Evolution der Tiere. Oliver Zierau. Dresden, 26. Juni. 2015

Transkript

1 Evolution der Tiere Oliver Zierau Dresden, 26. Juni. 2015

2 Evolution Nichts in der Biologie ergibt Sinn, außer im Lichte der Evolution 1) Theodosius Dobzhansky Folie 2 von 74

3 Evolution der Evolutionstheorie Geschichte der Evolutionstheorie Die Geschichte der Evolutionstheorie beginnt bereits in der Antike und reicht über Darwin bis in die Gegenwart Darwins Theorie und ihre Nachfolger sind nicht nur eine Theorie der Evolution, sondern zugleich eine Abstammungslehre oder Deszendenstheorie Folie 3 von 58

4 Evolution der Evolutionstheorie Antike Eine archaische Antwort auf die Frage nach dem Ursprung der Lebewesen stellen die z.t. sehr unterschiedlichen Schöpfungsmythen dar Folie 4 von 58

5 Evolution der Evolutionstheorie Thales von Milet (um 624 bis 547 v. Chr.) Mit seiner Idee, das Wasser sei der Ursprung aller Dinge, versuchte eine nicht-mythologische Erklärung zu geben Folie 5 von 58

6 Evolution der Evolutionstheorie Anaximander (um 611 bis ca. 547 v. Chr.) Der Schüler Thales entwickelte die Idee der Urzeugung weiter Die ersten Tiere und der Mensch entstanden in der Feuchtigkeit und gingen später auf das trockene Land Sie entwickelten sich (ontogenetisch) durch eine Metamorphose aus fischähnlichen Formen Folie 6 von 58

7 Evolution der Evolutionstheorie Jean Baptiste Lamarck ( ) postulierte Arten sind veränderlich und verändern sich in kleinen Schritten ( Die Natur macht keine Sprünge! ), können aber nicht aussterben Theorie der Vererbung erworbener Eigenschaften auf: Organismen haben einen Vervollkommnungstrieb Folie 7 von 63

8 Evolution der Evolutionstheorie Charles Darwins ( ) Wichtigste Buch von 1859 On the Origin of Species by means of Natural Selection, or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life (wörtlich: Über den Ursprung der Arten durch das Mittel der natürlichen Auswahl, oder die Erhaltung bevorzugter Rassen im Kampf um das Leben) ist das erste Werk, das die seiner Zeit bereits vorhandenen Theorien und Hypothesen zur Evolution der Lebewesen zusammenfasst und durch eine Fülle von Beobachtungen belegt Folie 8 von 63

9 Veränderlichkeit von Arten Folie 9 von 58

10 Definition Evolution Evolution ist die Entwicklung des Lebens und die der Lebewesen im Laufe der Zeit Ein wichtiger Faktor dieser Entwicklung ist die Veränderung der vererbbaren Merkmale einer Population von Lebewesen von Generation zu Generation Folie 10 von 74

11 Evolution in einem Satz Leon Lederman, the physicist and Nobel laureate, once half-jokingly remarked that the real goal of physics was to come up with an equation that could explain the universe but still be small enough to fit on a T-shirt. In that spirit, Richard Dawkins offered up his own T-shirt slogan for the ongoing evolution revolution: Life results from the non-random survival of randomly varying replicators Folie 11 von 74

12 Definition Evolution Evolution ist die Veränderung der vererbbaren Merkmale einer Population von Lebewesen von Generation zu Generation Folie 12 von 74

13 Evolution Evolution ist > zufällig (Mutation statistisch) > richtungslos (Selektion verfolgt kein Ziel) > nicht wiederholbar (Selektionsbedingungen verändern sich wie auch Mutationen nicht wiederholbar sind) Folie 13 von 74

14 Die klassische Evolutionstheorie Die klassische Evolutionstheorie sagt aus: - die Welt & die lebende Materie verändern sich ständig, nicht statistisch - aus einfachen Organismen haben sich höher Organismen entwickelt - alle Lebewesen haben einen gemeinsamen Ursprung (eine erste Zelle). Somit sind auch alle Lebewesen verwandt (DNA besteht bei alle Lebewesen aus den gleichen Bausteinen) > Theorie der gemeinsamen Abstammung Folie 14 von 74

