Die Stammesentwicklung bildet die Evolution ab und bezieht sich entweder auf die Entwicklung der Gesamtheit der Lebewesen oder auf bestimmte Verwandtschaftsgruppen (Taxa). Eine weitere Bezeichnung für die stammesgeschichtliche Entwicklung ist die "Phylogenese" oder "Phylogenie". Der Begriff der Phylogenese kann auch verwendet werden, um einzelne Merkmale in ihrer Weiterentwicklung im Verlauf der Entwicklungshistorie zu charakterisieren.
Stammesgeschichtliche Entwicklung – Definition
Die stammesgeschichtliche Entwicklung wird fachsprachlich als Phylogenese bezeichnet. Phylogenese stammt von den beiden altgriechischen Wörtern phýlon ("Stamm") und génesis ("Ursprung") ab. Sie bezieht sich sowohl auf die Stammesgeschichte aller Lebewesen als auch auf bestimmte Verwandtschaftsgruppen.
Erforschung der Phylogenie
Hinter der stammesgeschichtlichen Entwicklung verbirgt sich die Wissenschaft der Phylogenetik. Hierbei werden verschiedene Methoden angewandt, um die Stammesentwicklung abbilden zu können. Aus den gewonnenen Daten kann anschließend ein phylogenetischer Baum erstellt werden, der die Verwandtschaftsverhältnisse der Arten untereinander abbildet.
Methoden der Phylogenetik sind unter anderem:
- Vergleich von anatomischen, morphologischen und physiologischen Merkmalen rezenter Lebewesen
- Auswertung struktureller und anatomischer Merkmale von Fossilien
- molekulargenetische Analyse von Genomen
- Vergleich der Ontogenese (überwiegend rezenter Lebewesen)
Die Ontogenese kann der Phylogenie gegenübergestellt werden. Sie bezeichnet die Entwicklung von einzelnen Individuen einer Art über deren Lebensspanne. Das heißt, dass hierbei die Entwicklung einer Art von der befruchteten Eizelle bis zum Tod betrachtet wird.
Stammesgeschichtliche Entwicklung der Lebewesen
Ziel der Evolutionsforschung ist es, die Entwicklung aller Lebewesen zu rekonstruieren. Evolutive Prozesse laufen über verschiedene Arten hinweg ab und nicht nur während der Ontogenese. Außerdem wurde aufgrund von neuen wissenschaftlichen Methoden und archäologischen Funden die Idee, dass die Lebewesen einen gemeinsamen Ursprung haben, immer fundierter.
Eine wissenschaftlich fundierte Grundlage für den gemeinsamen Ursprung bietet die Deszendenztheorie (Abstammungslehre). Sie besagt, dass alle heutigen Lebewesen aus früheren Lebewesen hervorgegangen sind. Dabei wird eine Weiter- und Höherentwicklung der Lebewesen eingeschlossen, weshalb die heute vorkommenden Pflanzen- und Tierarten sowie der Mensch aus sehr einfach organisierten und primitiven Vorfahren entstanden sind. Charles Darwin konnte Mitte des 19. Jahrhunderts mit seiner Selektionstheorie die Deszendenztheorie wissenschaftlich erklären.
Wenn Du mehr über die Selektionstheorie erfahren möchtest, dann lies doch gerne die Erklärung über Darwins Evolutionstheorie durch!
Entwicklung der Lebewesen: Belege für stammesgeschichtliche Entwicklung
Um die Phylogenie einer Gruppe zu rekonstruieren, werden Untersuchungen der Erbeigenschaften von lebenden (rezenten) Arten sowie fossiler Vertreter herangezogen.
Belege für die Verwandtschaft der Arten untereinander bieten folgende Formen und Untersuchungsergebnisse aus den Bereichen:
Entwicklung der Lebewesen: Homologien
Homologien sind ähnliche oder gleichwertige Strukturen bei verschiedenen Lebewesen in ihrem Bauplan. Ähnlichkeiten können in der Anatomie, im Verhalten, Stoffwechsel sowie im Erbgut verschiedener Lebewesen vorhanden sein. Ist ein gleicher Grundaufbau vorhanden, kann auf eine gemeinsame Abstammung und somit eine Verwandtschaft geschlossen werden.
