Die Radiokarbonmethode zur Bestimmung des Alters von Fossilien

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1 Arbeitsblatt 1 Die Radiokarbonmethode zur Bestimmung des Alters von Fossilien 1. Wie gelangt der radioaktive Kohlenstoff in Pflanze und Tier? 2. Was lässt sich über den Anteil radioaktiven Kohlen stoffes in Pflanze und Tier aussagen? 3. Was geschieht mit dem radioaktiven Kohlenstoff, wenn die Lebewesen sterben?

2 Arbeitsblatt 2 Die Rekonstruktion eines Sauriers in Abbildungen Als vor mehreren Millionen Jahren die Entwicklung des Menschen begann, waren die Saurier schon viele Millionen Jahre ausgestorben. Kein Mensch hat also je einen Saurier lebend gesehen. Beschreibe neben den drei Abbildungen von Stegosaurus die Schritte der Rekonstruktion des Tieres! A B C

3 Arbeitsblatt 3 Die Entstehung eines Fußabdruckes In einem Steinbruch in Westfalen fand man große versteinerte Fußabdrücke von Dinosauriern. Solche Saurierfährten können aufschlussreiche Fosilien sein. 1. Erkläre anhand der Abbildungen, wie eine solche versteinerte Saurierfährte entsteht! A B C D 2. Was könnte man aus einer solchen Fährte alles herauslesen?

4 Arbeitsblatt 4 Archaeopteryx ein Brückentier zwischen Reptil und Vogel Kennzeichne zuerst die typischen Vogelmerkmale und die typischen Kriechtiermerkmale (Vogel: blau; Kriechtier: rot) und kennzeichne dann die Merkmale beider Klassen beim Archaeopteryx in den jeweiligen Farben!

5 Arbeitsblatt 5 Fische lernen das Laufen oder der Übergang vom Wasser zum Land 1. Nenne Voraussetzungen, die erfüllt werden müssen, damit die Nachkommen von im Wasser lebenden Fischen das Land erobern können! 2. Die folgenden beiden Abbildungen zeigen einen Quastenflosser (A) und einen Ur-Lurch (B) aus dem Devon (vor ca. 410 bis 360 Mio. Jahren). Welche Entwicklung vom Quastenflosser zum Ur-Lurch stellst du fest? A B 3. Begründe, weshalb der Quastenflosser ein lebendes Fossil und ein Brückentier zugleich ist!

6 Arbeitsblatt 6 Erdzeitalter (I) 1. Klebe die Abbildungen von Arbeitsblatt 7 in Spalte 4 der Zeittafel ein! 2. Notiere in Spalte 5 weitere Lebewesen der verschiedenen Epochen! Mio. Jahre Zeitalter Epoche Lebensformen 1,8 Erdneuzeit Quatär 65 Tertiär 140 Erdmittelalter Kreide 210 Jura 250 Trias 285 Perm 360 Karbon Erdaltertum 410 Devon 440 Silur 505 Ordovicium 570 Kambrium 4500 Erdurzeit Erdurzeit

7 Arbeitsblatt 7 Erdzeitalter (II) Klebe die folgenden Lebewesen in Spalte 4 der Zeittafel (Arbeitsblatt 6) ein!

8 Arbeitsblatt 8 Stammesgeschichte der Pferde Ordne den Pferden die richtigen Schädel- und Fußskelette zu! Pferd Schädelund Fußskelett Jetztzeit vor 13 Mio. Jahren vor 25 Mio. Jahren vor 36 Mio. Jahren vor 50 Mio. Jahren

9 Arbeitsblatt 9 XXXXXX Ähnlichkeiten bei Wirbeltiergliedmaßen 1. Kennzeichne bei den folgenden Abbildungen den Oberarm schwarz, Elle und Speiche blau und die Hand rot! 2. Beschreibe die jeweiligen Besonderheiten jeder Gliedmaße im Vergleich zum Oberarm des Menschen und nenne die Funktion! 1 2 3

