Evolution

Evolution ist ein biologischer Prozess, durch den sich Lebewesen über lange Zeit verändern. Die Erklärung, wie dieser Prozess funktioniert und wie die Lebewesen so geworden sind, wie sie sind, wird Evolutionstheorie genannt.

Die Erde ist sehr alt. Durch die Untersuchung der Gesteinsschichten, aus denen die Erdkruste besteht, können Wissenschaftler etwas über ihre Vergangenheit herausfinden. Diese Art der Forschung wird historische Geologie genannt.

Es ist bekannt, dass sich die Lebewesen im Laufe der Zeit verändert haben, weil ihre Überreste in den Felsen zu sehen sind. Diese Überreste werden 'Fossilien' genannt. Dies beweist, dass sich die Tiere und Pflanzen von heute von denen von vor langer Zeit unterscheiden. Je älter die Fossilien sind, desto grösser sind die Unterschiede zu den heutigen Formen. Wie ist es dazu gekommen? Die Evolution hat stattgefunden. Dass Evolution stattgefunden hat, ist eine Tatsache, denn sie wird durch viele Beweise überwältigend belegt. Gleichzeitig werden evolutionäre Fragen von Biologen immer noch aktiv erforscht.

Der Vergleich von DNA-Sequenzen ermöglicht es, Organismen danach zu gruppieren, wie ähnlich ihre Sequenzen sind. Im Jahr 2010 verglich eine Analyse Sequenzen mit phylogenetischen Bäumen und unterstützte die Idee der gemeinsamen Abstammung. Es gibt nun "starke quantitative Unterstützung, durch einen formalen Test", für die Einheit des Lebens.

Die Evolutionstheorie ist die Grundlage der modernen Biologie. Das hat Theodosius Dobzhansky, ein bekannter Evolutionsbiologe, gesagt: "Nichts in der Biologie macht Sinn, außer im Lichte der Evolution".

Der Baum des Lebens, der die drei Bereiche des Lebens auf der Erde zeigt.
Der Baum des Lebens, der die drei Bereiche des Lebens auf der Erde zeigt.

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Welche Entwicklung wird heute genutzt?

Eine wichtige Aktivität ist die künstliche Selektion für die Domestizierung. Dabei wählen die Menschen aufgrund ihrer Eigenschaften aus, welche Tiere gezüchtet werden sollen. Der Mensch hat dies seit Tausenden von Jahren zur Domestizierung von Pflanzen und Tieren genutzt.

In jüngster Zeit ist es möglich geworden, Gentechnik einzusetzen. Neue Techniken wie "Gene Targeting" sind jetzt verfügbar. Dabei geht es darum, neue Gene einzufügen oder alte Gene aus dem Genom einer Pflanze oder eines Tieres auszuschalten. Für diese Arbeit wurde bereits eine Reihe von Nobelpreisen verliehen.

Der eigentliche Zweck des Studiums der Evolution besteht jedoch darin, unser Verständnis der Biologie zu erklären und zu unterstützen. Schließlich ist es die erste gute Erklärung dafür, wie Lebewesen so entstanden sind, wie sie sind. Das ist eine große Errungenschaft. Die praktischen Dinge kommen vor allem aus der Genetik, der von Gregor Mendel begonnenen Wissenschaft, und aus der Molekular- und Zellbiologie.

Edelsteine der Evolution

Im Jahr 2010 wählte die Zeitschrift Nature 15 Themen als 'Edelsteine der Evolution' aus. Diese waren:

Edelsteine aus dem Fossilienbestand

  1. Landlebende Vorfahren der Wale
  2. Vom Wasser zum Land (siehe Tetrapod)
  3. Die Herkunft der Federn (siehe Herkunft der Vögel)
  4. Die Evolutionsgeschichte der Zähne
  5. Der Ursprung des Wirbeltierskeletts

Edelsteine aus Lebensräumen

  1. Natürliche Selektion in der Artbildung
  2. Natürliche Selektion bei Eidechsen
  3. Ein Fall von Ko-Anpassung
  4. Unterschiedliche Ausbreitung bei Wildvögeln
  5. Selektives Überleben bei wilden Guppys
  6. Evolutionsgeschichte ist wichtig

Edelsteine aus molekularen Prozessen

  1. Darwins Galapagos-Finken
  2. Mikroevolution trifft Makroevolution
  3. Toxinresistenz bei Schlangen und Muscheln
  4. Variation versus Stabilität
  • Nature ist die älteste wissenschaftliche Wochenzeitschrift. Der Link lädt als freie Textdatei herunter, komplett mit Referenzen. Die Idee besteht darin, die Informationen den Lehrern zur Verfügung zu stellen.

Antworten auf die Idee der Evolution

Debatten über die Tatsache der Evolution

Die Idee, dass sich alles Leben entwickelte, war bereits vor der Veröffentlichung von Charles Darwin Über den Ursprung der Arten vorgeschlagen worden. Auch heute noch diskutieren einige Leute das Konzept der Evolution und was es für sie, ihre Philosophie und ihre Religion bedeutet. Die Evolution erklärt einige Dinge über unsere menschliche Natur. Man spricht auch über die sozialen Auswirkungen der Evolution, zum Beispiel in der Soziobiologie.

