Evolution Evolution heisst nichts anderes als ‘Entwicklung’

Präsentation zum Thema: "Evolution Evolution heisst nichts anderes als ‘Entwicklung’"—  Präsentation transkript:

1 Evolution Evolution heisst nichts anderes als ‘Entwicklung’
Die Biologie befasst sich mit der Entstehung des Lebens auf der Erde und mit der Entwicklung der Lebewesen. Evolution des Lebens und die Entstehung der vielen unterschiedlichen Arten von Lebewesen erfordert eine Veränderung des Bauplans (DNA), diese Veränderungen müssen bei der Vererbung an die Nachkommen weitergegeben werden. Die Wissenschaft befasst sich seit etwa 150 Jahren mit der Vererbungslehre, auch die Evolutionstheorie, welche die Entstehung verschiedener Arten erklärt, wurde damals von Charles Darwin aufgestellt. Die Evolutionstheorie ist eine wichtige Grundlage der Wissenschaft. Aber viele Menschen glauben, dass sie falsch wäre, dass die unglaublich grosse Vielfalt alles Lebendigen unmöglich nach und nach entstanden sei, sondern dass sie erschaffen wurde, von einer göttlichen Kraft.

2 Gott erweckt Adam zum Leben (Darstellung von Michelangelo 1511)

3 Aus der Frühgeschichte der Erde
Unser Sonnensystem entstand vor etwa 12 Milliarden Jahren. Für einen langen Zeitraum, bis vor etwa 4,5 Milliarden Jahren, wurde die Erde immer wieder von mächtigen Gesteinsbrocken getroffen, welche die Sonne ebenfalls umkreisten. Die dabei freigesetzte Energie heizte die Oberfläche der Erde auf über 1000 °C auf, und es entstanden Gase, welche die Uratmosphäre bildeten. Die damalige Uratmosphäre bestand zunächst aus Wasserstoff, Methan, Ammoniak und Wasserdampf, vor 3 Milliarden Jahren kamen dann Stickstoff und Kohlendioxid (CO2) hinzu. Doch die Atmosphäre enthielt damals noch keinen Sauerstoff.

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5 Erstes Leben vor 3,5 Mia. Jahren
Nachdem das Meteoritenbombardement auf die noch unbelebte, trockene und heisse Erde nachliess, kühlte die Erdoberfläche langsam ab. Der Wasserdampf in der Uratmosphäre kondensierte allmählich zu flüssigem Wasser, es regnete sehr lange Zeit, die Urozeane füllten sich. In dieser mineralstoffreichen Ursuppe entstand vor etwa 3,5 Milliarden Jahren das erste Leben. Da bis jetzt immer noch kein Sauerstoff vorhanden war, lebten die ersten Organismen ohne Sauerstoff, das heisst, sie waren anaerobe Lebewesen. Die anaeroben Bakterien waren rund 1 Milliarde Jahre lang die einzigen Lebewesen auf der Erde.

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7 Herkunft des Sauerstoffs
Sauerstoff gab es schon von Anfang an auf der Erde, nur nicht in reiner Form. Er war chemisch an andere Stoffe gebunden, etwa an Kohlenstoff (Kohlendioxid) oder Schwefel (Schwefeldioxid). Vor etwa 2,5 Milliarden Jahren entstanden Lebensformen, die solche Verbindungen aufspalteten und den dabei gebildeten reinen Sauerstoff als Abfallprodukt ausschieden. Dieser Sauerstoff war für die bisher vorhandenen anaeroben Bakterien ein tödliches Gift. Als das Wasser der Ozeane sich langsam mit Sauerstoff anzureichern begann, zogen sich die Urbakterien zurück. Heute findet man sie nur noch in heissen Quellen (Geysiren) oder am Grund der Ozeane, wo auch heute noch kein reiner Sauerstoff vorhanden ist. Die ältesten, heute noch lebenden Pflanzen sind fadenförmige Algen, die man beispielsweise in einer Bucht in Australien auf runden Steinen vor der Küste findet. Die Algen haben die Steine gebaut, man nennt die Steine auch Stromatolithen. Das folgende Bild zeigt einen aufgesägten versteinerten Stromatolithen..

