9. Evolution (PF)

Eine Art kann auf verschiedene Weisen definiert werden: Nach morphologischen Kriterien (= morphologischer Artbegriff); nach ökologischen Kriterien, z.B. welche Nahrungsquelle genutzt wird (= ökologischer Artbegriff); nach dem Kriterium der Zeugungsfähigkeit von fruchtbaren Nachkommen (=(populations-)biologischer Artbegriff).

Evolutionsfaktoren: Mutationen (Punktm. oder Chromosomenm.), Rekombination, Selektion, Gendrift (zufällige Anhäufung/Aussterben von Allelen in kleinen Populationen). (Im weitern Sinne auch Migration, Isolation, Hybridisierung)

Die Evolutionstheorie nach Darwin: Überproduktion (es werden mehr Nachkommen produziert als überleben können), die Nachkommen zeigen unterschiedliche Merkmalsausprägungen, die eine erbliche Grundlage haben (Unterschiede sind vererbbar), Umweltbedingungen bestimmen welche Individuen überleben (Selektion), über lange Zeiträume passt sich so eine Population an die Umweltbedingungen an (Adaptation).

Evolutionstheorie nach Lamarck: Die Lebewesen brauchen Organe mehr oder weniger, um in einer bestimmten Umwelt überleben zu können. Der Gebrauch/Nichtgebrauch führt zu leicht veränderten Organen. Diese Veränderungen werden an die Nachkommen vererbt.

Homologien sind Übereinstimmungen bestimmter Körperteile, Organe, physiologischer Prozesse oder auch des Verhaltens von Lebewesen. Homologe Körperteile sind sich in ihrer Lage, Bau und/oder Funktion in unterschiedlichen Arten ähnlich und gehen auf einen gemeinsamen evolutionären Vorfahren zurück. Bsp.: Vorderextremitäten der Säugetiere; Kiemenbögen der Fische und Säugetierembryos.

Georges Cuvier war ein Paläontologe des 18. Jh. Er erkannte, dass sich Fossilien und lebende Formen von verschiedenen Gruppen von Lebensformen immer unähnlicher werden, je tiefer die Gesteinsschicht liegt, in der das Fossil gefunden wurde. Damit legte er einen Grundstein für Darwins Evolutionstheorie.

Allopatrische Artbildung ist die Artbildung aus getrennten Unterpopulationen einer ursprünglichen Mutterpopulation. Dabei isoliert eine neu aufgetretene geographische Barriere (Fluss, Gletscher, Tal) die Unterpopulation, die sich unabhängig an die jeweiligen Umweltbedingungen anpassen. Die Barriere muss den Genfluss zwischen den zwei Populationen genügend stark einschränken. Die sympatrische Artbildung ist die Artbildung ohne geographische Barriere. Durch die unterschiedliche Ausbeutung von Nahrungsquellen oder unterschiedliches Sexualverhalten können zwei Arten entstehen.

Unter Fitness, versteht man den Fortpflanzungserfolg eines Individuums einer bestimmten Population. Oft wird die Fitness nicht für ein Individuum festgelegt, sondern für einen bestimmten Genotyp: Wenn ich z.B. grüne und gelbe Erbsen pflanze und die grünen Erbsen immer besser wachsen und mehr gesunde Nachkommen (Erbsensamen) produzieren, ist die Fitness des Genotyps „Grün“ höher.

Die min. 14 Finkenarten der Galapagosinseln haben sich an unterschiedliche Nahrungsquellen angepasst (Insekten, Insektenlarven, Nüssen, Samen, Früchte). Jede Art hat für die jeweilige Nahrungsquelle einen angepassten Schnabel. Die Finkenarten haben sich aus einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt, der vor ca. 3 Mio. Jahren vom Festland auf die Inseln eingewandert ist.

Auf dem Bild sind fossile Knochen vom Archäopteryx zu sehen. Diese Tier ist ein sog. fossiles Brückentier, weil es den Übergang von der Reptilien zu den Vögeln aufzeigt. A. hat morphologische Kriterien, die für beide Tiergruppen typisch sind: Einen langen Schwanz mit Wirbeln, Klauen an den Flügelfingern, Kiefer mit Zähnen (wie Rept.); Flügel mit Federn, Beinskelett, Vogelbecken (wie Vögel).

