Evolutionshinweise

Wie finden sich Hinweise auf die Stammesverwandtschaft von Organismen? Befunde aus Anatomie und Morphologie geben Aufschluss über Abstammungs- und Anpassungsmöglichkeiten.

Abhängikeiten im Organismus

Grenzen der Veränderung eines Organismus:

• Bsp. Ausbildung von Halswirbel bei Säugern (Giraffe)
• festgelegtes 1:1 Geschlechtsverhältnis

Festlegungen durch Ontogenese

Durchlaufen bestimmter Individualentwicklungsstufen unumgänglich (Kiementasche), biogenetische Regel, Rudimente

Unumkehrbarkeit

was einmal verloren ist (Organ) kann nicht wieder hergestellt werden, Bsp.: Blattkaktus

Konstruktive Beschränkungen

• ein Blauwal an Land wäre nicht möglich! 130.000 kg! ebenfalls Insektengröße, Tracheenatmung
• Skelettgröße und Dichte je nach Größe des Lebewesens

Walskelett -> Im Verhältnis die recht "kleinen" Beckenknochen, diese Größe entspricht der Originalgröße der Wale bei Rückkehr ins Wasser....

Skelett eines Pottwal. Gezeigt ist der Rippenbogen. (Aufnahme aus dem Zoologischen Museum der Universität Göttingen)

Soziobiologie

Verhaltensweisen helfen den Lebewesen bei der Auseinandersetzung mit der Umwelt z.B. verbessert ein bestimmtes Verhalten den Fortpflanzungserfolg. Verhalten ist durch das Wirken von Evolutionsfaktoren zustande gekommen!

Verwandtschaftsselektion und Gesamtfitness

altruistische Verhaltensweisen:

o      ein Lebewesen stellt sein Leben in den Nutzen aller nachkommen; Bsp.: kleines Leberegel

Gesamtfitness:

o      entscheidend für altruistischen Verhaltensweisen ist nicht die Fitness eines Individuums, sondern die Fitness einer Verwandtschaftsgruppe (inklusive Fitness)

Geschlechterbeziehung und Paarungssysteme

je aufwendiger die Austragung und Aufzucht von Jungen, umso mehr wählen die Weibchen die Männchen als geeigneten Partner aus.

sexuelle Selektion: durch Bsp. Prachtgeweih

unterschiedliche Paarungssysteme

• Polygynie: hier Männchen oft extrem größer und stärker als Weibchen (Gorilla)
• Polyandrie: oft bei Insekten und den Odinshühnchen, hier ist Männchen allein für Brutgeschäft verantwortlich
• Promiskuität (Schimpanse) „Jeder mit Jedem“

Ordnen Sie das menschliche Verhalten ein! An welcher Eigenschaft des männlichen Körpers könnten Sie dies ablesen?

Evolutionsstabile Strategien

• Brutverhalten Blaukiemenbarsch, „parasitäre“ Männchen
• Spieletheorie
• Zusammenfassung aller Strategien der Soziobiologie

Stammesgeschtsforschung als Homologieforschung

Evolutionsforschung unterteilt sich in die Erforschung der

• Ursachen des Evolutionsvorgangs und
• analysiert die Verwandtschaftsbeziehungen der Lebewesen

Homologien im Bau der Lebewesen

• Homologie: Strukturen, denen gleichartige genetische Informationen zugrunde liegen (Bsp.: fünfgliedrige Vorderextremität wie Hand, Grabwerkzeug Maulwurf...)
• Analogie: Strukturen mit ähnlicher Funktion, aber auf unterschiedlichem Bauplan basierend, von unterschiedlichen Genen codiert (Bsp.: Flügel Flugsaurier, Flügel“hand“ Fledermaus; Grabbein Maulwurf, Grabbein Maulwurfsgrille)

Heutige Brückentiere

• Kloakentier: nur eine Körperöffnung für Darm und Harnblase, legt Eier, besitzt Milchdrüsen und Fell...
  
  • Brücke zwischen Reptil und Säuger

Übergangsformen: zeigen Merkmale verschiedener Klassen der Wirbeltiere.

