Evolution Art und Artbildung

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1 Didaktische FWU-DVD Evolution Art und Artbildung Biologie Klasse 9 13 Trailer ansehen

2 Schlagwörter adaptive Radiation; allopatrisch; Art; Artbegriff; Artbildung; Artenfluktuation; Balzverhalten; Darwin, Charles; Darwinfinken; Divergenz; Einnischung; Evolution; Evolutionstheorie; Fauna; Flaschenhalseffekt; Flora; Fortpflanzung; Genfluss; Habitat; Hybrid; Lebensraum; Mayr, Ernst; Morphologie; Ökologische Nische; Ökosystem; Phylogenetik; Polyploidie; postzygotisch; präzygotisch; Reproduktion; Speziation; Stammbaum; Sterilität; sympatrisch; Verhalten; Züchtung Systematik Biologie Allgemeine Biologie Evolution Ökologie Biodiversität, Artenvielfalt 2

3 Zum Inhalt Evolution: Art und Artbildung (Film 20 min) Die Grundeinheit der biologischen Systematik ist die Art. Allerdings gibt es bislang keine allgemeine Definition der Art, die die theoretischen und praktischen Anforderungen aller biologischen Teildisziplinen gleichermaßen erfüllt. Vielmehr existieren in der Biologie verschiedene Artkonzepte, die zu unterschiedlichen Klassifikationen führen, zum Beispiel der morphologische, der biologische oder der phylogenetische Artbegriff. Eine Vermischung verschiedener Arten wird über Fortpflanzungsbarrieren sichergestellt, den reproduktiven Isolationsmechanismen. Jede biologische Art ist ein Resultat der Artbildung der Entstehung von neuen biologischen Arten. Als einer der Hauptgründe für das Entstehen neuer Arten gilt die allopatrische Artbildung. Sie setzt eine geografische Isolation von mindestens zwei Teilpopulationen voraus. Die Entstehung einer neuen Art im Gebiet der Ursprungsart nennt man sympatrische Artbildung. Kommt es zur Entstehung vieler neuer Arten aus einer einzigen Stammart heraus, spricht man von adaptiver Radiation. Filmsequenzen Artbegriff (3:40 min) Eine Art ist die Grundeinheit von biologischen Systemen. Allerdings gelang bislang keine allgemeine Definition der Art, die die Anforderungen aller biologischen Teildisziplinen gleichermaßen erfüllt. Vielmehr existieren in der Biologie verschiedene Artkonzepte, die zu unterschiedlichen Klassifikationen führen, zum Beispiel der morphologische, der biologische oder der phylogenetische Artbegriff. Präzygotische Reproduktionsbarrieren (3:40 min) Eine Vermischung verschiedener Arten wird über Fortpflanzungsbarrieren sichergestellt, den reproduktiven Isolationsmechanismen. Die präzygotischen Fortpflanzungsbarrieren verhindern eine Verschmelzung von Samenzelle und Eizelle, also die Bildung einer Zygote. Postzygotische Reproduktionsbarrieren (1:40 min) In seltenen Fällen kommt es trotz präzygotischer Barrieren zur Verschmelzung von artfremden Geschlechtszellen und eine Zygote entsteht. Eine Vermischung der Arten wird nun durch postzygotische Barrieren verhindert. 3

4 Allopatrische Artbildung (3:50 min) Wird der Genfluss zwischen Individuen verschiedener Populationen der gleichen Art durch räumliche Trennung unterbrochen, spricht man von allopatrischer Artbildung. Allopatrische Artbildung gilt als einer der Hauptgründe für das Entstehen neuer Arten und setzt eine geographische Isolation von mindestens zwei Teilpopulationen voraus. Sympatrische Artbildung (3:20 min) Artbildung kann auch ohne räumliche Isolationsbarriere stattfinden, also innerhalb einer Population. Die Entstehung einer neuen Art im Gebiet der Ursprungsart nennt man sympatrische Artbildung. Adaptive Radiation (2:10 min) Unter adaptiver Radiation versteht man die Entstehung vieler neuer Arten aus einer einzigen Stammart heraus. Zur adaptiven Radiation kommt es durch Einnischung der Art in unterschiedliche ökologische Nischen. Artenfluktuation (0:40min) Die Natur unterliegt ständigen Veränderungen. Die Entstehung einer neuen Art benötigt in der Regel Zehntausende von Jahren. Dank der Evolution und den Mechanismen der Artbildung hat sich in Jahrmillionen unsere heutige Artenvielfalt entwickelt. en Morphologischer Artbegriff Man kann Lebewesen anhand ihres Aussehens in Arten einteilen. So ergibt sich der morphologische Artbegriff. Eine Einteilung nach äußeren Merkmalen reicht allerdings nicht immer aus. So variieren innerhalb einer Art oft bestimmte Merkmale wie Farbe, Größe oder Form. Der morphologische Artbegriff ist also nicht immer anwendbar. Biologischer Artbegriff Der Biologe Ernst Mayr schuf 1942 den biologischen Artbegriff. Durch diese Definition erhält man eine Gruppe, die genetisch von anderen Gruppen isoliert ist. Das setzt allerdings sexuelle Fortpflanzung voraus. Nicht eingeschlossen sind also asexuelle Lebewesen, die sich zum Beispiel durch Zellteilung vermehren. Zudem schließt diese Definition nur lebende Organismen ein, da verstorbene 4

