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3 Evolution
3.1 Belege für
die stammesgeschichtliche Entwicklung
3.1.1 Ordnung
der Arten im natürlichen System 3.1.3 fossile
Formen: Pferdestammbaum, Archaeopteryx 3.2 Erklärungen
für den Artenwandel 3.2.1
Darwinsche Evolutionstheorie 3.2.2
Zusammenspiel von Evolutionsfaktoren aus der Sicht der erweiterten
Evolutionstheorie 3.3 Grundzüge
der stammesgeschichtlichen Entwicklung des Menschen 3.3.1
Vergleich Mensch - Menschenaffe 3.3.2 humane
Phase: Bedeutung des aufrechten Gangs
3.1
Belege für die stammesgeschichtliche Entwicklung (- W)
3.1.1 - Ordnung der Arten im natürlichen System
Was besagt die Evolutionstheorie?
Artenvielfalt: 400000 Pflanzenarten; 1,5 Millionen Tierarten - wahrscheinlich viel mehr Dogma von der Konstanz der Arten, Widerstand gegen die evolutionäre Sichtweise des Lebens
Linné (1707-1778): Begründer der Systematik oder Taxonomie - schuf die binäre Nomenklatur mit Gattungs- und Artnamen - Einordnung der Arten eine Hierarche zunehmend allgemeiner Kategorien - er glaubte an die Artkonstanz und versuchte, Gottes Schöpfungsplan aufzudecken - wurde aber mit seiner Systematik zum Wegbereiter der Evolutionstheorie Zusammenfassung der unübersichtlichen Vielfalt der Arten zu einer überschaubaren Zahl größerer Einheiten durch Einteilung nach abgestuften Ähnlichkeiten (Merke "AGFOKS"):
Population ist eine Gruppe von Individuen einer Art, die zu gleicher Zeit im gleichen Gebiet leben und in allseitigem regelmäßigen Genaustausch miteinander treten (Population als Evolutionseinheit) Cuvier (1769-1832): Fossilien und die Katastrophentheorie Erforschung der Fossilien in verschiedenen geologischen Schichten ergab: Fossilien sind Reste von Lebewesen, die meisten Arten sind ausgestorben. Cuvier glaubte an die Konstanz der Arten. Seine Erklärung für das Auftreten verschiedener Lebewesen von Schicht zu Schicht: Katastrophen, Sintflut, neue Schöpfungen Lyell (1797-1875): Aktualismus: Heute wirken noch die gleichen geologischen Kräfte wie in der Vergangenheit (Bildung von Meeressedimenten, Einschneiden von Schluchten und Tälern). Folgerung Darwins: hohes Alter der Erde (nach biblischen Vorstellungen 6000 Jahre!); Zeit für langsame Veränderungen Lamarck (1744-1829) fand beim Studium von Fossilien Abwandlungsreihen, Übergänge - seine Deutung des Artwandels:
Beispiele: Schmied, Schwielen, Giraffenhals, Vogel, Schwimmhäute Darwin (1809-1882) Artwandel durch natürliche Auslese (auch Wallace) Weltreise auf dem Forschungsschiff "Beagle" 4 Jahre - Südamerika, Galapagos-Inseln 1844 erschien "Die Entstehung der Arten"
Beispiel: Evolution des langen Giraffenhalses Evolution erfordert lange Zeiträume. Gibt es auch einen Artwandel in überschaubarer Zeit? Künstliche Auslese: Züchtung von Haustieren und Nutzpflanzen (Beispiele: Tauben, Getreide - Überleben in freier Natur?) Sozialdarwinismus MALTHUS
(1766-1834) "Essay on the Principle of Population" Bevölkerung wächst exponentiell - Nahrungsproduktion kann nur linear gesteigert werden - Folge: Nahrungsverknappung, Hungersnöte SPENCER (1820-1903) Anwendung von Darwins "struggle for life" auf die Gesellschaft - gegen Sozialfürsorge - Rechtfertigung von Krieg, sozialer Ungerechtigkeit und Rassenideologien
Fragen und Übungsaufgaben Morphologischer
