Im Zuge der Evolution sind Arten permanent im Wandel. Durch den Selektionsdruck und der damit verbundenen Anpassung an die Umwelt, können sich Arten stark voneinander unterscheiden, obwohl sie miteinander verwandt sind (Homologie). Aufschluss über die Verwandtschaftsverhältnisse und Abstammungen der Arten geben z.B. Rudimente und Atavismen.
Rudimente Definition
Rudimente sind wichtige Belege für die Evolution – Sie sind ein direkter Beweis für das gemeinsame Erbgut der verschiedensten Arten und zeigen somit, dass Arten auseinander entstehen und nicht nebeneinander.
Rudimente sind zurückgebildete Merkmale, Organe oder Verhaltensweisen, die ihre ursprüngliche Funktion im Laufe der Evolution teilweise oder vollständig verloren haben. Rudimente bleiben als Organreste (bzw. Merkmalsreste) zurück und werden als rudimentäre Organe bezeichnet.
Die rudimentären Organe waren zuvor an den Lebensraum der Art und dessen Umweltbedingungen angepasst. In dem nun besiedelten Lebensraum oder bei der Lebensweise der Art sind diese Organe nicht mehr notwendig, sodass diese Merkmale immer weniger ausgeprägt werden. Trotzdem bleibt der Grundbauplan vorhanden, was man als rudimentäre Organe erkennt.
Wenn verschiedene Faktoren auf diese Art einwirken, kann es passieren, dass die rudimentären Organe bei einzelnen Individuen als Atavismen in stärkerer Form wieder auftreten, da das verantwortliche genetische Material für das entsprechende Merkmal oder Organ noch immer vorhanden ist.
Was Atavismen sind, erfährst Du in der zweiten Hälfte dieser Erklärung.
Man könnte vermuten, dass die Gene der Rudimente verloren gegangen sind, aber die genetischen Informationen, welche die rudimentären Organe einst verschlüsselten, sind noch immer Teil des Erbguts. An der entsprechenden Stelle im Genom herrscht lediglich kaum Genaktivität, bzw. die Gene können inaktiviert werden (z.B. durch die Methylierung).
Beweis dafür, dass die Gene noch immer vorhanden sind, welche das rudimentäre Organ wieder vollständig ausbilden könnten, sind die Atavismen.
Rudiment Beispiel
Rudimente sind Belege für die Evolution und es gibt im Tierreich, als auch beim Menschen einige Beispiele für rudimentäre Organe.
Rudimente im Pflanzen- und Tierreich
Es gibt zahlreiche Rudimente im Reich der Pflanzen und Tiere. Einige von ihnen sind:
- Augen des Axolotl und des Maulwurfs: sind zurückgebildet und funktionslos aufgrund ihres lichtlosen Lebensraums
- generell Abstufungen der Augenrückbildung bei Höhlentieren stellen rudimentäre Organe dar
- Griffelbeine des Pferdefußes: Mittelfußknochen ist zurückgebildet
- Gehäusereste bei Nacktschnecken
- Flügelreste in Form von Stummeln bei Kiwis
- Wolfskralle beim Hund
- Rückbildung von Staubblättern bei den Rachenblütlern: Einige haben fünf fruchtbare Staubblätter andere nur noch drei und zwei unfruchtbare - die unfruchtbaren Staubblätter werden trotz der Funktionslosigkeit weiter ausgebildet
Ein weiteres Beispiel für rudimentäre Organe ist der Beckengürtel bei Walen. Die Knochen der Beine sind noch immer vorhanden, aber nicht mit dem restlichen Skelett verbunden, sondern in das Gewebe eingebettet. Die Vorfahren der Wale waren demnach Landlebewesen.
Als der Lebensraum sich ins Wasser änderte waren die Hinterläufe nicht mehr notwendig. So bildeten sich die Becken- und Oberschenkelknochen zurück. So wird durch das Rudiment belegt, dass Wale Vorfahren haben, die an Land gelebt haben.
Rudimente beim Menschen
Einige Beispiele für rudimentäre Organe am menschlichen Körper sind:
- Weisheitszähne: dienten ursprünglich als zusätzliche Backenzähne, heute haben einige Menschen 1-4 Weisheitszähne
- Körperbehaarung (restliche): war früher das Fell und diente dem Schutz vor Kälte
- verkümmerte Ohrenmuskel: dienten der Bewegung der Ohren
- Darwin-Ohrhöcker: Vorfahren hatten spitze Ohren
- Nickhaut (restliche): war ein drittes Augenlid für zusätzlichen Schutz
- spitzer Eckzahn: diente dem Essen von rohem Fleisch
- segmentierte Bauchmuskeln: kommt von der Unterteilung des Körpers in Abschnitte
- Blinddarm (Wurmfortsatz): diente früher der Verdauung pflanzlicher Nahrung, aber durch die Ernährungsumstellung des Menschen kam es zu einem Funktionswechsel. Heute ist er ein Teil des Immunsystems
Eines der bekanntesten Beispiele für Rudimente ist das Steißbein des Menschen, bestehend aus 4-5 verwachsenen Wirbeln am Ende der Wirbelsäule. Das Steißbein ist ein rudimentäres Organ, also eine Rückbildung der ursprünglichen Verlängerung der Wirbelsäule zu einem Schwanz. Bei verwandten Affenarten ist dieser noch zu erkennen.