Einige Menschen haben den religiösen Glauben, dass das Leben auf der Erde von einem Gott geschaffen wurde. Um die Idee der Evolution mit diesem Glauben in Einklang zu bringen, haben die Menschen Ideen wie gelenkte Evolution oder theistische Evolution verwendet. Sie sagen, dass die Evolution real ist, aber in irgendeiner Weise gelenkt wird.

Es gibt viele verschiedene Konzepte der theistischen Evolution. Viele Kreationisten glauben, dass der in ihrer Religion gefundene Schöpfungsmythos gegen die Idee der Evolution verstößt. Wie Darwin erkannte, ist der umstrittenste Teil des Evolutionsgedankens die Frage, was er für die menschlichen Ursprünge bedeutet.

In einigen Ländern, insbesondere in den Vereinigten Staaten, gibt es Spannungen zwischen Menschen, die die Idee der Evolution akzeptieren, und solchen, die sie nicht akzeptieren. In der Debatte geht es vor allem darum, ob Evolution in den Schulen gelehrt werden soll und auf welche Weise dies geschehen soll.

Auch andere Bereiche, wie Kosmologie und Geowissenschaften, stimmen nicht mit den Originalschriften vieler religiöser Texte überein. Auch diese Ideen wurden einst heftig bekämpft. Denjenigen, die gegen die Idee schrieben, dass die Erde der Mittelpunkt des Universums sei, drohte der Tod wegen Ketzerei.

Die Evolutionsbiologie ist eine neuere Idee. Bestimmte religiöse Gruppen widersetzen sich der Idee der Evolution mehr als andere religiöse Gruppen. Zum Beispiel hat die römisch-katholische Kirche heute die folgende Position zur Evolution: Papst Pius XII. sagte in seiner Enzyklika Humani Generis, die in den 1950er Jahren veröffentlicht wurde:

"Die Kirche verbietet nicht, dass (...) Forschungen und Diskussionen (...) in Bezug auf die Evolutionslehre stattfinden (...), soweit sie nach dem Ursprung des menschlichen Körpers als aus präexistenter und lebendiger Materie stammend fragt", Papst Pius XII. Humani Generis

Papst Johannes Paul II. aktualisierte diese Position 1996. Er sagte, dass die Evolution "mehr als eine Hypothese" sei:

"Mein Vorgänger Pius XII. hat bereits in seiner Enzyklika Humani Generis [gesagt], dass es keinen Konflikt zwischen der Evolution und der Glaubenslehre über den Menschen und seine Berufung gibt. (...) Heute, mehr als ein halbes Jahrhundert nach (...) dieser Enzyklika, führen uns einige neue Erkenntnisse zu der Erkenntnis, dass die Evolution mehr als eine Hypothese ist. In der Tat ist es bemerkenswert, dass diese Theorie nach einer Reihe von Entdeckungen in verschiedenen wissenschaftlichen Disziplinen immer größeren Einfluss auf den Geist der Forscher ausgeübt hat", sagte Papst Johannes Paul II. vor der Päpstlichen Akademie der Wissenschaften

Die Anglikanische Gemeinschaft hat auch nichts gegen die wissenschaftliche Darstellung der Evolution einzuwenden.

Die Evolution für andere Zwecke nutzen

Viele derer, die die Evolution akzeptierten, waren an der Biologie nicht sehr interessiert. Sie waren daran interessiert, die Theorie zur Unterstützung ihrer eigenen Vorstellungen von der Gesellschaft zu nutzen.

Rassismus

Einige Leute haben versucht, die Evolution zur Unterstützung des Rassismus zu nutzen. Menschen, die Rassismus rechtfertigen wollten, behaupteten, dass bestimmte Gruppen, wie zum Beispiel Schwarze, minderwertig seien. In der Natur überleben einige Tiere besser als andere, und das führt zu Tieren, die besser an ihre Lebensumstände angepasst sind. Bei menschlichen Gruppen aus verschiedenen Teilen der Welt kann die Evolution nur sagen, dass jede Gruppe wahrscheinlich gut an ihre ursprüngliche Situation angepasst ist. Die Evolution macht keine Urteile über besser oder schlechter. Sie sagt nicht, dass eine menschliche Gruppe einer anderen überlegen ist.

Eugenik

Diese erstaunliche Idee der Eugenik war ganz anders. Zwei Dinge waren bereits im 18. Jahrhundert bemerkt worden. Das eine war der große Erfolg der Bauern bei der Zucht von Rindern und Nutzpflanzen. Sie taten dies, indem sie auswählten, welche Tiere oder Pflanzen die nächste Generation hervorbringen würden (künstliche Selektion). Die andere Beobachtung war, dass Menschen aus der Unterschicht mehr Kinder hatten als Menschen aus der Oberschicht. Wenn (und das ist ein grosses "Wenn") die höheren Klassen aufgrund ihrer Verdienste da waren, dann war ihr Mangel an Kindern genau das Gegenteil von dem, was geschehen sollte. Eine schnellere Aufzucht in den unteren Klassen würde zu einer Verschlechterung der Gesellschaft führen.