10 Zusatzinformationen Vom lebenden Tier zur Versteinerung Die Weichteile verendeter Tiere oder abgestorbener Pflanzen werden durch biologische oder mechanische Vorgänge schnell zerstört. Sie verfaulen z. B. oder werden von Aasfressern beseitigt. Erhalten bleiben Lebewesen nur in den seltenen Fällen, in denen der abgestorbene Organismus unter Luftabschluss rasch in Sediment eingebettet wird und damit vor Zersetzungsvorgängen geschützt ist. Auch der Einschluss in Harz, Eis oder Erdwachs kann in diesem Sinne konservierend wirken. Hauptsächlich erhalten bleiben aber Festteile wie Zähne, Knochen, Hörner, Gehäuse, Schalen, hartschalige Samen und ähnliches. Der Weg einer Versteinerung (Muschelschale) Sonderformen fossiler Pflanzen und Tiere. Pflanzliche Reste, wie Früchte, Samen, Blätter oder Stämme bleiben hauptsächlich durch sogenannte Inkohlung erhalten. Dabei werden die abgestorbenen Pflanzen oder Teile von ihnen unter Luftabschluss in Torf, Braunkohle oder Steinkohle umgewandelt. Dabei geraten Pflanzen z. B. in Sumpfwaldmooren schnell unter Wasser und damit unter Luftabschluss. So erfolgt keine Verwesung. Bei kontinuierlichem Absenken des Untergrundes kann durch Druck- oder Temperaturerhöhung und bei Überlagerung mit Sand und Ton in Gegenwart anaerober Bakterien die als Inkohlung bezeichnete Umwandlung stattfinden. So finden sich z. B. in Braunkohle gehäuft Früchte, Samen und auch Abdrücke von Blattresten.

11 Zusatzinformationen Methoden der Altersbestimmung Der Erhaltungszustand eines Fossils sagt nicht unbedingt etwas über sein Alter aus. Für die Klärung des Ablaufs der Evolution muss man aber das jeweilige Alter der Fossilien bestimmen. Dafür wurden unterschiedliche Methoden entwickelt. Relative Altersbestimmung: Der Däne STENSEN ( ) stellte die grundlegende Überlegung an, dass bei der Bildung von Sedimentgesteinen die ältesten Schichten unten, die jüngeren darüber liegen. Daraus ergab sich die Möglichkeit, benachbarte Schichten zu vergleichen und als jünger oder älter einzuordnen. Der Engländer SMITH kam durch seine Erfahrungen bei Kanalbauten zu der Überlegung, das Alter geologischer Schichten mithilfe von Fossilien zu bestimmen. Schon früher hatte man entdeckt, dass in bestimmten Schichten charakteristische Fossilien, sogenannte Leitfossilien, auftreten. Auf Grund optimaler Lebensbedingungen sind bestimmte Lebewesen in bestimmten Erdzeitaltern offenbar in großen Mengen aufgetreten. Ihre Reste findet man in entsprechenden Gesteinen in großer Zahl. Die Trilobiten oder Dreilappenkrebse sind solche Leitfossilien. Sie dienen dem Geologen als Zeitmarken und werden zur relativen Altersbestimmung von Schichten genutzt. Vergleicht man verschiedene Gesteine ähnlicher Zusammensetzung, so dienen Leitfossilien als Unterscheidungs- und Einordnungskriterien. Mit solcher relativen Altersbestimmung kann man bestimmte Sedimente als jünger oder älter in Bezug auf andere Sedimente einstufen. Absolute Altersangaben gewinnt man so aber nicht. Bestimmung des absoluten Alters: RUTHERFORD wies 1903 als erster auf die Möglichkeit hin, den Zer-fall radioaktiver Stoffe als absolutes Zeitmaß zu nutzen. Mit diesem Zerfall hat man eine Uhr, mit deren Hilfe man das Alter von Fossilien sehr genau bestimmen kann. Mit der Radiokarbonmethode werden Alter bis zu Jahren erfasst. Die Halbwertzeit von14c liegt bei 5740 Jahren. Für ältere Fossilien nutzt man andere radioaktive Elemente mit längeren Halbwertzeiten: z. B. Uran-Blei-Methode / 238U 4,5 x 109 Jahre. Kalium-Argon-Methode / 40K 1,3 x 109 Jahre Leben in verschiedenen Epochen der Erdzeitalter Erdurzeit (4,5 Millarden bis 600 Millionen Jahre): Es ist der längste Zeitraum der Erdgeschichte: (85 %). Diese Epoche reicht von der Entstehung der Erde bis zum Beginn des Kambriums, also von ca. 4,5 Milliarden bis 600 Millionen Jahre. Die Gesteine enthalten keine oder wenige fossile Spuren. Man hat die Erdurzeit deshalb auch als Kryptozoikum, also als Zeit verborgenen Lebens, dem Rest der Erdgeschichte als Phanerozoikum, der Zeit sichtbaren Lebens, gegenübergestellt. Tatsächlich ist das Leben aber in dieser Epoche entstanden. Die ältesten Lebensspuren aus dieser Zeit sind Blaualgen und Bakterien. Die ältesten aus Blaualgen entstandenen Kalkablagerungen sind ca. 3,5 Milliarden Jahre alt. Aus der Erdurzeit Australiens stammen etwa 600 Millionen Jahre alte Vielzeller, z. B. Medusen, Korallenverwandte und Ringelwürmer (Ediacara-Fauna). Kambrium (570 bis 505 Millionen Jahre): Aus diesem Zeitraum sind reichlich Fossilien überliefert. Dabei handelt es sich durchweg um Meerespflanzen und Meerestiere. Neben den Algen waren mit Ausnahme der Wirbeltiere bereits alle großen Tiergruppen vertreten. Es gab z. B. Foraminiferen, Radiolarien, Schwämme, Medusen, Muscheln, Schnecken, Stachelhäuter und Krebse. Charakteristisch für diese Epoche waren die Trilobiten oder Dreilappenkrebse. Es waren Gliedertiere mit asselartigem Aussehen. Ihren Namen bekamen sie wegen des dreigliedrigen Rückenpanzers. Dass in dieser Epoche Fossilien nun in großer Zahl auftreten, dürfte an der Ausbildung widerstandsfähiger Schalen und Skelette liegen. Ordovicium (505 bis 440 Millionen Jahre): An Pflanzen sind aus dieser Zeit nur Kalkalgen und Grünalgen nachgewiesen. Es gab Protozoen und Moostierchen. Unter den Kopffüßlern gab es schon Riesenformen von mehreren Metern Länge. Schnecken und Muscheln wurden artenreicher. Die ersten Wirbeltiere traten als kieferlose, fischähnliche Tiere auf. Die ältesten Landpflanzensporen stammen aus diesem Zeitraum. Silur (440 bis 410 Millionen Jahre): Die Formenvielfalt der Algen nahm zu. Es gab die ersten Landpflanzen (Nacktfarne). Knorpel-, Knochen- und Panzerfische traten auf, ebenso die ersten Tausendfüßer und Spinnentiere (Skorpione). Devon (410 bis 360 Millionen Jahre): Die Fische zeigten eine große Mannigfaltigkeit. Lungenfische und der Quastenflosser traten auf. Tiere fingen an das Land zu besiedeln. Die ersten Amphibien (Ichthyostega) lebten in dieser Epoche. Es gab flügellose und später auch geflügelte Insekten. Bärlappe, Schachtelhalme und Farne waren die Pflanzen dieser Zeit. (Die ältesten Kohlenflöze stammen aus dem Oberen Devon.)

