Übungen zur Evolution und Paläoanthropologie

Grundlagen der Evolutionstheorie und Fixismus

Welche wissenschaftliche Theorie ist in der Lage, die folgenden falschen Annahmen zu überwinden?

Überwindung des biologischen Fixismus

Die Theorie, welche den biologischen Fixismus überwinden konnte, ist die Evolutionstheorie (Darwinismus). Der Beobachtungsfehler des Fixismus ist eng mit der angenommenen Kürze des Erdzeitalters verbunden und mit dem Konzept der geologischen Zeit. Erst als man von einer Erde ausging, die viele Millionen Jahre alt ist, wurde genügend Zeit für evolutionäre Prozesse eingeräumt.

Überwindung des geologischen Fixismus

Die Theorie, welche zur Überwindung des geologischen Fixismus (Unbeweglichkeit der Kontinente) beitrug, war zunächst Wegeners Theorie der „Kontinentalverschiebung“ und schließlich die Theorie der Plattentektonik. Der Beobachtungsfehler war auch in diesem Fall mit der geologischen Zeit verbunden: Die Bewegung der Kontinente erfolgt in einem Tempo, das langsam genug ist, um vernachlässigt zu werden, es sei denn, es werden sehr genaue Satellitenmessungen durchgeführt.

Cuvier und das Alter der Erde

Cuvier nutzte die Beobachtung von Vögeln auf altägyptischen Gemälden, die identisch mit den Vögeln seiner Zeit aussahen, als Argument zugunsten des Fixismus. Der Fehler hinter dieser falschen Aussage Cuviers liegt in der impliziten Annahme, dass die Erde nur etwa 6.000 Jahre alt sei. Die 3.000 Jahre, die seit der Entstehung dieser Bilder vergangen waren, stellten demnach die Hälfte der verfügbaren Zeit für Veränderungen in den Arten dar.

Genotyp und Phänotyp im Zeitverlauf

Ist Ihr Genotyp heute derselbe wie vor 10 Jahren? Und Ihr Phänotyp?

Der Genotyp selbst ist derselbe wie vor 10 Jahren, aber die Ausprägung (der Phänotyp) kann sich ändern.

Lamarckismus: Die Entwicklung von Kiemen beim Menschen?

Manche Filme erzählen Geschichten von Menschen, die dauerhaft in einer aquatischen Umgebung leben und am Ende Kiemen entwickeln. Ist das wahr? Was ist eine ernsthafte Meinung zu dieser Lamarck’schen Geschichte?

Nein, es ist nicht möglich, dass ein Mensch Kiemen entwickelt, nur weil er ständig im Wasser lebt. Ein Lamarckist würde jedoch sagen, dass dies möglich wäre, wenn es über mehrere Generationen hinweg unter diesen Bedingungen geschieht. Das Leben im Wasser würde die Notwendigkeit von Veränderungen in den Atemwegen erzeugen, was zur Anpassung an die neuen Bedingungen durch das Auftreten von Kiemen führen würde.

Aktivität 5: Natürliche Selektion bei Käfern

Beschreibung der Prozesse

Beschreiben Sie die Prozesse, die in den folgenden Bildern dargestellt sind:

1. In einer Population brauner Käfer tritt ein grünes Individuum auf.
2. Da diese Käfer auf grünen Blättern leben, ahmen die grünen Käfer die Farbe nach. Raubtiere, die die Käfer fressen, erkennen die braunen Käfer leichter.
3. Die längere Überlebenszeit der grünen Käfer führt dazu, dass deren Anzahl in der Population zunimmt.
4. Grüne Käfer sind die häufigste Farbe in der Population.

Darwins Grundideen

Ordnen Sie jeder Abbildung die grundlegenden Ideen von Darwins Theorie zu:

• Bild 1: Zeigt die Unterschiede zwischen den Individuen in einer Population.
• Bild 2: Zeigt, dass nicht alle Individuen überleben. Die natürliche Selektion beginnt, indem die am besten Angepassten überleben.
• Bilder 3 und 4: Diejenigen, die überleben, werden Nachkommen haben und ihre vorteilhafte Variante weitergeben, sodass sich die Population allmählich verändert.

Szenarien der Selektion

Wie wäre die Entwicklung dieser Käferpopulation verlaufen, wenn sie sich von Blättern auf dem Boden ernährt hätte?

Die Selektion hätte sich umgekehrt, sodass die grünen Käfer eliminiert worden wären.

Wenn eine Population von Käfern grüne Blätter und andere getrocknete Kräuter bevorzugt, wie würde sich die Farbe entwickeln?

In diesem Fall würden Individuen, die grüne Blätter bevorzugen, grün werden, während diejenigen, die trockene Kräuter bevorzugen, braun wären.

Ist es möglich, dass eine Variante in einer Umgebung vorteilhaft und in einer anderen schädlich ist?

