Tarnung also Beutearten wie Guppys einen so offensichtlichen Überlebensvorteil bei der Vermeidung von Raubtieren bietet, welchen möglichen Vorteil könnten dann sportliche Farben und Muster haben, die ein Individuum auffälliger machen?

Die Antwort liegt darin, dass Guppys mehr tun müssen, als nur zu überleben. Sie müssen sich auch fortpflanzen – und dazu müssen sie Partner anlocken. Je "auffälliger" ein männlicher Guppy ist, desto wahrscheinlicher wird er von einem weiblichen Guppy als Partner gewählt, was ihm die Möglichkeit gibt, seine Gene an die nächste Generation weiterzugeben. Dies ist die sexuelle Selektion am Werk, und es ist die Kraft, die die Guppy-Färbung genauso stark in Richtung Auffälligkeit treibt, wie die Prädation die Färbung in Richtung Eintönigkeit treibt.

Es kann mehrere evolutionäre Gründe geben, warum weibliche Guppys auffällige Männchen bevorzugen. Auf der einfachsten Ebene sagt das Männchen mit dem größten und hellsten Schwanzfleck am lautesten zu jedem Weibchen in Sichtweite "Hey, ich bin hier drüben". Auffällige Farben sind einfach leichter zu finden.

Helle Farben können auch auf gute Gene hinweisen, da der starke Körper eines menschlichen Sportlers ein direkter Indikator für dessen Gesundheit und Vitalität ist. Und indirekter kann eine helle Färbung einem potenziellen Partner signalisieren, dass er etwas anderes für ihn vorhat. Immerhin ist er in der Lage, genau das Handicap – die Auffälligkeit für Raubtiere – zu überleben, das seine Auffälligkeit erzeugt.

Was auch immer die Gründe sein mögen, aus den Forschungen von Endler und anderen Evolutionsbiologen geht klar hervor, dass männliche Guppys im Kreuzfeuer zwischen ihren Feinden und ihren Möchtegern-Gefährten leben, wobei die gegensätzlichen Kräfte von Raub und sexueller Selektion die Guppy-Färbung für immer in entgegengesetzte Richtungen treiben .


Frühe Gefäßpflanzen

Die ersten detaillierten Fossilien von Gefäßpflanzen tauchten vor etwa 425 Millionen Jahren in Gesteinen aus dem Mittelsilur auf. Die älteste von ihnen, darunter eine Pflanze namens Aglaophyton, scheinen leitende Zellen besessen zu haben, die den Hydroiden von Moosen ähnlich sind. Diese alten Pflanzen, die manchmal als Prototracheophyten bezeichnet werden, könnten eine evolutionäre Verbindung zwischen den Moosen und den echten Tracheophyten gewesen sein. Frühe Gefäßpflanzen besaßen zwei Eigenschaften, die sie besonders gut an das Leben an Land angepasst machten. Erstens transportierten ihre Gefäßgewebe Zucker, Nährstoffe und Wasser viel effizienter als die leitenden Zellen von Moosen. Zweitens entwickelten sie die Fähigkeit, zu synthetisieren Lignin , die die Zellwände ihres Gefäßgewebes steif und stützend machten. Zusammengenommen ermöglichten diese Merkmale ihnen, viel größer zu werden als ihre Moosvorfahren, und verringerten ihre Abhängigkeit von feuchten Lebensräumen erheblich.

Es gibt drei Hauptgruppen von Tracheophyten: kernlose Gefäßpflanzen, Gymnospermen und Angiospermen. Seit dem ersten Auftreten von Tracheophyten im Silur zeigt der Fossilienbestand drei große evolutionäre Übergänge, in denen jeweils eine Gruppe von Pflanzen, die vor dem Übergang vorherrschte, weitgehend durch eine andere Gruppe ersetzt wird, die danach vorherrschend wird. Der erste derartige Übergang fand im späten Devon vor etwa 375 Millionen Jahren statt. Vor dieser Zeit waren die häufigsten Pflanzen einfache, kernlose Gefäßpflanzen in verschiedenen Stämmen, von denen einige heute ausgestorben sind. Allerdings ein Stamm aus dieser Zeit hat der Psilophyta noch zwei lebende Gattungen, darunter ein Gewächshaus-Unkraut namens Psilotum.

Vom späten Devon bis zum Ende des Karbons (vor 290 Millionen Jahren) waren größere, komplexere kernlose Pflanzen vorherrschend. Die Hauptstämme waren die Lycophyta, die Sphenophyta und die Pterophyta. Alle drei Gruppen enthalten lebende Verwandte, darunter Bärenmoose (Lycopodiaceae) in der Lycophyta, Equisetum (die einzige lebende Gattung von Sphenophyten) und Farne, die Pterophyten sind. Heute sind nur die Farne mit etwa 11.000 lebenden Arten verbreitet, aber im Karbon machten diese drei Stämme einen großen Teil der Vegetation auf dem Planeten aus. Viele wuchsen auf die Größe von Bäumen heran und beherrschten die tropischen und subtropischen Sümpfe, die zu dieser Zeit einen Großteil der Welt bedeckten.

Der zweite große Übergang war der Rückgang der Lycophyten, Sphenophyten und Pterophyten am Ende des Karbons und deren Ablösung durch Gymnospermen im frühen Perm. Gymnospermen dominierten die Vegetation des Landes für die nächsten 200 Millionen Jahre, bis sie selbst zu sinken begannen und mitten in der Kreide durch Angiospermen ersetzt wurden. Obwohl eine Gruppe von Gymnospermen (die Nadelbäume) immer noch reichlich vorhanden ist, waren die Angiospermen in den letzten 100 Millionen Jahren die vielfältigste und am weitesten verbreitete Pflanzengruppe auf der Erde.


Wie sich die Geschlechter entwickelt haben

Jeden Freitag in diesem Monat werfen wir einen Blick auf die Beziehung zwischen dem Sozialen und dem Biologischen, insbesondere, wie und warum Ersteres Letzteres wird. Schauen Sie nächste Woche wieder vorbei, um eine weitere Rate zu erhalten.

Eine Möglichkeit zu verstehen, wie und warum das Soziale biologisch wird, besteht darin, die Frage umzudrehen: Wie wird die Biologie sozial? Eine der besten Möglichkeiten, um zu sehen, wie die Biologie das Sozialverhalten beeinflusst, besteht darin, eine der ältesten sozialen Beziehungen der Welt zu betrachten: Sex.

