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„Es ist nicht die stärkste Spezies, die überlebt, auch nicht die intelligenteste, sondern diejenige, die am besten auf Veränderungen reagiert.“
- Charles Darwin
Als Evolution bezeichnet man die Entwicklung der Lebewesen zu einer immer besseren Angepasstheit an ihre Umwelt. Es verändern sich Lebewesen passiv über viele Generationen hinweg und passen sich immer besser an die bestimmten Gegebenheiten ihres Lebensraums an. Somit erhöhen sie ihre Chance, zu überleben. Deshalb wird die geschichtliche Entwicklung aller Lebewesen auch Evolutionsgeschichte genannt.
Dadurch entstanden im Laufe der Zeit ca. 1,8 Millionen Arten von Lebewesen, die heute die Erde bevölkern. Um nun den Lauf der Evolution besser verstehen zu können, ist es hilfreich, sich die Anpassung verschiedener Vögel anzuschauen:
Abbildung von Kolibri, Strauß, Kondor und Pinguinen
Diese vier Tiere gehören alle in die Klasse der Vögel und haben Merkmale, die sie als solche kennzeichnen (Federn, Schnabel, Flügel). Jedoch sind sie perfekt an ihre jeweiligen Umweltbedingungen angepasst, weshalb sie so unterschiedlich sind. Dies ist das Ergebnis von Jahrmillionen der Evolution.
Im Laufe der Zeit wurden viele Theorien und Entdeckungen über Anpassungskonzepte aufgestellt und niedergeschrieben. Viele Forscher sowie Wissenschaftler aus der Antike bis zur Neuzeit beschäftigten und beschäftigen sich noch immer mit der Frage, nach der Abstammung, wann gewisse Anpassungsmechanismen eingetreten sind und was heutige Baumerkmale über die Vergangenheit und frühere Lebensräume der Lebewesen aussagen. Um die Evolution nun besser verstehen zu können, ist es wichtig, zunächst die Evolutionstheorien näher zu betrachten.
Im Laufe der Geschichte gab es viele Evolutionstheorien beispielsweise von Linné und Lamarck, aber auch bereits in der Antike wurden Theorien nach dem Ursprung der Lebewesen aufgestellt. Die wohl bekannteste Evolutionstheorie entstand jedoch aus Charles Darwins Feder.
Als junger Erwachsener nahm Charles Darwin an einer fünfjährigen Forschungsreise an Bord der HMS Beagle teil, beginnend im Jahr 1831. Er untersuchte Lebewesen und Fossilien und sammelte so viel Material, dass er über 20 Jahre für die Auswertung seiner Beobachtungen brauchte. 1859 veröffentlichte er schließlich sein Buch „Über die Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl oder die Erhaltung der bevorzugten Rassen im Kampf ums Dasein“ (engl. “On the Origin of Species by Means of Natural Selection”).
Darwins Erkenntnisse von seiner Reise, insbesondere die Beobachtung einer Gruppe von Finken auf den Galápagos-Inseln – Darwinfinken – führten ihn zur Formulierung seiner Evolutionstheorie, auch Selektionstheorie genannt.
Charles Darwin nahm an, dass Lebewesen sich über Generationen an sich verändernde Umweltbedingungen anpassen, indem zufällig besser angepasste Individuen höhere Chancen zur Fortpflanzung haben und ihre Merkmale daher bevorzugt weitergeben können. Genau das wird auch im einleitenden Zitat ausgedrückt. Darwin formulierte sechs Grundlagen für seine Theorie:
Überproduktion von Nachkommen: Obwohl alle Lebewesen Nachwuchs im Überschuss zeugen, nimmt die Größe von Populationen im Normalfall nicht zu, da die meisten Nachkommen der Selektion zum Opfer fallen.
Variabilität: Nachkommen sind nicht alle gleich, sondern unterscheiden sich in geringem Maße.
Vererbung: Lebewesen geben ihre Merkmale an ihre Nachkommen weiter.
Konkurrenz: Besser angepasste Individuen setzen sich im „Kampf ums Dasein“ durch und können somit ihr Erbgut an nachfolgende Generationen weitergeben.
Selektion: Die natürliche Auslese sorgt dafür, dass Lebewesen den Umweltbedingungen immer besser angepasst sind.
Artwandel: Im Laufe der Zeit führt die schrittweise Anpassung von Lebewesen an die Umwelt zu einem Wandel der Arten.
