14.3 Unterrichtsmaterialien

Transkript

1 Jnin Jördens, Romn Asshoff und Hrld Kullmnn 14.3 Unterrichtsmterilien Unterrichtsmterilien für die Unterstufe (Klsse 5 6) Mteril 1: Stmmbäume lesen Abbildung 14.9 gibt die Verwndtschftsverhältnisse verschiedener Tiere wieder. Abb Stmmbäume lesen Aufgbe 1 Wer ist näher miteinnder verwndt? Begründe deine Antwort nhnd des Stmmbums. Ist der Vogel näher mit der Eidechse oder näher mit dem Känguru verwndt? b Ist die Eidechse näher mit dem Vogel oder näher mit dem Menschen verwndt? c Ist die Eidechse näher mit dem Krokodil oder näher mit dem Vogel verwndt? Aufgbe 2 Sind die Lurche mit den Eidechsen und dem Menschen gleich nh verwndt? Begründe deine Antwort nhnd des Stmmbums. I

2 14 Stmmbäume lesen und verstehen Aufgbe 3 Ein Wissenschftler gräbt nch Fossilien. Schu dir den bgebildeten Stmmbum genu n. Der Wissenschftler entdeckt in einer der Schichten Fossilien von sehr urtümlichen Fischen. Wie whrscheinlich ist es, dss er in derselben Schicht uch Fossilien von Kängurus findet? b Der Wissenschftler entdeckt in einer der Schichten Fossilien von Krokodilen. Wie whrscheinlich ist es, dss er in derselben Schicht uch Fossilien von Fischen findet? Mteril 2: Einen Stmmbum rekonstruieren 1 Hrige Probleme Aufgbe 4 Säugetiere besitzen zhlreiche gemeinsme Merkmle und doch kommen Unterschiede in den verschiedenen Untergruppen vor. Geprde und Pferde besitzen beispielsweise ein dichtes Fell, wohingegen Elefnten fst keine Hre trgen. Ein Wissenschftler möchte nun herusfinden, ob Hre (Fell) ein ursprüngliches ( ltes ) Merkml von Säugetieren sind oder ob die Hrlosigkeit der Elefnten ursprünglich ist. Ein Kollege ht ihm den folgenden Stmmbum zur Verfügung gestellt, mit dessen Hilfe er seine Frge bentworten knn (Abb ). Abb Einen Stmmbum rekonstruieren 1 Hrige Probleme Mit welcher Gruppe muss der Wissenschftler Pferde und Elefnten vergleichen, um heruszufinden, ob Fell oder Hrlosigkeit ursprünglich sind? Zu welchem Ergebnis kommt er? Begründe deine Antwort. II

3 14.3 Unterrichtsmterilien Unterrichtsmterilien für die Unterstufe bis Mittelstufe (Klsse 5 9) Mteril 3: Einen Stmmbum rekonstruieren 2 Auf die Füße geschut Aufgbe 5 Säugetiere gehören zu den Tetrpoden (Vierfüßern), dher besitzen lle Säugetiere vier Extremitäten. Einige Arten hben jedoch eine gnz unterschiedliche Zehennzhl n den Füßen. So hben Kmele zwei Zehen, während Hunde fünf Zehen n jeder Pfote besitzen. Durch einen Vergleich knn mn ermitteln (Abb ), ob ds Merkml fünf Zehen ein ltes, ursprüngliches Merkml ist, ds im Verluf der Evolution früher entstnd ls die geringere Zehennzhl, oder ein jüngeres, bgeleitetes Merkml drstellt, ds sich erst später us Vorfhren mit weniger Zehen entwickelt ht. Abb Einen Stmmbum rekonstruieren 2 Auf die Füße geschut Mit welcher Tiergruppe müsste mn ds Merkml Anzhl der Zehen bei Hunden und Kmelen vergleichen, um dieses Problem zu lösen? Zu welchem Ergebnis kommst du? Begründe deine Auswhl. III