Sex und seine zentrale Rolle in der Biologie sind der Hauptgrund, warum Männer und Frauen unterschiedlich sind, aber es ist schwer, Biologie von Kultur zu trennen. Anatomische Unterschiede sind offensichtlich biologischer Natur, während ein kurzer Überblick über verschiedene menschliche Gesellschaften ausreicht, um zu erkennen, dass viele Unterschiede zwischen Männern und Frauen kulturell sind und sich ändern können. Die Unterscheidung zwischen Männchen und Weibchen ist jedoch eine der ältesten Tatsachen der Biologie. Mit Ausnahme von Bakterien reproduziert sich fast alles Leben zumindest zeitweise sexuell, und dafür sind im Allgemeinen zwei verschiedene Geschlechter erforderlich.

Sex und seine zentrale Rolle in der Biologie sind der Hauptgrund, warum Männer und Frauen unterschiedlich sind, aber es ist schwer, Biologie von Kultur zu trennen.

Warum Sex eine so beliebte Methode zur Übertragung von Genen auf die nächste Generation ist, ist immer noch ein Rätsel, aber es ist klar, dass unterschiedliche männliche und weibliche Geschlechter im Laufe der Evolutionsgeschichte mehrmals auftauchten. Es geschah vor mehr als einer Milliarde Jahren bei den Vorfahren von Pflanzen und Tieren. Das ist zu weit zurück, als dass wir auch nur skizzenhafte Details darüber finden könnten, wie sich die ursprüngliche Unterscheidung zwischen Männchen und Weibchen entwickelt hat. Zum Glück für uns haben wir eine Art "evolutionäre Zeitmaschine": die volvocine Grünalge. Es handelt sich um eine Familie heutiger Arten, die den evolutionären Übergang von einem einzelligen Organismus ohne sehr unterschiedliche Geschlechter zu einem vielzelligen mit echten Männchen und Weibchen schön illustriert.

Volvocine Algen sind wie eine Zeitmaschine, denn in der relativ kurzen Zeitspanne von 200 Millionen Jahren hat sich diese Gruppe von einem freilebenden, einzelligen Vorfahren zu einer Vielzahl mehrzelliger Lebensformen entwickelt. Um diesen Evolutionsprozess zu untersuchen, können Biologen eine heutige Einzelzellart vergleichen, Chlamydomonas reinhardtii, mit seinem viel größeren, vielzelligen Verwandten, Volvox-Kartei. Volvox hat Männchen und Weibchen, während Chlamydomonas Wenn wir die beiden vergleichen, können wir lernen, wie sich die Geschlechter entwickeln.

Chlamydomonas Sex ist typisch für einen einzelligen Sexualorganismus: primitiv. Diese Algen kommen in zwei verschiedenen "Paarungstypen" vor, "Plus" und "Minus". Wie zwei Pole eines Magneten unterscheiden sich "plus" und "minus" Organismen voneinander. Die vorhandenen Unterschiede dienen hauptsächlich dazu, dass ein Paarungstyp den anderen erkennen und mit ihm verschmelzen kann.

Volvox Sex hingegen ist überraschend vertraut. Diese Algen, die aus etwa 2.000 Zellen bestehen, existieren als verschiedene Männchen und Weibchen. Die Männchen produzieren Spermien, die die Eier der Weibchen befruchten, wodurch eine Zygote entsteht, die sich zu einem Embryo entwickelt. Klingt bekannt? Aber hier ist die erstaunliche Tatsache: Dieser gesamte Fortpflanzungsprozess hat sich in den letzten 200 Millionen Jahren in Algen von Grund auf entwickelt, während Reptilien, Amphibien und Säugetiere von einer langen Linie sich sexuell fortpflanzender Vorfahren abstammen, die die Erde durchstreiften. Die beiden Geschlechter von Volvox sind eine evolutionäre Wiederholung.

SO WIE GEHT'S von Paarungstypen zu Männchen und Weibchen gelangen? Das ist die Frage, die ein Trio von Forschern am Danforth Plant Science Center in St. Louis und am Salk Institute in La Jolla in einer diesen Sommer veröffentlichten Studie gestellt hat. Die Wissenschaftler begannen mit der Beobachtung, dass sich in der Lebensgeschichte immer wieder verschiedene Geschlechter entwickelt haben und das Ergebnis fast immer das gleiche ist: Weibchen, die relativ wenige große, unbewegliche Eier produzieren, und Männchen, die viele kleine, bewegliche Spermien produzieren. Um die genetischen Grundlagen von zu verstehen Volvox Männchen und Weibchen versuchten die Forscher, Gene zwischen den Geschlechtern auszutauschen.

Sie interessierten sich insbesondere für ein Gen namens MITTE. Männlich Volvox haben dieses Gen, während die Weibchen don&apost. Dieses Gen existiert auch in einzelligen Algen, wo es als Haupt-Paarungstyp-Schalter fungiert, der verhindert, dass aus „Minus“ ein „Plus“ wird MITTE könnte etwas ähnliches tun in Volvox. Sie übertrugen eine Kopie dieses männlichen spezifischen Gens auf Weibchen, die zu Pseudomännchen wurden und anfingen, Spermien zu produzieren. Und als sie gelöscht haben MITTE Von den Männchen wurden die Algen zu Pseudo-Weibchen und begannen, Eier zu produzieren. Ihre Ergebnisse zeigen, dass dieses Master-Switch-Gen "zwei sehr unterschiedliche Erscheinungsformen der sexuellen Fortpflanzung steuert".

Der älteste und grundlegendste Unterschied zwischen Männchen und Weibchen liegt in ihren Fortpflanzungszellen. Sobald Sie geschlechtsspezifische Fortpflanzungszellen haben, kommen neue geschlechtsspezifische evolutionäre Strategien ins Spiel. Diese treiben die Entwicklung von noch mehr körperlichen und Verhaltensunterschieden zwischen Männern und Frauen voran. Neue Gene fallen unter die Kontrolle des Hauptschalters und werden zu geschlechtsspezifischen Genen. In Volvox, etwa ein Dutzend Gene finden sich nur bei Männern oder Frauen. Beim Menschen gibt es auf dem Y-Chromosom etwa 80 Protein-kodierende Gene, die spezifisch für Männer sind. Der menschliche Hauptschalter heißt SRY, und wie MITTE in Volvox, seine Hauptaufgabe besteht darin, das genetische Programm zur Produktion von Spermien einzuschalten.

Es besteht kein Zweifel, dass der Trend in menschlichen Gesellschaften dahin geht, die Unterschiede zwischen Männern und Frauen zu übertreiben, typischerweise durch die Betonung der vermeintlich geringeren Fähigkeiten von Frauen. Dann verändert sich die Gesellschaft, und Geschlechtsunterschiede, die viele als biologisch selbstverständlich ansahen, entpuppen sich doch als gesellschaftlich. Im Vergleich zu vielen Arten sind die Unterschiede zwischen menschlichen Männchen und Weibchen sicherlich gering. Aber diese biologischen Unterschiede bestimmen so viel von unserem Sozialverhalten, zum Guten und zum Schlechten, und im Falle von Volvox Algen zeigen, wie wahrscheinlich die Unterschiede zwischen Männern und Frauen begannen.