Durch Homologien konnte herausgefunden werden, dass Menschen beispielsweise mit Walen und Vögeln verwandt sind. Was sich zunächst abwegig anhört, kann anhand der Gliedmaßen belegt werden. Der anatomische Grundaufbau ist bei den Vordergliedmaßen der Vogelflügel, der Flosse eines Wals und dem Arm eines Menschen gleich.
Entwicklung der Lebewesen: Analogien
Analoge Merkmale weisen im Gegensatz zu homologen Merkmalen darauf hin, dass bestimmte Lebewesen nicht miteinander verwandt sind. Hierunter fallen Strukturen mit ähnlicher Funktion, die allerdings auf unterschiedlichen Bauplänen und somit von unterschiedlichen Genen codiert sind.
Ein Beispiel für ein analoges Merkmal sind die Speicherorgane bei Kartoffeln und Dahlien. Die Aufgabe der Knollen ist bei beiden Pflanzenarten identisch, denn sie dienen zur Speicherung von Reservestoffen. Allerdings wird die Knollenstruktur bei der Kartoffel aus ihrem Spross gebildet, während sie bei der Dahlie aus dem Wurzelgewebe hervorgeht.
Entwicklung der Lebewesen: Mosaikformen
Mosaikformen sind bei Lebewesen zu finden, die Merkmale von eigentlich getrennten Gruppen aufweisen. Sehr relevant sind hierfür Brückentiere, da sie Merkmale zweier verschiedener, heute lebender Organismen besitzen. Daraus lässt sich schließen, dass sich Lebewesen verschiedener Gruppen aus demselben Organismus entwickelt haben.
Das Schnabeltier gilt als das Bindeglied zwischen Reptilien und Säugetieren. Im Gegensatz zu vielen fossilen Brückentieren zählt es zu den rezenten Lebewesen, da es heute noch existiert. Schnabeltiere vereinen Merkmale von Reptilien und Säugetieren. Vorhandene Merkmale, die zu den Reptilien zählen, sind das Legen von Eiern, eine Kloake (nur ein Körperausgang für Ausscheidungs- und Geschlechtsorgane) sowie ein schnabelförmiges Kiefer. Seine Merkmale sind die Behaarung, Milchdrüsen, Gehörknöchelchen und die gleichbleibende Körpertemperatur. Das Schnabeltier wird zu den Eier legenden Säugetieren gezählt.
Entwicklung der Lebewesen: Rudimente
Rudimente sind rudimentäre Organe, die sich im Verlauf der Evolution zurückgebildet haben, da sie meist keine Funktion mehr erfüllen. Rudimente können auf eine Verwandtschaft zwischen verschiedenen Gruppen von Lebewesen verweisen oder Hinweise auf die Stammform geben.
Auch beim Menschen sind bestimmte Rudimente feststellbar. Ein Beispiel dafür sind die Weisheitszähne, die bei den Vorfahren des Menschen die Funktion hatten, härteres Essen wie Wurzeln, Nüsse und rohes Fleisch zu zerkauen. Durch die Entdeckung von Feuer wurde das Essen immer weicher und die Weisheitszähne dementsprechend überflüssig. Außerdem wurden die Kiefer immer kleiner, weshalb die Weisheitszähne heutzutage oftmals nicht mehr ausreichend Platz haben. Bei rund 20 % aller Europäer sind deshalb keine Weisheitszähne mehr veranlagt oder sie fallen teilweise deutlich kleiner aus.
Entwicklung der Lebewesen: Atavismen
Zu den Atavismen zählen Organe oder Merkmale, die sich im Laufe der Evolution zurückgebildet haben, vereinzelt bei den Individuen aber wieder auftreten können. Das liegt daran, dass sie noch in der DNA vorhanden sind, aber durch eine Art Abschaltung reguliert werden. Ist das regulatorische Gen, das für die Abschaltung sorgt, mutiert, kann es passieren, dass die Organe oder Merkmale wieder ausgebildet werden.
Beim Menschen können verschiedene Atavismen aufgetreten. Beispiele hierfür sind überzählige Brustwarzen, eine extrem starke Körperbehaarung, die Ausbildung eines Schwanzes durch ein verlängertes Steißbein sowie Halsrippen (durch zusätzliche Halswirbel angesetzt an der Rippe).