Birkenspanner kommen in zwei Morphen vor: Dunkel und hell. Auf natürlich hellen Birkenrinden sind helle Birkenspanner durch ihre Fressfeinde, Vögel, kaum zu sehen. Dunkle hingegen sind viel auffälliger und werden von Vögeln eher gefressen. Durch die Luftverschmutzung durch Russpartikel aus der Industrie im 20. Jh. hat sich die Verteilung der zwei Morphe stark verändert. In Mittelengland und im Südosten ist die dunkle Morphe häufiger, weil die Birkenrinden dunkel gefärbt sind. In den ländlichen Gegenden Westenglands sind helle Birkenspanner häufiger.

Fakten, die für eine Sonderstellung des Menschen im Reich der Tiere sprechen könn(t)en, sind die Vernunft, Bewusstsein, Werkzeuggebrauch, Sprache und Kultur. Diese Fakten werden aber immer wieder mit Beispielen aus anderen Tierstämmen relativiert. So gibt es verschiedene Tierarten (nicht nur unter den Primaten), die Werkzeuge gebrauchen, die ein Abstraktionsvermögen haben oder die eine Kultur haben und weitergeben. Gerade die Weitergabe von Information hat beim Menschen aber ein hohe Komplexität erreicht (komplexe Sprache, Schrift, Informationsträger).

Mimikry ist die Nachahmung (meist eine morphologische) eines wehrhaften Lebewesens durch ein harmloses Lebewesen, ohne dass der Fressfeind die zwei Arten unterscheiden kann. Bspw. gibt es Insekten, die durch eine gelb-schwarze Färbung Wespen nachahmen, ohne dass sie selber giftig wären.

Mensch: Wurmfortsatz, Brustwarzen, Schambehaarung, Weisheitszähne, Steissbein. (siehe Cornelsen S. 265)

Unterschiedliche Lebewesen, die in eine engen Beziehung stehen (Räber-Beute, Symbiosen, Fortpflanzung) zeigen auch eine gemeinsame Evolution = Koevolution. Bspw. eine Hummel, die eine Orchidee bestäubt, wird von der Orchidee um so mehr angezogen, wenn die Blütenblätter wie ein potenzieller Partner aussehen. Passt sich die Färbung der Hummel an, ev. auf Grund einer sexuellen Selektion innerhalb der Hummelpopulation, ist es gut möglich, dass sich auch die Färbung der Blütenblätter der Orchidee verändert.

Die zwei Tiere aus unterschiedlichen Tierstämmen haben sich an einen ähnlichen Lebensraum mit einer ähnlichen Lebensweise angepasst. Beide graben im Boden und haben dazu Vorderextremitäten entwickelt (durch die natürliche Selektion). Dies ist ein Bsp. für konvergente Evolution. Die Vorderextremitäten sind sog. analoge Strukturen/Merkmale, weil sie durch konvergente Evolution eine ähnliche Funktion und Morphologie entwickelt haben. Ein anderes Bsp. dafür wären die Schwimmflossen bei wasserlebenden Säugertieren (z.B. Delfin) und Knochenfischen (z.B. Forelle)

Sympatrische: Artbildung aus einer Startpopulation durch Einfluss unterschiedlicher ökologischer Faktoren; z.B. Nutzung von zwei unterschiedlichen Nahrungsquellen, dadurch sexuelle Isolation von zwei Unterpopulationen, dadurch Einschränkung des Genflusses zwischen den Unterpopulationen. - Allopatrische: Artbildung durch geographische Isolation zweier Unterpopulationen, dadurch Unterbindung von Genfluss.

eine Hummel, die eine Orchidee bestäubt, wird von der Orchidee um so mehr angezogen, wenn die Blütenblätter wie ein potenzieller Partner aussehen. Passt sich die Färbung der Hummel an, ev. auf Grund einer sexuellen Selektion innerhalb der Hummelpopulation, ist es gut möglich, dass sich auch die Färbung der Blütenblätter der Orchidee verändert.

Das Gehirn aller Wirbeltiere besteht aus Vorderhirn, Zwischenhirn und Nachhirn (Hirnstamm, Rückenmark). Das Hirn bei Fisch und Vogel, Ratte und Mensch ist grundsätzlich ähnlich konzipiert: Der Hirnstamm steuert lebenserhaltende Funktionen wie Herzschlag und Atmung, das Kleinhirn koordiniert unter anderem Bewegungen, und das Vorderhirn dient anspruchsvollen Aufgaben wie Planen, Bewerten von Informationen und Entscheiden. Allerdings lassen sich viele Funktionen nicht eindeutig einer Hirnregion zuschreiben, sondern werden stets im Zusammenspiel mehrerer Strukturen erfüllt. Die äusserste Schicht des Vorderhirns, die Grosshirnrinde ist nur beim Hund und Mensch entwickelt. Besonders beim Mensch ist dieser Teil besonders ausgebildet, deshalb ist er gefaltet, um unter der Schädeldecke Platz zu finden.