15 Theorie der gemeinsamen Abstammung Folie 15 von 74

16 Evolutionstheorie Theorie der Entstehung neuer Arten durch natürliche Selektion -erstmals ausführlich von Darwin 1859 in The Origin of Species -Indizien sammelte er in den 30 Jahren vor dem Erscheinen unteranderem auf den Galapagos Inseln Folie 16 von 74

17 Galapagosfinken - bei den Galapagosfinken beobachtete er, dass jede Spezies sich auf spezifische Nahrung spezialisiert hatte - und auch die Schnabelform und -größe mit dieser korrespondierte - gleichzeitig ähnelten sich die Finken sehr Darwin schloss daraus, das die natürliche Auslese die Individuen bevorzugte die am Besten die Nahrungsquellen nutzen können Folie 17 von 74

18 Galapagosfinken a. Kernbeißergrundfink Geospiza magnirostris, Schnabel an große Samenkörner angepasst b. Klein-Grundfink Geospiza fuliginosa, Schnabel an kleine Samenkörner angepasst c. Waldsängerfink Certhidea olivacea, Schnabel an Insekten angepasst d. Dickschnabel-Darwinfink Platysma crassirostris, Schnabel an Blätter Folie 18 von 74 angepasst

19 Evolution ist > zufällig (Mutation statistisch) > richtungslos (Selektion verfolgt kein Ziel) > nicht wiederholbar (Selektionsbedingungen verändern sich, auch sind Mutationen nicht wiederholbar) Folie 19 von 74

20 Evolution ist zufällig richtungslos nicht wiederholbar Folie 20 von 74

21 Die klassische Evolutionstheorie sagt aus: - die Welt & die lebende Materie verändern sich ständig, nicht statistisch Folie 21 von 74

22 Die klassische Evolutionstheorie sagt aus: - aus einfachen Organismen haben sich höher Organismen entwickelt Folie 22 von 74

23 Die klassische Evolutionstheorie sagt aus: - alle Lebewesen haben einen gemeinsamen Ursprung (eine erste Zelle) Somit sind auch alle Lebewesen verwandt (DNA besteht bei alle Lebewesen aus den gleichen Bausteinen) Folie 23 von 74

24 Wie funktionier Evolution? Voraussetzungen für die Evolution nach Darwin : - Variabilität: - Jede Pflanze, jedes Tier ist individuell - Es gibt nie zwei identische Nachkommen Folie 24 von 74

25 Wie funktionier Evolution? - Nachkommensüberschuss: - Alle Lebewesen setzen mehr Nachkommen in die Welt als zu ihrer Erhaltung notwendig sind - Lebensraum und Nahrung sind dagegen begrenzt viele sterben vor der Fortpflanzung Folie 25 von 74

26 - Auslese: Wie funktionier Evolution? - In der Natur entscheiden winzige Unterschiede wie z.b. Körperbau oder Verhalten über Leben und Tod - Nur wer sich gegenüber seinen Konkurrenten behauptet, hat die Chance zu überleben Folie 26 von 74

27 Selektionsarten Anzahl der Individuen Phänotyp Keine Selektion Stabilisierende Selektion Gerichtete Selektion Spaltend Selektion Folie 27 von 74

28 Moderne Evolutionstheorie Die moderne Evolutionstheorie ist eine Synthese von Darwinismus und Genetik mit fünf Evolutionsfaktoren: 1. Mutation 2. Kombination/ Rekombination 3. Selektion 4. Gendrift 5. Isolation Folie 28 von 74

29 Moderne Evolutionstheorie 1. Mutation Durch Mutation entstehen neue Gene und Veränderung bei dem Lebewesen Die Mutation ist der einzige Evolutionfaktor, der neue Gene schafft Ohne Mutation könnte die Evolution gar nicht erfolgen, es gäbe keine Entwicklung Folie 29 von 74

30 Moderne Evolutionstheorie Mutationen entstehen nach dem heutigen wissenschaftlichen Konsens zufällig, dass durch Rückkopplungsprozesse zwischen Phänotyp und Genotyp Mutationen entstehen ist nicht nachgewiesen Mutationen können durch UV-, Röntgen-, radioaktive Strahlen und Chemikalien entstehen Folie 30 von 74

31 Mutationen

32 Moderne Evolutionstheorie 2. Rekombination Bei der geschlechtlichen Vermehrung, werden die Gene von dem und dem neu zusammen gestellt Man spricht von einer Rekombination. Durch diese Rekombination entstehen auch immer wieder neue Phänotypen Folie 32 von 74

