Transcript Evolution • Evolution heisst nichts anderes als ‘Entwicklung’ • Die Biologie befasst sich mit der Entstehung des Lebens auf der Erde und mit der Entwicklung.

Evolution
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Evolution heisst nichts anderes als ‘Entwicklung’
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Die Biologie befasst sich mit der Entstehung des Lebens auf
der Erde und mit der Entwicklung der Lebewesen.
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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.
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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.
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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.
Gott erweckt Adam zum Leben
(Darstellung von Michelangelo 1511)
Aus der Frühgeschichte der Erde
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Unser Sonnensystem entstand vor etwa 12 Milliarden
Jahren.
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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.
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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.
Erstes Leben vor 3,5 Mia. Jahren
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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.
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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.
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Die anaeroben Bakterien waren rund 1 Milliarde Jahre
lang die einzigen Lebewesen auf der Erde.
Herkunft des Sauerstoffs
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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).
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Vor etwa 2,5 Milliarden Jahren entstanden Lebensformen, die
solche Verbindungen aufspalteten und den dabei gebildeten
reinen Sauerstoff als Abfallprodukt ausschieden.
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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.
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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..
Herkunft des Sauerstoffs
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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.
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Algen enthalten grünes Blattgrün (Chlorophyll),
welches für die Sauerstoffproduktion verantwortlich
ist. Dabei verbrauchen sie Kohlenstoffdioxid. Dieser
Vorgang heisst auch Photosynthese.
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Sämtlicher im Wasser und in der Atmosphäre
vorhandener Sauerstoff ist also von Lebewesen,
von Grünen Pflanzen gebildet worden!
Herkunft von Eisenerz
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Viele Meteoriten enthalten reines Eisen. Dieses wurde im
säurehaltigen Urozean aufgelöst, die Ursuppe war
demnach stark eisenhaltig!
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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!
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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.
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Damit war die Grundlage für das Leben ausserhalb des
Wassers gelegt.
Das allererste Leben
• Warum und wie das Leben entstand, ist
immer noch ein ganz grosses Geheimnis.
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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.
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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.
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In einem Glasbehälter mischte er die Gase der vermuteten
Uratmosphäre und simulierte darin mit elektrischen Ladungen
Gewitter. Durch diese ‘Urgewitter’ leitete er Wasserdampf hindurch.
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Bei dem Versuch bildeten sich tatsächlich organische
Verbindungen, zum Beispiel Aminosäuren (Bausteine der Eiweisse),
Fettsäuren und Bausteine für die Nucleinsäuren(DNA)!
Die Abstammungslehre
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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.
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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.
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In 500 Millionen Jahre alten Schichten findet man viele
Gliederfüsser, zum Beispiel Trilobiten.
In 100-200 Millionen Jahre alten Schichten treten in grosser
Vielfalt Ammoniten, Belemniten, Seeigel oder Muscheln auf.
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Logisch betrachtet heisst dies, dass vor 500 Mio. Jahren
andere Tiere lebten als vor 200 Mio. Jahren.
Abstammungslehre
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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.
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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.
Abstammungslehre
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Die Ammoniten gehörten zu einer ausgestorbenen
Gruppe von Weichtieren. Sie traten erstmals vor ca. 380
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.
Abstammungslehre
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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
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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.
Abstammungslehre
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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.
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Die Anhänger von Georges Cuvier glaubten, dass Arten
unveränderlich sind und nach Katastrophen immer wieder
neu geschaffen werden.
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Jean-Baptiste de Lamarck und Étienne Geoffroy SaintHilaire behaupteten, dass sich neue Arten aus älteren
Arten entwickeln.
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Die Pariser Akademie der Wissenschaften entschied 1830
den Streit gegen die Abstammungslehre, weil Lamarck
damals noch keine Beweise vorlegen konnten.
Abstammungslehre Beweise
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Die Pariser Akademie entschied zwar gegen die
Abstammungslehre, aber seither fand man immer mehr
Beweise, welche diese Theorie unterstützen.
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Der Quastenflosser gilt beispielsweise als wichtiger
Hinweis darauf, dass sich aus den Fischen später
Landbewohner entwickelt haben.