Prinzip der Roten Königin

“Es erfordert alles, was Sie tun können, um am selben Ort zu bleiben”.

Durch den Spiegel – Lewis Carroll

Die Red-Queen-Hypothese in der Biologie besagt, dass sich Arten ständig ändern müssen, um mit der Konkurrenz Schritt zu halten. Wenn eine Art aufhören würde, sich zu verändern, würde sie die Konkurrenz mit den anderen Arten verlieren, die tun weiter ändern. Nehmen wir zum Beispiel die Beziehung zwischen einem Parasiten und seinem Wirt. Sowohl der Parasit als auch der Wirt sind in ein Wettrüsten miteinander verwickelt. Es besteht Druck auf den Wirt, sich zu entwickeln, um gegen den Parasiten resistent zu werden, und auf den Parasiten, Wege zu entwickeln, um mit der Resistenz des Wirts umzugehen. Beide Arten müssen sich genetisch verändern, um mit den Veränderungen der anderen Arten Schritt zu halten.

Das Prinzip der Roten Königin ist eine wichtige Theorie, da es zur Erklärung der sexuellen Fortpflanzung, der Bedeutung der genetischen Vielfalt und der Geschwindigkeit der Evolution verwendet wird. Aus dem Red Queen Principe folgt, dass Arten niemals “fertigt” sind, die Aussterbewahrscheinlichkeit mit dem Existenzalter der Art nicht zunimmt und die Geschwindigkeit der genetischen Veränderung im Laufe der Zeit für die Evolution und das Überleben der Arten wichtig ist. Arten mit einer kürzeren Generationszeit werden die Fähigkeit haben, sich schneller zu entwickeln, was ihnen einen Vorteil im Wettrüsten verschafft. Dies erfordert einen Mechanismus, um die Evolutionsgeschwindigkeit zu erhöhen. Die sexuelle Fortpflanzung ist eine Möglichkeit, die Evolutionsgeschwindigkeit einer Art zu erhöhen, da sich neue Mutationen schnell in der Population ausbreiten und neue Kombinationen von Allelen schneller auftreten. Es wird angenommen, dass Arten mit langer Generationsdauer sexuelle Fortpflanzung haben müssen, um mit Arten mit kurzer Generationszeit im Rennen zu bleiben.


Wie Schönheit Wissenschaftler dazu bringt, die Evolution zu überdenken

Die extravagante Pracht des Tierreichs lässt sich nicht allein durch natürliche Auslese erklären – wie kam es dazu?

Ein männlicher indischer Pfau. Kredit. Kenji Aoki für die New York Times

Ein männlicher Flammenlaubenvogel ist eine Kreatur von weißglühender Schönheit. Der Farbton seines Gefieders geht nahtlos von geschmolzenem Rot zu Sonnengelb über. Aber dieses Strahlen reicht nicht aus, um einen Partner anzuziehen. Wenn die Männchen der meisten Laubenvogelarten bereit sind, zu umwerben, beginnen sie mit dem Bau der Struktur, nach der sie benannt sind: eine Ansammlung von Zweigen, die zu einer Turmspitze, einem Korridor oder einer Hütte geformt sind. Sie schmücken ihre Lauben mit unzähligen bunten Gegenständen wie Blumen, Beeren, Schneckenhäusern oder, wenn sie in der Nähe eines Stadtgebiets sind, Kronkorken und Plastikbesteck. Einige Laubenvögel ordnen die Gegenstände in ihrer Sammlung sogar vom kleinsten zum größten an und bilden einen Laufsteg, der sich und ihre Schmuckstücke für eine Frau umso auffälliger macht – eine optische Täuschung, die als erzwungene Perspektive bekannt ist und die Menschen erst im 15. Jahrhundert perfektionierten.

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Doch selbst diese bemerkenswerte Ausstellung reicht nicht aus, um ein weibliches Flammenlaubenvogel zufriedenzustellen. Zeigt ein Weibchen anfängliches Interesse, muss das Männchen sofort reagieren. Er starrt das Weibchen an, seine Pupillen schwellen an und schrumpfen wie ein Herzschlag, und er beginnt einen Tanz, der am besten als psychotisch schwül beschrieben wird. Er wackelt, flattert, bläst seine Brust. Er duckt sich tief und erhebt sich langsam, wobei er einen Flügel vor seinem Kopf schwingt wie ein Zauberumhang. Plötzlich zuckt sein ganzer Körper wie ein aufziehbarer Wecker. Wenn das Weibchen zustimmt, paart sie sich zwei oder drei Sekunden lang mit ihm. Sie werden sich nie wieder treffen.

Der Laubenvogel widersetzt sich traditionellen Annahmen über das Verhalten von Tieren. Hier ist eine Kreatur, die Stunden damit verbringt, eine Wunderkammer akribisch zu kuratieren und ihre Schätze nach Farbe und Ähnlichkeit zu gruppieren. Hier ist eine Kreatur, die mit einem einzigen Schnabel etwas weitaus raffinierter baut als viele berühmte Beispiele für die Herstellung von Tierwerkzeugen. Die abgestreiften Zweige, mit denen Schimpansen Termiten aus ihren Hügeln fischen, sind im Vergleich blass. Die Laube des Laubenvogels ist, wie zumindest ein Wissenschaftler argumentiert hat, nichts weniger als Kunst. Betrachtet man jedes Element seiner Werbung – Kostüme, Tanz und Skulptur – erinnert es an ein Konzept, das der deutsche Komponist Richard Wagner geliebt hat: Gesamtkunstwerk, ein Gesamtkunstwerk, das viele verschiedene Formen vereint und alle Sinne anregt.

Diese Extravaganz ist auch ein Verstoß gegen die Regeln der natürlichen Auslese. Anpassungen sollen nützlich sein – das ist der springende Punkt – und die erfolgreichsten Kreaturen sollten diejenigen sein, die sich am besten an ihre jeweilige Umgebung anpassen. Was ist also die evolutionäre Rechtfertigung für die auffällige Darstellung des Laubenvogels? Den bunten Federn und aufwendigen Konstruktionen des Laubenvogels fehlt es nicht nur an offensichtlichem Wert außerhalb der Balz, sondern sie behindern auch sein Überleben und sein allgemeines Wohlbefinden, entziehen ihm wertvolle Kalorien und machen ihn für Raubtiere viel auffälliger.