Artbegriff: Lebewesen gehören zu einer Art, wenn sie in allen wesentlichen
Merkmalen übereinstimmen. Biologischer
Artbegriff: Lebewesen gehören zu einer Art wenn sie sich
miteinander kreuzen, fruchtbare
Nachkommen haben und gegenüber anderen Arten fortpflanzungsbiologisch isoliert sind Der Flugfrosch aus Südostasien kann mit Hilfe seiner Flughäute zwischen den Zehen aus der Baumkrone herabspringen und bis zu 15 Meter weit gleiten. Erklären Sie die Herausbildung dieser Flughäute aus der Sicht Lamarcks und aus der Sicht Darwins! Lamarck: -
Flugfrösche spreizten beim Herabspringen ihre Zehen -
durch den Gebrauch wurden die Flughäute größer (vollkommener) -
Vererbung auf die Nachkommen Darwin: -
Flugfrösche haben individuell verschieden große Flughäute -
dieses Merkmal ist erblich - hohe Nachkommenzahl - Frösche mit kleineren Flughäuten überlebten seltener; Tiere mit größeren Flughäuten haben mehr Nachkommen Welche Erkenntnisse der modernen Genetik sprechen gegen die Theorie Lamarcks? - erworbene Eigenschaften werden nicht vererbt Was versteht man unter "Aktualismus" ("Aktualitätsprinzip")? - Heute wirken noch die gleichen Kräfte wie in früheren Erdepochen
3.1.2 - Homologien: vergleichende Anatomie, Embryologie, Serologie
Hinweise auf gemeinsame Abstammung aus dem Vergleich heute lebender Arten Beispiele aus der vergleichenden Anatomie Naive Betrachtung: Feststellung identischer Teile bei Mensch und Tier - gemeinsamer Bauplan! - Hausfrau beim Ausnehmen von Huhn und Ente - einheitlicher Bauplan - Typus
Griechische Ärzte lernten Anatomie durch Sektion von Schweinen - Anatomie des GALEN (gr. Arzt der römischen Kaiserzeit) nach Präparation von Affen, mit nur wenigen Fehlern
analog: Sprachhomologien (mère, mater, mother, Mutter, madre weisen auf gemeinsamen Ursprung hin) Beispiele Wirbeltierextremitäten: trotz verschiedener Ausgestaltung besteht Übereinstimmung im Bauplan. Diese bauplanmäßige Übereinstimmung ist aus den Anforderungen der Umwelt und der Lebensweise nicht erklärbar.
- Insektenbeine
Homologie von Verhaltensweisen Beispiel: Ritualisation des Balzverhaltens bei Hühnervögeln (Haushahn, Jagdfasan, Pfaufasan, Pfau) - ohne Kenntnis der Zwischenformen wäre der Ursprung des Balzverhaltens beim Pfau nicht zu erraten.
Methodische Kriterien der Homologie - Wie erkennt man, ob zwei verschiedene Organe homolog sind?
Unterscheiden von
Beispiele - Ähnlichkeiten bei schwimmenden Tieren (Konvergenz)
- Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille - Wüstenpflanzen - Farbübereinstimmung mit der Umgebung
Verbreitung von Arten Wo gleiche ökologische Bedingungen herrschen, sollten Fauna und Flora übereinstimmen (Tropen Afrikas und Südamerikas, ozeanische Inseln, Polargebiete der Nordens und Südens) Beuteltiere der australischen Region (Abrtrennung seit der Kreidezeit)
Endemiten: Arten, die nur in einem begrenzten Gebiet vorkommen Isolation durch die Ablösung von Kontinenten oder Kontinentalschollen von Landmassen (Australien, Madagaskar). Je früher die Ablösung erfolgte, desto eigenständiger ist die Tier- und Pflanzenwelt. Sie entwickelte sich nach der Ablösung zu der heutigen Eigenart. Nordamerika und Eurasien trennten sich erst spät - sehr gleichartige Tier- und Pflanzenwelt, viele Arten gemeinsam (Wolf, Eisbär) Die Verbreitung der Lebewesen wird durch die Evolutionstheorie verständlich.