12 Zusatzinformationen Karbon (360 bis 285 Millionen Jahre): Üppige Wälder aus Bärlappen, Schachtelhalmen und Baumfarnen, hohen Siegelund Schuppenbäumen bedeckten das Land. Unsere heutigen Steinkohlenlager entstanden aus ihnen. Auch die ersten Nacktsamer (Nadelhölzer) gab es. Die ersten Reptilien traten auf. Krebstiere, Spinnentiere und Tausendfüßer nahmen zu. Unter den Insekten gab es geflügelte Riesenformen mit Flügelspannweiten bis zu 75 cm. Perm (285 bis 250 Millionen Jahre): Nadelhölzer ersetzten die Steinkohlenwälder. Die Trilobiten starben in dieser Zeit aus. Säugetiervorfahren und Vorfahren unserer heutigen Reptilien und der Vögel traten auf. Trias (250 bis 210 Millionen Jahre): Auf dem Land nahmen Gingko-Gewächse zu. Die Reptilien entfalteten sich. Unter den Sauriern traten schon Formen von 10 m Länge auf. Kleinere Säugetiere lebten ebenfalls in dieser Epoche. Jura (210 bis 140 Millionen Jahre): Es war die Hauptzeit der Saurier. Sie beherrschten z. T. mit riesigen Formen Wasser und Land, als Flugsaurier auch die Luft. Der Archaeopteryx trat auf. Es gab die ersten lebendgebärenden Säugetiere. Ammoniten und Belemniten waren in hohen Artenzahlen verbreitet. Kreide (140 bis 65 Millionen): Erste Bedecktsamer mit Laubblättern stammen aus dieser Epoche. Riesige Saurierarten lebten auch in dieser Epoche, starben aber am Ende der Kreidezeit aus. Es gab Beuteltiere und erste Plazentatiere, Zahnvögel und Vögel. Die Ammoniten starben aus. In der Oberkreide traten die ersten Primaten auf. Tertiär (65 bis ca. 1,8 Millionen Jahre): Pflanzen und Tiere sind den heutigen Formen angenähert. Es gibt die ersten Halbaffen. Raubtiere und Nagetiere, Wale und erste Pferde leben im Tertiär. Im Jungtertiär gab es Elefanten, Giraffen und Robben. Zum Ende der Epoche hin gab es die ersten Hominiden. Quartär (seit 1,8 Millionen Jahren): Es ist unsere Epoche, die Epoche der Entwicklung des Menschen. Gekennzeichnet ist sie durch den Wechsel von Warm- und Kaltzeiten, die erhebliche Veränderungen von Tier- und Pflanzenwelt bedingten. Rudimentäre Organe Organe, die im Laufe der Stammesgeschichte zurückgebildet wurden und in diesem Zusammenhang funktionslos geworden sind oder nur noch Teilfunktionen haben, heißen rudimentäre Organe. Sie verschwinden meist nicht vollständig, denn die genetische Information zu ihrer Ausbildung geht nicht vollständig verloren. Beispiele: Beim Menschen der Wurmfortsatz des Blinddarms, funktionslose Muskeln der Ohrmuschel, die Körperbehaarung des Menschen als Rudiment eines vollständigen Haarkleides. Bei Tieren Stummelflügel beim Kiwi, stummelförmige Beine der Erzschleiche, Schultergürtel und Reste des Beckengürtels der Blindschleiche, die Griffelbeine des Pferdes, Augenrudimente bei höhlenbewohnenden Fischen, Molchen und Krebsen, Rest von Zwischenrippenmuskeln bei jungen Teichschildkröten. Sie verweisen auf einen Zustand in der Evolution als Rippen und Panzer noch nicht fest verwachsen waren. Bei Pflanzen schuppenförmige Blattreste der Sommerwurz, reduzierte sterile Staubblätter einiger Rachenblütler.