Die Idee, die menschliche Spezies durch selektive Züchtung zu verbessern, wird Eugenik genannt. Der Name wurde von Francis Galton vorgeschlagen, einem klugen Wissenschaftler, der Gutes tun wollte. Er sagte, dass der menschliche Bestand (Genpool) durch selektive Zuchtpolitik verbessert werden sollte. Dies würde bedeuten, dass diejenigen, die als "guter Bestand" gelten, eine Belohnung erhalten würden, wenn sie sich vermehren. Andere Leute schlugen jedoch vor, dass diejenigen, die als "schlechter Bestand" gelten, sich einer Zwangssterilisation, pränatalen Tests und Geburtenkontrolle unterziehen müssten. Die deutsche Nazi-Regierung (1933-1945) benutzte die Eugenik als Deckmantel für ihre extreme Rassenpolitik, mit schrecklichen Ergebnissen.

Das Problem mit Galtons Idee ist die Entscheidung, welche Merkmale ausgewählt werden sollen. Es gibt so viele verschiedene Fähigkeiten, die Menschen haben können, dass man sich nicht einigen kann, wer "gute Aktien" und wer "schlechte Aktien" sind. Man war sich eher darüber einig, wer nicht züchten sollte. Mehrere Länder verabschiedeten Gesetze für die Zwangssterilisierung unerwünschter Gruppen. Die meisten dieser Gesetze wurden zwischen 1900 und 1940 verabschiedet. Nach dem Zweiten Weltkrieg unterdrückte der Ekel vor dem, was die Nazis getan hatten, alle weiteren Versuche der Eugenik.

Algorithmen-Entwurf

Einige Gleichungen können mit Algorithmen gelöst werden, die die Evolution simulieren. Evolutionäre Algorithmen funktionieren auf diese Weise.

Sozialdarwinismus

Ein weiteres Beispiel für die Verwendung von Ideen über die Evolution zur Unterstützung sozialer Aktionen ist der Sozialdarwinismus. Sozialdarwinismus ist ein Begriff, der den Ideen des Sozialphilosophen Herbert Spencer aus dem 19. Spencer glaubte, dass das Überleben des Stärkeren auf den Handel und die menschlichen Gesellschaften als Ganzes angewandt werden könnte und sollte.

Wiederum benutzten einige Leute diese Ideen, um zu behaupten, dass Rassismus und eine rücksichtslose Wirtschaftspolitik gerechtfertigt seien. Heute sagen die meisten Biologen und Philosophen, dass die Evolutionstheorie nicht auf die Sozialpolitik angewendet werden sollte.

Kontroverse

Manche Menschen sind mit der Idee der Evolution nicht einverstanden. Sie sind aus einer Reihe von Gründen nicht damit einverstanden. Meistens sind diese Gründe durch ihre religiösen Überzeugungen beeinflusst oder beruhen auf ihnen. Menschen, die mit der Evolution nicht einverstanden sind, glauben gewöhnlich an Kreationismus oder Intelligent Design.

Trotzdem ist die Evolution eine der erfolgreichsten Theorien in der Wissenschaft. Die Menschen haben entdeckt, dass sie für verschiedene Arten der Forschung nützlich ist. Keiner der anderen Vorschläge erklärt Dinge, wie z.B. Fossilienaufzeichnungen, ebenfalls. Für fast alle Wissenschaftler steht die Evolution also nicht in Zweifel.

Als sich der Darwinismus in den 1870er Jahren durchsetzte, symbolisierten Karikaturen von Charles Darwin mit einem Affenkörper die Evolution.
Als sich der Darwinismus in den 1870er Jahren durchsetzte, symbolisierten Karikaturen von Charles Darwin mit einem Affenkörper die Evolution.

Darwins Theorie

Darwins "On the Origin of Species" (Über den Ursprung der Arten) hat zwei Themen: die Beweise für die Evolution und seine Ideen darüber, wie die Evolution stattgefunden hat. Dieser Abschnitt befasst sich mit dem zweiten Thema.

Variation

Die ersten beiden Kapitel des Origin befassen sich mit der Variation bei domestizierten Pflanzen und Tieren und der Variation in der Natur.

Alle Lebewesen zeigen Variationen. Jede Population, die untersucht wurde, zeigt, dass Tiere und Pflanzen genauso stark variieren wie der Mensch. p90 Dies ist eine große Tatsache der Natur, ohne die es keine Evolution gäbe. Darwin sagte, dass, so wie der Mensch bei seinen Nutztieren auswählt, was er will, so erlauben die Variationen in der Natur, dass die natürliche Selektion funktioniert.

Die Merkmale eines Individuums werden von zwei Dingen beeinflusst: Vererbung und Umwelt. Erstens wird die Entwicklung durch die von den Eltern vererbten Gene gesteuert. Zweitens bringt das Leben seine eigenen Einflüsse mit sich. Einige Dinge werden vollständig vererbt, andere teilweise und einige überhaupt nicht vererbt.

