3. Evolution

3.2

Paläontologie; Fakten, die für Evolution sprechen

3.2.3 Phylogenie

Es ist nicht schwierig, in unserer Welt Tatsachen zu finden, die für Evolution sprechen.

Wir sehen Evolution z.B. in Bakterienkulturen und bei der Virenvermehrung oder in der Vergangenheit durch Zwischenformen zu heutigen Lebewesen wie z. B. beim Archäopterix (siehe links) als Brückentier zwischen den Reptilien und Vögeln.

Durch die vergleichende Anatomie der Tiere erkennen wir den Weg vom einfachen zum komplexen Körperbau. Der Vergleich der Genome liefert ein korrelierendes Ergebnis. Auch die vergleichende Embryologie zeigt uns den Verlauf der Evolution vom Einfachen zum Komplizierten.

Die gesamten biologischen Ergebnisse passen zu den Erfahrungen der Geologen bei der Analyse der geologischen Schichtungen wieder und auch die geographische Verbreitung der Lebewesen gibt uns Hinweise für Evolution auf unserem Planeten.

Aus unserer heutigen Sicht muß es Evolution auf 3 Ebenen gegeben haben:

  1. Mikroevolution
  2. Evolution der Merkmale
  3. Evolution der Schlüsselinnovationen

Betrachten wir nun die heute lebenden Organismen mit den Reichen:

Pflanzen, Tiere, Pilze, Protisten und Monera ( Robert Whittaker 1969, siehe auch hier)

und ihre Entwicklung im Laufe der Zeit anhand von den weltweit gefundenen Fossilien.

Seit Carl von Linné (1753) ordnet man die Organismen nach Verwandschaft taxonomisch z. B. Tiere:

oder Pflanzen:

Taxonomie ist das Studium der Klassifizierung der Organismen innerhalb ihres Stammbaums.

oder den Mensch:

Reich

Tiere

Die Benennung erfolgt binominal lateinisch also Gattung: Homo; Art : sapiens; Unterart: sapiens.

In der Systematik der Organismen hat man Stammbäume aufgestellt. Die traditionelle Taxonomie nach Linné benutzte Kriterien wie Schuppen, Federn und Haare, um die Klassen der Reptilien, Vögel und Säugetiere einzuordnen. Fossilien waren nicht eingeschlossen.

Heute benutzt man die Cladistik, eine von Willi Hennig 1950 entwickelte Methode, um einen Stammbaum zu rekonstruieren.

Stamm

Chordata

Klasse

Mammalia

Ordnung

Primates

Familie

Hominidae

Gattung

Homo

Art

sapiens


Grundannahme ist dabei das Ereignis der Artspaltung, indem eine Population in zwei Schwesterpopulationen geteilt wird, die sich dann evolutiv zu neuen, reproduktiv gegeneinander isolierten Arten weiterentwickeln. Die von Hennig entwickelte Methode besteht in der Suche und Feststellung des Schwestertaxons für ein bestimmtes Taxon (eine benannte Gruppe von Organismen).

Das wiederum ist gleichbedeutend mit der Suche nach der letzten Verzweigungsstelle und der letzten, für beide Taxa gemeinsamen Stammart. Dabei werden z. B. Merkmale gesammelt, die für homolog gehalten werden.

Homologe Merkmale wären z.B die Federn der Vögel und die Haare der Säugetiere. Homologe Merkmale gehören zu Organismen eines Stammbaums. Davon werden analoge Merkmale unterschieden, die sich durch Anpassung ähneln aber die zu Organismen mit unterschiedlichem Stammbaum gehören. Hier sind z. B. die Grabbeine der Maulwurfsgrille als wirbelloses Insekt (Avertebrata) und das Grabbein des Maulwurfs als Wirbeltier (Vertebrata) zu nennen.

Links ist dies am Beispiel des Vogel- und Fledermausflügels und des Insektenflügels dargestellt.

Die grafische Darstellung nennt man Cladogramm. Nachfolgend ein Cladogramm der Wirbeltiere:

Das Prinzip läßt sich ebenfalls am nachfolgenden Cladogramm erkennen (unten rechts), ein Beispiel aus der Tetrapoden-Entwicklung. (Vierfüßler)

Während des Devons entstanden aus bestimmten Fischen (Quastenflossern) die Tetrapoden.


