Evolution

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und später ausgestorben waren. 180 Kamen häufig und weit verbreitet vor Möglichkeit, Gesteine eindeutig einer stratigra- phischen Schicht zuzuordnen Gesteine von verschiedenen Kontinenten können. als gleichalt identifiziert werden häufig skelettüberreste von Einzellern 1.6 absolute Altersbestimmung (₁ Methode (= Radiocarbon methode): 205 Schichtung von Gesteinen kann für relative Altersbestimmung genutzt werden nicht exaktes Alter wird bestimmt, sondern Alter in Relation zu anderen schichten Vergleich von LEITFOSSILIEN Probleme durch Bewegungen in der Erakruste sind manche Schichten schräg/gekippt durch Abtragung können Schichten fenten → erst durch vergleich der schichtenfolge von unterschiedlichen Orten (Aufschlüssen) ist exakte Gliederung möglich Quarter 2 Tertiär Kreide Jura Tries Perm Karbon Deven Ordovizium Kambrium Trilobites Brachiopoden Graptolithen Gastropodes Cricoconarida K-Methode (= kalium- Argon Datierung): K zerfällt zu Ar mit einer Halbwertszeit von 1.3 Mrd. Jahren Grenze: 100 000 Jahre Ostracoden Foraminieren || Gelapanzen Coccolithen Radiolarien from Säugetiere Nutzung der radioaktiven Kohlenstoffisotops (→ kein stabiler Kern) bekannte Halbwertszeit: 5730 Jahre während ein organismus lebt bleibt "C-Gehalt konstant nach Tod wird kein neues HC aufgenommen, während restliches zerfällt durch Berechnung kann Alter des „Fossils" bestimmt werden C reagiert mit 0₂ zu "CO₂, wird während der Photosynthese von Pflanzen aufgenommen und gelangt mit Pflanze als Nahrung in einen organismus (→ Nahrungskette) nur bis zu einem Alter von 50000 Jahren möglich RD-Methode ( Rubidium-Strontrum Datierung): 8Rb zerfällt zu Sr in 43 Mrd Jahren aas Alter des Fossils sollte zwischen 50 Mio. und 4.5 Mra Jahren liegen Messung des umliegenden Gesteins: 235 Uran zerfällt zu 207 Blei mit einer Halbwertszeit von 700 Mio. Jahren 11 Mosaikformen I fossile Übergangsformen („ connection links") oder auch Brückentiere zeigen ein Mosaik von Merkmalen verschiedener verwandschaftsgruppen ↳ markieren den Übergang von einer systematischen Einheit zu einer anderen sind als zwischentiere" gute Beweise für die Evolution Archaeopterix: .urvogel" taubengroß lebte vor ca. 145 Mio. Jahren Coberes Jura) Merkmale von heutigen Vögeln und Reptilien lange federn an vorderen Gliedmaßen, vogelartiges Arm skelett reptilienartiger bezahnter Kiefer, drei freie finger, lange schwanz- Wirbelsäule Körperbau entspricht kleinem fleischfressenden Dinosaurier → Abstammung der Vögel von kleinen Raubainosauriern b.z.W. gleiche Vorfahren Ichthyostega: • Urlurch" lebte vor ca. 100 Mio. Jahren, vermutlich in Grönland trägt Merkmale von Amphibien und Quastenflossern (Fische) Gliedmaßen mit fünf zehen Cynognathus hundegroß lebte vor ca. 240 Mio. Jahren (Südafrika) Merkmale von säugern und Reptilien Raubtiergebiss Gaumen wie ein säuger Skelett ännelt dem eines Reptils L Homologic und analogic 2. 