Welche Belege gibt es für die Evolution der Lebewesen auf der Erde? (Teil 1)

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1 Welche Belege gibt es für die Evolution der Lebewesen auf der Erde? (Teil 1)

2 Vor Darwin wurden zwar Gedanken zur Evolution mehrfach geäußert. Sie fanden entweder keine Beachtung oder wurden aufgrund logischer Schlüssigkeit (Paley) und fehlender Beweise wieder verworfen. 1859: Die Entstehung der Arten durch natürliche Zuchtwahl... Fast über Nacht wurden von einer Vielzahl von Forschern Darwins Argumente aufgrund ihrer völligen Plausibiliät und in Beziehung zu den Beobachtungen, die man auf dem Gebiet der Züchtung von Pflanzen und Nutztieren gemacht hat, wie eine Offenbarung aufgenommen und weiterentwickelt. Schon innerhalb kürzester Zeit entstand eine Menge popularisierender Sekundärliteratur, die Darwins Theorie noch zu seinem Lebzeiten weithin bekannt machte. Suche nach Beweisen und Wiederlegungen der Evolutionstheorie

3 Die Suche nach Beweisen für die Evolutionstheorie bedient sich der Methoden der historischen Wissenschaften Aufbau von (phylogenetischen) Stammbäumen anhand datierter fossiler Zeugnisse enge Zusammenarbeit mit der Geologie (Stratigraphie) Historische Geologie

4 Fossilisation von Lebewesen Die Einteilung der Erdgeschichte erfolgt i.d.r. über Zeiträume, die durch eine typische Lebewelt (Pflanzen und mehr noch Tiere) gekennzeichnet sind und oftmals mit Extinktionen (Massenaussterben) endeten. - Proterozoikum Zoikum = Zeitalter des Lebens - Phanerozoikum Phytikum = Zeitalter der Pflanzen - Känozoikum Fossilien beliebige Überreste (Hartteile, Abdrucke, Imprägnationen, Spuren) von Lebewesen vergangener Zeiten

5 Erst die Fossilien mehrzelliger, makroskopischer, mit Hartteilen ausgestatteter Lebewesen sind in Form von Leitfossilien zur Datierung von sedimentären Gesteinsformationen brauchbar. Was wird überliefert? 1. Hartteile von Organismen: Schalen, Gehäuse, Knochen, Außenskelette 2. Imprägnation: insbes. pflanzliche Fossilien, deren organische Substanz durch Mineralisation (Quarz) ersetzt wird (versteinertes Holz) 3. Hohlformen und Abdrücke: Einschluß durch Sedimentation und anschließende Entfernung der organischen Substanzen durch zirkulierendes Wasser. Hohlformen können mineralisiert werden. 4. Spurenfossilien Fährten, Kriechspuren, Grabgänge und Nachweise anderer biologischer Aktivitäten --> wichtig für die Erforschung des Verhaltens ausgestorbener Lebewesen 5. Fossile Brennstoffe Diagenese oder Verkohlung pflanzlicher Reste

6 Qualität der Fossilüberlieferung Die Fossilisation ist i. a. ein äußerst seltenes Phänomen, welches das Zusammenspiel einiger meist ungewöhnlicher Umstände erfordert: - Lebewesen ohne Hartteile werden nur unter außergewöhnlichen Bedingungen (Turbidite) fossil überliefert --> präkambrische Fossilien (Ediacara, Burgess-Schiefer) - Fossilien sind oft stark zerstört oder zusammengehörige Teile über größere Flächen verteilt Marine Organismen werden häufiger überliefert als Landlebewesen Trilobiten sind die Leitfossilien des Paläozoikums

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8 Entscheidende Beobachtungen: Sedimente dokumentieren eine zeitliche Reihenfolge ihrer Ablagerung (Steno) Ungestörte Sedimentation oben liegende Schichten sind jung das Alter der darunter liegenden Schichten nimmt stetig zu

9 Enthalten die Sedimente Fossilien, dann gilt: Die älteren Schichten enthalten jeweils die Vorfahren der Lebewesen, die in der darauffolgenden Schicht versteinert sind. Je weiter ein Fossil in der Vergangenheit liegt, desto mehr unterscheidet es sich von heutigen Organismen