4 14 Stmmbäume lesen und verstehen Unterrichtsmterilien für die Mittelstufe (Klsse 7 9) Mteril 4: Abstmmungsgemeinschften Abb Abstmmungsgemeinschften Aufgbe 6 In diesem Stmmbum stellen Ktzen und Menschen eine geschlossene Abstmmungsgemeinschft (Monophylum) dr, d sie uf einen gemeinsmen Vorfhren zurückzuführen sind, den sie mit keiner der nderen Gruppen teilen (Abb ). Errbeite lle weiteren Abstmmungsgemeinschften us dem bgebildeten Stmmbum. b Zeichne mindestens eine unvollständige Abstmmungsgemeinschft (Prphylum) im bgebildeten Stmmbum ein. Welche Problemtik verbirgt sich in einer solchen Gruppierung für die Interprettion von Verwndtschft? c Wie bezeichnet mn eine Gruppe, die nur Ktzen und Vögel umfsst? Ein Tipp: Denke n Stmmrten und Verwndtschft. Benenne eine weitere Gruppierung, die dieser entsprechen würde. Aufgbe 7 Innerhlb der geschlossenen Abstmmungsgemeinschft (des Monophylums) stehen sich Ktzen und Menschen ls Schwestertx gegenüber. Welche Gruppe ist Schwestertxon zum Txon Vögel? b Benenne ds Schwestertxon der Lurche. c Welche Gruppen umfssen in diesem Stmmbum die Tetrpod und welches Schwestertxon steht diesen gegenüber? IV

5 14.3 Unterrichtsmterilien Mteril 5: Abstmmungsgemeinschften in der Forschung 1 Die Verwndtschft der Seevögel Abbildung zeigt die Verwndtschft der Schwrzschnbelsturmtucher, zu denen Sturmtucher, Sturmvögel, Albtrosse und Sturmschwlben gehören. Der Stmmbum bsiert uf molekulren Dten (Nukleotidsequenzen des Cytochrom-b-Gens). Abb Stmmbum der Schwrzschnbelsturmtucher-Gruppe, bsierend uf Nukleotidsequenzen des Cytochrom-b-Gens (nch Storch et l. 2007) Aufgbe 8 Bei welchen der Gruppen (Sturmtucher, Sturmvögel, Albtrosse und Sturmschwlben) hndelt es sich um eine geschlossene Abstmmungsgemeinschft (Monophylum), bei welchen um eine unvollständige Abstmmungsgemeinschft (Prphylum)? Begründe deine Zuordnung. V

6 14 Stmmbäume lesen und verstehen Aufgbe 9 Innerhlb der Sturmtucher gibt es die Gttung Puffinus. Stellt dieses Txon ein Monophylum oder ein Prphylum dr? Begründe deine Zuordnung. Aufgbe 10 Worus setzt sich die Schwestergruppe der Albtrosse zusmmen? Aufgbe 11 Welche Außengruppe wurde gewählt, um den Stmmbum zu wurzeln? Mteril 6: Der Außengruppenvergleich Die Evolution der Säugetiere Aufgbe 12 Säugetiere sind durch eine Vielzhl von gemeinsmen, homologen Merkmlen gekennzeichnet, die unter nderem in der Homoiothermie, dem Besitz eines Hrkleids und dem Vorhndensein von Milchdrüsen bestehen. Trotz der Abstmmung von einem gemeinsmen Vorfhren sind innerhlb der Säugetiere gnz unterschiedliche Vertreter zu finden, die sich in der Ausprägung einiger homologer Merkmle unterscheiden (z.b. Schnbeltier und Hund). Die Unterscheidung ursprünglicher und bgeleiteter Merkmlsusprägungen ist Grundlge für die Rekonstruktion der Abstmmung und die Erstellung eines Stmmbums. Tb. 14.1: Merkmle vom Schnbeltier, Hund und der Zuneidechse Merkml Schnbeltier Hund Zuneidechse Hrkleid Milchdrüsen Fortpflnzungsrt lebendgebärend oder eierlegend) VI