• Archaeopteryx mit Merkmalen von Vögeln und Reptilien
• Ichthyostega mit Merkmalen von Fischen und Amphibien

Homologie von Organen

Kriterium der

Lage:

o      homolog, wenn gleiche Anzahl, gleiche Lage, gemeinsamer Grundbauplan (Vorderextremitäten Wirbeltiere)

spezifische Qualität von Strukturen:

o      komplexe Strukturen gelten als Homolog, wenn sie in zahlreichen Einzelheiten spezieller Merkmale übereinstimmen (Hautschuppe Haifisch, Säugerzähne)

Stetigkeit:

o      homolog, wenn gestaltlich verschiedene Strukturen durch Zwischenformen verbunden werden können

Korrelationsregel:

o      sind bestimmte Organe homolog bei Lebewesen, sind meist auch Dinge wie Kreislauf, Atmung- und Ausscheidungsorgane homolog.

Analogie

keine Verwandtschaft!

-> zwar gleiche Funktion, aber völlig anderer Bauplan!

Konvergenz:

-> analoge Organe werden unter vergleichbaren Selektionsdruck einander im Bau sehr ähnlich

Organrudimente

weiteres Argument für Abstammungszusammenhänge: immer noch vorhandene Merkmale ehemaliger Organe (Rudimente).

Altavismus: Rückschlag; rudimentäres Merkmal wird stark ausgebildet (Bsp.: Zehenknochen beim Pferd, Steißbeinverlängerung Mensch, vergrünte Blüten bei Tulpen)

Homologien in der Ontogenese - biochemische und molekulare Homologien

Haeckels biogenetische Regel: „Die Entwicklung eines Einzelwesens (Ontogenese) ist die kurze Wiederholung seiner Stammesentwicklung.“

Homologien von Genen

• alle Lebewesen besitzen die gleichen Grundbausteine (DNA, Aminosäuren..)
• Vergleiche ihrer DNA oder Proteinsequenz zeigt Ähnlichkeiten (homologe Gene)
  
  • Vergleich eines bestimmten Gens verschiedener Lebewesen kann zur Erstellung eines Stammbaums genutzt werden

Phylogenie: Stammesentwicklung

-> phylogentischer Stammbaum zeigt Stammesentwicklung auf

Bildung neuer Gene

Crossover Ereignisse bie Meiose zwischen zwei Chromatiden

o      Pseudogene

o      Exon/Intron

-> Ur-Enzym (last comman ancestor) von Chymotrypsin und Trypsin bei Säugern

-> Genverdopplung und Spezifizierung des Enzyms

-> Multigenfamilien

o      paralog: sind Gene innerhalb einer Art, die durch Verdopplung entstanden sind, aus Multigenfamilie hervorgegangen, Aufgabe oft unterschiedlich! (Gene His/Trp Biosynthese)

o      ortholog: sind homologe Gene gleicher Funktion bei verschiedenen Arten (His-Biosynthesegene in Hefe, Thermotoga oder E. coli)

Homologie von Parasiten

Wirtsspezifität

o      verschiedene Tierarten, die nahe verwandte Parasiten haben gehen offenbar auf eine gemeinsame Stammform zurück

• z.B. Herpes beim Mensch und Menschenaffe
• z.B. Kopflaus Mensch und Menschenaffe

Frühzeit der Erde und chemische Evolution

• Erde: ca. 4,5 Milliaren Jahre alt
• erste Lebewesen ca. 3,5 Milliarden Jahre alt (Fotosynthese!)
• erste „Atmung“ ca. 2,5 Milliaren Jahre
• Uratmosphäre aus Stickstoff, CO₂, Wasserdampf, Methan, Schwefelwasserstoff, keine Sauerstoff!
• Miller Experiment zur chemischen Evolution

RNA-Welt und Protobionten

RNA-Welt

Thomas Cech

• katalytisch aktive RNA Moleküle,
• erstes Erbmaterial,
• erste Proteine?

Protobionten

RNA in umschlossenen Raum,

• erste Zellen; Eigens Hyperzyklus
• Zelle ist Voraussetzung für Leben/Fortpflanzung...

Evolution des Stoffwechsels

• Reaktionen des Stoffwechsels wohl unter beteiligung von H₂S (Wächtershäuser)
• ursprüngliche Formen der Fotosynthese

Endosymbionten Theorie

Aufnahme von Mitochondrien und Plastiden durch Wirtszellen (eukaryoten)

• eigene Genome
• Membranumschlossene Organelle
• Ähnlichkeit zu Bakterien