33 Moderne Evolutionstheorie Dadurch wird bei der Population für eine ständige neue Vielfalt gesorgt, diese kann ohne Mutationen entstehen Folie 33 von 74

34 Moderne Evolutionstheorie Rekombination Folie 34 von 74

35 Moderne Evolutionstheorie 3. Selektion Der, der besser an seine Umwelt angepasst ist überlebt und produziert auch mehr Nachkommen Hinzu kommt noch die sexuelle Zuchtwahl Folie 35 von 74

36 Moderne Evolutionstheorie 4. Gendrift Nicht immer ist es Selektion, die für die Zu- oder Abnahme eines bestimmten Gens in einer Population verantwortlich ist Ein Allel kann durch Zufallsereignisse häufiger werden oder verschwinden Dies kann in verschiedenen Varianten passieren z.b. es löst sich eine Teilpopulation von eine großen Population und besiedelt einen neuen Lebensraum Folie 36 von 74

37 Moderne Evolutionstheorie Die Auswahl dieser Gründerindividuum, einer neuen Population, ist rein zufällig Folie 37 von 74

38 Moderne Evolutionstheorie 3.b. Sexuelle Zuchtwahl Folie 38 von 74

39 Sexuelle Zuchtwahl Folie 39 von 74

43 Sexuelle Zuchtwahl? Folie 43 von 74

44 Gendrift Folie 44 von 74

45 Moderne Evolutionstheorie 5. Isolation Die Artenvielfalt ist nur durch die Isolation möglich Solange eine Population die Möglichkeit hat ihre Gene untereinander durch Rekombination zu mischen, so bleiben auch die zur Art gehörenden Merkmale Folie 45 von 74

46 Moderne Evolutionstheorie Wenn nun ein Teil einer Population völlig isoliert wird von der anderen und der Genfluß zwischen beiden Populationen unterbrochen ist, können sich neue Populationen entwickeln Folie 46 von 74

47 Isolation Folie 47 von 74

48 Die fünf Evolutionsfaktoren 1. Mutation 2. Kombination/ Rekombination 3. Selektion 4. Gendrift 5. Isolation Folie 48 von 74

49 Problem mit dem Artkonzept Was ist eine Ringspezies? Ostsibirien- Möwe Amerikanische Heringsmöwe Birula- Möwe Tundramöwe Sibirische Möwe Herings- Möwe Silbermöwe Folie 49 von 74

50 Artbildung Allopatrische Speziation: Arten entstehen aus einer Ursprungsart dadurch, dass durch geographische Trennung (Wasser, Wüste, Eis) aus der Ursprungspopulation Teil-populationen entstehen, die sich wegen unter-schiedlicher Selektionsbedingungen unterschiedlich weiterentwickeln Folie 50 von 74

51 Artbildung Sympatrische Speziation: eine neue Art entsteht im weiterhin gemeinsamen Verbreitungsgebiet z.b. aus einer (Chromosomenverdoppelung) oder aus zwei (Bastardierung) Ausgangsarten Gene flow has been reduced between flies that feed on different food varieties, even though they both live in the same geographic area Folie 51 von 74

52 Artbildung Gendrift: Allele und Gene einer Art ändern sich im Laufe der Zeit Schritt für Schritt, so dass das Endprodukt dem Ansgangsorganismus sehr unähnlich sein kann, es ist aber keine zusätzliche Art entstanden Folie 52 von 74

53 Artbildung Dreiphasenmodell der Artbildung: 1) Radation durch transformierende Selektion: Veränderte Umweltbedingungen (neues Schlüsselmerkmal, neues Klima, neue Besiedelung) sind gute Bedingungen dafür, dass sich Mutanten erhalten Folie 53 von 74

54 Artbildung Adaptive Radiation Folie 54 von 74

55 Artbildung Die Wahrscheinlichkeit, dass sie positiv Effekte haben, ist größer (auch wenn sie nicht gleich perfekte Anpassungen sind) können sie überleben, da nur wenig Konkurrenz da ist So entstehen relativ schnell und viele neue Arten Folie 55 von 74