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Der Urvogel Archaeopteryx gilt als
stammesgeschichtliches Bindeglied zwischen den
Reptilien und den Vögeln.
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Quastenflosser stehen zwischen Fischen und Amphibien,
Archaeopteryx steht zwischen Reptilien und Vögeln.
Beide stellen einen Übergang dar, deshalb bezeichnet
man sie als Brückentiere (Beweis).
Abstammungslehre Beweise
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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 .
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Eine solche Ähnlichkeit wird als homolog bezeichnet.
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Die homologen Gliedmassen, die homologen Organe
und teilweise auch das homologe Verhalten der
Wirbeltiere dienen heute als Beweis für Lamarcks
Abstammungslehre.
Abstammungslehre Beweise
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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.
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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.
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Dieses Phänomen nennt man auch Konvergenz, parallel
entstandene ähnliche Merkmale werden als konvergente
Merkmale bezeichnet.
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Analoge Ähnlichkeiten können nicht als Beweis für die
Abstammungslehre herangezogen werden.
Abstammungslehre Beweise
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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.
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Teilabschnitte der DNS heissen Gene.
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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.
Abstammungslehre Beweise
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Jeder Wirbeltierembryo entwickelt kurzzeitig eine
Kiemen- und eine Schwanzanlage.
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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.
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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.
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Die übereinstimmende Embryonalentwicklung wird als
Beweis für die Abstammungslehre gewertet.
Abstammungslehre Beweise
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Je enger die Verwandtschaft zweier Lebewesen ist, desto
ähnlicher sind ihre (Blut-)Eiweisse.
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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.
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Je stärker also diese Serumreaktion ausfällt, desto enger
ist das Tier mit dem Menschen verwandt.
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Diese Serumreaktionen sind deutliche Beweise für die
Abstammungslehre.
Evolutionstheorie
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Jean Baptiste de Lamarck nahm noch an, dass ein Lebewesen
eine Eigenschaft, die es während seines Lebens erwirbt, auf
seine Nachkommen vererben kann.
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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.
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Heute ist klar, dass Lamarck falsch lag mit der Ansicht,
Lebewesen würden im Laufe ihres Lebens neue Eigenschaften
erwerben und diese dann vererben.
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(Aber, nicht verwechseln: Lamarck hat die Abstammung der
Lebewesen richtig erkannt!)
Evolutionstheorie
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Nach der Theorie von Charles Darwin gab es früher
manchmal zufällig einige Exemplare langhalsiger Giraffen.
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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.
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Die kurzhalsigen Giraffen starben nach und nach aus.
Diese Auslese, die durch die Anforderung der Umwelt
verursacht wird, nennt man Selektion.
Evolution des Pferdes
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Nach der darwinschen Evolutionstheorie sind die
heutigen Pferde im Laufe der Zeit aus kleineren Vorfahren
entstanden.
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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.
Evolution des Pferdes
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Im Laufe der Zeit breiteten sich auf der Erde die
Steppenlandschaften immer mehr aus.
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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.
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Die heutigen Pferde gehen nur noch auf einer Zehe, der
Huf hat sich aus dem ursprünglichen Zehennagel
entwickelt.
Evolution Faktoren
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Mutation und Selektion sind Voraussetzung für die
Evolution. Selektionsdruck geht meist von sich
verändernden Umweltbedingungen aus.
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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.
Evolution Faktoren
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Die Tarnung durch Nachahmung der Umgebung nennt
man im Tier- und Pflanzenreich Mimese. Sie ist in der
Natur weit verbreitet.
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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.
Evolution Faktoren
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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.
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Selbstverständlich ist keine Absicht zur Täuschung
vorhanden, vielmehr hat sich für die Orchidee diese
besondere Blütenform einfach bewährt.
Evolution Faktoren
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Im Laufe der Evolutionsgeschichte gab es immer wieder ein
Aussterben von Tierarten oder ganzer Tierklassen durch
natürliche Selektion.
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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?
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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?
Evolution Faktoren
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In der Neuzeit ist vor allem der Mensch für das weit
verbreitete Ausrotten von Tierarten verantwortlich.
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Einzelne Arten hat der Mensch durch zu intensive Jagd
zum Verschwinden gebracht.
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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.
Zerstörerische Nutzung von natürlichen Ressourcen