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9 Herkunft des Sauerstoffs
Die gesteinsbildenden Algen waren die verbreitetste Lebensform vor etwa 2 Milliarden Jahren. Heute treten sie nur noch vereinzelt auf. Sie waren die ersten Lebewesen, welche Sauerstoff an die Atmosphäre abgaben. Algen enthalten grünes Blattgrün (Chlorophyll), welches für die Sauerstoffproduktion verantwortlich ist. Dabei verbrauchen sie Kohlenstoffdioxid. Dieser Vorgang heisst auch Photosynthese. Sämtlicher im Wasser und in der Atmosphäre vorhandener Sauerstoff ist also von Lebewesen, von Grünen Pflanzen gebildet worden!

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11 Herkunft von Eisenerz Viele Meteoriten enthalten reines Eisen. Dieses wurde im säurehaltigen Urozean aufgelöst, die Ursuppe war demnach stark eisenhaltig! Als die Algen anfingen, Sauerstoff ins Wasser abzugeben, reagierte dieser mit dem Eisen, es bildete sich Eisenoxid (‘Rost’). Dieses Eisenoxid sank zum Meeresboden hinunter und lagerte sich dort in Schichten ab. Die Eisenerzlager entstanden als Nebenprodukt des Lebens! Das in den Ozeanen gelöste Eisen wurde nach und nach aufgebraucht. Danach erst war es möglich, dass reines Sauerstoffgas aus dem Meer in die Atmosphäre aufstieg. Damit war die Grundlage für das Leben ausserhalb des Wassers gelegt.

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13 Das allererste Leben Warum und wie das Leben entstand, ist immer noch ein ganz grosses Geheimnis. Die Wissenschaft verfügt über Vermutungen und Theorien, aber noch nie ist es gelungen, aus totem Material ein Lebewesen zu schaffen. Es ist noch nicht einmal möglich, ein Lebewesen vom Tod wieder ins Leben zurückzuholen. Im Jahre 1953 führte der Amerikaner Stanley Miller ein berühmtes Experiment durch, das einen Hinweis darauf gibt, wie damals unter den Bedingungen der Uratmosphäre bestimmte Bausteine für das Leben hätten entstehen können. In einem Glasbehälter mischte er die Gase der vermuteten Uratmosphäre und simulierte darin mit elektrischen Ladungen Gewitter. Durch diese ‘Urgewitter’ leitete er Wasserdampf hindurch. Bei dem Versuch bildeten sich tatsächlich organische Verbindungen, zum Beispiel Aminosäuren (Bausteine der Eiweisse), Fettsäuren und Bausteine für die Nucleinsäuren(DNA)!

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15 Die Abstammungslehre Haben sich die heute lebenden Arten im Laufe der Zeit nach und nach aus früheren Lebensformen herausgebildet? Das würde bedeuten, dass auch wir Menschen von Fischen abstammen und unsere allerersten Vorfahren waren Urbakterien. Im Grand Canyon der USA, der grössten Schlucht der Erde, liegen Gesteinsschichten verschiedener Erdzeitalter übereinander. Die älteren Schichten liegen tiefer, die neueren höher. In jeder Schicht sind charakteristische, versteinerte Überreste von Lebewesen vorhanden, die Fossilien. In 500 Millionen Jahre alten Schichten findet man viele Gliederfüsser, zum Beispiel Trilobiten. In Millionen Jahre alten Schichten treten in grosser Vielfalt Ammoniten, Belemniten, Seeigel oder Muscheln auf. Logisch betrachtet heisst dies, dass vor 500 Mio. Jahren andere Tiere lebten als vor 200 Mio. Jahren.

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17 Abstammungslehre Die heute ausgestorbene und zu den Gliederfüssern gehörende Tierklasse der Trilobiten lebte im Schlamm am Boden von flachen Meeren. Sie wurden bis zu 75cm groß und hatten einen ausgeprägten Rückenpanzer, der in versteinerter Form heute als Fossil gefunden wird. Trilobiten lebten im Paläozoikum, dem Erdaltertum, das mit der Periode des Kambrium vor etwa 542 Millionen Jahren begann und mit der Periode des Perm vor 251 Millionen Jahren endete.