56 Artbildung 2) Spezialisierung durch stabilisierende Selektion: je besser angepasst ein Organismus ist, desto wahrscheinlicher wirkt sich eine Änderung (Mutation) negativ aus Mehr Konkurrenz führt zu mehr Auslese (starke intraspezifische Konkurrenz -> weitere Spezialisierung und Optimierung) Folie 56 von 74

57 Artbildung Es entstehen kaum noch neue Arten, da es kaum noch freie Plätze gibt, da alle Habitate schon besetzt sind Die schon gut angepassten Besitzer konkurrieren die durch zufällige Mutation mehr oder weniger gut neu angepassten Aspiranten aus Folie 57 von 74

58 Artbildung 3) Degeneration durch Überspezialisierung: die Entwicklung läuft in Sackgassen, aus denen sie nicht mehr umkehren kann, da es keine Vorausplanung gibt Es entstehen Hypertrophien, vor allem auch im Zusammenhang mit intraspezifischer Konkurrenz, die ohne umweltrelevanten Vorteil sind (z.b.: im Zusammenhang mit sexueller Selektion) Folie 58 von 74

59 Artbildung Auch Langlebigkeit ist eine Hypertrophie, bedeutet geringe Selektionsgeschwindigkeit (bei rapider Umweltveränderungen tödlich) Da sich Spezialisten schlechter anpassen können als Generalisten, sterben schneller aus Folie 59 von 74

60 Hypertrophien Folie 60 von 74

61 Analogie: Evolution Die gleiche Qualität unabhängig aus verschiedenem Ursprung entstanden und konvergent ähnlicher werden (Schwanzflosse bei Wal, Fisch und Fischsauriern) Folie 61 von 74

62 Analogie Folie 62 von 74

63 Homologie: Evolution Nach Lage, kontinuierlichen Übergängen und Qualität gleich bzw. vom gleichen Ursprungsorgan abstammend (z.b. Elle und Speiche der Tetrapoda) Folie 63 von 74

64 Evolution Homoiologie: Konvergente Weiterentwicklung aus homologer Struktur (z.b. Flügel aus Vorderbein bei Vogel und Fledermaus) Folie 64 von 74

65 Evolution der Tiere Folie 65 von 74

72 Abstammung der Wirbeltiere Folie 72 von 74

73 Abstammung der Wirbeltiere Chordata (Tiere die während ihres Lebens zeitweilig eine Corda dorsalis aufweisen) Euchordata (Tiere die zeitlebens ein Achsenskelett aufweisen) Chraniata (Euchordata mit Schädel (Chranium) Gnathostmata (Craniten mit Kiefern) Teleostmi (Knochenfische und Tetrapoden) Tetrapoda (vierfüßige Vertebraten) Amniota (Embryonen in Embryonalmembran) Folie 73 von 98

74 Abstammung der Wirbeltiere Folie 74 von 98

75 Übungsfragen 1. Geben sie eine kurze Definition für den Begriff Evolution (im biologischen Kontext). 2. Was sind die Voraussetzungen für die Evolution nach Darwin? 3. Was sagt die klassische Evolutionstheorie über den Ursprung und Verwandtschaft der Lebewesen aus? 4. Was sind die fünf Evolutionsfaktoren der modernen/synthetischen Evolutionstheorie? 5. Erklären sie Kürz die Bedeutung von Mutation, Kombination/ Rekombination, Selektion, Gendrift und Isolation für die Evolution. 6. Was bewirkt die Sexuelle Zuchtwahl und was erklärt das Handicap-Prinzip? 7. Veränderte Umweltbedingungen wie z.b. ein neues Schlüsselmerkmal, verändertes Klima oder eine Neubesiedelung sind gute Bedingungen für die Artbildung (Nennen Sie stichpunktartig welcher Prozess hier auftritt). 8. Erklären sie kurz die Begriffe Allopatrische und Sympatrische Speziation. 9. Skizzieren sie kurz das Dreiphasenmodell der Artbildung. 10. Definieren sie folgende Begriffe: Analogie, Homologie, Homoiologie, Homonomie und Heteronomie. 11. Skizzieren sie kurz die Abstammung der Wirbeltiere. 12. Geben sie Beispiele für mit Wirbeltieren nahe und weit entfernt verwandten Taxa.

76 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

77 Bildquellen 1) 2) 3) Annie.html 4) Matt Groening bearbeitet 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11) c66509fba67a.jpg Folie 77 von 74