Evolution Zusammenfassung Abitur

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der Fittesten und am besten angepassten Lebewesen • Entwicklung kann positiv oder negativ sein -> positiv: hilft der Anpassung und führt zum Überleben -> negativ: Aussterben droht, da keine Durchsetzung gegenüber angepassten Lebewesen Grundannahmen: Vererbung, Selektion, Variation Vorraussetzungen ● Individuen einer Population/en als solche stehen untereinander immer im Wettbewerb (bsp. Kampf um Nahrung) jede Art zeugt möglichst viele Nachkommen zur Arterhaltung auch innerhalb einer Art können Lebewesen sehr unterschiedlich sein, diese Unterschiede können entscheiden welche Merkmale sich durchsetzen • Unterschiede innerhalb Individuen einer Art können vererbt werden Lamarck veränderte Umweltbedingungen rufen veränderte Bedürfnisse hervor Aktive Anpassung (durch häufigen Gebrauch) Erworbenes Merkmal wird vererbt Charles Darwin gibt Überpopulation Varietäten -> natürliche Selektion ,,Survival of the fittest" Wird vererbt Evolution und Schöpfungsglaube Kreationismus Dabei gehen Menschen davon aus, dass die Entstehung des Lebens und die Entwicklung der Lebewesen auf der Erde ausschließlich durch den Einfluss eines Schöpfers stattgefunden haben. => Sehen Evolutionstheorie als falsch an „Intelligent Design” - ,,moderner Kreationismus" - Leben und Ausprägungsformen sind zu komplex um durch den Zufall entstanden zu sein - sind durch den direkten Eingriff eines Designers entstanden => lehnen Evolutionstheorien ab. Grundpositionen des Kreationismus 1) Die Evolution ist nur eine Theorie. Eine Theorie kann aber nicht als bewiesene Tatsache gelten. 2) ,,Intelligent Design" ist der Evolutionstheorie gleichwertig. 3) Geolog che Schichten lagen ursprünglich nebeneinander, deshalb sind die Evolutionsaussagen falsch, die sich aus der Schichtung ergeben.. 4) Heutige Lebewesen waren schon immer vorhanden. Ihre Spuren wurden durch die Sintflut verwischt. 5) Der Mensch ist ein Grundtyp. Er stammt nicht von affenähnlichen Vorfahren ab. 6) Es fehlt ein Nachweis für die Entstehung neuer Arten. 7) Das Ziel der Schöpfung ist der Mensch. 8) Die komplexe Strukturen der Lebewesen funktionieren nur, wenn sie vollständig sind. Fehlt ein einziges Teil, so sind sie unbrauchbar. Sie können daher nicht aus einfacheren Vorstufen entstanden sein. 9) Glaube bestimmt, was wissenschaftlich wahr sein kann. 10) ältere Kreationistische Vorstellungen gehen davon aus, dass Lebewesen als ,,Typen" in einem einmaligen Schöpfungsakt gleichzeitig entstanden sind: Und Aussterbe Ereignisse auf die Wirkung von Katastrophen zurückzuführen sind. 11) Fossilien wie ,,Lucy" werden als gefälscht angesehen. Bedeutung der Kreationisten Ziel: Darwins Theorie zurückzudrängen - 1989 wurde in den USA verboten in der Evolutionstheorie von einem Schöpfer" zu sprechen -> ,,neuer" Kreationismus ist entstanden Schlussfolgerung: naturwissenschaftliche & theologische Theorien können nebeneinander stehen -> bei Kreationismus gibt es jedoch einen Gegensatz Variation Evolutionsfaktoren unterschiedliches Aussehen innerhalb einer Art Gendrift Selektion • durchsetzten einer Variante, da diese besser angepasst ist • Produziert mehr Nachkommen (surviral of the fittest) Synthetische Evolutionstheorie • Evolutionsfaktoren Mutation • zufällige Veränderung des Erbguts (Mutagene/ Fehler (natürliche Mutationsrate) Isolation • von Teilpopulation • Artenbildung Rekombination durch sexuelle Fortpflanzung (Meiose) • Führt zu Variation ● Mechanismen der Evolution -Evolutionsfaktoren- Alle Individuen/Populationen werden von der Evolution beeinflusst. Damit sich diese Evolution bemerkbar macht, muss sich der Genpool einer Population und damit die Allelhäufigkeit für bestimmte Gene ändern: Diese Veränderungen entstehen durch Evolutionsfaktoren: Mutation Rekombination Selektion Gendrift Isolation. Mutation & Rekombination Mutationen treten spontan auf & sind ungerichtet (keine Vorhersage möglich) Mutationen können durch Mutagene (bestimmte Stoffe) und Strahlenarten hervorgerufen werden (UV-Strahlung) Gen-und Punktmutation in Evolution am bedeutendsten meist sind Mutationen so stark, dass sie Auswirkungen in einem sehr großem Maße haben und Individuen nicht mehr lebens- oder fortpflanzungsfähig sind Gene können verschiedene Mutationen aufweisen, deshalb in einer Population häufig mehrere verschiedene Allele für ein Gen Rekombination: Austausch von bestimmten Genabschnitten der homologen Chromosomen beim