Beispiele aus der vergleichenden Embryologie
? Beschreibung oder genaue Lokalisierung der einzelnen Knochen ? Vermutung über Gewinnung des Materials Embryonalentwicklung der Vogelhand!! ð Parallele zwischen Individual- und Stammensentwicklung! Umwegsentwicklungen: Während der Individualentwicklung werden in vielen Fällen Merkmale der Ahnenformen vorübergehend ausgebildet.
- aber: mit vielen Einschränkungen! z.B. sind viele Larvenstadien nicht als Ahnenformen zu deuten. Beispiele: - Lanugohaar - Kiemenbogenarterien und Keimentaschen beim menschlichen Embryo - embryonale Zahnanlagen bei Bartenwalen, Hals beim Walembryo
- embryonale Rückenmuskeln bei Schildkröten (sie lösen sich wieder auf; durch den Panzer werden sie nicht mehr gebraucht
Beispiele: - Blinddarm - Weisheitszähne - Skelett des Blauwals: Homologie mit Becken und Oberschenkel von Landsäugetieren - Flügel der Strauße - Beine der Erzschleiche (winzige Hintergliedmaßen); Schulter- und Beckengürtel der Blindschleiche - Griffelbeine an Vorder- und Hinterextremitäten von Pferd und Rind - auch: rudimentäre Verhaltensweisen: Mensch: Sträuben der Haare bei Gefahr (Imponieren) im Extremfall völlige Rückbildung, z.B. Augen- und Pigmentverlust bei Höhlentieren (Blinder Höhlenfisch) Sind Rudimente funktionslose Organe? - völlige Funktionslosigkeit in vielen Fällen wahrscheinlich (Wal), aber nicht mit absoluter Sicherheit anzugeben. - Bekannte Funktionen z.B. bei Blinddarm: lymphatisches Organ; Flügel beim Strauß: Balancehalten, Beschatten der Jungen - Funktionswechsel (Übernahme neuartiger Aufgaben im Verlauf der Rückbildung) - Beispiel: Legeapparat der Honigbienen als Stachel; Schwingkölbchen (Hinterflügel) der Mücken als Kreiselstabilisator; Flügel der Pinguine als Ruder- und Steuerorgane Es gibt auch rudimentäre Verhaltensweisen: - Überreichen von Nistmaterial im Paarbildungszeremoniell von Vögeln, die gar kein Nest mehr bauen (Blaufußtölpel, Galapagos)
Kulturelle Ritualisierungen des Menschen weisen Parallelen zur stammesgeschichtlichen Ritualisierung auf, z.B. Hut lüften beim Gruß aus Helm abnehmen; militärische Grußform aus der Bewegung des Visierhochklappens
Belege aus Biochemie und Molekularbiologie Die Präzipitinreaktion Das Blut enthält in gelöster Form eine große Menge verschiedener Eiweißstoffe. Spritzt man einem Kaninchen etwas Serum von menschlichem Blut ein, so entwickelt es Antikörper gegen alle Proteine, die im menschlichen Blut gelöst sind. Man kann nach einiger Zeit dem Kaninchen Blut entnehmen und sein Serum mit den gebildeten Antikörpern isolieren. Vermischt man im Reagenzglas dieses Serum mit menschlichem Blutserum, so werden durch die gebildeten Antikörper alle gelösten Eiweiße verklumpt und ausgefällt. Man nennt dies die Präzipitinreaktion.