Entwicklung der Lebewesen: Molekularbiologie
Auch auf molekularbiologischer Ebene kann bestätigt werden, dass alle Lebewesen aus einer gemeinsamen Urform entstanden sind. Grund hierfür sind der genetische Code, der universell und bei allen Lebewesen identisch ist und Adenosintriphosphat (ATP), was den universellen Energieträger aller Organismen bildet. Außerdem gleicht sich der Ablauf der Proteinbiosynthese größtenteils bei allen Lebewesen.
Die Proteinbiosynthese meint den Herstellungsprozess von Proteinen in den Zellen. Das ist ein komplexer Prozess, den Du in der passenden Erklärung dazu noch intensiver kennenlernen wirst.
Stammesentwicklung: Phylogenetischer Baum
Um die stammesgeschichtliche Entwicklung bei Lebewesen abzubilden, können phylogenetische Stammbäume verwendet werden. In der Phylogenie können dabei verschiedene Arten von Stammbäumen eingesetzt werden. Folgende Stammbaumarten können verwendet werden:
- Dendrogramm
- Kladogramm
- Phylogramm
Dendogramm
Zu den Dendrogrammen zählen alle Stammbäume, die Abstammungsverhältnisse zeigen. Hier werden verwandtschaftliche Beziehungen von Taxa grafisch dargestellt.
Kladogramm
Kladogramme geben die stammesgeschichtlichen Beziehungen von Taxa wieder. Sie werden mit den Methoden der phylogenetischen Systematik erstellt, weshalb sie in Bezug auf die stammesgeschichtliche Entwicklung von hoher Bedeutung sind. Jede Verzweigung ist durch ein neues evolutionäres Merkmal zu begründen.
Phylogramme
Phylogramme können noch anschaulicher sein als Kladogramme, da sie neben unterschiedlichen Abständen der Taxa auch deren Divergenz zeigen.
Divergenzen sind in der Evolutionsbiologie Auseinanderentwicklungen von Merkmalen zwischen verschiedenen Arten. Dabei kann es sich um die Ausprägung von Körperstrukturen, Organen, physiologischen Prozessen oder auch Verhaltensweisen handeln.
Stammesgeschichtliche Entwicklung – Beispiel
Menschen zählen zu den Säugetieren, die wiederum eine eigene Wirbeltierklasse darstellen. Neben den Säugetieren bilden auch Fische, Amphibien, Reptilien und Vögel jeweils Wirbeltierklassen. Alle Wirbeltiere sind miteinander verwandt, da sie einen gemeinsamen Vorfahren haben und eine Wirbelsäule besitzen. Einer der Vorfahren ist das Urwirbeltier (Kieferlose).
Das Kladogramm wird von links nach rechts gelesen. Die Kieferlosen galten als eine ursprüngliche Gruppe der Wirbeltiere, welche heute jedoch als veraltete systematische Gruppe gilt und größtenteils ausgestorben ist. Es sind primitive Wirbeltiere, denen das typische Kieferskelett fehlt.
Zur ältesten Wirbeltierklasse zählen heute die Fische. Die ersten Fische gab es bereits vor rund 450 Millionen Jahren. Amphibien haben sich anschließend vor 416 bis 359 Millionen Jahren aus den Fischen entwickelt. Reptilien entwickelten sich dann aus den Amphibien vor etwa 300 Millionen Jahren. Sie waren die ersten Wirbeltiere, die sich vollständig auf dem Land ausbreiten konnten. Vögel sind vor 150 Millionen Jahren aus den Reptilien entstanden. Aus den Reptilien gingen ebenfalls die Säugetiere vor 200 Millionen Jahren hervor.
Innerhalb des Kladogramms kann eine Entwicklung festgestellt werden: Der Lebensraum wechselte zwischen den Fischen und Amphibien von Wasser zu Land. Die Amphibien stellen einen Übergangszustand dar, während alle folgenden Klassen nicht mehr vom Wasser abhängig sind.
Der Wal stellt bei den Säugetieren eine Ausnahme dar, da er vom Land wieder ins Wasser zurückgekehrt ist.