Zahlreiche Arten besitzen auffällige, stoffwechselintensive und körperlich belastende Sexualornamente, wie sie von Biologen genannt werden. Denken Sie an die leuchtenden, elastischen Kehlen von Anolis-Eidechsen, die Fabergé-Bäuche von Pfauenspinnen und die gewellten, schillernden, lächerlich langen Federn von Paradiesvögeln. Um solche Pracht mit einer utilitaristischen Sicht der Evolution in Einklang zu bringen, haben Biologen die Idee bevorzugt, dass Schönheit im Tierreich nicht nur Dekoration ist – es ist ein Code. Nach dieser Theorie entwickelten sich Ornamente als Indikatoren für die vorteilhaften Eigenschaften eines potenziellen Partners: seine allgemeine Gesundheit, Intelligenz und Überlebensfähigkeiten sowie die Tatsache, dass er die diesen Eigenschaften zugrunde liegenden Gene an seine Kinder weitergibt. Ein Laubenvogel mit besonders hellem Gefieder könnte zum Beispiel ein robustes Immunsystem haben, während einer, der seltene und unverwechselbare Schmuckstücke findet, ein hervorragender Sammler sein könnte. Schönheit würde daher die natürliche Auslese nicht durcheinander bringen – sie wäre ein großer Teil davon.

Charles Darwin selbst widersprach dieser Theorie. Obwohl er die natürliche Selektion mitentdeckte und einen Großteil seines Lebens der Demonstration ihrer Bedeutung widmete, behauptete er nie, dass sie alles erklären könnte. Ornamente, schlug Darwin vor, entwickelten sich durch einen separaten Prozess, den er sexuelle Selektion nannte: Frauen wählen die attraktivsten Männer "nach ihrem Schönheitsstandard" und als Ergebnis entwickeln sich Männer trotz der Kosten zu diesem Standard. Darwin hielt es nicht für notwendig, Ästhetik und Überleben zu verbinden. Tiere, so glaubte er, könnten Schönheit um ihrer selbst willen schätzen. Viele von Darwins Kollegen und Nachfolgern machten sich über seinen Vorschlag lustig. Für sie war die Vorstellung, dass Tiere eine solche kognitive Raffinesse haben – und dass die Vorlieben „launischer“ Weibchen ganze Arten prägen könnten – Unsinn. Obwohl nie ganz vergessen, wurde Darwins Schönheitstheorie weitgehend aufgegeben.

Now, nearly 150 years later, a new generation of biologists is reviving Darwin’s neglected brainchild. Beauty, they say, does not have to be a proxy for health or advantageous genes. Sometimes beauty is the glorious but meaningless flowering of arbitrary preference. Animals simply find certain features — a blush of red, a feathered flourish — to be appealing. And that innate sense of beauty itself can become an engine of evolution, pushing animals toward aesthetic extremes. In other cases, certain environmental or physiological constraints steer an animal toward an aesthetic preference that has nothing to do with survival whatsoever.

These biologists are not only rewriting the standard explanation for how beauty evolves they are also changing the way we think about evolution itself. For decades, natural selection — the fact that creatures with the most advantageous traits have the best chance of surviving and multiplying — has been considered the unequivocal centerpiece of evolutionary theory. But these biologists believe that there are other forces at work, modes of evolution that are much more mischievous and discursive than natural selection. It’s not enough to consider how an animal’s habitat and lifestyle determine the size and keenness of its eyes or the number and complexity of its neural circuits we must also question how an animal’s eyes and brain shape its perceptions of reality and how its unique way of experiencing the world can, over time, profoundly alter both its physical form and its behavior. There are really two environments governing the evolution of sentient creatures: an external one, which they inhabit, and an internal one, which they construct. To solve the enigma of beauty, to fully understand evolution, we must uncover the hidden links between those two worlds.

Perhaps no living scientist is as enthusiastic — or doctrinaire — a champion of Darwinian sexual selection as Richard Prum, an evolutionary ornithologist at Yale University. In May 2017, he published a book, “The Evolution of Beauty,” that lucidly and passionately explains his personal theory of aesthetic evolution. It was nominated for the Pulitzer Prize for general nonfiction, but within the scientific community, Prum’s ideas have not been as warmly received. Again and again, he told me, he has asked other researchers for feedback and received either excuses of busyness or no reply at all. Some have been openly critical. In an academic review of Prum’s book, Gerald Borgia, one of the world’s foremost experts on bowerbirds, and the ethologist Gregory Ball described the historical sections as “revisionist” and said Prum failed to advance a credible case for his thesis. Once, over a lunch of burritos, Prum explained his theory to a visiting colleague, who pronounced it “nihilism.”

Last April, Prum and I drove 20 miles east of New Haven to Hammonasset Beach State Park, a 900-acre patchwork of shoreline, marsh, woodland and meadow on Long Island Sound, with the hope of finding a hooded warbler. Birders had recently seen the small but striking migratory species in the area. Before he even parked, Prum was calling out the names of birds he glimpsed or heard through the car window: osprey, purple martin, red-winged blackbird. I asked him how he was able to recognize birds so quickly and, sometimes, at such a great distance. He said it was just as effortless as recognizing a portrait of Abraham Lincoln. In Prum’s mind, every bird is famous.

Binoculars in hand, we walked along the park’s winding trails, slowly making our way toward a large stand of trees. Prum wore jeans, a quilted jacket and a beige hat. His thick eyebrows, round spectacles and sprays of white and gray hair give his face a vaguely owlish appearance. In the course of the day, we would see grazing mallards with emerald heads, tree swallows with iridescent turquoise capes and several sparrow species, each distinguished by a unique ornament: swoops of yellow around the eye, a delicate pink beak, a copper crown. On a wooded path, we encountered a lively bird flinging leaf litter into the air. Prum was immediately transfixed. This was a brown thrasher, he told me, describing its attributes with a mix of precision and fondness — “rufous brown, speckled on the breast, yellow eye, curved beak, long tail.” Then he reprimanded me for trying to take a picture instead of observing with my “binos.”

About two hours into our walk, Prum, who is a fast and fluid talker, interrupted himself midsentence: “Right there! Right there!” er sagte. “There’s the hooded! Right up against the tree!” Something gold flashed across the path. I raised my binoculars to my eyes and scanned the branches to our right. When I found him, I gasped. He was almost mythological in his beauty: moss-green wings, a luminescent yellow body and face and a perfectly tailored black hood that made his countenance even brighter by contrast. For several minutes we stood and watched the bird as it hopped about, occasionally fanning white tail feathers in our direction. Eventually he flew off. I told Prum how thrilling it was to see such a creature up close. “That’s it,” Prum said. “That moment is what bird-watching is about.”

