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Evolution und Phylogenie

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Geology

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Karl-Franzens-Universität Graz - KFU

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Piller

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Evolution und Menschenbild Gymnasium Brede 30.06.2011 Schöpfungsgesch­ich­te vs. Evolutionstheor­ie Evolution und Menschenbild Lange Zeit, war es gar keine Frage, woher der Mensch stammt. Von Gott natürlich. Gott hat die Menschen als sein Ebenbild erschaffen und sie vermehrten sich immer mehr und mehr. Niemand zweifelte an dieser Theorie. Warum auch. Sie erleuchtet angeblich das Dunkle und beantwortet die urmenschliche Frage nach dem „Woher komme ich?“. Doch mit der Zeit wuchs die Weisheit der Menschen. Sie…

Evolution und Phylogenie

Evolution = Veränderung der Organismen in der Zeit

Phylogenie = Stammesgeschichte


„Die Entstehung des Lebens“


Heute haben wir ein großes Defizit bei den beschriebenen Arten (Biodiversität) - auch im fossilen Bereich!

Kenntnis ist lückenhaft:

o   Bei Prokaryoten ist der Morphologische Ansatz unbrauchbar. Heute sind sie wenn Molekularbiologisch

definierbar.

o   Bei Eukaryoten gibt es auch viele Gruppen die schlecht dokumentiert sind (außer bei den Pflanzen)

o   Bei Tieren ist eine taxonomische Definition sehr schwierig


Die Veränderung der Biodiversität geht auf die Evolution zurück.

§  Wobei der Sauerstoff nicht wichtig ist für die Entstehung des Lebens, O2 auf der Erde wurde auch erst durch die Cyanobakterien gebildet.

§  Die Diversifizierung der Prokaryoten (2,5-3,5Ga) war ganz entscheidend für die Entwicklung

o   Präkambrische Bakterien: sind nur in Kieselgesteinen überliefert, als Ganzkörperfossilien; gefunden wurden sie in Australien und sind ca. 3.5 Milliarden Jahre alt.

o   Des weitern gibt es Laminationsstrukturen, die auf die Aktivitäten von Bakterien hindeuten.

o   Es ist unmöglich rein morphologisch Bakterien einzuteilen , da diese morphologisch nicht besonders spektakulär sind

§  Änderung der Sonneneinstrahlung

§  „Snowball- earth“: kann heute wegen der hohen Sonneneinstrahlung nicht mehr auftreten


Die Frage der Evolution hängt mit dem Ökosystem / Biosphäre zusammen:

Es kam in der primär Produktion zu mehreren sprunghaften Änderungen (im aquatischen Bereich), durch die Bioproduktion kam es zur zunehmenden Schwarzschieferbildung (hoher organsicher Anteil, organsicher Kohlenstoff geht ins Sediment ein)


Evolution hat viele Rückkoppelungseffekte!


Die Evolution ist kein linearer Prozess, man benötigt geologische Hintergründe und die nicht biologischen Prozesse muss man auch für die Rekonstruktion heranziehen- externe Faktoren.


Leben außerhalb der Erde ist sehr wahrscheinlich:

Terrestrische Planeten: Merkur, Venus , Erde und Mars

Wichtige Rahmenparameter sind die Oberflächentemperatur und die Atmosphäre (Mars: CO2 und N2 am ehesten Leben)


Erde- Zeittafel: (logisch zeitliche Abfolge)

Ab 4,2 Ga : Leben auf der Erde (nachgewiesen durch Isotope, in dieser Zeit schlechter Gesteinsnachweis)

3,5 Ga: Procaryoten: Zunahme der Diversität

2,5 Ga: Ansammlung von Sauerstoff in der Atmosphäre

1,8 Ga: früheste Eukaryoten


Stammbaum des Lebens spiegelt die Evolution wieder (von Ernst Haeckel)

3 Phyla: Tiere 5 Reiche: Tiere 3 Domänen: Archea

Pflanzen Pflanzen Bacteria

Protisten Pilze Eucarya

à mit Wurzeln Protisten à ohne Wurzeln

Stammbaum geht auf Einzelindividuen zurück Bakterien


Stammbaum auf genetische Distanzen drückt die Entfernung der einzelnen Gruppen aus. Unterschiede auf genetische Ebene sind bei Bakterien wesentlich größer als bei Tiere, Pflanzen und Protisten.


Von Biodiversität zur Paläodiversität ist eine Frage des Fossilisationspotentials, dies hängt mit der Evolution und der Phylogenie zusammen.