Crossing-over, zufällige Verteilung der Chromosomen bei der. Keimzellbildung, Verschmelzen von mütterlichen und väterlichen Keimzellen bei der Befruchtung Selektion gerichtete Verschiebung von Gen - und Allelhäufigkeiten im Genpool einer Population -> bestimmte Allele treten in Folgegenerationen häufiger/seltener vor wenn Mutation sich auch im Phänotyp ausprägt und homozygot (aa) / (A) ist, kann Individuum Vorteil für das Überleben oder Fortpflanzung haben um ein Mutiertes Allel in Folgegenerationen auszuprägen, muss der Träger des mutierten und sich ausprägenden Allels eine höhere Fitness haben Transformierende Selektion Selektionsformen ● Stabilisierende Selektion ● bewirkt Veränderung der Allelhäufigkeit der Population in eine bestimmte Richtung z.B. sich tarnen durch hellere Fellfarbe Disruptive Selektion es entwickelt sich innerhalb der Population eine optimale ngepasstheit Variationsbreite der Allelhäufigkeit in der Population zugunsten der Durchschnittsformen verringert Sexuelle Selektion die extremen Varianten eines Allels haben Selektions-Vorteile in der Population Kann je nach Ausbildungsgrad dazu kommen dass sich verschiedene Extremformen in verschiedene Arten aufspalten gerichtete Selektion stabilisierende Selektion N aufspaltende Selektion M ausgeprägterSexusldimorphismus (eindeutige Unterscheidung von männlichen und weiblichen Individuen) Männchen bilden die Merkmale aus mit denen sie anderen Rivalen dominieren oder die Weibchen besonders attraktiv finden Diese Merkmale können zwar gut für die Partnersuche sein, haben jedoch oftmals erhebliche Nachteile bei der Nahrungssuche etc. Vorteile bei der Fortpflanzung. Innerhalb einer Art Sexuelle Selektion ● ausgeprägterSexusldimorphismus (eindeutige Unterscheidung von männlichen und weiblichen Individuen) Männchen bilden die Merkmale aus mit denen sie anderen Rivalen dominieren oder die Weibchen besonders attraktiv finden Diese Merkmale können zwar gut für die Partnersuche sein, haben jedoch oftmals erhebliche Nachteile bei der Nahrungssuche etc. Vorteile bei der Fortpflanzung Innerhalb einer Art Sexuelle Selektion Auslese von Individuen durch Vorteile beim Fortpflanzungserfolg gegenüber Geschlechtsgenossen derselben Art Intrasexuelle Selektion Konkurrenzkämpfe zwischen Angehörigen desselben Geschlechts -> Male competition Intersexuelle Selektion Partnerwahl durch Angehörige des anderen Geschlechts -> female choice neue Kombinationen von Genen durch Meiose (sexuelle Fortpflanzung) Intrachromosomal Rekombination }}} }}> 888 {}}} {}}} }}} viele Chromosomen Kombinationen = Variation Mutation: zufällige Veränderungen des Erbgutes (vgl.Genetik) - bei asexueller vermehrung einiger = ())))) (} 888 X Diploide Urgeschlechtszellen ()))) (888) }}> XXX Anordnung der Chromosomen in der Äquatorialebene Mögliche Verteilung XXX {}}} Mögliche Geschlechtszellen XXX 88k {}}} M (M) Interchromosomal {}}} Transformierende Selektion Selektion Wer übt den Selektionsdruck aus? Abiotische Selektionsfaktoren Bsp. Sind, Licht, Temperstur - Selektionsdruck stark auf extreme Merkmalsausprägung (ungünstigstes Merkmal) Population verschiebt sich evolutiv in die Richtung des vorteilhaften Extrems Biotische Selektionsfaktoren Intraspezifisch Wo wirkt der Selektionsdruck besonders stark? Selektionsformen Interspezifisch Stabilisierende Selektion - Selektionsdruck stark auf beide Extrema der Merkmalsausprägung Durchschnittlich der Merkmalsausprägung bleibt erhalten, da Mittel im Selektionsvorteil ist Disruptive Selektion - Selektionsdruck stark auf den Mittelwert der Merkmalsausprägung Beide Extrema sind im Selektionsvorteil - Mittlere Form stirbt aus Dominant - Allel setzt sich schneller durch da es heterozygot oder homozygot dominant im Phänotyp ausgeprägt wird Mutationsvorteilhaft Niedrig/ gering - schlechter an Umwelt angepasst - schlechtere Ressourcennutzung - geringere reproduktive Fitness - Gene werden weniger stark in Genpool der Folgegeneration eingepracht Mutation Selektionsdruck Genpool und Phänotypen der Folgegeneration ändern sich Rezessiv - Allel setzt sich weniger schnell phänotypisch in Population durch da es sich nur homozygot rezessiv ausprägt Mutation nachteilig Hoch stärker - gut an Umwelt angepasst - gute gute Ressourcennutzung - hohe reproduktive Fitness - Gene werden stark in Genpool der Folgegeneration eingebracht ● zufällige Änderung der Allelfrequenzen innerhalb des Genpools einer Population sorgen für Verringerung der genetischen Vielfalt innerhalb einer Population ● Gendrift Gründereffekt • durch Migration besiedelt ein kleiner Teil einer Population einen neuen Lebensraum in dem die Art bislang nicht vorkam nur ein Teil der Allele sind im Genpool der neuen Population vorhanden 2 Formen: Flaschenhalseffekt durch Naturkatastrophen o.