13 Zusatzinformationen Ammoniten fossile Schnecken oder Kopffüßer? Entscheide, ob der abgebildete Ammonit zu den Kopffüßern gehört, also in die Verwandtschaft vom heute lebenden Nautilus und von den Tintenfischen, oder zu den Schnecken. Während bei den Schnecken der Körper das ganze Innere des Gehäuses ausfüllt, lebt Nautilus nur ganz vorne, im vordersten Teil des Gehäuses. Wird die Wohnkammer zu klein, so wird im hinteren Teil eine Kammertrennwand und seitlich vorwärts eine neue, größere Wohnkammer abgesondert. Die nicht mehr bewohnbaren Kammern sind mit einem häutigen Rohr, dem Sipho verbunden und können mehr oder weniger mit Atemgasen gefüllt werden. Das ermöglicht dem Tier unterschiedliche Tauchtiefen im Meer. Während bei Nautilus das Gehäuse in einer Ebene aufgerollt ist, bildet es bei den meisten Schnecken eine Spirale. Lage der Kontinente zu Beginn des Erdmittelalters (vor 225 Mio. Jahren)

14 Spiel Entwicklungsspiel (I)

15 Spiel Entwicklungsspiel (II) Station/Nr. 60 Erdurzeit 54 Spielanweisung Du stehst am Rande des Urmeeres und kannst dich noch nicht für den weiteren Weg entscheiden: Setze 1 Mal aus! Du hast das Leitfossil, einen Trilobiten, gefunden; rücke zur Belohnung 6 Felder vor! 50 Kambrium Die herrlichen Quallen faszinieren dich. Da du gerne noch ein wenig verweilen willst, darfst du 2 Mal aussetzen! 47 Eine Qualle hält dich fest! Gehe schnell zurück zum Feld 49! 43 Der erste Ausflug eines Tieres an Land steht kurz bevor. Rücke schnell 5 Felder vor, damit du dieses Ereignis miterleben kannst! 40 Devon Du hast versucht, das Land zu früh zu erobern. Gehe 5 Felder zurück! 37 Ein schöner Tümpel dient dir als Aufenthaltsort. Ruhe dich noch eine Runde im feuchten Nass aus! 32 Ein Skorpion jagt dir Angst und Schrecken ein. Du fliehst zurück auf Feld 41! 30 Karbon Deine Rücksicht gegenüber dem Leben der Urinsekten wird belohnt. Rücke 3 Felder vor! Trias Jura 13 Du kletterst auf einen riesengroßen Baum. Das kostet wertvolle Zeit. Du musst 1 Runde aussetzen! Du kannst das Auftauchen der ersten Saurier nicht mehr erwarten. Neugierig wie du bist, rückst du schnell 5 Felder vor! Immer größere Saurier breiten sich aus. Auf der Flucht vor ihnen landest du auf Feld 35! Ein kleiner Saurier macht mit dir ein Wettrennen. Du verlierst. Gehe zurück auf Feld 27! Du entdeckst den Stegosaurus in einem Sumpf und bist von der Größe überwältigt. Setze eine Runde aus! Du hast als erster den Ur-Vogel Archaeopteryx entdeckt. Zur Belohnung darfst du auf Feld 12 vorrücken! Tyrannosaurus rex verfolgt dich und du flüchtest auf einen der ersten Nadelbäume. Setze eine Runde aus! 9 7 Tertiär Trauer beschleicht dich. Immer mehr Saurier sterben aus. Du willst die Anfänge nochmal erleben und gehst auf Feld 24 zurück! Zwischen riesengroßen Mammutbäumen erscheinen erstmals Furcht erregende Säugetiere. Du flüchtest auf Feld 4! 5 Immer mehr Säugetiere wecken deine Neugierde. Rücke auf Feld 2 vor! 1 Quartär Du hast das Ziel erreicht. 570 Millionen Jahre hast du überwunden. Immer mehr bestimmt der Mensch durch Eingriffe die zukünftige Entwicklung.