7 14.3 Unterrichtsmterilien Fülle die Tbelle us, indem du entscheidest, ob ds jeweilige Merkml vorliegt. Verwende hierfür die Symbole + und beziehungsweise trge die Begriffe ein. b Bestimme durch den Vergleich der Merkmlsusprägungen die Entwicklungsrichtung der Merkmle und erstelle einen Stmmbum. Welches Merkml ist innerhlb der Säugetiere ursprünglich? Lebendgebärend oder eierlegend? Mteril 7: Der Außengruppenvergleich 2 Zeigt her eure Füße Aufgbe 13 Alle Schmetterlinge gehen uf einen gemeinsmen Vorfhren zurück und bilden demnch eine monophyletische Gruppe. Die Zugehörigkeit zu einer monophyletischen Gruppe bringt es mit sich, dss die Orgnismen zhlreiche gemeinsme bgeleitete Merkmle ufweisen. Innerhlb dieser Gruppe lssen sich jedoch uch grvierende Unterschiede feststellen, zum Beispiel bezüglich des Merkmls Anzhl der Lufbeine. So besitzen Vertreter der Schmetterlingsgruppen Fleckenflter (Nymphline, Abb ) und Monrchflter ( Dnine, Abb ) neben vier funktionsfähigen Lufbeinen zwei strk verkürzte Lufbeine. Die Vertreter der Gruppen Ritterflter (Ppilionide, Abb ) und Weißlinge (Pieride, Abb ) weisen dgegen sechs funktionsfähige Lufbeine uf. Abb Tgpfuenuge (Nymphline, 4 Lufbeine + 2; Friedrich Böhringer) Abb Monrchflter (Dnine, 4 Lufbeine + 2; Derek Rmsey) VII

8 14 Stmmbäume lesen und verstehen Abb Schwlbenschwnz (Ppilionide, 6 funktionsfähige Lufbeine; Christel Kessler) Abb Großer Kohlweißling (Pieride, 6 funktionsfähige Lufbeine; Juergen Wgner) Einer dieser Merkmlszustände ist ursprünglich, lso uch bei zhlreichen nderen Verwndten zu finden. Der bgeleitete Merkmlszustnd chrkterisiert dgegen seine Merkmlsträger ls eine Gruppe innerhlb der Schmetterlinge, die uf einen jüngeren gemeinsmen Vorfhren zurückgehen. Bestimme eine geeignete Außengruppe für den Vergleich. Hierfür knnst du den bgebildeten Stmmbum (Abb ) ls Hilfestellung nutzen. b Ist ds Merkml 6 funktionsfähige Lufbeine innerhlb der Gruppe der Schmetterlinge ein ursprünglicher oder ein bgeleiteter Merkmlszustnd? Begründe deine Antwort. Abb Auszug us einem Insekten-Stmmbum VIII

9 14.3 Unterrichtsmterilien Unterrichtsmterilien für die Oberstufe (Klsse 10 12) Mteril 8: Abstmmungsgemeinschften in der Forschung 2 Die Verwndtschft der Geier Bis heute wurden über 230 verschiedene Greifvogelrten beschrieben, die 5 Fmilien zugeordnet werden (Flken [Flconide]; Adler, Bussrde, Weihen, Hbichte [Accipitride]; Fischdler [Pndionide]; Sekretäre [Sgittride]; Neuweltgeier [Cthrtide]). D sie äußerlich ähnlich ussehen und viele gemeinsme Merkmle ufweisen, werden sie trditionell ls Ordnung Flconiformes zusmmengefsst. Vögel dieser Ordnung sind drn ngepsst, entweder lebende Beute zu erlegen oder As zu fressen und besitzen dementsprechend morphologische Angepsstheiten (z.b. kräftige hkenförmige Schnäbel, kräftige Greiffüße mit strken Krllen, exzellentes Sehvermögen, sehr gut entwickelte Flugfähigkeit). Aus einer Studie ergb sich us Anlysen der Nukleotidsequenzen des Cytochrom-b-Gens beispielsweise der unten bgebildete Stmmbum (Abb ; verkürzt drgestellt us Storch et l. 2007). Abb Auszug us dem Stmmbum der Greifvögel, bsierend uf Nukleotidsequenzen des Cytochrom-b-Gens (verändert nch Storch et l. 2007) IX