Die Synthetische Evolutionstheorie ist die heute am besten begründete Evolutionstheorie. Sie verknüpft die Theorie Darwins mit Lehren aus der klassischen und modernen Genetik. Im Zentrum dieser Evolutionstheorie stehen die Population und der Genpool einer Population. Der Genpool ist der Gesamtbestand der Gene einer Population. Die Allelfrequenz ist die Häufigkeit, in der verschiedene Allele eines Gens im Genpool einer Population vorkommen. Ändert sich die Allelfrequenz im Genpool einer Population, tritt Evolution auf. Die Veränderung der Allelfrequenz wird durch fünf Evolutionsfaktoren bewirkt:
Die Selektion wird unter Berücksichtigung populationsgenetischer Grundlagen als gerichtete Verschiebung von Gen- bzw. Allel-Häufigkeiten im Genpool einer Population beschrieben. Dabei beschreibt Selektion, dass Individuen, die weniger gut an ihre Umwelt angepasst sind, durch verschiedene Umwelteinflüsse (Fressfeinde, Konkurrenz um Nahrung und Sexualpartner) aussortiert werden.
Merkmale, die im Phänotyp eines Lebewesens vorteilhaft sind, werden also weitervererbt, während nachteilige Merkmale nach und nach aus dem Genpool verschwinden. Der Selektionsdruck führt zu unterschiedlichen Wirkungen auf den Genpool einer Population. Dabei unterscheiden wir zwischen:
Außerdem unterscheiden wir innerhalb der Selektion zwischen abiotischen und biotischen Selektionsfaktoren.
Besonders interessant ist für uns natürlich die Evolution des Menschen. Am engsten ist der Mensch mit Menschenaffen (Schimpanse, Gorilla, Orang-Utan) verwandt. Menschen und Menschenaffen stammen von den gleichen Vorfahren ab. Die meisten Unterschiede zwischen uns und den Menschenaffen hängen mit dem aufrechten Gang zusammen. Darüber hinaus zeichnet sich der Mensch vor allem durch sein räumliches Sehen und die Fähigkeit zu Sprechen aus. Auch wenn nicht alle Einzelheiten zur Evolution des Menschen abschließend geklärt werden, ist bereits sehr viel über unsere Geschichte bekannt. Ganz grob: Aus Fossilfunden geht hervor, dass die stammesgeschichtliche Entwicklung, die zur Entstehung des heutigen Menschen führte, vor etwa 5 Mio. Jahren begann. Dabei unterscheiden wir zwischen vier Gruppen von Menschen:
Du, ich, und alle anderen heute lebenden Menschen gehören zur selben Art und Unterart, nämlich Homo sapiens sapiens. Die anderen Menschenarten sind entweder ausgestorben oder in Homo sapiens sapiens aufgegangen.
Werden einzelne Populationen einer Art isoliert, wird dadurch der Genaustausch zwischen den Populationen eingeschränkt - man spricht hierbei von der Artbildung. Rekombinationen finden hauptsächlich innerhalb der Teilpopulationen statt. So können Mutationen, die in einer Teilpopulation auftreten, nicht an andere Populationen weitergegeben werden.
Dadurch entstehen Rassen. Rassen gehören zwar zur gleichen Art, unterscheiden sich aber in einem oder mehreren vererbbaren Merkmalen (z.B. Hunderassen). Rassen einer Art sind meist fruchtbar kreuzbar. Entwickeln sich zwei Rassen stark auseinander und sind nicht mehr kreuzbar, sind aus einer Art zwei Arten entstanden.
Es wird zwischen allopatrischer und sympatrischer Artbildung unterschieden:
Frage
Formenvielfalt und Angepasstheit er Lebewesen
Antwort
Frage
Evolutionsfaktoren
Antwort
Frage
Rassen- und Artbildung durch Isolation
Antwort
Frage
Geschichte des Lebens auf der Erde
Antwort
Frage
Massenaussterben vor ca. 65 Millionen Jahren:
Antwort
Frage
Parasit-Wirt-Beziehung: koevolutives „Wettrüsten“
Antwort
Frage
Wie lassen sich Unterschiede zwischen Menschenaffen und dem heutigen Menschen in Bezug auf den Unterkiefererklären?
Antwort
Die beiden Unterkieferhälften sind bei Menschenaffen durch einen breiten, horizontal liegenden Bereich, der „Affenplatte“, miteinander verbunden. Der Mensch dagegen hat nur eine vertikal liegende Verbindung, allerdings verstärkt durch ein vorspringendes Kinn. Beim Kauen können sehr starke, einseitig wirkende Kräfte auftreten (Scherkräfte), die die Unterkieferäste belasten. Um zu verhindern, dass die beiden Unterkieferäste bei einseitigem Kaudruck gegeneinander verschoben werden, muss die Verbindung zwischen den beiden Hälften des Unterkiefers sehr fest sein. Bei Menschenaffen dient dazu neben der vertikalen Verbindung auch noch eine horizontale, die Affenplatte. Beim Menschen würde eine Affenplatte nach der Rückverlagerung des Kiefers unter den Hirnschädel zu viel Platz in Anspruch nehmen. Das vorspringende Kinn, ein charakteristisches Merkmal des menschlichen Unterkiefers, ist als Leiste zu verstehen, die die beim Menschen fehlende Affenplatte ersetzt. Es erhöht die Festigkeit der Verbindung zwischen den beiden Unterkieferästen. Den Menschenaffen fehlt diese Knochenleiste, sie haben ein fliehendes Kinn.