Gemeinsame Merkmale aller Wirbeltierklassen
- Wirbelsäule
- Gegliederter Körper (Kopf, Rumpf, Schwanz)
- Zwei Paar Gliedmaßen (Arme und Beine, Flossen, Flügel)
- Gehirn, das von einem Schädel geschützt wird
- Nervensystem (mit Gehirn als zentrales Organ)
- Geschlossenes Herz-Kreislauf-System
- Nieren
Stammesgeschichtliche Entwicklung des Menschen
Der heute lebende Mensch wird fachsprachlich auch Homo sapiens genannt und gehört der Gattung Homo an. Die Gattung Homo gehört neben den Gattungen Pongo (Orang-Utan), Gorilla und Pan (Schimpanse) zur Familie der Hominiden (Menschenaffen).
Einige Gattungen der Menschenaffen haben bereits lange Zeit vor der Gattung Homo existiert. Vor etwa 5–7 Mio. Jahren haben sich die Menschen von den Menschenaffen getrennt. Aufschluss hierüber geben Vergleiche von Anatomie der Säugetiere und von den Chromosomen bzw. der DNA.
Dadurch fand man außerdem heraus, dass der Schimpanse das am nächsten mit dem Menschen verwandte Tier ist!
Entstehung des Homo sapiens
Die heute lebenden Menschen (Homo sapiens) stammen nicht direkt vom Affen ab, sondern vom Homo erectus und dieser wiederum von vielen weiteren vorher lebenden Homo-Arten. Homo erectus hatte bereits starke Ähnlichkeiten mit Homo sapiens wie eine Körpergröße von rund 1,60 m und ein Gehirnvolumen von 1000 cm3.
Da viele verschiedene Arten der Gattung Homo zeitgleich lebten, ist es schwierig, daraus einen genauen Stammbaum zu erstellen. Es war zudem keine schnelle und plötzliche Entwicklung. Die menschliche Evolution war ein langsamer Prozess über mehrere Millionen Jahre hinweg.
Bei der Gattung Australopithecus handelt es sich um die sogenannten Vormenschen und gleichzeitig um eine ausgestorbene Gattung der Menschenaffen. Sie lebten vor circa 4 bis 1 Million Jahren ausschließlich in Afrika.
Vor etwa 5 bis 7 Millionen Jahren spaltete sich die Linie der gemeinsamen Vorfahren von Schimpansen und Menschen auf. So entstanden die ersten Australopithecus-Arten (Vormenschen), aus denen dann weitere Homo-Arten hervorgegangen sind (Frühmenschen).
Stammesgeschichtliche Entwicklung – Das Wichtigste
- Die Stammesentwicklung bildet die Evolution ab.
- Sie bezieht sich entweder auf die Entwicklung der Gesamtheit der Lebewesen oder auf bestimmte Verwandtschaftsgruppen (Taxa).
- Die stammesgeschichtliche Entwicklung wird fachsprachlich als "Phylogenese" oder "Phylogenie" bezeichnet.
- Hinter der stammesgeschichtlichen Entwicklung verbirgt sich die Wissenschaft der Phylogenetik.
- Hierbei werden verschiedene Methoden angewandt, um die Stammesentwicklung abbilden zu können.
- Aufgrund neuer wissenschaftlicher Methoden und archäologischen Funden ist die Idee, dass Lebewesen einen gemeinsamen Ursprung haben, immer fundierter.
- Um die Phylogenie einer Gruppe zu rekonstruieren, werden Untersuchungen der Erbeigenschaften von lebenden (rezenten) Arten sowie fossiler Vertreter herangezogen.
- Mithilfe von phylogenetischen Stammbäumen kann die stammesgeschichtliche Entwicklung abgebildet werden.
Nachweise
- Tomiuk; Loeschke (2017). Grundlagen der Evolutionsbiologie und Formalen Genetik. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.
- Das „Tier-Mensch-Übergangsfeld“: Evolutive Wandlung und konstruktionsmorphologische Rekonstruktion (September, 2010).
- Clauss; Clauss (2017). Humanbiologie kompakt. Springer Spektrum, Berlin, Heidelberg.
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