ä. wird der Großteil der Population getötet • ein Teil der Allele im Genpool geht so verloren Isolation Seperation sorgt dafür dass Populationen unterschiedlichem Selektionsdruck ausgesetzt sind und so unterschiedliche Veränderungen im Genpool entstehen ● Kann aufgrund Gründerprinzip eintreten Kann durch geologische Ereignisse auftreten Kann durch drastische Klimaveränderungen entstehen Ökologische Isolation Einnischung von Individuen einer Population in verschiedenen ökologischen Nischen, die sich vorher eine Nische geteilt haben Durch Einfluss von geografischer Isolation können viele neue Arten entstehen Adaptive Radiation besonders begünstigt wenn, Individuen einen neuen Lebensraum ohne Konkurrenz besiedeln und die Ursprungssituation dann viele verschiedene Nischen besetzten Vorgang aus unspezialisierter Ursprungsart entwickeln sich viele spezialisierte neue Arten unter Einnischung in verschiedene ökologische Nischen Vorraussetzung: freie ökologische Nischen. ● Oft in evolutiv. kurzer Zeit Ursprungsart -> Vermehrung -> innerartliche Konkurrenz-> Vorteile für Varianten-> Unterarten-> Nischenbildung -> Arten Isolationsmechanismen Damit aus Rassen einer Art 2 verschiedene Arten werden, müssen sich verschiedene Isolationsmechanismen ausbilden: Präzygotischer Isolationsmechanismus verhindern eine Zygotenbildung z.B. ethologisch, zeitlich, ökologisch, mechanisch Postzygotischer Isolationsmechanismus wirken nach erfolgreicher Paarung z.B. Hybridsterilität, absterben der Zygote, Hybridmortalität Adaptive Radiation ● Ablauf bei Darwinfinken es gibt rezent viele verschiedene Darwinfinken, die unterschiedliche Nahrung nutzen, andere Habitate haben, und unterschiedliche Schnäbel aufweisen Separation einer unspezialisierten Gründerpopulation auf Galapagos (Gendrift) -> neuer Lebensraum ohne Konkurrenz -> starke Vermehrung -> hohe Variabilität durch Mutation & Rekombination -> stärker werdende Konkurrenz um Nahrung im Raum -> Selektionsdruck wächst -> Vorteil von Varianten die neue Nischen erschließen können (disruptive Selektion) -> Selektion der Bestangepassten -> Entwicklung neuer Rassen/ Unterarten -> immer stärkere Einnischung -> Entstehung von Isolationsmechanismus => neue Arten Adaptive Radiation besonders begünstigt wenn, Individuen einen neuen Lebensraum ohne Konkurrenz besiedeln und die Ursprungssituation dann viele verschiedene Nischen besetzten ● Vorgang aus unspezialisierter Ursprungsart entwickeln sich viele spezialisierte neue Arten unter Einnischung in verschiedene ökologische Nischen Vorraussetzung: freie ökologische Nischen Oft in evolutiv kurzer Zeit Ursprungsart -> Vermehrung -> innerartliche Konkurrenz-> Vorteile für Varianten-> Unterarten -> Nischenbildung -> Arten starke Vermehrung Entwicklung einer starken Intraspezifischen Konkurrenz Einnischung in unterschiedliche ökologische Nischen führt zur Konkurrenzvermeidung Anpassung an Nahrungsquellen (Schnabelformen) Individuen können aufgrund von verschiedenen Ansprüchen an die Umwelt nebeneinander existieren ohne sich zu vermischen Neue Arten gebildet Isolationsmechanismen Damit aus Rassen einer Art 2 verschiedene Arten werden, müssen sich verschiedene Isolationsmechanismen ausbilden: Präzygotischer Isolationsmechanismus ● verhindern eine Zygotenbildung z. B. ethologisch, zeitlich, ökologisch, mechanisch Habitatisolation: potentielle Sexualpartner leben in unterschiedlichen Habitaten (verschiedene ökologische Nischen) Geografische Isolation geografische Barrieren (Berge/Kontinente) Verhaltensisolation Artspezifische Paarungssignale z.B. Leuchtsignale beim Leuchtkäfer Zeitliche Isolation Unterschiedliche Paarungszeiten Mechanische Isolation Geschlechtsorgane passen anatomisch nicht zusammen Gametische Isolation Chemische Inkompatibilität der Gameten (Geschlechtszellen) Postzygotischer Isolationsmechanismus wirken nach erfolgreicher Paarung z.B. Hybridsterilität, absterben der Zygote, Hybridmortalität Hybrid-Sterilität Hybride in der Regel nicht fruchtbar (z.B. Maultier). Hybrid-Zusammenbruch Vitalität nimmt ab -> erlischt bei weiteren Genen Hybrid-Sterblichkeit Embryonalenentwicklung möglicher Hybride wird gebrochen Artbildungsmechanismus Allopatrische Artbildung Form