Die Farbe der Augen wird vollständig vererbt; sie ist ein genetisches Merkmal. Die Größe oder das Gewicht wird nur teilweise vererbt, und die Sprache wird überhaupt nicht vererbt. Nur um es klar zu sagen: Die Tatsache, dass Menschen sprechen können, wird vererbt, aber welche Sprache gesprochen wird, hängt davon ab, wo ein Mensch lebt und was ihm beigebracht wird. Ein weiteres Beispiel: Eine Person erbt ein Gehirn mit einer etwas variablen Kapazität. Was nach der Geburt geschieht, hängt von vielen Dingen ab, wie dem häuslichen Umfeld, der Bildung und anderen Erfahrungen. Wenn eine Person erwachsen ist, ist ihr Gehirn das, was ihr Erbe und ihre Lebenserfahrung daraus gemacht haben.

Die Evolution betrifft nur die Merkmale, die ganz oder teilweise vererbt werden können. Die Erbanlagen werden über die Gene von einer Generation an die nächste vererbt. Die Gene einer Person enthalten alle Merkmale, die sie von ihren Eltern erbt. Die Unfälle des Lebens werden nicht vererbt. Außerdem lebt natürlich jeder Mensch ein etwas anderes Leben: Das verstärkt die Unterschiede.

Organismen in jeder Population unterscheiden sich im Fortpflanzungserfolg. p81 Aus Sicht der Evolution bedeutet "Fortpflanzungserfolg" die Gesamtzahl der Nachkommen, die leben, um zu züchten und selbst Nachkommen zu hinterlassen.

Vererbte Variation

Variation kann sich nur dann auf zukünftige Generationen auswirken, wenn sie vererbt wird. Aufgrund der Arbeit von Gregor Mendel wissen wir, dass viel Variation vererbt wird. Mendels 'Faktoren' werden jetzt Gene genannt. Die Forschung hat gezeigt, dass fast jedes Individuum in einer sich sexuell fortpflanzenden Spezies genetisch einzigartig ist. p204

Genetische Variation wird durch Genmutationen verstärkt. Die DNA vermehrt sich nicht immer exakt. Es treten seltene Veränderungen auf, und diese Veränderungen können vererbt werden. Viele Veränderungen in der DNA verursachen Fehler; einige sind neutral oder sogar vorteilhaft. Dadurch entsteht die genetische Variation, die das Saatkorn der Evolution ist. Die sexuelle Fortpflanzung durch die Kreuzung von Chromosomen während der Meiose verbreitet die Variation in der Bevölkerung. Andere Ereignisse, wie natürliche Selektion und Drift, verringern die Variation. Eine Population in freier Wildbahn hat also immer Variation, aber die Details ändern sich immer. p90

Natürliche Auslese

Evolution funktioniert hauptsächlich durch natürliche Selektion. Was bedeutet das? Tiere und Pflanzen, die am besten an ihre Umwelt angepasst sind, werden im Durchschnitt besser überleben. Es gibt einen Kampf um die Existenz. Wer überlebt, wird die nächste Generation hervorbringen. Ihre Gene werden weitergegeben, und die Gene derer, die sich nicht fortpflanzten, werden nicht weitergegeben. Dies ist der grundlegende Mechanismus, der eine Population verändert und Evolution verursacht.

Die natürliche Auslese erklärt, warum lebende Organismen sich mit der Zeit verändern, um die Anatomie, die Funktionen und das Verhalten zu haben, die sie haben. Das funktioniert folgendermaßen:

  1. Alle Lebewesen sind so fruchtbar, dass ihre Bevölkerungszahl für immer rapide ansteigen könnte.
  2. Wir sehen, dass die Größe der Bevölkerung nicht in diesem Ausmaß zunimmt. Meistens bleiben die Zahlen ungefähr gleich.
  3. Die Nahrungsmittel und andere Ressourcen sind begrenzt. Daher gibt es eine Konkurrenz um Nahrungsmittel und Ressourcen.
  4. Keine zwei Personen sind gleich. Daher werden sie nicht die gleichen Chancen haben, zu leben und sich fortzupflanzen.
  5. Vieles von dieser Variation kann vererbt werden. Die Eltern geben solche Merkmale über ihre Gene an die Kinder weiter.
  6. Die nächste Generation kann nur von denen kommen, die überleben und sich fortpflanzen. Nach vielen Generationen wird die Bevölkerung mehr hilfreiche und weniger schädliche genetische Unterschiede haben. Die natürliche Auslese ist in Wirklichkeit ein Prozess der Eliminierung. p117 Die Eliminierung wird durch die relative Passung zwischen Individuen und der Umwelt, in der sie leben, verursacht.

Selektion in natürlichen Populationen

Es gibt jetzt viele Fälle, in denen die natürliche Auslese nachweislich in Wildpopulationen vorkommt. Fast jeder untersuchte Fall von Tarnung, Mimikry und Polymorphismus hat starke Auswirkungen der Selektion gezeigt.

Die Kraft der Selektion kann viel stärker sein, als von den frühen Populationsgenetikern angenommen wurde. Die Resistenz gegen Pestizide ist schnell gewachsen. Die Resistenz gegen Warfarin bei Norwegischen Ratten (Rattus norvegicus) nahm rasch zu, weil die Überlebenden immer mehr der Bevölkerung ausmachten. Untersuchungen zeigten, dass der resistente Homozygote in Abwesenheit von Warfarin gegenüber dem normalen Wildtyp-Homozygoten einen Nachteil von 54% hatte. p182 Dieser große Nachteil wurde durch die Selektion auf Warfarin-Resistenz schnell überwunden.