Frage
Ökosystem tropischer Regenwald
1. Abb. 1 zeigt schematisch den Ausschnitt eines naturbelassenen Dipterocarpaceen-Waldes. In Abb. 2 ist derselbe Waldbereich nach Abholzung der in Abb. 1 gekennzeichneten Nutzholzarten zu sehen. Die Bestandsaufnahme umfasste einen Zeitraum von ca. zehn Jahren.
Sachinformationen zu den Dipterocarpaceen
Die „Flügelfruchtgewächse“ (Dipterocarpaceae) sind im tropischen Asien, so etwa im westlichen Malaysia beheimatet. Ihre immergrünen Bäume findet man dort insbesondere in den tropischen Regenwäldern. Wegen ihres glatten, harten Holzes werden einige Arten wirtschaftlich genutzt, so z. B. der Salbaum (Shorea robusta), der in Vorderindien, auf den Philippinen und auf Neuguinea von Natur aus häufig vorkommt und auch forstlich kultiviert wird. Sein sehr widerstandsfähiges Holz dient als Bauholz. Andere Arten liefern z. B. die Grundlage für Sperrholz oder ihre Harze werden zur Herstellung für Öle und Lacke verwendet.
In Indonesien machen Dipterocarpaceen-Hölzer ca. 85 % des Holzexports aus. Sie stammen aus den indo-malaysischen Urwäldern. Zum Abholzen der hohen Bäume werden schwere Maschinen mit großer „Spurbreite“ eingesetzt.
Ein weiteres Merkmal der Dipterocarpaceen-Bäume sind die weit ausladenden Brettwurzeln. Sie verankern den Baum in der für Tropenwälder typischen, flachen Humusschicht des Bodens. Ihren Namen verdanken die „Flügelfruchtgewächse“ der besonderen Gestaltung ihrer Nussfrüchte: Sie besitzen für ihre Verbreitung große flügelartige Gleitvorrichtungen, ähnlich den „geflügelten“ Samen unserer heimischen Ahornarten.
1.3 Erörtern Sie den Zustand des Waldes in Abb. 2 unter dem Aspekt der intra- und interspezifischen Konkurrenz.
Antwort
Grundsätzlich müsste das Entfernen von Bäumen die intra- und interspezifische Konkurrenz um Licht, Bodenwasser und Nährstoffe reduzieren, denn aufgrund des dichten Pflanzenbewuchses ist die Konkurrenz um Licht im Regenwald besonders hoch. Hier sind insbesondere Lichtholzarten betroffen sowie solche, die dem Boden einseitig Nährstoffe entziehen. Des Weiteren könnten Schattenpflanzen durch die nun unverhältnismäßig hohe Lichteinstrahlung absterben. Für Pionierpflanzen könnten sich (bei größeren Kahlschlagflächen) günstigere Lebensbedingungen ergeben.
Da jedoch durch die Abholzungsmaßnahmen auch Bäume geschädigt und die Bodenressourcen für die Pflanzenwurzeln schlechter zugänglich gemacht wurden, wird zwar die Konkurrenz zwischen den Individuen vermindert, der Vorteil kommt jedoch kaum zum Tragen, da vermutlich die übrigen genannten Auswirkungen überwiegen (vgl. auch Aufg. 1.1 und 1.2).
Frage
Vergleich der Insulinstrukturen bei Säugetieren
1. Insulin ist ein Peptidhormon, das die Aufnahme von Glucose in die Zellen fördert. Abb. 1 zeigt im Vergleich jeweils denselben Abschnitt des insgesamt 54 Aminosäuren umfassenden Insulinmoleküls für verschiedene Säugetiere. Das Insulin ist bei den untersuchten Arten funktionsgleich.
1.3 Nehmen Sie Stellung zu der Aussage, dass man von den Aminosäuresequenzen aus Abb. 1 sichere Rückschlüsse auf die insulincodierenden DNA-Abschnitte ziehen kann.
Antwort
1.3 Sichere Rückschlüsse auf die codierenden DNA-Abschnitte sind nicht möglich, da die aufgeführten Aminosäuren mehrfach codiert sind (Redundanz des genetischen Codes). Somit hätten mehrere verschiedene, gemäß den Codogenen transkribierte Codone den Einbau ein und derselben Aminosäure in das Insulinmolekül zur Folge. Die Aussage ist also falsch.
Frage
Antwort
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