Unter bestimmten Bedingungen kann es vorkommen, dass bei einzelnen Menschen ein verlängertes Steißbein in Form eines Atavismus auftritt - Somit ist das rudimentäre Organ in stärkerer Form wieder aufgetreten.
Normalerweise kommt das Steißbein aber in der verkümmerten Form als Rudiment vor. Der Schwanz hat sich zurückgebildet, da er keine Funktion mehr erfüllte als der Mensch die Bäume als Lebensraum verlies. Er stellte keinen Selektionsvorteil mehr dar und hat sich deshalb im Laufe der Evolution zurückgebildet.
Atavismen Definition
Ein weiterer wichtiger Beleg für die Evolution, welcher jedoch deutlich seltener vorkommt als die Rudimente, sind die Atavismen.
Atavismus bezeichnet das zufällige Auftreten eines Merkmals bei einem Individuum, welches in der Stammesgeschichte bereits vorhanden war, aber sich im Laufe der Evolution stark zurückgebildet hat, oder bereits verloren gegangen ist.
Atavismen waren früher also Merkmale, welche einen bestimmten Nutzen hatten. Durch die Veränderung von Umweltbedingungen entfällt dieser Nutzen über die Zeit und die Funktion geht ähnlich wie bei Rudimenten im Laufe der Evolution verloren.
Allerdings handelt es sich nicht um einen Vollständigen Verlust des betrachteten Merkmals. Das Merkmal wird zwar phänotypisch nicht mehr ausgebildet, die Erbanlagen, die für dieses Merkmal codieren, sind aber noch immer vorhanden und werden lediglich blockiert.
Dies beweisen die Atavismen, denn ohne das genetische Material, was über die Stammesgeschichte hinweg erhalten geblieben ist, wäre es nicht möglich, dass sich das Merkmal bei einzelnen Individuen erneut ausprägt.
So kann es passieren, dass durch bestimmte Faktoren zufällig ein verloren gegangenes Merkmal bei einem einzelnen Individuum wieder auftritt.
Das Auftreten von Atavismen ist ein Beleg für die Evolution. Atavismen gelten als Rückschläge zu früheren Verwandten und beweisen so, dass eine Entwicklung bzw. Evolution der Art stattgefunden hat.
Ursachen eines Atavismus
Für das Auftreten von Atavismen kann es verschiedene Ursachen geben. Prinzipiell müssen die blockierten Gene, die für das bestimmte Merkmal verantwortlich sind wieder aktiviert werden. Dafür kann es z.B. folgende Ursachen geben:
- Rückmutation: Durch zufällige Mutationen im Erbgut kann es passieren, dass das Erbgut des Individuums einen Rückschlag auf frühere Entwicklungsstadien der Art erlebt - so treten Merkmale von Vorfahren wieder auf
- Genregulation: Inaktivierte Gene können durch verschiedene Faktoren wieder aktiviert werden (z.B. durch Acetylierung der Gene)
- Bastardisierung: Bastardisierung beschreibt die Fortpflanzung unter nah verwandten Arten. Die Neukombination der Gene kann, aufgrund des ähnlichen Erbguts durch die Verwandtschaft, für die Aktivierung von blockierten Genen sorgen. So können ursprüngliche Merkmale als Atavismus erneut auftreten.
- Entwicklungsstörungen: In der Embryonalentwicklung kann es auch durch Entwicklungsstörungen zu Atavismen kommen.
- Die Aktivierung und Deaktivierung (Methylierung) von Genen, wird von den Eltern vererbt. Dieses Methylierungsmuster wird jedoch gelöscht und es erfolgt eine neue Methylierung der Gene. Dabei kann es durch bestimmte Umwelteinflüsse zu Fehlern kommen - Es kann passieren das falsche Gene methyliert (inaktiviert) oder nicht methyliert (aktiviert) werden. So kann das Erbgut, dass für das entsprechende Merkmal codiert und zuvor inaktiviert war, aktiviert werden - Es bildet sich also durch Zufall ein Atavismus aus.
Mehr zur Methylierung von Genen kannst Du in der Erklärung Epigenetische Genregulation erfahren.