As a child growing up in a small rural town in southern Vermont, Prum was, in his words, “amorphously nerdy” — keen on reading and memorizing stats from “The Guinness Book of World Records” but not obsessed with anything in particular. Then, in fourth grade, he got glasses. The world came into focus. He chanced upon a field guide to birds in a bookstore, which encouraged him to get outdoors. Soon he was birding in the ample fields and woods around his home. He wore the grooves off two records of bird calls. He befriended local naturalists, routinely going on outings with a group of mostly middle-aged women (conveniently, they had driver’s licenses). By the time Prum was in seventh grade, he was leading bird walks at the local state park.

In college, Prum wasted no time in availing himself of Harvard University’s substantial ornithological resources. The first week of his freshman year, he got a set of keys to the Museum of Comparative Zoology, home to the largest university-based ornithological collection in the world, which today has nearly 400,000 bird specimens. “I’ve been associated with a world-class collection of birds every moment of my adult life,” he says. “I joke with my students — and it’s really true — I have to have at least 100,000 dead birds across the hallway to function intellectually.” (He is now the head curator of vertebrate zoology at Yale’s Peabody Museum of Natural History.) He wrote a senior thesis on the phylogeny and biogeography of toucans and barbets, working on a desk beneath the skeleton of a moa, an extinct emu-like bird that stood 12 feet tall and weighed 500 pounds.

After graduating from Harvard in 1982, Prum traveled to Suriname to study manakins, a family of intensely colored birds that compete for mates with high-pitched songs and gymnastic dance routines. In 1984, he began graduate studies in biology at the University of Michigan, Ann Arbor, where he planned to reconstruct the evolutionary history of manakins through careful comparisons of anatomy and behavior. In the process, a colleague introduced him to some research papers on sexual selection, piquing his interest in the history of this fascinating yet seemingly neglected idea.

Darwin was contemplating how animals perceived one another’s beauty as early as his 30s: “How does Hen determine which most beautiful cock, which best singer?” he scribbled in a note to himself sometime between 1838 and 1840. In “The Descent of Man,” published in 1871, he devoted hundreds of pages to sexual selection, which he thought could explain two of the animal kingdom’s most conspicuous and puzzling features: weaponry and adornment. Sometimes, males competing fiercely for females would enter a sort of evolutionary arms race, developing ever greater weapons — tusks, horns, antlers — as the best-endowed males of each successive generation reproduced at the expense of their weaker peers. In parallel, among species whose females choose the most attractive males based on their subjective tastes, males would evolve outlandish sexual ornaments. (It’s now well known that all sexes exert numerous different evolutionary pressures on one another and that in some species males choose ornamented females, but to this day, many of the best-studied examples are of female preference and male display.)

Unlike natural selection, which preserved traits that were useful “in the struggle for life,” Darwin saw sexual selection as exclusively concerned with reproductive success, often resulting in features that jeopardized an animal’s well-being. The peacock’s many-eyed aureole, mesmerizing yet cumbersome, was a prime example and remains the mascot of sexual selection today. “A great number of male animals,” Darwin wrote, “as all our most gorgeous birds, some fishes, reptiles and mammals, and a host of magnificently colored butterflies have been rendered beautiful for beauty’s sake.”

Darwin’s peers embraced the idea of well-armed males dueling for sexual dominance, but many scorned the concept of animal aesthetics, in part because it was grounded in animal consciousness and female desire. In one critique, the English biologist St. George Mivart stressed “the fundamental difference which exists between the mental powers of man and brutes” and the inability of “vicious feminine caprice” to create enduring colors and patterns. The English naturalist Alfred Russel Wallace, who independently formed many of the same ideas about evolution as Darwin, was also deeply critical. Wallace was particularly tormented by Darwin’s suggestion of beauty without utility. “The only way in which we can account for the observed facts is by the supposition that color and ornament are strictly correlated with health, vigor and general fitness to survive,” Wallace wrote. In other words, ornamentation could be explained only as a heuristic that animals use to judge a potential mate’s fitness — a view that came to dominate.

In the early 1980s, while researching the history of sexual selection, Prum read a seminal 1915 paper and a 1930 book on the subject by the English biologist and statistician Ronald Fisher, who buttressed Darwin’s original idea with a more sophisticated understanding of heredity. At first, Fisher argued, females might evolve preferences for certain valueless traits, like bright plumage, that just happened to correspond with health and vigor. Their children would tend to inherit the genes underlying both their mother’s preference and their father’s trait. Over time, this genetic correlation would reach a tipping point, creating a runaway cycle that would greatly exaggerate both preference and trait, glorifying beauty at the expense of the male’s survival. In the early 1980s, the American evolutionary biologists Russell Lande and Mark Kirkpatrick gave Fisher’s theory a formal mathematical girding, demonstrating quantitatively that runaway sexual selection could happen in nature and that the ornaments involved could be completely arbitrary, conveying no useful information whatsoever.

Although Fisherian selection was certainly not ignored, it was ultimately overshadowed by a series of hypotheses that seemed to rescue beauty from purposelessness. First, the Israeli biologist Amotz Zahavi proposed a counterintuitive idea called the handicap principle, which put a new spin on Wallace’s utilitarian explanation for sexual ornaments. Extravagant ornaments, Zahavi argued, were not merely indicators of advantageous traits as Wallace had said — they were a kind of test. If an animal thrived despite the burden of an unwieldy or metabolically expensive ornament, then that animal had effectively demonstrated its vigor and proved itself worthy of a mate. Similarly, in 1982, the evolutionary biologists W.D. Hamilton and Marlene Zuk proposed that some ornaments, in particular bright plumage, signaled that a male was resilient against parasites and would grant his children the same protection. Many scientists began to think of sexual selection as a type of natural selection. Scores of researchers joined the hunt for measurable benefits of choosing an attractive mate: both direct benefits, like better parenting or more desirable territory, and indirect benefits, namely some evidence that more alluring males really did have “good genes” underlying various desirable qualities, like disease resistance or higher-than-average intelligence.

After more than 30 years of searching, most biologists agree that although these benefits exist, their prevalence and importance is uncertain. A few compelling studies of frogs, fish and birds have shown that females who choose more attractive males typically have children with more robust immune systems and a greater chance of survival. On the whole, however, the evidence has not equaled the enthusiasm. A 2012 meta-analysis of 90 studies on 55 species found only “equivocal” support for the good-genes hypothesis.

Prum thinks the evidence for the heritable benefits of choosing a beautiful mate is scant because such benefits are themselves rare, whereas arbitrary beauty is “nearly ubiquitous.” Over the years, the more he contemplated runaway selection, the more convinced he became that it was a far more powerful and creative evolutionary force than natural selection, which he regards as overhyped and boring. “Animals are agents in their own evolution,” he told me during one conversation. “Birds are beautiful because they are beautiful to themselves.”