Die kulturelle Evolution ist die Entwicklung der Fähigkeit Verhalten innerhalb einer Population von einer Generation zur Nächsten weiterzugeben (meist durch Nachahmung). Im Gegensatz dazu steht die genetische Evolution. Es gibt kein „Gen für Kultur“, es gibt jedoch vererbbare Merkmale, die das Verhalten, oder das Lernverhalten im speziellen, beeinflussen. Wenn eine Arte ihr Verhalten zielgerichtet von Generation zu Generation weitergibt, spricht man von Tradition.

Brückentiere sind Tiere, die morphologische Merkmale verschiedener Tiergruppen zeigen und so einen möglichen Beleg für die Evolution der Arte sind. Die sog. Quastenflosser, eine Gruppe von Fischen, die im westlichen Indischen Ozean lebt, hat Brustflossen mit einem teilweise verknöcherten und muskulösen Skelett. Die Vorfahren dieser Fische konnten sich mit diesen Flossen auf dem Meeresboden und teilweise an Land fortbewegen. Sie gelten als Brückentier zwischen den Knochenfischen und den Landwirbeltieren. Das Schnabeltier ist ein Brückentier zwischen Reptilien und Säugetieren, da es Eier legt wie die Reptilien und die Jungen säugt wie Säugetiere.

Transspezifische Evolution ist die Evolution der grossen Organismengruppen (Taxa: z.B. Knochenfische, Landwirbeltiere, Reptilien...). Sie wird auch als Makroevolution bezeichnet und ist meist nur im „Nachhinein“ zeigbar, z.B. durch Fossilfunde und Vergleich von fossilen und lebenden Organismen. Im Gegensatz dazu steht die interspezifische Evolution, auch Mikroevolution, die zu der Bildung neuer Arten aus einer Art führt (siehe Frage 17).

Mensch: Gehirnschädel größer als Gesichtsschädel, fast senkrechter Gesichtsschädel, steile Stirn, keine Überaugenwulst, Hinterhaupt relativ rund, relativ schwach ausgeprägtes Jochbein, Hinterhauptsloch relativ zentral, Kinn vorhanden, seitl. relativ schmale Unterkieferknochen, reduzierte Eckzähne - Affe: Gehirnschädel kleiner als Gesichtsschädel, Schnauzenbildung, flache Stirn (Prognathie), Überaugenwulst vorhanden, Hinterhaupt relativ flach, stark ausgebildetes Jochbein, Hinterhauptsloch relativ weit hinten gelegen, Kinn nicht vorhanden, Dolchartige Eckzähne (im Oberkiefer); über die Kaufläche hinausragend. Die Schädelveränderungen bei den Hominiden sind auf die starke Hirnentwicklung, die Entwicklung des aufrechten Gangs, die Veränderung der Essgewohnheiten und der Sprachentwicklung zurückzuführen.

Bsp. Archäopteryx

Die Entstehung des Menschen begann vor ca. 20 Mio. Jahren (Tier-Mensch-Übergang). Die Gruppe der Menschen entwickelte sich vor ca. 6 Mio. Jahren. Besonders starke klimatische Veränderungen, und ein damit einhergegangenes verändertes Landschaftsbild (weniger Wälder) und Nahrungsangebot haben die Entwicklung des Menschen vorangetrieben. Die Vorfahren des Menschen werden in die Gruppen Vormensch, Urmensch und Frühmensch unterteilt. Der heutige Mensch Homo sapiens gehört zur Gruppe Jetztmenschen. Das bekannteste Fossil eines aufrechtgehenden Menschvorfahren ist Lucy, eine weibliche Vertreterin der Gattung Australopithecus. Aus dieser Gattung entwickelte sich die Gattung Homo. Der gleichzeitige Fund von Homo-Fossilien mit Werkzeugüberresten, spricht für den Menschen.

