Phylogenie: Brückentiere & Kladistik

3. Evolution

3.2Paläontologie; Fakten, die für
Evolution sprechen
3.2.3 Phylogenie

_archeopEs 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:

walds2

oder Pflanzen:

essigr

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

oder den Mensch:

ReichTiereDie 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.

StammChordata
KlasseMammalia
OrdnungPrimates
FamilieHominidae
GattungHomo
Artsapiens

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).

f22040Das 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:

cladwi

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

M1NJS6STWährend des Devons entstanden aus bestimmten Fischen (Quastenflossern)
die Tetrapoden.


_coel$pe
Quastenflosser (rezent)

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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)

_page39

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:

_page38

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:

Evolutionhttp://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
Fossilienhttp://geology.er.usgs.gov/paleo/groups.shtml
Lebende Fossilienhttp://www.palaeo.de/edu/lebfoss/ausstellung/index.html
Alter der Dinosaurierhttp://www.nova.edu/ocean/biol1090/W-DINO-SYLLABUS.htm
Paläontologiehttp://www.ucmp.berkeley.edu/index.html
http://www.geologie.uni-halle.de/palges/pg.html
Cladistikhttp://www.ucmp.berkeley.edu/clad/clad1.html
Dinosaurierhttp://www.dinosauria.com/dml/dml.htm#toc
Erdgeschichte, Geologiehttp://pubs.usgs.gov/gip/geotime/contents.html
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