Säugetiere können als Erwachsene normalerweise keine Milch trinken, aber der Mensch ist eine Ausnahme. Milch wird durch das Enzym Laktase verdaut, das sich abschaltet, wenn Säugetiere keine Milch mehr von der Mutter aufnehmen. Die Fähigkeit des Menschen, im Erwachsenenalter Milch zu trinken, wird durch eine Laktase-Mutation unterstützt, die diese Abschaltung verhindert. Die menschliche Bevölkerung hat einen hohen Anteil dieser Mutation überall dort, wo Milch in der Ernährung eine wichtige Rolle spielt. Die Ausbreitung dieser "Milchtoleranz" wird durch natürliche Selektion gefördert, weil sie den Menschen hilft, dort zu überleben, wo Milch verfügbar ist. Genetische Studien deuten darauf hin, dass die ältesten Mutationen, die die Laktasepersistenz verursachen, erst in den letzten zehntausend Jahren in der menschlichen Bevölkerung hohe Werte erreicht haben. Daher wird die Laktasepersistenz oft als Beispiel für die jüngste menschliche Evolution angeführt. Da die Laktasepersistenz genetisch bedingt ist, die Tierhaltung jedoch ein kulturelles Merkmal, handelt es sich um eine Gen-Kultur-Koevolution.

Anpassung

Anpassung ist eines der grundlegenden Phänomene der Biologie. Durch den Prozess der Anpassung wird ein Organismus besser an seinen Lebensraum angepasst.

Die Anpassung ist einer der beiden Hauptprozesse, die die Vielfalt der Arten erklären, die wir in der Biologie sehen. Der andere ist die Speziation (Artenspaltung oder Cladogenese). Ein beliebtes Beispiel, das heute zur Untersuchung des Zusammenspiels von Anpassung und Speziation verwendet wird, ist die Evolution der Buntbarsche in afrikanischen Flüssen und Seen.

Wenn Menschen über Anpassung sprechen, meinen sie oft etwas, das einem Tier oder einer Pflanze hilft, zu überleben. Eine der am weitesten verbreiteten Anpassungen bei Tieren ist die Evolution des Auges. Ein weiteres Beispiel ist die Anpassung der Zähne von Pferden an das Mahlen von Gras. Tarnung ist eine weitere Anpassung, ebenso die Mimikry. Die am besten angepassten Tiere haben die größte Wahrscheinlichkeit zu überleben und sich erfolgreich fortzupflanzen (natürliche Selektion).

Ein innerer Parasit (wie z.B. ein Egel) ist ein gutes Beispiel: Er hat eine sehr einfache Körperstruktur, aber dennoch ist der Organismus in hohem Maße an seine besondere Umgebung angepasst. Daran sehen wir, dass die Anpassung nicht nur eine Frage der sichtbaren Merkmale ist: Bei solchen Parasiten finden kritische Anpassungen im Lebenszyklus statt, der oft recht komplex ist.

Einschränkungen

Nicht alle Merkmale eines Organismus sind Anpassungen. p251 Anpassungen spiegeln in der Regel das frühere Leben einer Art wider. Wenn eine Spezies kürzlich ihren Lebensstil geändert hat, kann eine einst wertvolle Anpassung nutzlos werden und schließlich zu einem schwindenden Überbleibsel werden.

Anpassungen sind nie perfekt. Es gibt immer Kompromisse zwischen den verschiedenen Funktionen und Strukturen in einem Körper. Es ist der Organismus als Ganzes, der lebt und sich fortpflanzt, daher ist es die Gesamtheit der Anpassungen, die an künftige Generationen weitergegeben wird.

Genetische Drift und ihre Auswirkungen

In Populationen gibt es Kräfte, die der Bevölkerung Variation hinzufügen (z.B. Mutation), und Kräfte, die sie entfernen. Genetische Drift ist die Bezeichnung für zufällige Veränderungen, die Variation aus einer Population entfernen. Die genetische Drift beseitigt die Variation mit einer Rate von 1/(2N), wobei N = Populationsgröße. p29 Es handelt sich also um "eine sehr schwache evolutionäre Kraft in großen Populationen". p55

Die genetische Drift erklärt, wie der Zufall die Evolution auf überraschend große Weise beeinflussen kann, aber nur, wenn die Populationen recht klein sind. Insgesamt besteht ihre Wirkung darin, die Individuen einander ähnlicher zu machen und sie damit anfälliger für Krankheiten oder Zufallsereignisse in ihrer Umgebung zu machen.