10 Problem und Ziel: Rekonstruktion der Stammesentwicklung der Lebewesen Fossilien in eine zeitliche und verwandtschaftliche Reihenfolge bringen Theoretische Grundlage dafür ist die Erste, Zweite und Dritte Evolutionstheorie von Darwin: - Veränderlichkeit der Arten - Abstammung aller Lebewesen von gemeinsamen Vorfahren - Allmählicher Ablauf der Evolution (Stetigkeit) Problem ist die unvollständige Überlieferung in Form von Fossilien Untersuchungsmethode: Suche nach Homologien in Körpermerkmalen Ein Merkmal bei zwei oder mehreren systematischen Gruppen ist homolog, wenn es von dem gleichen (oder einem entsprechenden) Merkmal ihres letzten gemeinsamen Vorfahren abstammt.

11 Homologe Merkmale bei Säugetier- und Insektenextremitäten

12 Kurze Einführung in die Phylogenie Die Evolutionsgeschichte einer Art oder einer Artengruppe, besonders im Hinblick auf Abstammungslinien und die Beziehungen zwischen Großgruppen von Organismen. - Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte von Taxa (Arten) - Identifizierung gemeinsamer Vorfahren - Rekonstruktion der Evolution einzelner Merkmale (z.b. Extremitäten, Augen...) Methoden: - Untersuchung der Morphologie und Anatomie von Fossilien und deren Rekonstruktion - Untersuchung von Homologien rezenter Lebewesen - DNA-Sequenzanalyse ( biologische Uhren in die Vergangenheit ) - Ontogenese rezenter Lebewesen Probleme: Unvollständiger Fossilrecord... Gewöhnlich keine fossilen Weichteiche und DNA-Spuren

13 Am Anfang steht das Klassifizieren Carl von Linne (Carl Nilsson Linnaeus) Begründer der modernen Taxonomie - Binäre Nomenklatur - Hierarchisches System nach homologen Merkmalen Taxonomie: Untersuchung der Zusammensetzung und der Verwandschaftsbeziehungen der Lebewesen Stubenfliege: Musca domestica L. Gänseblümchen: Bellis perennis L. Löwe: Panthera leo L. Hecht: Esox lucius L. Fliegenpilz: Amanita muscaria L. Mensch: Homo sapiens L. Wasserfrosch: Rana esculenta L. Weißtanne: Abies alba L

14 Hierarchische Einteilung der Lebewelt: Reich Stamm Klasse Ordnung Familie Gattung Art Unterart Regnum Phylum Classic Ordo Familia Genus Species Subspecies Ziel: Das natürliche System der Lebewesen soll sowohl die Verwandschaftsbeziehungen als auch die Stellung in der Stammesentwicklung beschreiben Deshalb auch Einbeziehung der bereits ausgestorbenen Lebewesen in dieses System (es gilt genau die gleiche hierarchische als auch binäre Nomenklatura) Archeopteryx lithographica Tyrannosaurus rex Paradoxines pinus Phylogenetische Stammbaum

15 Archaebacteria Eubacteria Protista (Einzeller) Fungi (Pilze) Plantae (Pflanzen) Animalia (Tiere) Straminipila (algenartige Pilze)

16 Phylogenetische Systematik - Kladistik Biologische Systematik, die der phylogenetischgen Abstammung folgt. Da der absolute Zeitmaßstab keine Rolle spielt, handelt es sich bei Kladogrammen nicht um Stammbäume. Aussage: Willi Hennig ( ) Die Arten A und B haben einen gemeinsamen Vorfahren (aus dem sie entstanden sind) Dieser gemeinsame Vorfahre von A und B hat mit der Art C wiederum einen gemeinsamen Vorfahren Zwei identische Kladogramme - es gibt nur dichotome Verzweigungen - es gibt keine absolute Zeitachse - die Aufspaltungspunkte sind zeitlich gewichtet (früher später) - Die Äste ergeben sich durch jeweils ein abgeleitetes Merkmal

17 Einfaches Kladogramm von Tieren

18 Nächstes Mal: Fortsetzung Phylogenese