Evolutionsbiologische Bedeutung der Präziptinreaktion. Wenn man das oben erhaltene Kaninchenserum mit dem Serum von Schimpansen vermischt, so tritt auch eine Präzipitinreaktion auf, aber sie ist nicht vollständig. Es werden nämlich nur 85 % der Eiweiße ausgefällt. Sie sind den menschlichen Eiweißen sehr ähnlich. 15 % der Eiweiße bleiben in Lösung. Gegen sie wurden also vom Kaninchen keine Antikörper gebildet. Es sind schimpansenspezifische Proteine. Man kann also die Eiweißähnlichkeit verschiedener Arten von Lebewesen feststellen. Die Menge der unterschiedlichen Proteine zeigt an, ob mehr oder weniger Mutationen seit der Trennung der Entwicklungslinien der verschiedenen Arten eingetreten sind. Dies ist ein Maß für die mehr oder weniger enge Verwandtschaft. Diese Methode hat heute nur noch historische Bedeutung, weil sie durch die Möglichkeit der DNA-Analyse überholt ist. Beispiel Cytochrom c - Stammbaum: Aus den Unterschieden in der Aminosäuresequenz läßt sich auf die Zahl der die Gruppen trennenden Mutationsschritte schließen. Je mehr Mutationen vorliegen, desto größer ist der Abstand zwischen den Formen. Bei graphischer Auftragung: Stammbaum (Cytochrom c sehr konservativ; Bedeutung als Enzym der Atmungskette)
3.1.3 fossile Zwischenformen: Archaeopteryx
Entfaltung
der Formen in der Zeit
Paläontologie:
Lehre von den Fossilien (Überreste ausgestorbener Lebewesen) Versuch
einer Rekonstruktion der Entwicklung des Pflanzen- und Tierreiches im Laufe der
Erdgeschichte Der
Zeitbegriff in der Evolution Lamarck:
Evolution - Vergleich mit dem Stundenzeiger einer Uhr - unser Leben währt nur
eine Sekunde - keine Bewegung wahrnehmbar Vergleich:
Ereignisse von Christi-Geburt bis heute: Film von 1 Stunde, Ablauf der Evolution
und menschliche Vorgeschichte in einstündigen Filmen im gleichen Zeitmaßstab:
16 pro Tag -
Mensch in jetziger Gestalt (100000 Jahre) = 3 Tage -
Mensch seit Trennung von Affenvorfahren (ca. 10 Mio) = 10 Monate -
Evolution von Familien der Säugetiere, z.B. Katzen, Hunde, Pferde (35-55 Mio) =
3,5-5,5 Jahre -
Gesamte Fossilienreihe (600 Mio) = 60 Jahre -
Evolution des Lebens = 250-400 Jahre
Geologische Schichtenfolge - Ablagerung - Datierung (Radioaktivität) Unvollständigkeit der fossilen Funde präkambrische Gesteine sind größtenteils metamorphisiert oder durch Erosion abgetragen
Tabelle der Erdzeitalter: (Beginn in Millionen Jahren)
Cyanobakterien gehören zu den ältesten bekannten Fossilien. In Form von Kolonien bildeten sie (und bilden noch heute) sog. Stromatolithen-Kalk [Fundort: Südafrika, Alter: ca. 2 Milliarden Jahre]
Skelett eines räuberischen Dinosauriers
Schädel eines Tyrannosaurus
Ichthyosaurus (Holzmaden) Ursprung des Lebens Urzeugungshypothesen (bis zu Sterilisationsversuchen Pasteurs 1864) Vis vitalis - Hypothese (bis zu Wöhlers Harnstoffsynthese 1828) Abiotische Entstehung organischer Substanzen Die Früherde als chemisches Labor - Die Uratmosphäre enthält NH3 (Ammoniak), CH4 (Methan), H2O (Wasser) aber keinen Sauerstoff, daher reduzierende Bedingungen (Indiz z.B. Gesteine mit Verwitterungsspuren und alle Sedimente älter als 1,8 Milliarden Jahre, die Eisen(II)-sulfid enthalten, das an der Luft unbeständig ist) Auswirkungen des Fehlens von Sauerstoff:
Millers Versuch zur Simulation der Bedingungen auf der Urerde => abiotische Synthese von Aminosäuren, Nucleinbasen, Zuckermolekülen
Endosymbiontentheorie: Mitochondrien und Plastiden waren ursprünglich selbständige prokaryontische Lebewesen, die unter Ausbildung von Endosymbiosen in eine andere Prokaryontenzelle aufgenommen wurden. Mitochondrien gehen wahrscheinlich auf aerobe Bakterien zurück, Plastiden auf Cyanobakterien (u.a. ringförmige DNA).