  1. Die Drift reduziert die genetische Variation in Populationen, wodurch die Fähigkeit einer Population, neuen Selektionsdruck zu überleben, möglicherweise reduziert wird.
  2. Genetische Drift wirkt schneller und hat bei kleineren Populationen drastischere Ergebnisse. Kleine Populationen sterben in der Regel aus.
  3. Genetische Drift kann zur Speziation beitragen, wenn die kleine Gruppe überlebt.
  4. Bottleneck-Ereignisse: Wenn eine große Population durch ein Ereignis plötzlich und drastisch verkleinert wird, wird die genetische Vielfalt sehr stark reduziert. Infektionen und extreme Klimaereignisse sind häufige Ursachen. Gelegentlich können Invasionen durch konkurrenzfähigere Arten verheerend sein.
    ♦ In den 1880/90er Jahren reduzierte die Jagd die Nördliche See-Elefantenrobbe auf nur noch etwa 20 Individuen. Obwohl sich die Population wieder erholt hat, ist ihre genetische Variabilität viel geringer als die der südlichen See-Elefanten.
    Geparden haben eine sehr geringe Variabilität. Wir glauben, dass die Art in letzter Zeit auf eine kleine Anzahl reduziert wurde. Da ihm die genetische Variabilität fehlt, ist er von Infektionskrankheiten bedroht.
  5. Gründerereignisse: Diese treten auf, wenn eine kleine Gruppe aus einer größeren Population hervorgeht. Die kleine Gruppe lebt dann getrennt von der Hauptbevölkerung. Die menschliche Spezies wird oft zitiert, dass sie solche Stadien durchlaufen hat. Zum Beispiel als Gruppen Afrika verliessen, um sich anderswo niederzulassen (siehe menschliche Evolution). Offenbar haben wir weniger Variation, als man von unserer weltweiten Verbreitung erwarten würde.
    Auch Gruppen, die auf Inseln weit entfernt vom Festland ankommen, sind gute Beispiele. Diese Gruppen können aufgrund ihrer geringen Größe nicht das gesamte Spektrum der
    Allele tragen, die in der Elternpopulation zu finden sind.

Arten

Wie sich Arten bilden, ist ein wichtiger Teil der Evolutionsbiologie. Darwin interpretierte "Evolution" (ein Wort, das er anfangs nicht benutzte) als eine Frage der Speziation. Deshalb nannte er sein berühmtes Buch Über den Ursprung der Arten.

Darwin ging davon aus, dass die meisten Arten direkt aus bereits existierenden Arten entstanden sind. Dies wird Anagenese genannt: neue Arten durch Veränderung älterer Arten. Nun glauben wir, dass die meisten Arten durch vorherige Artenaufspaltung entstanden sind: Cladogenese.

Aufspaltung der Arten

Zwei Gruppen, die gleich beginnen, können auch sehr unterschiedlich werden, wenn sie an verschiedenen Orten leben. Wenn eine Art in zwei geografische Regionen aufgeteilt wird, beginnt ein Prozess. Jede Region passt sich ihrer eigenen Situation an. Nach einer Weile können sich Individuen aus der einen Gruppe nicht mehr mit der anderen Gruppe fortpflanzen. Aus einer Art haben sich zwei gute Arten entwickelt.

Ein deutscher Forscher, Moritz Wagner, studierte während seiner drei Jahre in Algerien in den 1830er Jahren flugunfähige Käfer. Jede Art ist auf einen Abschnitt der Nordküste zwischen Flüssen beschränkt, die vom Atlasgebirge bis zum Mittelmeer hinabfließen. Sobald man einen Fluss überquert, erscheint eine andere, aber eng verwandte Art. Er schrieb später:

"... eine [neue] Spezies wird nur [entstehen], wenn einige wenige Individuen die Grenzen ihres Verbreitungsgebietes [überschreiten]... die Bildung einer neuen Rasse wird niemals gelingen... ohne eine lange fortgesetzte Trennung der Kolonisten von den anderen Mitgliedern ihrer Spezies".

Dies war eine frühe Darstellung der Bedeutung der geographischen Trennung. Ein anderer Biologe, der die geografische Trennung für kritisch hielt, war Ernst Mayr.

Ein Beispiel für eine natürliche Speziation ist der dreistachlige Stichling, ein Meeresfisch, der nach der letzten Eiszeit in das Süßwasser eindrang und Kolonien in isolierten Seen und Flüssen gründete. Über etwa 10.000 Generationen hinweg weisen die Stichlinge große Unterschiede auf, darunter Variationen der Flossen, Veränderungen in der Anzahl oder Größe ihrer Knochenplatten, variable Kieferstruktur und Farbunterschiede.

Die Wombats Australiens lassen sich in zwei Hauptgruppen einteilen: Gewöhnliche Wombats und Haarnasenwombats. Die beiden Arten sehen sich sehr ähnlich, abgesehen von der Behaarung ihrer Nasen. Sie sind jedoch an unterschiedliche Umgebungen angepasst. Gewöhnliche Wombats leben in bewaldeten Gebieten und fressen meist grüne Nahrung mit viel Feuchtigkeit. Sie fressen oft tagsüber. Haarnasenbabys leben auf heißen, trockenen Ebenen, wo sie trockenes Gras mit sehr wenig Wasser oder Güte fressen. Ihr Stoffwechselsystem ist langsam und sie schlafen die meiste Zeit des Tages unter der Erde.

Wenn zwei Gruppen, die das Gleiche begannen, unterschiedlich genug werden, dann werden sie zu zwei verschiedenen Arten. Ein Teil der Evolutionstheorie besagt, dass alle Lebewesen gleich anfingen, sich dann aber über Milliarden von Jahren in verschiedene Gruppen aufspalteten.