Tatsächlich ist es möglich, dass eine Veränderung in einer Umgebung günstig und in einer anderen ungünstig ist. Das Beispiel der Käfer belegt dies.

Aktivität 6: Evolutionäre Anpassung – Delfin und Robbe

Evolution der Delfinflossen

Wie sind die Flossen des Delfins entstanden?

Die Vorderbeine des Delfins haben sich zu Flossen entwickelt. Die Hinterbeine sind jedoch verkümmert, und die Schwanzflosse sowie die Rückenflosse haben sich neu gebildet.

Ähnlichkeiten und Unterschiede

Welche Ähnlichkeiten und Unterschiede gibt es zwischen den evolutionären Prozessen beim Delfin und beim Seehund?

In beiden Prozessen findet eine evolutionäre Anpassung an die aquatische Umgebung statt, mit der Bildung von Flossen und der Annahme einer spindelförmigen Körperform, welche die Mobilität im Wasser verbessert. Der Prozess ist jedoch in jedem Fall individuell: Beim Seehund sind alle Gliedmaßen in Flossen umgewandelt worden, was beim Delfin nicht der Fall ist. Mit anderen Worten: Dasselbe Problem (die Notwendigkeit, sich schnell in der aquatischen Umgebung zu bewegen) wird auf zwei verschiedene Arten gelöst, was zeigt, dass das Ergebnis eines evolutionären Prozesses niemals beabsichtigt ist.

Aktivität 7: Resistenzentwicklung – Lamarck vs. Darwin

Pilzresistenz gegen Fungizide

Ein parasitärer Pilz befällt Tomaten. Es wird ein Fungizid eingesetzt, aber das Produkt verliert seine Wirksamkeit und muss schließlich gewechselt werden. Wie würde dies ein Lamarckist und wie ein Darwinist erklären?

Lamarckistische Erklärung

Ein Lamarckist würde sagen, dass die Anwesenheit des Fungizids bei den Pilzen Veränderungen hervorgerufen hat, die es ihnen ermöglichten, sich schrittweise anzupassen und resistent zu werden. Die Pilze haben sich an das Fungizid „gewöhnt“.

Darwinistische Erklärung

Ein Darwinist würde sagen, dass es in der ursprünglichen Population von Pilzen bereits einige wenige gab, die resistent gegen das Fungizid waren. Bis dahin war dies eine neutrale Variante, d. h., sie hatte weder Vor- noch Nachteile. Die Anwesenheit des Fungizids führt zu einem neuen Selektionskriterium, das diese Variation vorteilhaft macht. Die resistenten Pilze überleben und haben Nachkommen, wodurch der Anteil der resistenten Pilze in der Population steigt.

Aktivität 8: Phylogenetische Muster

Gradualismus und Punktuiertes Gleichgewicht

Welcher dieser beiden Bäume stellt eine schrittweise Entwicklung (Gradualismus) dar und welcher folgt dem Muster des Punktuierten Gleichgewichts?

Der Baum auf der linken Seite stellt eine allmähliche Entwicklung dar, während der rechte dem Modell des Punktuierten Gleichgewichts folgt.

Welche Art war am stabilsten?

Die stabilste Art war D.

Welche Art hat die größte Verwandtschaft mit Art B?

Die Art, die am engsten mit B verwandt ist, ist Art C.

Welche der mit Buchstaben gekennzeichneten Arten sind heute ausgestorben und welche nicht?

Bereits ausgestorbene Arten sind G und F. Nicht ausgestorbene Arten sind A, B, C, D und E.

Aktivität 9: Stasis beim Nautilus

Unter den heute existierenden Arten ist der Nautilus seit vielen Millionen Jahren stabil geblieben. Welche Evolutionstheorie erklärt diese Tatsache besser: die Synthetische Theorie oder die Theorie des Punktuierten Gleichgewichts?

Die Theorie des Punktuierten Gleichgewichts würde dies besser erklären, da sie einen evolutionären Prozess mit langen Perioden ohne Veränderung vorschlägt, gefolgt von kurzen Perioden mit häufigen Veränderungen.

Aktivität 10: Analyse eines Stammbaums (Drosophila)

Wo ist die Zeitvariable in diesem Stammbaum der Fliegen platziert?

Die Zeitvariable würde vertikal angeordnet sein.

Wo würden Sie den gemeinsamen Vorfahren der drei Arten situieren?

Der letzte gemeinsame Vorfahre wäre an der Stelle, an der die Äste der verschiedenen Drosophila-Arten zusammenlaufen. Unterhalb dieses Punktes sind alle Vorfahren diesen Arten gemeinsam, darüber nicht.

Welche Art hat den höchsten Grad an Verwandtschaft mit D. melanogaster?