Quastenflosser (rezent)

Lungenfisch (rezent)

Sie waren wie die ersten Landpflanzen für ihre Vermehrung an das Wasser gebunden. Sie hatten wie die meisten Fische externe Befruchtung und legten Eier ins Wasser, aus dem eine aquatische Larve wurde. Die Larve wandelte sich in ein landlebendes Erwachsenenstadium um. Im Carbon entwickelten einige Tetrapoden das amniotische Ei. Es besaß eine Kalkschale, die Gase durchließ und von der Mutter gebildet wurde. Das amniotische Ei ist ein wichtiges taxonomisches Merkmal der Amniota, zu der wir genauso wie die Dinosurier und die Vögel gehören.

Ein bezeichnendes Merkmal für die Verwandschaft innerhalb der Amnioten sind Löcher im Schädel sogenannte Fenestren (=Fenster). Eine Schädelform mit 2 Schläfenfenstern (temporal) nennt man Diapsid. Wir können dieses Merkmal als charakteristisch in der Gruppe der Tetrapoden annehmen, was zu dem Cladogramm oben führt.

Weitere Stammbäume und Cladogramme:

Stammbaum der Fische und Amphibien
Stammbaum der Vögel
Stammbaum der Bären und Hunde
Stammbaum der Wale
Stammbaum der Pferde
Stammbaum der Elefanten
Stammbaum der Dinosaurier

Solche Cladogramme lassen sich ebenfalls auf molekularer Ebene erzeugen indem man z.B die Genome der Organismen vergleicht, was dann ebenfalls zu einem Stammbaum führt. (molekulare Phylogenie)

Ein bekanntes Beispiel ist das Cytochrom C, ein Protein der Zellatmung. Die Cytochrom C-Protein des Menschen und Schimpansen sind identisch. Zwischen dem Mensch und der Klapperschlange gibt es 80% Übereinstimmung und nur 44% zwischen dem Mensch und Hefe. Dies läßt sich ebenfalls so erklären, daß der gemeinsame Vorfahre des Menschen und Schimpansen relative jung ist, der Vorfahr von Mensch und Klapperschlange schon viel älter und noch weiter reicht der Vorfahr von Mensch und Hefe zurück.

Erstellt man ein Cladogramm aufgrund der Genomunterschiede der Organismen kommt man zu folgendem Stammbaum:

Mit dieser Methode konnte man die Stammbäume der vergleichenden Anatomie im Wesentlichen bestätigen bzw. ergänzen und im Detail korrigieren. Dabei wurde angenommen, daß die Anzahl der Sequenzunterschiede um so größer ist, je länger die Evolution zweier Organismen aus einem gemeinsamen Vorfahren gedauert hat.

Ein wesentliche Hilfe zur Bestimmung des Evolutionsabstandes war der Sequenzvergleich der 16s rRNA verschiedener Spezies. Dieses Molekül hat sich bezüglich seiner Funktion seit der Entstehung der Zellen praktisch nicht verändert. Die 16s rRNA-Moleküle besitzen Bereiche, die bei verschiedenen Spezies stark unterschiedlich und andere die kaum verschieden sind. Folgende Erkenntnisse wurden gewonnen:

(1) Es gibt 2 Typen von prokaryontischen Zellen, die Bakterien und die Archäbakterien; sie sind genauso verschieden, wie die Pro- und die Eukaryonten.

(2) Die verschiedenen Entwicklungslinien besaßen unterschiedliche Evolutionsraten; die Archäa haben sich relativ langsam entwickelt, die Eukaryonten relativ schnell.

(3) Eukaryotische Mitochondrien und Chloroplasten stammen von endosymbiotischen Bakterien ab. (siehe Endosymbiontentheorie)

Weiterführende Quellen:

Evolution

http://www.iup.edu/~rgendron/bi112-a.htmlx
http://www.nap.edu/readingroom/books/evolution98/contents.html
HTTP://biology.fullerton.edu/courses/biol_404/web/hol/hol_ch1.html

Fossilien

http://geology.er.usgs.gov/paleo/groups.shtml

Lebende Fossilien

http://www.palaeo.de/edu/lebfoss/ausstellung/index.html

Alter der Dinosaurier

http://www.nova.edu/ocean/biol1090/W-DINO-SYLLABUS.htm

Paläontologie

http://www.ucmp.berkeley.edu/index.html
http://www.geologie.uni-halle.de/palges/pg.html

Cladistik

http://www.ucmp.berkeley.edu/clad/clad1.html

Dinosaurier

http://www.dinosauria.com/dml/dml.htm#toc

Erdgeschichte, Geologie

http://pubs.usgs.gov/gip/geotime/contents.html