In the summer of 1985, around the same time that biologists were rekindling their interest in sexual selection, Prum and the nature documentarian Ann Johnson (who would later choose him as her husband) traveled to Ecuador to continue studying manakins. The first morning, while hiking through a cloud forest, Prum heard odd bell-like notes, which he took to be the murmurings of parrots. Later that day, on the same trail, he heard the strange sounds again and followed them into the forest. He was astonished to find that the source was a male club-winged manakin, a small cinnamon-bodied species with a red cap and black-and-white mottled wings. The manakin was jumping around in a showy manner that suggested he was courting females. Instead of singing with his throat, he repeatedly lifted his wings behind his back and vibrated his feathers furiously against one another, producing two electronic blips followed by a shrill buzzing ring — a sound Prum transcribes as “Bip-Bip-WANNGG!”

At the time, Prum had not fully developed his evolutionary theory of beauty, but he immediately suspected that the club-winged manakin was emblematic of nature’s capacity for pushing creatures to aesthetic extremes. The bird’s singular vibrato haunted him for years. In the early 2000s, when Prum had become a professor of biology at the University of Kansas, he and his graduate student Kimberly Bostwick revealed that the demands of courtship had drastically altered the bird’s anatomy, turning it into a living violin. Male club-winged manakins had feathers with contorted shafts that rubbed against each other 100 times a second — faster than a hummingbird beats its wings. Whereas a vast majority of birds have light, hollow bones in service of flight, Bostwick has recently shown via CT scans that male club-winged manakins have solid ulnas — wing bones — which they need to withstand the intense quivering. Female manakins have inherited related anomalies as well.

Although there are no published studies of the club-winged manakin’s aeronautics, Prum says it’s obvious from observation that the birds fly awkwardly — even the females. The self-perpetuating pressure to be beautiful, Prum argues, has impeded the survival of the entire species. Because the females do not court males, there can be no possible advantage to their warped bones and feathers. “Some of the evolutionary consequences of sexual desire and choice in nature are not adaptive,” Prum writes in his recent book. “Some outcomes are truly decadent.”

In the following decade, as Prum’s hearing declined, he withdrew from field research and birding, but he still managed to make a series of groundbreaking scientific discoveries: He helped confirm that feathers evolved in dinosaurs long before the emergence of birds, and he became one of the first scientists to deduce the colors of a dinosaur’s plumage by examining pigment molecules preserved in fossilized feathers. All the while, he never stopped thinking about sexual selection. Prum formally presented his theory of aesthetic evolution in a series of scientific papers published between 1997 and 2015, proposing that all sexual ornaments and preferences should be regarded as arbitrary until proven useful.

Despite his recent Pulitzer nomination, Prum still stings from the perceived scorn of his academic peers. But after speaking with numerous researchers in the field of sexual selection, I learned that all of Prum’s peers are well aware of his work and that many already accept some of the core tenets of his argument: namely that natural and sexual selection are distinct processes and that, in at least some cases, beauty reveals nothing about an individual’s health or vigor. At the same time, nearly every researcher I spoke to said that Prum inflates the importance of arbitrary preferences and Fisherian selection to the point of eclipsing all other possibilities. In conversation, Prum’s brilliance is obvious, but he has a tendency to be dogmatic, sometimes interrupting to dismiss an argument that does not agree with his own. Although he admits that certain forms of beauty may be linked to survival advantages, he does not seem particularly interested in engaging with the considerable research on this topic. When I asked him which studies he thought offered the strongest support of “good genes” and other benefits, he paused for a while before finally responding that it was not his job to review the literature.

Like Darwin, Prum is so enchanted by the outcomes of aesthetic preferences that he mostly ignores their origins. Toward the end of our bird walk at Hammonasset Beach State Park, we got to talking about club-winged manakins. I asked him about their evolutionary history. Prum thinks that long ago, an earlier version of the bird’s courtship dance incidentally produced a feathery susurration. Over time, this sound became highly attractive to females, which pressured males to evolve adaptations that made their rustling feathers louder and more noticeable, culminating in a quick-winged strumming. But why, I asked Prum, would females be attracted to those particular sounds in the first place?

To Prum, it was a question without an answer — and thus a question not worth contemplating. “Not everything,” he said, “has this explicit causal explanation.”

Prum’s indifference to the ultimate source of aesthetic taste leaves a conspicuous gap in his grand theory. Even if we were to accept that most beauty blooms from arbitrary preferences, we would still need to explain why such preferences exist at all. It’s entirely conceivable that an animal might be inherently partial to, say, a warbling mating call or bright yellow feathers, and that these predilections would have nothing to do with advantageous genes. Yet such inclinations are inarguably the product of an animal’s neurobiology, which is itself the result of a long evolutionary history that has adapted the animal’s brain and sensory organs to specific environmental conditions. In the past two decades, a cohort of biologists have dedicated themselves to studying how an animal’s “sensory bias” — its ecological niche and its particular way of experiencing the world — sculpts its appearance, behavior and desires. Like Prum, they don’t think beauty has to be adaptive. But where Prum celebrates caprice, they seek causality.

Molly Cummings, a professor of integrative biology at the University of Texas at Austin, is a leading researcher in the field of sensory ecology. When I visited her last spring, she drove us to one of her field laboratories: a grassy clearing populated with several large concrete basins. The surface of one basin was so packed with woolly algae and pink-flowered water lilies that we could hardly see the water. Cummings began pushing some of the vegetation out of the way, forming shady recesses that permitted our gaze at the right angle. “Let me see if I can find a big, beautiful boy,” she said.

A paper-clip-size fish swam toward us. I leaned in for a closer look. His silver body was decorated with a single black dot and a stripe of iridescent blue his lengthy tail, shaped like a knight’s blade, was streaked with yellow. “Oh, yeah, there’s a guy courting,” Cummings said. “He’s coming up to that female, trying to impress her.” The fish, a male swordtail, seemed almost manic in his effort to be noticed. He darted back and forth in front of the female, shimmying as he went, his scales reflecting whatever light managed to breach the murk.

A little while later, we drove the few miles back to her campus laboratory, where shelves of fish tanks lined several rooms and Ernst Haeckel’s resplendent illustrations of jellyfish undulated across the walls. As we toured the facilities, Cummings told me about the arc of her career. While an undergraduate at Stanford University, she spent a summer scuba diving in the giant kelp forests at Hopkins Marine Station, adjacent to the world-renowned Monterey Bay Aquarium. After college, she moved to James Cook University in Townsville, Australia, where she studied marine ecology and discovered the work of the biologists John Lythgoe and John Endler, both of whom were interested in how the type of light in an animal’s environment shaped its visual system.