21 Oberblick divergente Entwicklung: „auseinander- genend" (Auffächerung) Ursache für Homologie: gleiche Gene Maulwurf mit Grand Magie mit Divergenz 1 gemeinsame Ausgangsform Übereinstimmungen sind alt Unterschiede sind neu Zukunft greiche Abfolge der Knochen gleiche Struktur Gegenwart Ⓒ Ernst Klett Verlag GmbH, Stuttgart 2012 Ver- gangenheit Konvergenz unterschiedliche Funktionen Säugetiere und vögel Komplett unterschiedliche Umwelt- bedingungen verschiedene Ausgangsformen Übereinstimmungen sind neu Unterschiede sind alt ↳ Maulwurf: Knochen und Haut ↳ Grille: Schale gehören unterschiedlichen Klassen an =>Keine gleichen Gene ännliche Extremitäten, an der gleichen Stelle gleiche/ännliche Funktionen Völlig anderes Material" => greiches Merkmal durch gleicher ähnliche umweltfaktoren Analogie, konvergente Entwicklung Konvergente Entwicklung: zusammenlaufend" Ursache für Analogie: gleiche/ännliche Umweltsbedingungen. ⇒ gleiche Gene, andere Ausprägung Homologie, divergente Entwicklung Beweis für enge verwandschaft (gemeinsame Vorfahren) HCR <* D 2.2 Kriterien der Homologic 1. Kriterium der Lage: nomologe strukturen liegen dann vor, wenn die Teile gleich angeordnet sind, also verhältnismäßig an der gleichen stelle liegen → gleicher Grunabauplan 2. Kriterium der speziellen Qualität: homologe strukturen können auch dann vorliegen, wenn die Lage nicht übereinstimmt, und zwar, wenn sie in genügend sondermerkmalen übereinstimmen 3. Kriterium der Kontinuität: (eigentlich der Stetigkeit oder der verknüpfung durch zwischenformen) wenn es zwischenformen gibt, die den Übergang der älteren zur neueren struktur darstellen und dadurch beweisen, dass strukturen homolog sind wenn eines der zuvor genannten Kriterien sicher zutrifft, wird bei den entsprechenden strukturen von homologen Strukturen gesprochen. Dadurch, dass zwischenformen oft fehlen, greift das Kriterium der kontinuität nur selten. 2.3 Weltere Definitionen Homiologie Parallelismus. ↳ seperate Evolution in den Linien, wobei das gleiche" Merkmal rauskommt → Z.B. fliegen bei Fledermaus und Taube ≈ Phylogenese veränderung biologischer Arten und Entstehung von arten aus gemeinsamen. Vorfahren HOX-Gene Steuern Aktivität anderer Gene. Reihenfolge am chromosom bestimmt, welche Gene im Embryo entlang der Körperachse aktiviert werden und wie Körper abschnitte sich differenzieren Kladogenese Art spaltet sich in 2 Schwesterarten auf Anagenese Evolution innerhalb einer Art ohne Artneubildung Rudimente: Merkmale, die sinnlos geworden sind und vermutlich noch ausselektiert werden. Alle Individuen der Art besitzen aber noch das Merkmal Atavismus: „Rückschlag" in der Evolution → Gene die fälschlicherweise noch angeschaltet sind oder in der Embryonalentwicklung nicht zurückgebildet wurden. Nur wenige Individuen sind betroffen. Homöotisches Gen zuständig für ldentität der Körpersegmente (z. B. Hox-Gen) 3. Molekularbiologic 3.1 Serum-Präzipitintest Der Serum-Präzipitintest ist ein immunologischer b.z.w. sereologischer verwandschaftsnachweis, der sich zum Vergleich relativ nan verwandten Arten eignet. Serum Grau- hörnchen fester Bestandteil Anti-Grau- hörnchen- Testserum B T Serum Serum von: Ausfällung: Kaninchen einige Tage 101.1 Immunologischer Verwandtschaftsnachweis. A Antigen-Antikörper-Reaktion; B Durchführung und Ergebnis des Präzipitintests 7 Ⓒ + Anti-Grauhörnchen- Testserum + π Grau- Fuchs- Eich- Streifen- hörnchen hörnchen hörnchen hörnchen 100 % 50 % 12,5% 1,5% Ⓡ Ⓒ 0 + Ratte 0% 6 Viskosität = = Zähflüssigkeit 0-0 beschreibt die Immunreaktion, bei der die von bestimmten Zellen des immunsystems gebildeten Antikörper gemäß des schlüssel- Schloss - Prinzips an die Körperfremden Antigene binden und dadurch unlösliche Antigen - Antikörper - Komplexe bilden. einem Graunörnchen wird Blut abgenommen, welches dann einige Zeit in einem Reagenzglas stenen. gelassen wird, sodass sich der feste Bestandteil des Blutes unten absetzt, während