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19 Abstammungslehre Die Ammoniten gehörten zu einer ausgestorbenen Gruppe von Weichtieren. Sie traten erstmals vor ca Millionen Jahren auf und starben zusammen mit den Dinosauriern am Ende der Kreidezeit aus. Sie besassen eine spiralförmige Schale, die ähnlich wie beim heute noch lebenden Nautilus (nächste Seite) in Kammern unterteilt war. Durch das Pumpen von Wasser in die Kammern, konnte sich das tintenfischähnliche Tier im Meer auf- und abwärts bewegen.

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21 Abstammungslehre Betrachtet man eine geologische Zeittafel, so fällt auf, dass bestimmte Lebensformen erst ab einem bestimmten Erdzeitalter auftreten. Manche Formen treten in bestimmten Perioden massenhaft als Leitfossilien auf, in vielen Fällen verschwinden sie später wieder. Leitfossilien sind also typische Lebensformen einer Zeitperiode: Trilobiten sind Leitfossil des frühen Erdaltertums, Ammoniten sind Leitfossil des Erdmittelalters Im Verhältnis zur gesamten erdgeschichtlichen Entwicklung lebt der Mensch erst seit einem kurzen Zeitraum. Er erscheint in der Erdneuzeit in der Periode des Neogen. Vor etwa 6 Millionen Jahren traten die ersten Vorfahren des Menschen auf.

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23 Abstammungslehre Zu Beginn des 19. Jahrhunderts brach unter den Forschern ein Streit darüber aus, warum in einer Gesteinsschicht immer nur ganz bestimmte Arten zu finden sind. Die Anhänger von Georges Cuvier glaubten, dass Arten unveränderlich sind und nach Katastrophen immer wieder neu geschaffen werden. Jean-Baptiste de Lamarck und Étienne Geoffroy Saint- Hilaire behaupteten, dass sich neue Arten aus älteren Arten entwickeln. Die Pariser Akademie der Wissenschaften entschied den Streit gegen die Abstammungslehre, weil Lamarck damals noch keine Beweise vorlegen konnten. 

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25 Abstammungslehre Beweise
Die Pariser Akademie entschied zwar gegen die Abstammungslehre, aber seither fand man immer mehr Beweise, welche diese Theorie unterstützen. Der Quastenflosser gilt beispielsweise als wichtiger Hinweis darauf, dass sich aus den Fischen später Landbewohner entwickelt haben. Der Urvogel Archaeopteryx gilt als stammesgeschichtliches Bindeglied zwischen den Reptilien und den Vögeln. Quastenflosser stehen zwischen Fischen und Amphibien, Archaeopteryx steht zwischen Reptilien und Vögeln. Beide stellen einen Übergang dar, deshalb bezeichnet man sie als Brückentiere (Beweis).

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27 Abstammungslehre Beweise
Nahe Verwandtschaft erkennt man in der Tierwelt oft an Ähnlichkeiten. Die ähnlich aufgebauten Gliedmassen der Wirbeltiere beruhen auf dem gleichen Grundplan. Warum? Weil alle Landwirbeltiere von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen . Eine solche Ähnlichkeit wird als homolog bezeichnet. Die homologen Gliedmassen, die homologen Organe und teilweise auch das homologe Verhalten der Wirbeltiere dienen heute als Beweis für Lamarcks Abstammungslehre.

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29 Abstammungslehre Beweise
Es kann aber auch vorkommen, dass sich Organe von nicht miteinander verwandten Tierarten stark ähneln. Die wie der Maulwurf im Boden lebende Maulwurfsgrille besitzt ein Graborgan, das dem des Maulwurfs ähnelt. Man bezeichnet eine solche Ähnlichkeit als analog. Bei der Anpassung an den Lebensraum unter der Erde entwickelte sich beim Maulwurf wie bei der Maulwurfsgrille eine sehr ähnliche Lösung, obwohl die beiden Tierarten vollkommen verschiedene Grundbaupläne haben. Dieses Phänomen nennt man auch Konvergenz, parallel entstandene ähnliche Merkmale werden als konvergente Merkmale bezeichnet. Analoge Ähnlichkeiten können nicht als Beweis für die Abstammungslehre herangezogen werden.