5 oder noch gar nicht geborene keine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden können. Phylogenetischer Artbegriff Beim phylogenetischen Artbegriff werden alle Individuen, die auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückzuführen sind, zu einer Art zusammengefasst. Ökologischer Artbegriff Beim ökologischen Artbegriff wird eine Art durch ihre ökologische Nische definiert. Erweiterter biologischer Artbegriff 1963 überarbeitete Ernst Mayr den biologischen Artbegriff. Er ist aktuell der wohl bekannteste und am meisten benutzte Artbegriff. Stark vereinfacht gehören zwei Individuen der gleichen Art an, wenn sie lebens- und fortpflanzungsfähigen Nachwuchs zeugen können. Isolationsbarrieren im Überblick Eine Vermischung von Arten wird über präzygotische und postzygotische Reproduktionsbarrieren verhindert. Diese gibt einen Überblick über die Isolationsbarrieren. Präzygotische Barrieren Die präzygotischen Fortpflanzungsbarrieren verhindern eine Verschmelzung von Samenzelle und Eizelle, also die Bildung einer Zygote. Diese gibt einen Überblick über die präzygotischen Isolationsbarrieren. Reproduktive Isolationsmechanismen Lebewesen unterschiedlicher Arten können sich nicht erfolgreich paaren und sind so voneinander isoliert. Habitatisolation Die Vermischung zweier Arten wird am einfachsten verhindert, wenn ihre Habitate unterschiedlich sind und die Lebewesen erst gar nicht aufeinandertreffen. Zeitliche Isolation Findet die Paarung zweier Arten zu unterschiedlichen Tages- oder Jahreszeiten oder sogar in unterschiedlichen Jahren statt, liegt eine zeitliche Isolationsbarriere vor. 5

6 Verhaltensbiologische Isolation Bei vielen Arten erkennen sich die Geschlechtspartner nicht am Aussehen, sondern an ihrem Verhalten. Man spricht dann von einer verhaltensbiologischen Isolationsbarriere. Mechanische Isolation Wenn zwei Organismen verschiedener Arten mit Paarungsabsicht aufeinandertreffen, kann auch der Körperbau den Paarungserfolg verhindern. Das nennt man mechanische Isolation. Gametische Isolation Haben alle bisherigen Fortpflanzungsbarrieren versagt, können Spermien in den weiblichen Fortpflanzungstrakt gelangen. Durch biochemische Gegebenheiten kann die Befruchtung dennoch verhindert werden. Das nennt man gametische Isolation. Postzygotische Barrieren In seltenen Fällen kommt es trotz präzygotischer Barrieren zur Verschmelzung von artfremden Geschlechtszellen und eine Zygote entsteht. Eine Vermischung der Arten wird nun durch postzygotische Barrieren verhindert. Diese gibt einen Überblick über die postzygotischen Isolationsbarrieren. Hybridsterilität Hybridnachkommen sind in der Regel steril und somit nicht in der Lage, eigene Nachkommen zu zeugen. Deshalb bleibt die reproduktive Isolation intakt und der Genfluss zwischen den beiden Arten unterbrochen. Man nennt dies Hybridsterilität. Hybridzusammenbruch Sollten Hybriden überlebensfähig und fruchtbar sein, sind die Hybriden der zweiten Generation sehr schwach oder steril. So wird der Genfluss dennoch verhindert. Das nennt man Hybridzusammenbruch. Allopatrische Artbildung Wird der Genfluss durch räumliche Trennung unterbrochen, spricht man von allopatrischer Artbildung. Sympatrische Artbildung Findet Artbildung in einem zusammenhängenden Gebiet statt, spricht man von sympatrischer Artbildung. Allopatrische und sympatrische Artbildung Die zeigt vergleichend die allopatrische und die sympatrische Artbildung. 6