Archea (Prokaryoten)

o   Methanobakterien: produzieren Methan

o   Die großen Methan vorkommen die wir heute haben gehen au.....[read full text]

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zb. - Australien: schnelle Lithifizierung. Mikrobiell induziert- Stromatolithen erhalten

-         auf den Bahamas: Stromatolithen von Sedimentdünen überwandert aufgrund der hohen Meeresströmung

(verhindern dass sich andere Organismen ansiedeln)


„Früheste Eukaryoten“ 1,8 Ga

Doppelkugeln: werden als Zellkern interpretiert, ist aber eher fraglich

o   Änderung der Zelldimensionen bei ca. 1,5 Mia a:

-        Prokaryota: <15 µm(1-30 µm)

-        Eukaryota: 40-60 µm


Evolution Prokaryot – Eukaryot: Edosymbiontentheorie

Bei der Prokaryotenzelle wird Nahrung über die Endozytose aufgenommen (über die Zellwand) und wird anschließend in Form einer Vakuole innerhalb der Zelle transportiert. Nicht verwendbare Teile werden wieder abgegeben.

Es können aber auch Organismen aufgenommen werden, diese verbleiben dann in der Zelle und verlieren ihre Selbstständigkeit à Ab dem Zeitpunkt gehören sie zur Prokaryotenzelle (Wirtszelle und Fremdzelle)à Eukaryotenzelle: DNA, Zellkern, Zellorganellen, doppelte Zellembran

Z.b: Mitochondrien und Plastiden: in diesen findet man fremde DNA

-          Mitochondrien: es handelt sich dabei um einen aeorben heterotrophen Prokaryot der aufgenommen wurde und in der Zelle zu Mitochondrien wurde.

-          Plastiden: (Chloroplasten): war ein photosynthetisieredner Prokaryot und wurde ebenfalls durch Endosymbiose aufgenommen

Aufnahme der Chloroplasten ist ein multipler Prozess, wobei die Mitochondrien Aufnahme einmalig auftritt.


Bei der Entstehung des Lebens war das Vorhanden sein von bestimmten Mineralen entscheidend. Durch untermeerische heiße Quelle kam es zur Entstehung der Tiefen Biosphäre

Extraterrestrischer Grund: Wie transportiert man organische Verbindungen im Weltall?

-          Im Eis

-          Im Gestein selbst, wenn es dort eingebaut wurde


Edicara Fauna:


Evolution Geschichte der Abstammungslehre – Deszendenzlehre


Lebewesen haben sich im Laufe der Zeit aus einfach gebauten Urformen entwickelt


§  Jean- Baptiste de Lamarck (1744-1829)

o   Gebrauch und Nicht Gebrauch von Organen: Merkmale die man nicht benötigt werden zurückgebildet; erforderlicher werden verstärkt

o   Vererbung erworbener Eigenschaften: Wei.....

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Organe sind homologisierbar obwohl es gewisse Modifikationen gibt

-          Zb: Vorderextremitäten bei Wirbeltieren (Tetrapoden): Morpho- Funktionswechsel

- Greifhand bei dem Menschen – zum greifen

- Oberknochenhand beim Bären – zum gehen

- Hand beim Wal – zum schwimmen

- Vorderhand bei Fledermaus- zum Fliegen

- Flugsaurier – Flughaut von einem Finger

à Alle haben Oberarm – Unterarm – Handwurzelknochen und Fingerknochen – jedoch sind alle

Modifiziert!

Veränderung kann man aufgrund der Evolution belegen

-          Zb: Pinguin – Ruder und Vögel – Flügel

-          gleiche Knochen- unterschiedlich ausgebildet- idente Lagebeziehung


c)       Rudimentäre Organe und Atavismen

Organe die keine Funktion haben - sind noch vorhanden zur Deutung der Verwandtschaft – Abstammung der Organismen

Atavismus = Übererste; sind wichtige Evolutionsbeweise

-          Zb: Wale: Vorderextremitäten haben noch Homologisierung,

Rudimentäres Organ = Rest des Beckenknochens (starke Rückbildung – Funktionslos)

-          Zb: Pferd: 8Hufiges Pferd (Griffelbeine!)

-          Zb: Mensch

* Schwanzortsatz

* Darwin’scher Ohrhöcker

* Brustwarzen – Verlust von mehreren

* Halsfistel – Relikt der Kiemenspalte

* Lanugo-Haarkleid: komplette Körperbehaarung bei Neugeborenen- wird aber wieder abgeworfen


d)      E.....

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-          Bei bestimmten Umweltveränderungen kann es zu Veränderung der Moleküle kommen

-          Modifikationen änder Basen nicht, aber werden an Nachfolger weitergegeben


Evolutionsbiologie (Futuyama)

Entstand aus der synthetischen Theorie


Fragen:

§  Wie ist der Ablauf der Evolution zu sehen, Stammesgeschichtlicher Verlauf?

-          Deskriptive Evolutionsforschung, man versucht Archive zu finden

§  Welche Mechanismen liegen der Entstehung der ersten Urlebewesen sowie der Evolution der Organismen zugrunde?