der Artbildung, bei der sich eine Population durch die geografische Trennung von ihrer Ausgangsart zu einer neuen Art entwickelt ● -> durch geografische Isolation entwickeln sich zwei Teilpopulationen anders, sodass eine Fortpflanzungsbarriere entsteht und sich zwei neue Arten bilden A 1 geografische "Trennung ● Teipopulation Peripatrische Artbildung Sonderform der allopatrischen Artbildung, bei der sich eine sehr kleine Population außerhalb der bisherigen Verbreitungsgebietes der Ausgangsart ansiedelt und sich zu einer neuen Art entwickelt geografische nennung -> kleinere Gründerpopulation (Gendrift) besiedelt neues Gebiet und dort bildet sich eine neue Art, da dort andere Selektionsbedingungen Mutation/ selektion unteachied Telpopulation keine Fortpflaning mehr Sympatrische Artbilung Form der Artbildung bei der eine kleine Population ohne geografische Trennung von ihrer Ausgangsart eine neue Art bildet Kommt zu einer Artspaltung an einem Ort Genommulation bel einzelnen Pflanzen/Tieren -Sofort von anderen reproduktiv isoliert = bilden Ausgangspunkt für neue Aft Mutation/ Selektion Keine Fortpflanzung -> ohne geografische Isolation bildet sich eine neue Art innerhalb der Grenzen der bisherigen Art Bildung einer neuen Art ohne geografische isolation Populationsgenetischer Artbegriff ● eine Art ist eine Population die einen abgeschlossenen Genpool aufweisen Biologischer Artbegriff ● Probleme: Lebewesen einer Art können sich miteinander fortpflanzen und fertile Nachkommen zeugen Generell gilt: Artbegriff ist kein trennhafter Begriff Oft nutzt man mehrere Konzepte zur Argumentation (am häufigsten biologischer Artbegriff) Arten die sich asexuell fortpflanzen werden nicht erfasst es gibt Arten die ökologisch separiert sind, sich aber im Labor noch kreuzen lassen Nachkommen) (Auch mit Fortpflanzungfähigen Artbegriff Typologischer Artbegriff Lebewesen einer Art haben bestimmtes Aussehen (Morphologie), die sie klar von anderen Arten abgrenzt Probleme: ● Variationen innerhalb einer Art z.B. Sexualdimorphismus Zwillingsarten die sich sehr stark ähneln, sich aber nicht miteinander fortpflanzen Phylogenetisches Artkonzept Abstammungsgemeinschaft innerhalb des evolutionären Prozesses Art beginnt mit der evolutionären Abspaltung von der Ursprungsart und endet mit dem Aussterben bzw. Neuen Artaufspaltung Probleme: Abstammung unklar nicht genau definiert, wann Abspaltung vollzogen ist mit der Hardy-Weinberg-Gleichung kann die Allelhäufigkeit einer Population mit zwei verschiedenen Allelen für ein Gen in der folgenden Generation berechnet werden Wichtig: jedes Individuum besitzt zwei Allele! Hardy-Weinberg-Gesetz Lässt sich nur bei den idealen Populationen anwenden: es gibt keine Mutation Es gibt keine Migration zwischen verschiedenen Populationen Es gibt keine Zufallseffekte Es herrscht Panmixie (jeder paart sich mit jedem) Kein Genotyp hat Selektionsnachteile ● Populationen und ihre genetische Struktur ● ● Hardy-Weinberg-Gesetz Lässt sich nur bei den idealen Populationen anwenden: es gibt keine Mutation Es gibt keine Migration zwischen verschiedenen Populationen Es gibt keine Zufallseffekte Es herrscht Panmixie (jeder paart sich mit jedem) Kein Genotyp hat Selektionsnachteile ● Der gemeinsame Ursprung Belege für die Evolution Mosaikformen fossile Funde von ausgestorbenen Tieren und rezente (noch lebende Tiere) weisen Merkmale von eigentlich getrennten Tiergruppen auf => Lebewesen verschiedener Verwandschaftsgruppen haben sich aus dem selben Organismus entwickelt Bsp. Schnabeltier (Merkmale von Reptilien & Säugetieren) Homologien Ähnlichkeit aufgrund von Verwandtschaft gleichwertige/ ähnliche Strukturen bei verschiedenen Lebewesen im Bauplan homologe Organe oder Strukturen erfüllen nicht zwingend die selbe Funktion Erkennen von homologen Organen/ Merkmalen: Kriterium der Lage -> Organe sind homolog wenn sie an Orten im/ am Körper liegen die einem vergleichbaren Gefüge-System angehören -> auch Verschmelzungen und Reduktionen gehören dazu ● Kriterium der Kontinuität -> homologe Organe/ Merkmale sind durch Zwischenformen oder Übergangsformen miteinander verknüpft -> Lebewesen bei denen die Organe/ Merkmale nur zum Teil eine Funktionsänderung durchlaufen haben Kriterium der speziellen Struktur/Kriterium der spezifischen Qualität -> Organe/ Merkmale können unter einer bestimmten Vorraussetzung auch homolog zueinander sein, wenn ihre Lage nicht übereinstimmt => müssen in andere, zahlreichen Einzelheuten übereinstimmen (komplexer struktureller Aufbau) Progressivreihe: stammgeschichtliche Entwicklung homologer Organe von einfachen zu komplexen Strukturen Regressionsreihe: schrittweise Vereinfachung Analogien Organe / Merkmale haben ähnliche Funktionen Sind durch ähnlichen Selektionsdruck entstanden. Konvergente Entwicklung der Organe/Merkmale Ähnlichkeit ist Folge der Anpassung an ähnliche Umweltbedingungen (konvergente Entwicklung) Erlaubt keine Aussagen zur Stammesverwandschaft ● ● ● Rudimente Organe/Merkmale die sich im Verlauf der Evolution zurückgebildet haben und meist keine Funktion mehr erfüllen Bsp: Weisheitszähne Atavismen ● Organe/Merkmale die zurückgebildet worden sind, aber bei einzelnen Individuen wieder auftreten können. Gene in DNA noch vorhanden, häufig durch Abschaltung reguliert Bei Mutation kann es beispielsweise wieder auftreten Molekularbiologie molekulargenetische Erkenntnisse bestätigen die. Theorien dass alle Lebewesen aus einer Urform entstanden sind ● Genetische Code ist universell & bei allen Lebewesen identisch Körperfossilien • nur wenn Lebewesen an einem Ort stirbt wo es nicht zersetzt werden kann, bleibt der gesamte Körper (+Weichteile) erhalten • Extreme Umweltbedingungen können für Erhalt sorgen (Eiszeit etc.) Sedimentfossilien Fossilien - Belege für die Evolution Belege für die Evolution Analogien Fossilien in Gesteinen Bilden sich aus Sand & Schlamm der sich am Grund von Seen und Meeren ablagerte (Ablagerung-Sedimente) • Fossil nur geschützt wenn sich der Sand schnell härtet Durch Druck sinken Sedimente immer tiefer Wird zu Hartteilfossil durch Kalkpanzer Altersbestimmung Absolute Altersbestimmung z.B. durch radioaktive Isotope C14 Methode: für jüngere/ mittelalte Fossilien Kalium-Argon Methode für alte Fossilien Probleme Relative Altersbestimmung Z.B. durch Leitfossilien Einsatz von Fossilien zur klärung von Verwandtschaft Altersbestimmung der Fundschicht • geringe Anzahl -> Beurteilung ob es nur eine Abweichung von Norm ist, schwierig oft nur kleine Teile von Fossilien -> keine Weichteile (Ausnahme Eis/Harz) -> konvergente Entwicklung? (Je kleiner das Fossil desto schwieriger) Vorteile sehr alte Lebensform entdecken . Beleg für Darwins Theorie -> Zwischenformen Nachvollzug von Entwicklungen -> z.B. durch Regressionsreihen von Knochen lassen sich Rückschlüsse auf Weichteile ziehen Organe / Merkmale haben ähnliche Funktionen Sind durch ähnlichen Selektionsdruck entstanden • Konvergente Entwicklung der Organe/Merkmale Homologien gleichwertige/ ähnliche Strukturen bei verschiedenen Lebewesen im Bauplan • homologe Organe oder Strukturen erfüllen nicht zwingend die selbe Funktion Erkennen von homologen Organen/ Merkmalen: Kriterium der Lage -> Organe sind System angehören -> auch Verschmelzungen und Reduktionen gehören dazu olog wenn sie Kriterium der Kontinuität -> homologe Organe/ Merkmale sind durch Zwischenformen oder Übergangsformen miteinander verknüpft Orten im/ am Körper liegen die einem vergleichba Gefüge- -> Lebewesen bei denen die Organe/ Merkmale nur zum Teil eine Funktionsänderung durchlaufen haben Kriterium der speziellen Struktur/Kriterium der spezifischen Qualität -> Organe/ Merkmale können unter einer bestimmten Vorraussetzung auch homolog zueinander sein, wenn ihre Lage nicht übereinstimmt => müssen in andere, zahlreichen Einzelheuten übereinstimmen (komplexer struktureller Aufbau) Progressivreihe: stammgeschichtliche Entwicklung homologer Organe von einfachen zu komplexen Strukturen Mosaikformen Regressionsreihe: schrittweise Vereinfachung fossile Funde von ausgestorbenen Tieren und rezente (noch lebende Tiere) weisen Merkmale von eigentlich getrennten Tiergruppen auf => Lebewesen verschiedener Verwandschaftsgruppen haben sich aus dem selben Organismus entwickelt => Fossilien Bsp. Schnabeltier (Merkmale von Reptilien & Säugetieren) Homologie biologische Strukturen beruhen auf gemeinsamer Abstammung/ ähnlicher Genetik Können sich ähnlich sehen aber auch nicht 3 Kriterien zur Beurteilung: -> Lage -> spezifische Qualität -> Stetigkeit Belege für Evolution Progressionsreihen Von simplen Sachen zu komplexen Sachen Regressionsreihen Von komplexen Strukturen immer simpler => können zu Unähnlichkeiten führen Auseinanderentwicklung durch Nutzung verschiedener ökologischer Nischen Analogie ähnliche Anpassung durch Nutzung äquivalenter ökologischer Nischen und somit ähnlichen Selektionsbedingungen Kein Hinweis auf nähere Verwandtschaft/ ähnlichem Erbgut Konvergenz Entwicklung