Die Endosymbiontentheorie besagt, dass der Vorfahre der heutigen eukaryotischen Zellen möglicher Weise durch ein Einschliessen primitiver prokaryotischen Zellen in einer anderen prokaryotischen Zelle entstanden ist. Die Chloroplasten und die Mitochondrien sind Organellen, die jeweils von einer zusätzlichen Membran umgeben sind. Weiter enthalten sie eigene (extranukleare) DNA und Ribosome. Dies deutet an, dass diese Organellen eigenständige einzellige Lebewesen waren und von einem anderen Einzeller aufgenommen wurden.

Die Paare Wolf-Beutelwolf und Feldmaus-Beutelmaus sind beides Beispiele für konvergente Evolution. Wolf und Beutelwolf haben sich beide zu relativ grossen Raubtieren entwickelt, wobei besonders der Schädel der beiden Tiere sehr ähnlich und kaum zu unterscheiden ist. Der Beutelwolf hat bis ins frühe 20 Jhd. Australien besiedelt, ist heute aber ausgestorben. Der Beutelwolf ist viel näher mit den Beuteltieren Australiens verwandte, als mit dem Wolf, der in Europa lebt. Genauso verhält es sich mit dem Paar Feldmaus-Beutelmaus. Auch hier haben wir morphologisch gesehen eine grosse Ähnlichkeit, die auf eine konvergente Evolution zurückzuführen ist (ähnlicher Lebensraum). Die Beutelmäuse Australiens sind aber Fleischfresser (kleine Tiere wie Insekten und Spinnen). In diesem Beispiel sind also Beutelmaus und Beutelwolf nah verwandt und klar abgegrenzt von den Plazentatieren (Höhere Säugetiere).

Die abgebildeten Entwicklungsstadien von Embryonen verschiedener Tierarten zeigt, dass sich unterschiedliche Tierarten im frühen Entwicklungsstadium sehr ähnlich sind. Je näher die Tierarten phylogenetisch sind, also je jünger ihr letzter gemeinsamer Vorfahre ist, desto länger sind sich die Embryonen während ihrer Entwicklung ähnlich (bspw. Hase und Mensch im Gegensatz zu Mensch und Fisch). Diese Beobachtung lässt sich so zusammenfassen: „Die Ontogenese (Embryonalentwicklung) rekapituliert die Phylogenese (Stammesentwicklung).

Für: Fossile und lebende Brückentiere; Homologien und konvergente Evolution; Mutationen; nicht statische Umwelt; Artbegriff ist fliessend; Anpassung (z.B. Antibiotikaresistenz von Bakterien) kann in Experimenten gezeigt werden; es gibt keine andere sinnvolle Theorie

Dagegen: Zu grosse Evolutionsschritte in zu wenig Zeit; kaum experimentell beobachtbar

Die Pferdeartigen (Familie der Pferde ) sind eine Familie (neben den Familien der Nashörner und der Tapire) innerhalb der unpaarhufigen Tiere. Weil besonders viele fossile Funde vorliegen, kann die Stammesgeschichte der Pferdeartigen (Pferd, Esel und Zebras) besonders gut nachgezeichnet werden. Vor etwas 56 Mio. Jh. haben sich die Pferdeartigen aus einem kleinen waldlebenden und Blätter und Früchte fressenden Tier entwickelt. Bedingt durch eine Verschiebung des Klimas in Nordamerika (trockener-> Steppen anstelle der Wälder) hat sich auch die Lebensweise der Pferdeartigen verändert: Trockeneres, härteres Futter, daher die grösseren Zahnkronen zum kauen. Grösserer Körper, um sich in der Steppe besser fortbewegen zu können.

Ja, Evolution findet auch jetzt statt. In allen Populationen kommen DNA-Mutationen vor, somit ist die wichtigste Voraussetzung für Evolution gegeben (vererbbare Veränderungen). Da sich auch die Umwelt stetig ändert, haben diese Mutationen eine grössere oder kleiner Wahrscheinlichkeit in einer Population zu bleiben (Selektion); dadurch passen sich Arten an ihre Umwelt an.

Naturaler Selektionsprozess

Koevolution (siehe Frage 18.): Pflanze und Biene sind aufeinander angewiesen (Fortpflanzung resp. Ernährung): Daher wird eine evolutive Veränderung (Anpassung) des einen Organismus auf den anderen Organismus einen Einfluss haben. Entwickelt z.B. eine Pflanzenart längere Blütenblätter und dadurch tiefere Blüten (ev. weil die Pflanze so ihre Samenanlagen vor Fressfeinden besser schützen kann), so muss die Biene ein längeres Saugorgan entwickeln, um an die Nahrungsquelle zu kommen.