sich oben das sogenannte serum befindet, in dem unter anderem Proteine vorhanden sind. das serum wird einem Kaninchen (oder anderem wirbeltier) injiziert. @dadurch, dass das serum Proteine des Grauhörnchens beinhaltet, erkennt das immunsystem des Kaninchens diese als Antigene (Körperfremde proteine (stoffe) und bildet die passenden. Antikörper Es entstehen präzipitate. einige Tage später wird dem Kaninchen Blut entnommen, welches einige Zeit stehen gelassen. wird, sodass sich die festen Bestandteile absetzen. Das sich oben befindende serum beinhaltet die Antikörper für die Proteine des Grauhörnchen und ist somit ein anti- orauhörnchen-Testserum. zur Referenz wird das Anti-Grauhörnchen-restserum in Grauhörnchen - serum gegeben. Die Ausfällung beträgt 100%, das heißt alle proteine wurden mit den Antikörpern aufgrund inrer Bindung zu antigen - Antikörper- komplexen. das Testserum wird anschließend jeweils in das serum von fuchs-, Eich- und streifen- hörnchen gegeben. Je mehr die Proteine der Hörnchen denen des Grauhörnchens ännein, desto mehr verklumpen sie sich aufgrund der Bindung zu den Antikörpern im Testserum und dementsprechend höher ist die Ausfällung. Schritt wird mit Ratten - serum durchgeführt, wobei die proteine so anders sind, dass die Antikörper nicht passen, weshalb die Ausfällung 0% beträgt. 3.2 Cytochrom C-Test 50 40 60 Schimpanse TG QAP GYSY TAANKNK GI I WGE DTL MEYLEN Mensch TG QAPGYSY TAANKNK GIIWGED TL MEYLEN Rhesusaffe TG QAP GYSYTA ANK NK GI TWGED TL MEYLEN Grauwal TG QAVGFSYTDAN KNKGITW GEETL MEYLEN Thunfisch TG QAEGYSYTDAN KSK GIV WNNDTL MEYLEN Bäckerhefe SGQAEGYSYTDANIKK NV LWDENNMSEY LTN 103.1 Ausschnitt der Aminosäuresequenzen des Cytochrom c verschiedener Arten im Ein-Buchstabencode. Die Ziffern geben die Position der Aminosäuren im Protein des Schimpansen an. Vom Cytochrom c des Schimpansen abweichende Aminosäuren sind gelb hervorgehoben. 1. Cytochom ( ist ein Protein welches mit zum Elektron entransport in der Atmungskette beiträgt. Es wird verwendet, da es in allen Eukaryoten vorhanden ist, was auf einen gemeinsamen Vorfahren. 2. Es gibt sogenannte konservierte Bereiche, das sind Molekülabschnitte, deren Aminosäuresequent festgelegt sind, da diese Bereiche die Funktionalität des proteins bestimmen. Veränderungen dieser Bereiche würden dementsprechend zum Funktionsverlust führen, weshalb organismen mit Mutationen an diesen stellen nicht lebenstänig wären. Das erklärt, weshalb diese As in diesen Abschnitten bei verschiedenen Arten sehr ännlich sind oder sogar übereinstimmen und nur in den übrigen AS Unterschiede auftreten können, mehr aber dann auch nicht 3. vergleich der AS des cytochrom c verschiedener Arten ↳ wenige Unterschiede: Arten sind nah verwandt, da in ihren As Mutationen an der gleichen stelle stattfanden, was auf einen gemeinsamen vorfahren rückschließen lässt und darauf dass die evolutionäre Trennung nicht so weit zurückliegt ↳ viele unterschiede: Arten sind nicht so nan verwandt, da sie unterschiedlich verteilte Mutationen. aufweisen, was darauf schließen lässt, dass die Aufspaltung ihrer gemein- samen ursprungsart schon länger zurückliegt und sie daher keinen direkten gemeinsamen vorfahren haben 4. Das während des Entwicklungsprozesses ihrer Arten unterschiedliche Mutationen im Cyrochrom C stattgefunden haben. Weisen organismen der gleichen Art sequenzunterschiede auf, bedeutet aies, dass entweder rezessive bene durch Rekombination wieder, aufgetaucht" sind, oder dass unterschiedliche Mutagene gewirkt haben. 