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31 Abstammungslehre Beweise
Alle Lebewesen enthalten als Erbanlage eine DNS, die sich nur in der Anordnung ihrer organischen Basen unterscheidet. Die Reihenfolge und die Anordnung der organischen Basen bestimmt die Art der vorliegenden Informationen im Erbmaterial. Teilabschnitte der DNS heissen Gene. Alle Lebewesen übersetzen die genetisch vorliegenden Informationen gleich, sie benützen die gleiche genetische Codierung in ihrer DNS. Dies ist ein Beweis dafür, dass alle Lebewesen der Erde miteinander verwandt sind.

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33 Abstammungslehre Beweise
Jeder Wirbeltierembryo entwickelt kurzzeitig eine Kiemen- und eine Schwanzanlage. Die Entwicklungsgeschichte eines Lebewesens ist in seiner DNS enthalten. Das nächste Bild zeigt jeweils drei verschiedene Entwicklungsstadien bei der Keimesentwicklung von Embryonen bei verschiedenen Wirbeltieren. Interessant ist vor allem die hohe Übereinstimmung der Gestaltformen im ersten Stadium. Im ersten Stadium besitzen alle fünf Embryonen eine Kiemenbogenanlage, aber nur beim Fisch entwickeln sich daraus die Kiemen. Die übereinstimmende Embryonalentwicklung wird als Beweis für die Abstammungslehre gewertet.

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37 Abstammungslehre Beweise
Je enger die Verwandtschaft zweier Lebewesen ist, desto ähnlicher sind ihre (Blut-)Eiweisse. Wenn man einem Kaninchen menschliches Blutserum einspritzt, so bilden sich beim Kaninchen Antikörper (‘Abwehrstoffe’) gegen das artfremde Eiweiss. Aus dem Blut des Kaninchens lässt sich nun ein Testserum gewinnen, das mit Menschenblut vollständig reagiert, mit Affenblut teilweise, mit Rinderblut wenig und mit Vogelblut gar nicht reagiert. Je stärker also diese Serumreaktion ausfällt, desto enger ist das Tier mit dem Menschen verwandt. Diese Serumreaktionen sind deutliche Beweise für die Abstammungslehre.

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39 Evolutionstheorie Jean Baptiste de Lamarck nahm noch an, dass ein Lebewesen eine Eigenschaft, die es während seines Lebens erwirbt, auf seine Nachkommen vererben kann. Er glaubte, dass die Giraffen durch dauerndes Strecken der Hälse während ihres Lebens längere Hälse bekommen hatten und diese erworbene Eigenschaft dann ihren Nachkommen vererbten. Im Laufe der Zeit hätten sich so - nach Lamarcks Theorie - aus kurzhalsigen Urgiraffen langhalsige Tiere entwickelt. Heute ist klar, dass Lamarck falsch lag mit der Ansicht, Lebewesen würden im Laufe ihres Lebens neue Eigenschaften erwerben und diese dann vererben. (Aber, nicht verwechseln: Lamarck hat die Abstammung der Lebewesen richtig erkannt!)

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41 Evolutionstheorie Nach der Theorie von Charles Darwin gab es früher manchmal zufällig einige Exemplare langhalsiger Giraffen. Eine Giraffe mit einem etwas längeren Hals konnte beispielsweise durch eine Mutation, durch eine zufällige Änderung im Erbgut bei der Fortpflanzung entstehen. Die langhalsigen Giraffen kamen besser an das Laub der Bäume. Sie erreichten damit einen Vorteil, sie lebten länger, und sie konnten sich besser vermehren. Die kurzhalsigen Giraffen starben nach und nach aus. Diese Auslese, die durch die Anforderung der Umwelt verursacht wird, nennt man Selektion.

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43 Evolution des Pferdes Nach der darwinschen Evolutionstheorie sind die heutigen Pferde im Laufe der Zeit aus kleineren Vorfahren entstanden. Das Urpferdchen lebte vor etwa 50 Millionen Jahren in den Wäldern Nordamerikas. Es war kaum grösser als eine heutige Hauskatze und hatte ursprünglich an den Vorderbeinen vier Zehen. Durch das Spreizen der Zehen versank das Urpferdchen nicht im weichen Waldboden. Die niedrigen, vierhöckrigen Backenzähne waren zum Zerquetschen der weichen Nahrung gut geeignet. 