7 Flaschenhalseffekt Der Flaschenhalseffekt beschreibt die starke Reduzierung der genetischen Variabilität und die damit verbundene Änderung der Allelfrequenzen, die durch Reduktion auf eine sehr kleine, oft nur aus wenigen Individuen bestehende Population hervorgerufen wird (Gründereffekt). Die zeigt den Flaschenhalseffekt als Modellvorstellung. Die Vielfalt der Genausprägung ist durch die farbigen Kugeln dargestellt. Ökologische Nischen Die zeigt beispielhaft die unterschiedlichen ökologischen Nischen im Bezug auf die Nahrung bei Darwinfinken. Artaufspaltung Die veranschaulicht die Artaufspaltung bei Darwinfinken. Polyploidie Auch auf Zellebene gibt es Artbildungsmechanismen. Bei jeder Zellteilung kann es zu Chromosomenmutationen kommen. Wenn die Chromosomenpaare nicht getrennt werden, können Zellen mit dreifachen oder noch mehr Chromosomensätzen entstehen. Das nennt man Polyploidie. Bezug zu Lehrplänen und Bildungsstandards Die Schülerinnen und Schüler haben einen Überblick über die Geschichte des Lebens auf der Erde; sind in der Lage, die Vielfalt der Arten nach biologischen Kriterien zu ordnen; vergleichen unterschiedliche Ansätze, mit denen Lebewesen systematisiert wurden und werden, um deren Aussagekraft zu beurteilen; wenden die erweiterte Evolutionstheorie an, um die Entstehung der Biodiversität sowie die Entstehung von Arten als Zusammenspiel der Evolutionsfaktoren zu erklären; erklären die Entstehung einer heute lebenden Art als Teil eines evolutionären Prozesses, indem sie deren stammesgeschichtliche Entwicklung auf die Wirkung der Evolutionsfaktoren zurückführen; begründen die genetische Variabilität innerhalb einer Population als Grund- 7

8 voraussetzung für das Stattfinden von Evolution und erklären den Wandel und die Entstehung von Arten mithilfe der erweiterten Evolutionstheorie; erklären die Bedeutung der geographischen Isolation für die Entstehung der biologischen Vielfalt; vollziehen den Weg biologischer Erkenntnisgewinnung vom Indiz zur Theorie nach; werden dank kumulativer Lernprozesse dazu befähigt, neue Phänomene selbst einzuordnen. Didaktische Hinweise Evolution ist ein dynamischer Prozess und ein Zusammenspiel aus Mutation und Selektion. Auch der Prozess der Artentstehung ist dadurch getriggert. So ist die Artenvielfalt auf unserem Planeten erst entstanden. Die Evolutionsprozesse zu verstehen, ermöglicht es den Schülerinnen und Schülern, für die Artenvielfalt auf unserer Erde sensibilisiert zu werden. So lernen sie die Artenvielfalt zu achten und erkennen, wie wichtig es ist, diese zu erhalten. Diese Produktion gibt einen anschaulichen Überblick über die Prozesse der Artentstehung und erläutert auch die Probleme bei der Definition einer Art. Der Film kann zur Wiederholung bekannter Lerninhalte im Ganzen gezeigt werden, um bereits vorhandenes Wissen zu aktivieren oder in einen größeren Zusammenhang zu bringen. Es können aber auch einzelne Kapitel unabhängig von anderen Kapiteln erarbeitet werden. So können je nach Schulart und Jahrgangsstufen Lehrplaninhalte gezielt mit einzelnen Filmsequenzen und dem entsprechenden Arbeitsmaterial vermittelt werden. Die Produktion kann im Rahmen der folgenden Themenschwerpunkte eingesetzt werden: Problematik des Artbegriffs biologischer Artbegriff Fortpflanzungsbarrieren als Evolutionsfaktor Entstehung der biologischen Vielfalt Artbildung als Folge von geographischer und ökologischer Isolation; reproduktive Isolation 8

9 Arbeitsmaterial Als Arbeitsmaterial steht Ihnen im ROM- Teil ein umfangreiches Angebot an ergänzenden Materialien zur Verfügung (siehe Tabelle). Die Arbeitsblätter liegen als PDF- und Word-Dateien vor. Die Word-Dateien können bearbeitet und so individuell an die Unterrichtssituation angepasst werden. Ordner Didaktische Hinweise Arbeitsblätter (mit Lösungen) en Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben Materialien Hinweise zum Einsatz des Films, der Filmsequenzen, der en und der ergänzenden Arbeitsmaterialien 1) Der Artbegriff: Möglichkeiten und Probleme der Arteinteilung 2) Fortpflanzungsbarrieren 3) Allopatrische Artbildung: Artbildung bei räumlicher Trennung 4) Allopatrische Artbildung: Evolution im Labor Ein Modellexperiment 5) Sympatrische Artbildung: Artbildung im gemeinsamen Gebiet 6) Adaptive Radiation: Artbildung beim Besiedeln neuer Lebensräume Artbegriffe (5 en) Isolationsbarrieren im Überblick Präzygotische Isolationsbarrieren (6 en) Postzygotische Isolationsbarrieren (3 en) Allopatrische Artbildung Sympatrische Artbildung Allopatrische und sympatrische Artbildung im Vergleich Flaschenhalseffekt Ökologische Nischen Artaufspaltung Polyploidie Filmtext zum Film als PDF-Dokument Übersicht über den Aufbau der DVD Informationen zu ergänzenden FWU-Medien Produktionsangaben zur DVD und zum Film 9