Beobachtete Gesetzmäßigkeiten:
Evolution
der Pferde
Brückentiere Archaeopteryx,
Quastenflosser Der
Urvogel Archaeopteryx -
ein Bindeglied zwischen Reptilien und Vögeln
lebende Fossilien Beispiele: Quastenflosser
Nautilus Ginko
Analogien
Evolution des Schuppenbandes
Evolution der Eisenbahnwagen
Abituraufgaben Grundkurs Bayern: 1991 I 3 Kielschwanzlegunane Farbunterschiede 1991 II 3 Variabilität und Konstanz der Gene, Anpassung 1991 II 4 Wale, Robben, Seekühe, Elefanten - Ähnlichkeiten, Verwandtschaft, Serologie 1991 III 4 Lebewesen mit phylogenetisch älteren und jüngeren Merkmalen 1991 IV 4 Flugbeutler und Flughörnchen - Lamarck und Darwin 1992 I 6 Kolibris, Nektarvögel, Honigfresser 1992 II 5 Baumfrosch mit Spannhäuten - Lamarck und Darwin 1992 III 5 Homologie, Homologiekriterium, Verwandtschaft - selbstgewähltes Beispiel 1992 IV 5 Wildemmer, Genommutation, Pflanzenzüchtung 1992 IV 6 Artenvielfalt madagassischer Lemuren 1993 I 5 Birkenspanner 1993 II 5 Waldspitzmaus, Maulwurf, Hausmaus - Verwandtschaft, serologischer Test 1993 II 6 Flugechse, Fledermaus - Vorderextremitäten - homolog oder analog? 1993 III 6 Malawisee-Buntbarsche 1993 IV 6 Pflanzen auf sturmreichen Inseln, Rückbildung von Flugsamen erklären 1993 IV 7 Hoatzin - Finger mit Krallen an den Vordergliedmaßen 1994 I 5 Mauersegler und Rauchschwalben - serologischer Test 1994 I 6 vergleichende Embryologie - selbstgewähltes Beispiel 1994 II 5 Vergleich des Skeletts von Menschenaffen und Menschen, Entwicklungstendenzen 1994 III 5 Definition Homologie, Analogie, Konvergenz - Anwendung Frosch, Singvogelruf, Bach 1994 IV 4 Pflanzenzüchtung aus haploiden Pflanzen - drei Vorteile 1994 IV 5 Pilzmücken, leuchtende Larven 1994 IV 6 Archaeopteryx - Bedeutung von Brückentieren für die Evolutionsforschung 1995 I 6 Galapagos-Finken - Enststehung nach erweiterter Evolutionstheorie - auf Festland? 1995 II 6 Wale und Fische - Ähnlichkeit evolutionsbiologisch begründen - serologischer Test 1995 III 6 Anatomische Unterschiede zwischen Mensch und Menschenaffe, Chromosomenuntersuchungen 1995 IV 6 Archaeopteryx - Bedeutung für die Evolutionsforschung 1996 I 6 Bartenwale, Embryologie, Vordergliedmaßen 1996 II 5 Felsenkleiber und Klippenkleiber, Schnabelformen in geographisch versch. Arealen 1996 III 5 Entstehung eines "falschen Kopfes" nach erweiterter Evolutionstheorie 1996 III 6 Gemeinsame Merkmale von Affen und Menschen (Primaten) 1996 IV 5 Wisent und Bison 1997 I 4 Marine Nacktschnecke - Darwin 1997 III 5 Gemsen - Verbreitungsgebiete und Artaufspaltung 1997 IV 5 Buntbarsche im Victoriasee - erweiterte Evolutionstheorie, Embryologie u. Evolutionsforschung
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