Cummings thought about the fish she had observed in California and Australia. She was astounded by the dynamic beauty of surfperch in the kelp forest: the way they communicate through the color and brightness of their skin, flashing blue, silver and orange to attract mates. Equally impressive was the diversity of their aquatic habitats. Some patches of water were sparkling and clear others were cloudy with algal muck. In Australia, sunlight bathed the many vibrant species of reef fish almost constantly, but they lived against a kaleidoscopic backdrop of coral. How did fish evolve effective and reliable sexual ornaments if the lighting and scenery in their homes were so variable?

After earning a postgraduate degree in Australia in 1993, Cummings began a Ph.D. at the University of California, Santa Barbara. For several years, she studied various species of surfperch, repeatedly diving in the kelp forests with a Plexiglas-protected spectrometer to quantify and characterize the light in different habitats. At night, she would use powerful diving lights to stun surfperch and take them back to the lab, evading the hungry seals that routinely trailed her in hopes of making a meal of the startled fish. After hundreds of dives and careful measurements, Cummings discovered that water itself had guided the evolution of piscine beauty. A female’s preference for a blaze of silver or blue was not arbitrary it was a consequence of the particular wavelengths of light that traveled farthest through her underwater niche. Whichever males happened to have scales that best reflected these wavelengths were more likely to catch the eye of females.

In her studies, Cummings showed that surfperch living in dim or murky waters generally preferred shiny ornaments, while surfperch inhabiting zones of mercurial brightness favored bold colors. Later, Cummings found that Mexican swordtails occupying the upper layers of rivers, where the clear water strongly polarized incoming sunlight, had ornaments that were specialized to reflect polarized light — like a stripe of iridescent blue. These findings parallel similar studies suggesting that female guppies in Trinidad prefer males with orange patches because they first evolved a taste for nutritious orange tree fruits that occasionally fell into the water. “Some people think female preferences just somehow emerge,” Cummings says, “but what has been overlooked is that in many cases, it’s a result of environmental constraints. It’s not always random.”

What a creature finds attractive depends on more than the unique qualities of its environment, however attraction is also defined by which of those qualities cross the threshold of awareness. Consider the difference between what we see when we look at a flower and what a bumblebee sees. Like us, insects have color vision. Unlike us, insects can also perceive ultraviolet light. Many plants have evolved flower parts that absorb or reflect ultraviolet light, forming patterns like rings, bull’s-eyes and starbursts. Most creatures are oblivious to these ornaments, but to the eyes of many pollinators, they are unmistakable beacons. There is an entire dimension of floral beauty invisible to us, not because we are not exposed to ultraviolet light, but because we do not have the proper biological hardware to perceive it.

Michael Ryan, a professor of zoology whose lab and office are just a few floors below Cummings’, has spent more than 30 years investigating how the quirks of an animal’s anatomy determine its aesthetic preferences — a career he details in his recent book, “A Taste for the Beautiful.” Since 1978, Ryan has been traveling to Panama to study a mud-colored frog called the túngara. Like the club-winged manakin, the túngara has a unique form of beauty that is not visual but aural. At dusk, male túngara frogs gather at the edges of puddles and sing to seduce females. Their mating call has two elements: The main part, dubbed the whine, sounds precisely like a miniaturized laser gun sometimes this is followed by one or more brief barks, known as chucks. A long and complex mating call is risky: It attracts frog-eating bats. Yet there is a high payoff. Ryan has shown that whines followed by chucks are up to five times as appealing to females as whines alone. Aber warum?

According to the adaptive model of beauty, the chucks must convey something about the males’ fitness. As it happens, larger males, which produce the deepest and sexiest chucks, are also the most adept at mating, because they are closer in size to females. (Frog sex is a slippery affair, and a diminutive male is more likely to miss his target.) Moreover, the túngara frog has an inner organ tuned to 2,200 hertz, which is close to the dominant frequency of a chuck. Together, these facts seem to indicate that the túngara’s puddle-side serenade is an example of adaptive mate choice: Females evolved ears tuned to chucks because they indicate the biggest and most sexually skilled males.

Ryan’s research revealed a stranger story. When he examined the túngara frog’s family tree, he discovered that eight frog species closely related to the túngara also have inner ear organs sensitive to frequencies of about 2,200 hertz, yet none of them produce chucks in their mating call. Ryan thinks that eons ago, the ancestor of all these species probably evolved an inner ear tuned to roughly 2,200 hertz for some long-abandoned purpose. The túngara later revived this neglected auditory channel, probably by happenstance. Male frogs that happened to burp out a few extra notes after whining were automatically favored by females — not because they were more suitable mates, but simply because they were more noticeable.

Like the glistening scales on the surfperch and swordtails that Cummings studied, the túngara’s costly mating call did not evolve to convey any pragmatic information about health or fitness. But that doesn’t mean that these traits were arbitrary. They were the result of specific, discernible aspects of the animals’ environments, anatomy and evolutionary legacy. “I took a real beating when I suggested this idea in 1990,” Ryan says. “It was very widely criticized. But now sensory bias is considered an important part of the evolution of these preferences.”

During our walk at Hammonasset, while admiring seabirds from shore-side cliffs, I asked Prum about sensory bias. He said it could not possibly explain the staggering diversity and idiosyncrasy of sexual ornaments — the fact that every closely related sparrow species has a unique embellishment, for example. Prum sees sensory bias as just another way to maintain the predominant “adaptive paradigm” that refuses to acknowledge his theory of aesthetic evolution. Tellingly, Prum and Ryan do not discuss each other’s work in their recent books.

While mulling over the similarities and discrepancies between Prum’s ideas and those of his peers, I kept returning to a passage in his book. In 2010, Prum and his colleagues revealed that a crow-size dinosaur called Anchiornis huxleyi was beautifully adorned: gray body plumage, an auburn mohawk and long white limb feathers with black spangles. Why dinosaurs originally evolved feathers has long perplexed scientists. At first, layers of fuzzy filaments, similar to a chick’s down, most likely helped dinosaurs repel water and regulate body temperature. But what explains the development of broad, flat feathers like those found on Anchiornis? Flight is the intuitive answer, but the first planar feathers were probably too primitive for flight or gliding, lacking the distinct asymmetry that makes birds’ feathers aerodynamic. In his book, Prum advocates for an alternative hypothesis that has been gaining support: Large feathers evolved to be beautiful.

The aesthetic possibilities of fuzzy down are limited. “The innovative planar feather vane, however, creates a well-defined, two-dimensional surface on which it is possible to create a whole new world of complex color patterns within every feather,” Prum writes. Only later did birds co-opt their big, glamorous plumes for flight, which is probably a key reason that some of them survived mass extinction 66 million years ago. Birds transformed what was once mere frippery into some of the most enviable adaptations on the planet, from the ocean-spanning breadth of an albatross to the torpedoed silhouette of a plunging falcon. Yet they never abandoned their sense of style, using feathers as a medium for peerless pageantry. A feather, then, cannot be labeled the sole product of either natural or sexual selection. A feather, with its reciprocal structure, embodies the confluence of two powerful and equally important evolutionary forces: utility and beauty.