10 Evolution Programmstruktur Evolution Art und Artbildung Programmstruktur Hauptmenü Untermenüs Evolution: Art und Artbildung Artbegriff Isolationsbarrieren Artbildung Evolution Art und Artbildung Film 20 min Sequenz/en Sequenzen/ Sequenzen/en Artbegriff Morphologischer Artbegriff Biologischer Artbegriff Phylogenetischer Artbegriff Ökologischer Artbegriff Erweiterter biologischer Artbegriff Artbegriff 3:40 min Artenfluktuation Arbeitsmaterial Arbeitsmaterial Didaktische Hinweise 6 Arbeitsblätter 23 en Filmtext Programmstruktur Weitere Medien Produktionsangaben 0:40 min Präzygotische Reproduktionsbarrieren Postzygotische Reproduktionsbarrieren Isolationsbarrieren Allopatrische Artbildung Sympatrische Artbildung Allopatrische und sympatrische Artbildung Adaptive Radiation Flaschenhalseffekt Ökologische Nischen Artaufspaltung Polyploidie Isolationsbarrieren 3:40 min 1:40 min Artbildung 3:50 min 3:20 min 2:10 min 10

11 Produktionsangaben Evolution: Art und Artbildung (DVD) Produktion FWU Institut für Film und Bild, 2018 DVD-Konzept Dr. Maike Schuchmann DVD-Authoring und Design TV Werk GmbH im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2018 Bildnachweis FWU Institut für Film und Bild Arbeitsmaterial Tobias David Begleitheft Tobias David Dr. Maike Schuchmann Pädagogischer Referent im FWU Daniel Schaub Produktionsangaben zum Film Evolution: Art und Artbildung Produktion Weglowinthedark. im Auftrag des FWU Institut für Film und Bild, 2018 Animation und Gestaltung Antonia Kühn Dominic Bünning Sounddesign Sven Lütgen Sprecher Mark Bremer Tonstudio Riewert Petersen Drehbuch Tobias David Fotos Wikicommons Fachberatung Tobias David Redaktion Daniel Schaub Nur Bildstellen/Medienzentren: öv zulässig 2018 FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht gemeinnützige GmbH Geiselgasteig Bavariafilmplatz 3 D Grünwald Telefon (089) Telefax (089) info@fwu.de vertrieb@fwu.de Internet 11

12 Didaktische FWU-DVD Evolution: Art und Artbildung Die Evolution beeinflusst alle Bereiche der Biologie egal ob Ökologie, Mikrobiologie oder Bio chemie und auch wir Menschen sind eines ihrer vielen Produkte. Der zentrale Aspekt der Evolution ist die Artbildung. Ständig sterben Arten aus und es entstehen neue. Nach welchen Regeln und mit welchen Mechanismen dies funktioniert, wird in der Produktion anschaulich erklärt. Laufzeit 20 min Klasse 9 13 Sprache Film 1 Filmsequenzen 6 Arbeitsblätter 6 DE en 23 Kompetenzerwerb: Die Schülerinnen und Schüler sind in der Lage, die Vielfalt der Arten nach biologischen Kriterien zu ordnen; vergleichen unterschiedliche Ansätze, mit denen Lebewesen systematisiert wurden und werden, um deren Aussagekraft zu beurteilen; erklären die Entstehung einer heute lebenden Art als Teil eines evolutio nären Prozesses, indem sie deren stammesgeschichtliche Entwicklung auf die Wirkung der Evolutionsfaktoren zurückführen; erklären die Bedeutung der geographischen Isolation für die Entstehung der biologischen Vielfalt. Ausführliche didaktische Hinweise finden Sie im Arbeitsmaterial. Themen Klasse 9 13 Artbegriff Präzygotische Reproduktionsbarrieren Postzygotische Reproduktionsbarrieren Allopatrische Artbildung Sympatrische Artbildung Adaptive Radiation Lehrprogramm gemäß 14 JuSchG und 60b UrhG GEMAFREI FWU Institut für Film und Bild in Wissenschaft und Unterricht ggmbh Bavariafilmplatz Grünwald Telefon +49 (0) Telefax +49 (0) info@fwu.de Bestell-Hotline: +49 (0) vertrieb@fwu.de