Die Mitglieder dieser Familie sind sich in mancher Hinsicht ähnlich, in anderer unterschiedlich
Die Mitglieder dieser Familie sind sich in mancher Hinsicht ähnlich, in anderer unterschiedlich

Variation . Die Blume auf der rechten Seite hat eine andere Farbe.
Variation . Die Blume auf der rechten Seite hat eine andere Farbe.

Klicken für Aktion In dieser Simulation wird das blaue "Allel" in fünf Generationen fixiert.
Klicken für Aktion In dieser Simulation wird das blaue "Allel" in fünf Generationen fixiert.

Der dreistachlige Stichling (Gasterosteus aculeatus)
Der dreistachlige Stichling (Gasterosteus aculeatus)

Moderne evolutionäre Synthese

Dies war eine wichtige Bewegung in der Evolutionsbiologie, die in den 1930er Jahren begann und in den 1950er Jahren endete. Seitdem wurde sie regelmäßig aktualisiert. Die Synthese erklärt, wie die Ideen von Charles Darwin mit den Entdeckungen von Gregor Mendel zusammenpassen, der herausfand, wie wir unsere Gene vererben. Die moderne Synthese brachte Darwins Idee auf den neuesten Stand. Sie überbrückte die Kluft zwischen verschiedenen Arten von Biologen: Genetiker, Naturforscher und Paläontologen.

Als die Evolutionstheorie entwickelt wurde, war es nicht klar, dass natürliche Selektion und Genetik zusammenwirken. Aber Ronald Fisher zeigte, dass die natürliche Auslese zu einem Artenwechsel führen würde. Sewall Wright erklärte 1931 die genetische Drift.

  • Evolution und Genetik: Die Evolution lässt sich durch das erklären, was wir über die Genetik wissen und was wir von den in der freien Natur lebenden Tieren und Pflanzen sehen.
  • Es ist wichtig, nicht in Einzelpersonen, sondern in Bevölkerungsgruppen zu denken. Die in natürlichen Populationen vorhandene genetische Vielfalt ist ein Schlüsselfaktor der Evolution.
  • Evolution und Fossilien: Dieselben Faktoren, die heute wirken, haben auch in der Vergangenheit gewirkt.
  • Gradualismus: Die Entwicklung ist graduell und vollzieht sich in der Regel in kleinen Schritten. Es gibt einige Ausnahmen davon, insbesondere die Polyploidie, vor allem bei Pflanzen.
  • Natürliche Auslese: Der Kampf um die Existenz von Tieren und Pflanzen in der freien Natur führt zur natürlichen Auslese. Die Stärke der natürlichen Auslese in der Wildnis war größer, als selbst Darwin erwartet hatte.
  • Genetische Drift kann in kleinen Populationen wichtig sein.
  • Die Geschwindigkeit der Entwicklung kann variieren. Es gibt sehr gute Beweise aus Fossilien, dass verschiedene Gruppen sich unterschiedlich schnell entwickeln können und dass verschiedene Teile eines Tieres sich unterschiedlich schnell entwickeln können. p292, 397

Einige Forschungsbereiche

Ko-Evolution

Ko-Evolution ist, wenn die Existenz einer Art eng mit dem Leben einer oder mehrerer anderer Arten verbunden ist.

Auf neue oder "verbesserte" Anpassungen, die bei einer Art auftreten, folgen oft das Auftreten und die Verbreitung verwandter Merkmale bei der anderen Art. Das Leben und Sterben von Lebewesen ist eng verbunden, nicht nur mit der physischen Umwelt, sondern auch mit dem Leben anderer Arten.

Diese Beziehungen können sich über Millionen von Jahren fortsetzen, wie es bei der Bestäubung von Blütenpflanzen durch Insekten der Fall war. Der Darminhalt, die Flügelstrukturen und die Mundwerkzeuge von versteinerten Käfern und Fliegen lassen vermuten, dass sie als frühe Bestäuber fungierten. Die Assoziation zwischen Käfern und Bedecktsamern während der Unterkreide führte zu parallelen Ausstrahlungen von Bedecktsamern und Insekten in die Spätkreide. Die Evolution der Nektare in den Blüten der Oberkreide signalisiert den Beginn der Wechselbeziehung zwischen Hautflüglern und Bedecktsamern.

Baum des Lebens

Charles Darwin war der erste, der diese Metapher in der Biologie verwendete. Der Evolutionsbaum zeigt die Beziehungen zwischen verschiedenen biologischen Gruppen. Er enthält Daten aus der DNA-, RNA- und Proteinanalyse. Das Werk "Baum des Lebens" ist ein Produkt der traditionellen vergleichenden Anatomie und der modernen molekularen Evolution und der molekularen Uhrenforschung.

Die Hauptfigur in diesem Werk ist Carl Woese, der die Archäaea, die dritte Domäne (oder das Königreich) des Lebens, definierte. Nachstehend finden Sie eine vereinfachte Version des heutigen Verständnisses.