D. dentissima.

Aktivität 11: Geografische Isolation und Artbildung

Wenn zwei Populationen derselben Art geografisch voneinander entfernt sind, können unterschiedliche Kriterien der natürlichen Selektion in den Prozess der Artbildung eingreifen?

Ja, denn das Klima kann unterschiedlich sein, und eine Mutation kann in einem Rahmen günstig und in einem anderen ungünstig sein. Wenn die Populationen voneinander isoliert sind, werden auch die Umweltbedingungen unterschiedlich sein, sodass verschiedene Selektionskriterien (Prädation, Konkurrenz, Parasitismus usw.) eingeführt werden.

Aktivität 13: Die Laetoli-Fußabdrücke

Welche Unterschiede bestehen zwischen den Laetoli-Spuren und denen eines Schimpansen?

Die Laetoli-Fußabdrücke ähneln viel mehr denen des modernen Menschen als denen eines Schimpansen. Der große Zeh liegt nicht hinter den anderen Zehen und spreizt sich nicht seitlich ab, sondern ist mit den anderen Zehen ausgerichtet.

Bestätigen diese Unterschiede, dass dieser Hominide zweibeinig war?

Paläoanthropologen haben keinen Zweifel: Die Hominiden von Laetoli gingen aufrecht.

Aktivität 14: Homo floresiensis (Der Mann von Flores)

Bestätigen diese Daten, dass der Mann von Flores als Hominide gilt? Welche Unterschiede bestehen zu H. erectus?

Der Mann von Flores war zweibeinig und benutzte Steinwerkzeuge; es besteht kein Zweifel, dass er ein Hominide war. Seine Größe war kleiner als die von H. erectus, ebenso wie sein Gehirnvolumen.

Aktivität 23: Reproduktive Kompatibilität

Gehören beide Populationen derselben Art an? Warum?

Ja, weil sie sich kreuzen können. Obwohl nichts über die Nachkommen dieser Kreuzungen gesagt wird, impliziert die Formulierung, dass die Nachkommen von Kreuzungen zwischen Individuen aus beiden Populationen fruchtbar waren.

Wie viele Paarungen gab es zwischen Männchen und Weibchen derselben Population? Und wie viele zwischen verschiedenen Populationen?

Paarungen zwischen Männchen und Weibchen derselben Population waren 602, während es 302 Paarungen zwischen Männchen und Weibchen aus verschiedenen Populationen gab.

Was könnten diese Unterschiede bedeuten? Was könnte passieren, wenn die Individuen länger getrennt blieben?

Diese Unterschiede deuten darauf hin, dass sich Präferenzen oder Unterschiede im Verwandtschaftsgrad zwischen den Populationen entwickelt haben. Je länger die Trennung aufrechterhalten würde, desto stärker würden diese Unterschiede voraussichtlich werden, was schließlich zur reproduktiven Isolation zwischen beiden Populationen führen würde.

Aktivität 25: Anatomie der Zweibeinigkeit (Lucy)

Welche Anordnung der Gliedmaßenenden (Affe oder Mensch) würde man mit Lucy vergleichen?

Das Bild auf der rechten Seite (C).

Welche anatomischen Veränderungen impliziert die Anpassung an die Fortbewegung auf zwei Beinen?

Die Zweibeinigkeit führte zu Veränderungen in der Position des Foramen magnum, Veränderungen in der Anordnung des Beckens und Veränderungen im Fuß, wie die Streckung und die parallele Ausrichtung des großen Zehs zu den anderen Zehen.

Aktivität 26: Vögel und Dinosaurier

Ordnen Sie die folgenden Gruppen nach dem Grad der Verwandtschaft mit modernen Vögeln: Sauropoden, Flugsaurier und Krokodile.

Von hoch nach niedrig wäre die Reihenfolge der Verwandtschaft mit modernen Vögeln: Sauropoden, Krokodile, Flugsaurier. (Anmerkung: Flugsaurier sind keine Dinosaurier; Krokodile sind Archosaurier, aber weniger eng verwandt als Dinosaurier. Die engste Verwandtschaft besteht zu den Theropoden.)

Welche Dinosauriergruppen hatten Hinterbeine, die denen eines Vogels ähnelten (unter dem Körper und nicht seitlich)?

Ornithischia, Sauropoden und Theropoden.

Archaeopteryx

Fassen Sie die Merkmale von Archaeopteryx zusammen, die modernen Vögeln ähneln, und jene, die Reptilien am nächsten stehen.

Archaeopteryx lebte im Jura und war von der Größe einer Taube. Seine Vorderbeine waren zu Flügeln umgewandelt, der Körper war mit Federn bedeckt und er hatte Krallen und einen Schnabel, ähnlich wie moderne Vögel. Allerdings hatte er spitze Zähne, Krallen an den Flügeln mit drei Fingern und einen langen Schwanz, ähnlich einer Eidechse.