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45 Evolution des Pferdes Im Laufe der Zeit breiteten sich auf der Erde die Steppenlandschaften immer mehr aus. Beim Pferd entwickelte sich allmählich aus der Mittelzehe ein Huf und die Grösse des Tieres nahm zu. Aus dem laubfressenden Waldpferdchen, das sich flink vor Feinden verstecken konnte, wurde allmählich ein grasfressendes Steppenpferd, gross und schnell, das sich mit Flucht vor Feinden in Sicherheit bringt. Die heutigen Pferde gehen nur noch auf einer Zehe, der Huf hat sich aus dem ursprünglichen Zehennagel entwickelt.

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47 Evolution Faktoren Mutation und Selektion sind Voraussetzung für die Evolution. Selektionsdruck geht meist von sich verändernden Umweltbedingungen aus. Ein weiterer wichtiger Faktor zur Entstehung von Arten ist die geographische Trennung zwischen den Lebewesen. Erst wenn sich neu entstandene Arten (z. B. langhalsige Giraffen) durch Isolation längere Zeit nicht mehr mit den alten Arten (z. B. kurzhalsige Giraffen) paaren, kann sich eine neue Art festigen. So sind die Beuteltiere Australiens (z.B. Känguru, Koala oder Beutelwolf) erhalten geblieben. Australien ist im Laufe der erdgeschichtlichen Entwicklung durch ein Auseinanderdriften der Kontinente entstanden.

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49 Evolution Faktoren Die Tarnung durch Nachahmung der Umgebung nennt man im Tier- und Pflanzenreich Mimese. Sie ist in der Natur weit verbreitet. Nach Darwins Theorie, haben diejenigen Vorfahren des Gartenbaumläufers (siehe Bild) überlebt, die die beste Tarnung besassen, denn sie wurden am wenigsten gefressen und hatten einen Selektionsvorteil.

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51 Evolution Faktoren Manche Lebewesen setzen die Möglichkeiten der Evolution kreativ ein, indem sie durch Mimikry andere Arten nachahmen und täuschen. Die Blüte der Orchidee Fliegenragwurz ahmt beispielsweise die Form und das Aussehen einer weiblichen Fliege nach. Durch das Aussehen der Blüten werden männliche Fliegen angelockt, die eine Begattung mit dem vermeintlichen Weibchen versuchen. Durch diesen Täuschungsversuch übertragen die männlichen Fliegen die Pollenpakete von Blüte zu Blüte und sichern so die Fortpflanzung der Fliegenragwurz. Selbstverständlich ist keine Absicht zur Täuschung vorhanden, vielmehr hat sich für die Orchidee diese besondere Blütenform einfach bewährt.

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53 Evolution Faktoren Im Laufe der Evolutionsgeschichte gab es immer wieder ein Aussterben von Tierarten oder ganzer Tierklassen durch natürliche Selektion. Die Säbelzahntiger lebten bis vor etwa 10’000 Jahren in Nordamerika und Europa. Sie hatten messerscharfe, bis zu 18cm lange, aus dem Maul herausragende Fangzähne. Das Verschwinden der Säbelzahntiger fiel in eine Epoche, in der viele grosse Säugetierarten ausstarben. Starb der Räuber zusammen mit seinen bevorzugten Beutetieren aus? Die zu den Elefanten gehörenden Mammuts lebten bis vor etwa 11’000 Jahren. Sie besassen bis zu 5 Meter lange Stosszähne und erreichten eine Höhe von mehr als 4 Meter. Sie waren in den kalten Klimazonen des Nordens weit verbreitet. Für die damaligen Steinzeitmenschen dienten die Stosszähne zur Werkzeugherstellung, aus der sehr dicken Haut und dem dichten Fell fertigten sie Kleidung und das Fleisch stellte eine wichtige Nahrungsquelle dar. Hat der Mensch zuviele von ihnen gejagt?

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56 Evolution Faktoren In der Neuzeit ist vor allem der Mensch für das weit verbreitete Ausrotten von Tierarten verantwortlich. Einzelne Arten hat der Mensch durch zu intensive Jagd zum Verschwinden gebracht. Aber der Mensch verändert auf der ganzen Welt die Lebensbedingungen schneller als sich die anderen Lebewesen darauf einstellen könnten. Der grösste Teil aller vom Menschen verschuldeten Aussterben geschieht so durch Zerstörung von Lebensgrundlagen.

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60 Zerstörerische Nutzung von natürlichen Ressourcen