von analogen Strukturen aufgrund ähnlichem Selektionsdruck bei nicht nahe verwandten Arten Wichtig! Homologie / Analogie bezieht sich immer nur auf einzelne Organe, nicht auf den gesamten Organismus Methoden der Verwandtschaftsanalyse Vergleich der Aminosäurensequenz von Proteinen Funktion von Proteinen hängt sehr stark mit der Raumstruktur zusammen, die von Aminosäurensequenz der Polypeptidkette abhängt Je näher die Organismen miteinander verwandt sind, desto weniger Unterschiede sollte die Aminosäurensequenz haben Wahrscheinlichkeit & Häufigkeit von Mutationen steigt mit der Zeit ● Vergleich von Serumproteinen: Präzipintest Ermittlung des Verwandschaftsgrads Beispiel: -> Man spritzt Kaninchen menschliches Blutserum -> immunsystem des Kaninchens entwickelt Anti-Körper gegen die Proteine des Blutserums -> wenn man dem Kaninchen nach einiger Zeit Blut entnimmt, zentrifugiert dieses und sondert die festen Blutbestandteile heraus, sodass ein Blutserum mit sehr vielen Anti-Körpern. entsteht -> mischt man nun das Anti-Körper serum mit menschlichem Blutserum, wird es eine Ausfällung geben da die menschlichen Proteine verklumpen => Präzipitinreaktion Je höher die Ausfällung bei einer Mischung des Anti-Körper Serums mit einer zu testenden Art ist, desto näher sind beide Arten miteinander verwandt! Vergleich der DNA-Sequenz: DNA-Hybridisierung Ermittlung der Verwandtschaftsgrade. Ausgewählte DNA-Abschnitte von zwei miteinander zu vergleichenden Arten werden selektiert, fragmentiert und gereinigt Danach, beide Abschnitte getrennt voneinander erhitz -> Wasserstoffbrücken brechen und komplementäre Stränge werden getrennt. wenn man Stränge nun zusammen bringt und sie abkühlen, lagern sich auch die artfremden Stränge an homologen Sequenzen aneinander und bilden Hybrid- Doppelstränge ● Je mehr gleiche Sequenzen auf den Strängen vorhanden sind, desto mehr. Wasserstoffbrücken werden gebildet Hybrid-Doppelstränge werden erneut erhitzt, Temperatur muss umso höher sein je mehr Wasserstoffbrücken vorhanden sind, also je mehr Sequenzen auf den ursprünglichen Strängen übereinstimmen Koevolution wechselseitige Anpassung zweier (oder mehr) Arten aneinander durch evolutive Prozesse Mutalistisch z.B. Symbiosen Gegenseitig Parasitismus ● Räuber-Beute-Beziehung Belege aus der Molekularbiologie Der Serum-Präzipitin-Test Mensch 옷 Serum Kaninchen ● 1) Herstellung des Antiserums Kaninchen (Zwischenorganismus) wird menschliches Blutserum injiziert Bildet Antikörper (Antiserum gewonnen) 2) Reaktion mit anderen Blutseren Pavian serum Antiserum des Kaninchens wird mit Serum des zu testenden Säugetiers vermischt (dort injiziert) Präzipitinreaktion fällt unterschiedlich stark aus Wichtig zu wissen: • billig Mit zunehmender stammesgeschichtlicher Distanz nimmt auch der Grad der Ausfällung ab. Die Menge unterschiedlicher Proteine ist die Folge unterschiedlich vieler Mutationen, die sich seit der Trennung der Entwicklungslinien ergeben haben. Einfach Schnell Nicht sehr exakt Nur bei Wirbeltieren Umso verklumpter (Ausfällung) das Blut, desto näher ist man laut diesem Test verwandt DNA-Hybridisierung Basiert darauf, dass DNA-Einzelstränge umso stabilere Hybrid-Doppelstränge bilden, je mehr Wasserstoffbrücken zwischen ihnen gebildet werden können. 1) Schmelzen der DNA Doppelstränge verschiedener Arten werden durch erhitzen getrennt 2) Hybridisierung { Je näher zwei Arten miteinander verwandt, umso mehr komplementäre Bereiche gibt es + 3) Schmelzpunktbestimmung ● langsame Erwärmung führt zur Trennung und genaue Bestimmung der Gradanzahl Die Temperatur bei der sich 50% der Hybrid-DNA trennt = Schmelzpunkt Je höherer Schmelzpunkt desto größer die Verwandtschaft, desto mehr komplementäre Basen Wichtig zu wissen: ● einfach Relativ aussagekräftig Aminosäuresequenz-Vergleich unterschiedliche Position von Aminosäuren Proteine werden sequenziert und die Reihenfolge wird miteinander verglichen Je mehr Unterschiede vorliegen, desto geringer der Verwandtschaftsgrad Wichtig zu wissen: genau aufwendig DNA-Sequenzvergleich Basenabfolge wird verglichen Desto mehr Basen voneinander abweichen, desto mehr Mutationen haben stattgefunden, desto weiter liegt der Zeitpunkt der Trennung zurück. Es gibt mehrere Basentripletts die für die gleiche Aminosäure Codieren, deshalb DNA- Sequenzvergleich genauer als Aminosäurensequenzvergleich! Wichtig zu wissen: sehr genau Aufwendig Teuer Wie kam es zur Entwicklung der endemischen Arten (Arten, die nur an einem bestimmten Ort vorkommen) auf den Galapagos? Paarungssysteme Promiskuität Bsp. Schimpansen q 90 Polygynie Bsp. Orang-Utans of ot D+ Riesen Spermienpool -> beste Spermiumgewinnt 오 Polyandrie Bsp. Tamarine а.