Most of the scientists I spoke with said that the old dichotomy between adaptive adornment and arbitrary beauty, between “good genes” and Fisherian selection, is being replaced with a modern conceptual synthesis that emphasizes multiplicity. “Beauty is something that arises from a host of different mechanisms,” says Gil Rosenthal, an evolutionary biologist at Texas A&M University and the author of the new scholarly tome “Mate Choice.” “It’s an incredibly multilayered process.”

The environment constrains a creature’s anatomy, which determines how it experiences the world, which generates adaptive and arbitrary preferences, which loop back to alter its biology, sometimes in maladaptive ways. Beauty reveals that evolution is neither an iterative chiseling of living organisms by a domineering landscape nor a frenzied collision of chance events. Rather, evolution is an intricate clockwork of physics, biology and perception in which every moving part influences another in both subtle and profound ways. Its gears are so innumerable and dynamic — so susceptible to serendipity and mishap — that even a single outcome of its ceaseless ticking can confound science for centuries.

On my last day in Austin, while walking through a park, I encountered a common grackle hunting for insects in the grass. His plumage appeared black as charcoal at first, but as he moved, it shimmered with all the colors of an oil slick. Every now and then, he stopped in place, inflated his chest and made a sound like a rusty swing set. Perhaps dissatisfied with the local fare, or uncomfortable with my presence, he flew off.

In his absence, my attention immediately shifted to something his presence had obscured — a golden columbine bush. From a distance, its flowers resembled medieval illustrations of comets, big and bold with long, trailing streamers. Up close, I was struck by the complexity of a single blossom: a large yellow star wreathed a cluster of five tubular petals, shaped like angel’s trumpets and pooled with nectar. A tuft of pollen-tipped filaments fizzed through the very center. Viewed from above, the flowers looked like huddles of tiny birds with their beaks pressed together and wings flared. The name “columbine” comes from the Latin for “dovelike.”

Why are flowers beautiful? Or, more precisely: Why are flowers beautiful to uns? The more I thought about this question, the more it seemed to speak to the nature of beauty itself. Philosophers, scientists and writers have tried to define the essence of beauty for thousands of years. The plurality of their efforts illustrates the immense difficulty of this task. Beauty, they have said, is: harmony goodness a manifestation of divine perfection a type of pleasure that which causes love and longing and M = O/C (where M is aesthetic value, O is order and C is complexity).

Evolutionary psychologists, eagerly applying adaptive logic to every facet of behavior and cognition, have speculated that the human perception of beauty emerges from a set of ancient adaptations: Perhaps men like women with large breasts and narrow waists because those features signal high fertility symmetrical faces may correlate with overall health maybe babies are irresistibly cute because their juvenile features activate the caregiving circuits in our brains. Such claims sometimes verge on the ludicrous: The philosopher Denis Dutton has argued that people around the world have an intrinsic appreciation for a certain type of landscape — a grassy field with copses of trees, water and wildlife — because it resembles the Pleistocene savannas where humans evolved. In a TED Talk, Dutton explains that postcards, calendars and paintings depicting this universally beloved landscape usually include trees that fork near the ground because our ancestors relied on their conveniently low branches to scramble away from predators.

Of course, it is undeniable that we, like all animals, are products of evolution. Our brains and sensory organs are just as biased as any other creature’s. Our inherited anatomy, physiology and instincts have undoubtedly shaped our perception of beauty. In their recent books, Richard Prum and Michael Ryan synthesize research on animals and people, exploring possible evolutionary explanations for our own aesthetic tastes. Ryan is particularly interested in the innate sensitivities and biases of our neural architecture: He describes how our visual system, for example, may be wired to notice symmetry. Prum stresses his conviction that in humans, as in birds, many types of physical beauty and sexual desire have arbitrarily co-evolved without reference to health or fertility. What complicates their respective arguments is the overwhelming power of human culture. As a species, we are so thoroughly saturated with symbolism, ritual and art — so swayed by rapidly changing fashions — that it is more or less impossible to determine just how much an aesthetic preference owes to evolutionary history as opposed to cultural influence.

Perhaps more than any other object of aesthetic obsession, flowers expose the futility of trying to contain beauty in a single theoretical framework. Consider how flowers came to be and how we grew to love them: 150 million years ago many pollen-producing plants depended on the wind to spread their pollen and reproduce. But certain insects, perhaps beetles and flies, began to eat those protein-rich pollen grains, inadvertently transporting them from one plant to another. This proved to be a much more efficient means of fertilization than capricious air currents. Plants with the richest and most obvious sources of pollen were especially successful. Likewise, insects that were particularly adept at finding pollen had an advantage over their peers.

Through a long process of co-evolution, plants and pollinators transformed one another. Some plants began to modify their leaves into proto-flowers: little flags that marked the location of their pollen. Bold colors and distinctive shapes helped them stand out in a tangle of green. Strong aromas and ultraviolet beacons played upon pollinators’ senses. Nectar sweetened the deal. Insects, birds and mammals began competing for access, evolving wings, tongues and brains better suited to the quest for floral sustenance. As the pressure from both parties intensified, plants and their pollinators formed increasingly specific relationships, hurtling each other toward aesthetic and adaptive extremes — a bird that hums and hovers like an insect, an orchid that mimics the appearance and scent of a female bee.

Many millions of years later, flowers enchanted yet another species. Perhaps the initial attraction was purely utilitarian: the promise of fruit or grain. Maybe we were captivated by their consonance of color, form and aroma. Whatever the case, we adopted numerous flowering plants into an expanding circle of domesticated species. We brought them into greenhouses and laboratories, magnifying their inherent beauty, creating new hybrids and tailoring their features to our individual tastes. We contracted orchid delirium and tulip mania, and we have never fully recovered. The flower began as a plea and became a phenomenon.

If there is a universal truth about beauty — some concise and elegant concept that encompasses every variety of charm and grace in existence — we do not yet understand enough about nature to articulate it. What we call beauty is not simply one thing or another, neither wholly purposeful nor entirely random, neither merely a property nor a feeling. Beauty is a dialogue between perceiver and perceived. Beauty is the world’s answer to the audacity of a flower. It is the way a bee spills across the lip of a yawning buttercup it is the care with which a satin bowerbird selects a hibiscus bloom it is the impulse to recreate water lilies with oil and canvas it is the need to place roses on a grave.