16 Arbeitsblatt 10 Evolutionstheorien Die Giraffe ist ein typisches Tier der Savanne Afrikas. Die obigen Abbildungen veranschaulichen die Erklärungsversuche zweier bekannter Evolutionsforscher des 19. Jahrhunderts für die Entstehung dieses scheinbar so absonderlich gebauten Tieres. 1. Stelle einander gegenüber: Wie erklärt Evolutionsforscher A, wie B die Entstehung der Körperform der Giraffe? A B 2. Ordne die Erklärungsversuche zwei Evolutionsforschern zu! Begründe!

17 Arbeitsblatt 11 Mensch und Menschenaffe (I) Nenne die Unterschiede im Skelettbau von Mensch und Menschenaffe! Körperhaltung Kniegelenk Wirbelsäule Becken Kopf

18 Arbeitsblatt 12 Mensch und Menschenaffe (II) Trage die unterschiedlichen Merkmale von Menschenaffen und Menschen ein! Mensch Menschenaffe

19 Arbeitsblatt 13 Lucy im Vergleich zwischen Menschenaffe und Mensch 1. Vergleiche den Körperbau von Australopithecus arafensis ( Lucy ) mit denen von Schimpanse und Mensch! schimpansenähnliche Merkmale Lucy menschenähnliche Merkmale 2. Was fällt dir beim Vergleich auf?

20 Arbeitsblatt 14 Fußabdrücke heute und vor 3,6 Mio. Jahren 1. Stelle bei dir fest, wie sich beim Gehen das Gewicht während des Abrollens im Fuß verlagert! Zeichne dies in die Abb. A ein! A Abfolge der Gewichtsverlagerung deines Fußes B Abdruck eines menschlichen Fußes im weichen Untergrund C Fossiler Fußabdruck (3,6 Mio. Jahre) Die Farbschattierungen geben an, wie tief sich Teile des Fußes jeweils im Boden abdrücken. Dunkle Farbschattierungen = Zonen hohen Druckes; helle Farbschattierungen = Zonen geringeren Druckes. 2. Vergleiche deinen Abdruck mit den Abdrücken der Abbildungen B und C! Was kannst du aus den Abdrücken herauslesen?

21 Arbeitsblatt 15 Entwicklung des modernen Menschen Benenne die abgebildeten Vorfahren des modernen Menschen! Ordne durch Pfeile die Schädeltypen zu!

22 Arbeitsblatt 16 Rekonstruktion eines Schädels In einer Höhle wurden die unten dargestellten Schädelteile zusammen mit Faustkeilen und Steinspitzen gefunden. Schneide die Schädelteile aus und klebe sie zusammen! Ergänze die fehlenden Teile zeichnerisch! Bestimme mithilfe der unteren Abbildung, um welchen Menschentyp es sich handelt!

23 Arbeitsblatt 17 Stammbaum des Menschen (I) Schneide die Elemente auf Arbeitsblatt 18 aus und stelle mit ihrer Hilfe die Entwicklung zum Jetztmenschen auf Arbeitsblatt 17 dar!

24 Arbeitsblatt 18 Stammbaum des Menschen