а Spermienkonkurrenz Konkurrenz von Spermien eines oder mehrerer Männchen um die Chance zur Befruchtung einer Eizelle Monogamie Bsp. Gibbons да 0+0+ Mensch & Affen Gibbons Orang-Utan Prokonsul Hominiac Große Menschenaffen Hominidae Hominini Gorilla Schimpamsen Mensch 5 mio 8 mio 12 mio 20 mio Gattung homo Merkmale: ● vor etwa 2,5 mio Jahren traten erste Vertreter der Gattung homo auf ● größeres Hirnvolumen. im. vgl. zu Australopithecinen Gebrauch von Steinwerkzeug, Feuer Kooperative Sozialform (gemeinsame Jagd). Zunehmender Fleischkonsum (Grund für Gehirnvergrößerung). Adaptive Radiation bei der Gattung homo führte zur Entstehung verschiedener Arten (Homo rudolfensis, homo habiles...) Ursprung & Verbreitung des modernen Menschen älteste Fossilfunde Homo sapiens aus Marokko -> ca. vor 315 000 Jahren -> zeigten typische Angepasstheit an den aufrechten Gang aus Ostafrika wanderten Homo sapiens vermutlich vor 72 000 Jahren auf arabische Halbinseln -> entlang der Küste weiter nach Osten ->nach Vorderasien, Europa, Ostasien, Amerika neben Fossilien auch Belege wie Werkzeuge, Höhlenmalerei in Europa und Asien trafen Populationen von Homo sapiens und H. Neanderthalensis aufeinander -> äußerlich ähnlich, nur einige anatomische Unterschiede: H.N: flache Stirn, fehlendes Kinn, Überaugenwulst, Hinterhauptwulst,... Hirnvolumen: 1500cm3 (H.N) / 1350cm3 (Moderner Mensch) homo neanderthalensis vor ca. 40.000 Jahren ausgestorben -> Flaschenhalseffekt (verm. Umweltbedingt) Evolution des Menschen Generelle Infos: ● ● gehört zu den Wirbeltieren und Säugern/Säugetieren Zusammen mit Affen und Halbaffen bildet er die Ordnung der Primaten Nächsten Verwandten: Schimpanse, Orang-Utan, Gorilla Stammesgeschichtliche Entwicklung des Menschen es werden bis heute immer wieder Überreste von menschlichen Skeletten, Werkzeugen oder anderen Überreste gefunden -> wirft oft mehr fragen auf als sie beantworten Homiden = Menschenartige (Menschen & ausgestorbene Vor-oder Frühmenschen) Als Hilfe zur Erkennung gilt folgender Stammbaum: Australopithecus africanus Australopithecus afarensis mehrere Australopithecus-Arten Homo sapiens sapiens ursprüngliche Australopithecus-Arten Homo rudolfensis und Homo habilis ursprüngliche Homo sapiens Homo erectus (mehrere Unterarten) Homo sapiens neanderthalensis Australopithecus-Arten ● ● ● ● Australopithecus africanus ● Homo rudolfensis / Homo habilis ● Australopithecus afarensis Homo-rudolfensis mehrere Australopithecus-Arten Homo sapiens sapiens Homo sapiens ursprüngliche Australopithecus-Arten Vormenschen Lebten vor etwa 4-1 Millionen Jahren in Afrika Konnten aufrecht gehen Ernährten sich von pflanzlicher Nahrung und Kleintieren Mehrere Arten, ähneln der Gattung der Homo Meisten starben aus ohne Nachfahren zu hinterlassen Wenige entwickelten sich weiter und sind Vorfshren der heutigen Menschen Frühmenschen Funde in: Afrika, Asien, Europa Jäger & Sammler Homo rudolfensis und Homo habilis Bearbeitete Steinwerkzeuge & Waffen Nutzung von Feuer ursprüngliche Homo sapiens lebten in Afrika Ob durch Artaufspaltung/ Artumwandlung ist nicht bekannt Ernährten sich von Pflanzen und Kleintieren vermutlich auch von Aas Homo erectus (mehrere Unterarten) Mithilfe von scharfkantigen Steinwerkzeugen waren sie in der Lage Fleisch von größeren Tieren zu essen Homo sapiens neanderthalensis moderne Menschen (homo sapiens sapiens, Homo sapiens neanderthalensis) Gut Klimabedingungen angepasst Glaubten an leben nach dem Tod (Bestattungen) Entstanden in Afrika, verbreitete sich auf der ganzen Welt Ursprung des modernen Menschen Out of Africa - Hypothese Mensch entstand vor ca 200.000 Jahren in Afrika Breitete sich aus: zuerst Asien & Europa Verdrängte Homo-erectus-Arten und wanderte nach Australien und Nord, Mittel und Südamerika Hatte durch größeres Gehirn einen Selektionsvorteil gegenüber anderen Hominiden-Arten Heutige Mensch sei innerhalb kurzer Zeit entstanden Dafür sprechen Fossilfunde Hypothese des Multiregionalen Ursprungs heutige Mensch sei aus verschiedenen Unterarten des Homo erectus entwickelt Heutige Menschen sollen sich in getrennten Populationen über einen längeren Zeitraum unabhängig voneinander entwickelt haben derartige Parallele Entwicklung aus heutiger Sicht unwahrscheinlich => Out of Africa Hypothese lässt sich durch DNA