10 14 Stmmbäume lesen und verstehen Aufgbe 14 Die im Stmmbum gru unterlegten Vögel werden im llgemeinen Sprchgebruch oft ls Geier zusmmengefsst und teilen neben den morphologischen Merkmlen uch die Ernährung ls Asfresser. Hndelt es sich bei der Gruppierung Geier um ein Monophylum, ein Prphylum oder ein Polyphylum? b Alle Geier ernähren sich usschließlich ls Asfresser. Ist diese Eigenschft ufgrund des Stmmbums ls homologes oder ls nloges Merkml zu bewerten? Begründe deine Annhme. Aufgbe 15 Welche Schwestergruppe steht hier den Neuweltgeiern gegenüber? Mit welcher Gruppe teilen sie lso einen gemeinsmen Vorfhren? Aufgbe 16 Kennzeichne in Abbildung die im Text beschriebene Ordnung Flconiformes (z.b. indem du lle Vertreter der Gruppe einkreist). b Erläutere, ob es sich um ein Monophylum, ein Prphylum oder ein Polyphylum hndelt. c Welche Konsequenzen ergeben sich drus für die Bezeichnung Flconiformes? Mteril 9: Zuordnung phylogenetischer Begriffe Aufgbe 17 Bestimme die umgngssprchlichen Begriffe für die wissenschftlichen Bezeichnungen in Abbildung Abb Stmmbum einiger Tiergruppen X

11 14.3 Unterrichtsmterilien Aufgbe 18 Bestimme die folgenden Merkmlszugehörigkeiten in Abbildung und begründe deine Antwort. Für welches Txon ist ds Merkml Hre eine Autpomorphie? b Für welche beiden Tx ist ds Merkml Hre eine Synpomorphie? c Nenne ein Txon, für ds ds Merkml Hre eine Plesiomorphie ist. Mteril 10: Einen Stmmbum erstellen Wie der Leoprd zu seinen Flecken km Aufgbe 19 Viele Ktzenrten weisen chrkteristische Fellzeichnungen uf, die von einfrbigem Fell über Flecken, Rosetten bis hin zu Streifen vriieren. Wissenschftler stellen sich die Frge, wie die ursprüngliche Fellzeichnung des letzten gemeinsmen Vorfhren dieser Gruppe usgesehen hben könnte. Bezüglich der Evolution des Fellmusters behupten einige Forscher, dss ds ursprüngliche Muster us reltiv großen Flecken besteht, die sich mit der Zeit in kleinere Flecken, Sprenkeln oder Rosetten ufgelöst hben. D die Fellzeichnung bei Fossilien nicht erhlten bleibt, sind keine konkreten Hinweise uf die Ausprägung zu finden. Mn knn jedoch Stmmbäume, die uf der Untersuchung nderer Dten beruhen, nutzen, um die Entstehung der heutigen Fellzeichnungen nchzuvollziehen. So knn mn ds mögliche Frbmuster des letzten gemeinsmen Vorfhren dieser Gruppe ermitteln. In Abbildung ist ein Ausschnitt us einem Stmmbum für neun rezente (heute noch lebende) Ktzenrten beschrieben. Die in diesem Stmmbum drgestellten Verwndtschftsbeziehungen sind ds Ergebnis der Anlyse molekulrbiologischer Dten (DNA) und morphologischer Dten von rezenten Arten und Fossilien (z.b. Skelette, Schädel, Zähne). Abb Stmmbum von neun rezenten Ktzenrten (verändert nch Freemn und Herron 2007) XI

12 14 Stmmbäume lesen und verstehen Recherchiere ds Fellmuster der in Abbildung drgestellten rezenten Arten und benenne die Musterung nch folgenden Ktegorien: einfrbig, Flecken, Rosetten, Streifen. Nutze Abbildung ls Hilfestellung bei der Bestimmung. Abb Fellzeichnungen (nch Werdelin und Olsson 1997) b Skizziere in Abbildung ds jeweilige Fellmuster in den dfür vorgesehenen Kreisen. Versuche Schritt für Schritt nchzuvollziehen, welches Fellmuster der jeweils letzte gemeinsme Vorfhr (n den jeweils nächsten Knotenpunkten) gehbt hben könnte. Beginne mit Knotenpunkt A und rekonstruiere dnn ds Merkml für die Knotenpunkte B, C, D, E und F. Berücksichtige dbei ds Prsimonie-Prinzip! c Welches Fellmuster ist bei dem letzten gemeinsmen Vorfhren ller drgestellten Ktzen nzunehmen? d Welche Ktzenrt(en) zeigt/zeigen uch heute noch die ursprüngliche Fellzeichnung? e Hndelt es sich bei den Streifen um ein ursprüngliches oder ein bgeleitetes Merkml? XII