5. Vorteile: grobes Raster auch bei nicht nah verwandten Arten anwendbar nicht so aufwendig, aa protein in allen organismen vorhanden ist Nachteile: - nur bei Eukaryoten anwendbar - ungenau bei Feinheiten es wird nur ein Protein betrachtet -Verschiedene Tripletts codieren für gleiche säuresequenz 3.3 DNA-Hybridisierung 2. Durch die Erhitzung der DNA werden die wasserstoffbrückenbindungen aufgetrennt, sodass sich are Einzelstränge voneinander lösen. Denaturierung der DNA. Normalerweise würde das Abkünien der DNA dann wieder bewirken, dass die Einzelstränge durch neue wasserstoffbrücken zurück zu einem Doppelstrang verbunden werden → Renaturierung der DNA. 3. Auch diese DNAS renaturieren, indem sich die Einzelstränge der beiden organismen an incen Komplementären sequenzen durch wasserstoffbrücken verbinden und die sogenannte Hybrid-DNA bilden. Die Renaturierung kann allerdings nicht vollständig ablaufen, da dafür die Einzelstränge identisch sein müssten, wodurch die nicht komplementären sequenzen einzel- strängig verbleiben. Bei eng verwandten organismen überwiegen jedoch deutlich die komplemen- tären sequenzen, weshalb inte Hybria - DNA ment Basen paarbindungen bilden als nicht so eng verwandte orten. 1. Mensch Schimpanse Trennung der H-Brücken ca. 88° C schmelzen" Hybrid-DNA schmilzt bei ca. 86° Schmelzpunkt früher, da zwischen den Strängen der Schimpansen- und Menschen-DNA weniger H-Brücken möglich waren. Trennung der H-Brücken Einzelstränge abkühlen vaba Abschnitte, wo keine Basenpaarung möglich ist, da versch. Basensequenz komplementäre DNA Basenpaarung möglich = Hybrid-DNA 1. Es werden die DNA von Mensch und Schimpanse miteinander verglichen 2. Dazu werden die Doppelstränge auf 88⁰( erhitzt 3. Die Doppelstränge denaturieren, a.n. are H-Brücken werden aufgetrennt → es liegen nur noch Einzeistränge vor 4. Die Einzelstränge werden gemeinsam abgekühlt 5. Unvollständige Renaturierung: Komplemen- tare Basen verbinden sich, nicht komplemen. täre sequenzen liegen weiterhin als Einzelstränge vor (s. Schlaufen) 6. Hybrid-ONA wird solange erhitzt bis sie Vollständig denaturiert 7. Je nach Temperatur die benötigt wurde Kann eingeschätzt werden wie verwandt Zwel Arten miteinander sind Vorbereitung: DNA muss mithilfe von Restriktionsenzymen zugeschnitten werden. Währenddessen: Man muss are Moleküle immer wieder durch are belelektrophorese laufen lassen, um gucken zu können, ob Doppel- oder Einzelstränge vorliegen und dement- sprechend die Temperatur regulieren 31 DNA-Sequentierung DNA radioaktiv markierter Primer ddA HUU3' URUU Elektro- phorese 5'T CA TG G CA hu 3' AGTA C CGTGT CGAA CT 5' 5' T CA 3' 3AG TAC CG TG TC GA ACTS -ddc HUU 3¹ HUU HUU ACGT 3 WHU3' 3' UU 3' 5' CTTGA 3' ddG —ddT HUUU 3¹ ZU -analysierende Sequenz 1. ONA wird in Einzelstränge denaturiert 2. mit Primer, DNA- Polymerase und Desoxyribonu- Kleotidtriphosphaten (ANTP) versetzt 3. Aufteilung in vier Gefäße 4. Versenen von Didesoxyribonukleotia triphosphaten (aaNTP) mit fluoreszenzmarkern 5. Hinzugabe von adNTP in verschiedene Gefäße ↳ eine Base pro Gefäß 6. Entstehung unterschiedlich langer DNA-Stücke ↳ besitzen jeweils fluoreszierende Abbruchnukleo- tid 7. Erhitzen: neue Stränge vom Matrizenstrang gelöst ↳ Gelelektrophorese Abbruchnukleotide: den daNTPs fehlt die Hydroxyl- gruppe am 3 C-Atom, wodurch kein neues Nucleotid synthetisiert werden kann.