Analysen besser belegen, da genetische Unterschiede der heute lebenden Menschen sehr gering sind Der aufrechte Gang Vorteile: ● ● vor etwa 4,4 mio Jahren ● beim aufrechten Gang weniger Energie verbraucht Wärmeregulierung ist einfacher, da die Sonne hierbei nur eine geringe Fläche bestrahlen kann Bietet Möglichkeit Dinge mit den Händen zu tragen Raubtiere können aus größerer Entfernung entdeckt werden Savannenhypothese durch verändertes Thema, mehr Savannen, wo aufrechter Gang Vorteile hatte Aquatic-ape-Hypothese zum Überqueren von Gewässern, hielten sich dort oft aufgrund der Nahrungssuche auf. Datierungsmethoden Mithilfe von wissenschaftlichen Methoden lässt sich das Alter von bestimmten Geweben, Gesteinen oder anderen Überresten feststellen relative Datierungsmethode -> man kann sagen ob etwas älter oder jünger ist, als z.B. das umliegende Gesteine absolute Datierungsmethode -> Aussagen über das genaue Alter von archäologischen Funden Körperfossilien • nur wenn Lebewesen an einem Ort stirbt wo es nicht zersetzt werden kann, bleibt der gesamte Körper (+Weichteile) erhalten • Extreme Umweltbedingungen können für Erhalt sorgen (Eiszeit etc.) Sedimentfossilien Fossilien - Belege für die Evolution Belege für die Evolution Analogien Fossilien in Gesteinen Bilden sich aus Sand & Schlamm der sich am Grund von Seen und Meeren ablagerte (Ablagerung-Sedimente) • Fossil nur geschützt wenn sich der Sand schnell härtet Durch Druck sinken Sedimente immer tiefer Wird zu Hartteilfossil durch Kalkpanzer Altersbestimmung Absolute Altersbestimmung z.B. durch radioaktive Isotope C14 Methode: für jüngere/ mittelalte Fossilien Kalium-Argon Methode für alte Fossilien Probleme Relative Altersbestimmung Z.B. durch Leitfossilien Einsatz von Fossilien zur klärung von Verwandtschaft Altersbestimmung der Fundschicht • geringe Anzahl -> Beurteilung ob es nur eine Abweichung von Norm ist, schwierig oft nur kleine Teile von Fossilien -> keine Weichteile (Ausnahme Eis/Harz) -> konvergente Entwicklung? (Je kleiner das Fossil desto schwieriger) Vorteile sehr alte Lebensform entdecken . Beleg für Darwins Theorie -> Zwischenformen Nachvollzug von Entwicklungen -> z.B. durch Regressionsreihen von Knochen lassen sich Rückschlüsse auf Weichteile ziehen Organe / Merkmale haben ähnliche Funktionen Sind durch ähnlichen Selektionsdruck entstanden • Konvergente Entwicklung der Organe/Merkmale Homologien gleichwertige/ ähnliche Strukturen bei verschiedenen Lebewesen im Bauplan • homologe Organe oder Strukturen erfüllen nicht zwingend die selbe Funktion Erkennen von homologen Organen/ Merkmalen: Kriterium der Lage -> Organe sind System angehören -> auch Verschmelzungen und Reduktionen gehören dazu olog wenn sie Kriterium der Kontinuität -> homologe Organe/ Merkmale sind durch Zwischenformen oder Übergangsformen miteinander verknüpft Orten im/ am Körper liegen die einem vergleichba Gefüge- -> Lebewesen bei denen die Organe/ Merkmale nur zum Teil eine Funktionsänderung durchlaufen haben Kriterium der speziellen Struktur/Kriterium der spezifischen Qualität -> Organe/ Merkmale können unter einer bestimmten Vorraussetzung auch homolog zueinander sein, wenn ihre Lage nicht übereinstimmt => müssen in andere, zahlreichen Einzelheuten übereinstimmen (komplexer struktureller Aufbau) Progressivreihe: stammgeschichtliche Entwicklung homologer Organe von einfachen zu komplexen Strukturen Mosaikformen Regressionsreihe: schrittweise Vereinfachung fossile Funde von ausgestorbenen Tieren und rezente (noch lebende Tiere) weisen Merkmale von eigentlich getrennten Tiergruppen auf => Lebewesen verschiedener Verwandschaftsgruppen haben sich aus dem selben Organismus entwickelt => Fossilien Bsp. Schnabeltier (Merkmale von Reptilien & Säugetieren) Evolutionstrand ition & rensa a Gehirn zunahme Gehirnvolumen, Abnahme Energieverbrauch mit zunehmendem Lebensalter, hoher Energieverbrauch, hoher Grad an Vernetzung d. Neuronan werkzeugnutzung : ▶ Sprache ▶ Lernen ► Kultur ▶ Gruppengröße nimmt zu / soziale Kompetenzen Körperbau Große nimmt zu ▶ Geschlechtsdimorphismus nimmt ab • aufrechter Gang Gesichtschäder Stim, weniger schnauze Hautfarben anpassung an Lebensraum Gesichtsschädel größer, Gehimschädel größer Zahnveranderung Eckzahne weniger ausgeprägt (Kein Diastema mehr) von Pflanzenfresser zu Alles fresser Beckengroße & Beckenstellung als Anpassung an aufrechten Gang ↳ Probleme mit Geburt • Korperbehaarung nimmt ab •Hand→ Prazisionsgriff -> Werkzeug Elterninvestment nimmt