-          Kausale Evolutionsforschung, viele Informationsmöglichkeiten


Hauptaussagen:

o   Einheit der Evolution ist die Population

o   Rekombination und Mutation als Grund für Variationen

o   Natürliche Selektion- strak abhängig von Umweltbedingungen

o   Mechanismen der Artbildung

o   Graduelle Umwandlung – Schrittweise Umwandlung

o   Überartliche Evolution

Schrittweise Veränderung führt zu Bildung von neuen Arten (keine sprunghafte Evolution)

additive Typogenese


DNA Grundlage

Beinhaltet die gesamten Informationen

4 Basenpaare (A,T,G,C) in einem Strang (Doppelhelix) Anordnung der komplementären Base (A-T und G-C) und Zucker und Phosphatgruppen; Helix hat zwei isolierte Reihen – neue Kombinationen

Abschnitte auf den Chromosomen - Gene

 



.....

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-          intraspezifische Konkurrenz: Konkurrenz zwischen Individuen derselben Art

-          interspezifische Konkurrenz: Konkurrenz zwischen Individuen verschiedener Arten

Ein Individuum gibt die Information weiter, wenn dieses gut ist wird es bevorzugt- Veränderung ist ein schrittweiser Prozess : es werden Eigenschaften ausgewählt, die einer Population das erfolgreichere Überleben sichern. Individuen, die in diesem stetigen Kampf ums Dasein bestehen, vermehren sich und damit ihre Erbinformation.
- Manche Individuen besitzen aufgrund ihres Erbgutes eine erhöhte Überlebenswahrscheinlichkeit, und

somit eine höhere Wahrscheinlichkeit, sich zu vermehren.

Zufallsprinzip, man weis nicht wohin Evolution geht – Entwicklung abhängig von Selektionsdruck

Selektion auf Populationsebene:

Gauß‛sche Glockenkurve

Veränderung:

* disruptive Selektion : bimodale Verteilung

Mäuse: Es entstehen 2 Subpopulationen: weiße und dunkle (mittelbraune nicht so häufig)

2 extreme werden heraus selektiert- im Laufe der Entwicklung kommt es schließlich zur Bildung von 2 neuen Arten

(weiß und dunkel)

*stabilisierende Selektion: Variabilität gering (Aussterben ist nicht möglich!!!)

Besteht ausschließlich aus mittelbraunen Mäusen, weiße und dunkle wurden wegselektiert

Dies führt zu einer hohen Spezialisierung der mittelbraunen Mäuse – sind Umweltparameter abhängig

* dynamische Selektion: gerichtete Veränderung

Gesamte Phänotypen sind vertreten

im Laufe der Entwicklung wird die Verteilung verschoben - Variationsbreite bleibt gleich


NEUE ART

AUSSTERBEN EVOLUTION


Allele:

Ein Allel ist eine der möglichen Ausprägungen eines Gens, das an einem bestimmten Ort (Locus) auf einem Chromosom sitzt. Man spricht auch von der "Schalterstellung" eines Gens, die durch Mutationen, d.h. Veränderungen in der Basenstruktur der DNA, variiert werden kann.

Es können aber auch mehr als zwei unterschiedliche Zustandsformen eines Gens auftreten. Man spricht d.....

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ü  Gründerpopulation: geographische Isolation einer kleinen Gruppe von Individuen,

In kleinen Populationen findet Artbildung statt

Zb.: Darwin- Finken

ü  Gradualismus – unterbrochener Gradualismus – Punktualismus

Diese drei kann man im Fossilnachweis gut sehen

Jede Art besteht aus mehreren Populationen, die sich verändern: Morphologisch und im Phänotypus

Linie aus einer Art besteht aus mehreren Populationen, jeder Schnittpunkt ist eine Population

Populationen separieren sich aufgrund von Umweltbedingungen, treten dann wieder auf oder überleben die Veränderungen nicht

àPermanente Dynamik in Art bezogen auf Population; räumliche Fluktuation

Wenn eine Population zu lange entfernt ist, dann kann ursprüngliche Kreuzung nicht mehr

stattfinden, der Genpol ist nicht wiederfindbar, aufgrund von Mutation oder zu langer Entfernung)


Im Mirkobereich ist die sehr gut nachvollziehbar, da Anzahl pro probe sehr hoch ist

Im Makrobereich nicht gut: Wirbeltiernachweis sehr gering: Punktualistisch


Arten und Artbildung in der Zeit

Aufspaltung – Abspaltung: Kladogenese àEntstehung einer neuen Art

(Klade = Taxon)

Entstehung eines neuen Taxons

Kein Translationsprozess, ohne Komplexitätszunahme


Rekonstruktion der V.....

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