Atavismen Beispiele
Atavismen sind neben den Rudimenten wichtige Belege für die Evolution. Es gibt zahlreiche Beispiele für Atavismen aus dem Tier- und Pflanzenreich sowie beim Menschen. Dabei treten Atavismen nicht nur im Bereich der Anatomie auf – auch Verhaltensatavismen bei angeborenen Verhalten, die mit der Zeit verloren gegangen sind, können vorkommen.
Ein Beispiel für einen Verhaltensatavismus gibt es beim Haussperling.
Abbildung 4: Haussperling
Sie bauen ihre Nester in kleinen Nischen. Einzelne Individuen bauen jedoch Kugelnester - dabei handelt es sich um einen Atavismus, da es eine typische Bauweise ihrer Vorfahren war.
Atavismen bei Tieren
Einige Beispiele für Atavismen bei Tieren sind:
- Ausbildung überzähliger Klauen bei Rindern, Ziegen, Pferden oder Kamelen
- Ausbildung von Hinterextremitäten bei Meeressäugern, die einst zur Fortbewegung an Land dienten; kann z.B. vorkommen bei Walen und Delfinen (aber auch Schlangen)
- Auftreten von Flügeln bei flügellosen Insekten oder Auftreten eines zweiten Flügelpaares bei Fliegen
Abbildung 5: Überzählige Klaue als Atavismus eines PferdesQuelle: wikipedia.com
Atavismen bei Pflanzen
Im Pflanzenreich sind nur wenige Atavismen bekannt. Einige Beispiele sind:
- Ausbildung von Blättern an Kakteen
- Grüne, chlorophyllhaltige Blütenblätter bei der Pfingstrose
- Perolienbildung bei Blütenpflanzen
Abbildung 6: Platanthera chlorantha Tote Täler - Pelorienbildung
Atavismen beim Menschen
Nicht nur im Pflanzen- und Tierreich kommen Atavismen vor - auch Menschen können von Atavismen betroffen sein. Einige Beispiele sind:
- Dritte Brustwarze, welche auf die frühere Milchleiste hinweist
- Ganzkörperbehaarung (Hypertrichose) stellt einen Rückschlag zum früheren Fell des Menschen dar
- Ausbildung eines Schwanzes durch eine verlängerte Wirbelsäule bzw. Steißbein
- Halsfisteln als Überreste der Kiemenbögen
Rudimente und Atavismen – Unterschiede
Rudimente und Atavismen stellen beide wichtige Belege für die Evolution dar.
Merkmale sind als Rudimente und Atavismen gleichermaßen wegen der veränderten Umweltbedingungen verloren oder zum Teil verloren gegangen. In beiden Fällen war das Merkmal nicht mehr optimal der Umwelt angepasst und stellte keinen Selektionsvorteil mehr dar.
Einen Unterschied findet man im Auftreten des Merkmals: Bei Rudimenten tritt das Merkmal bei allen Individuen einer Art auf, jedoch nur sehr schwach ausgeprägt. Bei Atavismen tritt das Merkmal zufällig bei sehr wenigen Individuen einer Art auf, ist dabei aber in ursprünglicher Form vollständig ausgeprägt.
Rudimente und Atavismen - Das Wichtigste
- Rudimente sind zurückgebildete Merkmale/ Organe, die ihre ursprüngliche Funktion im Laufe der Evolution teilweise oder vollständig verloren haben
- Rudimente treten bei allen Individuen einer Art auf
- Beispiele für Rudimente bzw. rudimentäre Organe sind
- Flügelreste in Form von Stummeln bei Kiwis
- Wolfskralle beim Hund
- Körperbehaarung, Steißbein, Weisheitszähne beim Menschen
- Atavismen sind zufällig auftretende Merkmale, welche in der Stammesgeschichte bereits vorhanden waren, aber im Laufe der Evolution verloren gingen
- Atavismen treten nur zufällig bei einzelnen Individuen einer Art auf
- Ursachen für das Auftreten von Atavismen sind: Rückmutation, Genregulation, Bastardisierung oder Entwicklungsstörungen
- Beispiele für Atavismen sind
- überzählige Klauen bei Rindern, Ziegen, Pferden oder Kamelen
- Ganzkörperbehaarung am Menschen
- Dritte Brustwarze des Menschen, welche auf die frühere Milchleiste hinweist
Nachweise
- Abb. 4: Haussperling (https://www.flickr.com/photos/104249543@N07/38570280350) von Rolf Dietrich Brecher
- Abb. 5: Outline of horse with extra digit on each foot (https://de.wikipedia.org/wiki/Datei:PSM_V16_D274_Outline_of_horse_with_extra_digit_on_each_foot.jpg) ist gemeinfrei, weil seine urheberrechtliche Schutzfrist abgelaufen ist.
- Abbildung 6: Platanthera chlorantha Tote Täler - Pelorienbildung (https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=50249067) von Erwin Meier (2016) unter der Lizenz CC BY-SA 3.0 (https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0?ref=openverse)
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