Simplified universal phylogenetic tree

Makroevolution

Makroevolution: die Untersuchung von Veränderungen oberhalb der Artenebene und wie sie stattfinden. Die Grunddaten für eine solche Studie sind Fossilien (Paläontologie) und die Rekonstruktion antiker Umgebungen. Einige Fächer, deren Studium in den Bereich der Makroevolution fällt:

  • Adaptive Strahlung, wie z.B. die Kambrische Explosion.
  • Veränderungen der Biodiversität im Laufe der Zeit.
  • Massenaussterben.
  • Speziations- und Aussterberaten.
  • Die Debatte zwischen punktueller Ausgewogenheit und Gradualismus.
  • Die Rolle der Entwicklung bei der Gestaltung der Evolution: Heterochronie; Hox-Gene.
  • Herkunft der Hauptkategorien: Cleidoic-Ei; Herkunft der Vögel.

Für die meisten Biologen deutet er keine Veränderung des Evolutionsprozesses an. p87 Für einige Paläontologen lässt sich das, was sie in den Fossilien sehen, nicht allein mit der schrittweisen evolutionären Synthese erklären. Sie sind in der Minderheit.

Altruismus und Gruppenauswahl

Altruismus - die Bereitschaft der einen, sich für andere zu opfern - ist bei sozialen Tieren weit verbreitet. Wie oben erläutert, kann die nächste Generation nur von denen kommen, die überleben und sich fortpflanzen. Einige Biologen sind der Meinung, dass dies bedeute, dass Altruismus sich nicht durch den normalen Prozess der Selektion entwickeln könne. Stattdessen wurde ein Prozess namens "Gruppenselektion" vorgeschlagen. Gruppenselektion bezieht sich auf die Idee, dass Allele in einer Population aufgrund der Vorteile, die sie Gruppen verleihen, fixiert oder verbreitet werden können, unabhängig davon, wie sich die Allele auf die Fitness der Individuen innerhalb dieser Gruppe auswirken.

Mehrere Jahrzehnte lang wurde die Gruppenauswahl als ein wichtiger Mechanismus der Evolution von Kritikern ernsthaft in Frage gestellt.

In einfachen Fällen kann man sofort erkennen, dass die traditionelle Auswahl ausreicht. Wenn sich zum Beispiel ein Geschwisterkind für drei Geschwister opfert, wird die genetische Veranlagung für die Tat erhöht. Das liegt daran, dass Geschwister im Durchschnitt 50% ihres genetischen Erbes teilen, und die Opferhandlung hat zu einer stärkeren Repräsentation der Gene in der nächsten Generation geführt.

Altruismus wird heute allgemein als aus der Standardauswahl hervorgegangen angesehen. Der Warnhinweis von Ernst Mayr und die Arbeit von William Hamilton sind beide wichtig für diese Diskussion.

Hamilton-Gleichung

Die Hamilton-Gleichung beschreibt, ob sich ein Gen für altruistisches Verhalten in einer Bevölkerung ausbreitet oder nicht. Das Gen wird sich ausbreiten, wenn rxb größer als c ist:

r b > c {\Anzeigestil rb>c\ } {\displaystyle rb>c\ }

wo:

  •  
  • b {\displaystyle b\ }ist der reproduktive Nutzen für den Empfänger des altruistischen Verhaltens, und
  • r {\Darstellungsstil r\ } {\displaystyle r\ }ist die über dem Bevölkerungsdurchschnitt liegende Wahrscheinlichkeit, dass die Individuen ein altruistisches Gen teilen - der "Grad der Verwandtschaft".

Sexuelle Fortpflanzung

Auf den ersten Blick scheint die sexuelle Fortpflanzung gegenüber der ungeschlechtlichen Fortpflanzung benachteiligt zu sein. Um vorteilhaft zu sein, muss die sexuelle Fortpflanzung (Kreuzbefruchtung) einen zweifachen Nachteil (man braucht zwei für die Fortpflanzung) sowie die Schwierigkeit, eine Partnerin zu finden, überwinden. Warum ist Sex bei Eukaryonten also so nahezu universell? Dies ist eine der ältesten Fragen der Biologie.

Die Antwort wird seit der Zeit Darwins gegeben: weil sich die sexuelle Bevölkerung besser an die veränderten Umstände anpasst. Ein kürzlich durchgeführtes Laborexperiment legt nahe, dass dies tatsächlich die richtige Erklärung ist.

"Wenn Populationen ausgekreuzt werden, kommt es zu genetischer Rekombination zwischen verschiedenen elterlichen Genomen. Dies ermöglicht es nützlichen Mutationen, schädlichen Allelen auf ihrem ursprünglichen Hintergrund zu entgehen und sich mit anderen nützlichen Allelen zu kombinieren, die an anderer Stelle in der Population auftreten. In sich selbst reproduzierenden Populationen sind die Individuen weitgehend homozygot, und die Rekombination hat keinen Effekt".

Im Hauptexperiment wurden die Nematodenwürmer in zwei Gruppen aufgeteilt. Die eine Gruppe war völlig überkreuzend, die andere war völlig egoistisch. Die Gruppen waren einem unwegsamen Gelände ausgesetzt und wurden wiederholt einem Mutagen ausgesetzt. Nach 50 Generationen zeigte die selbstgängige Population einen erheblichen Rückgang der Fitness (= Überleben), während die auskreuzende Population keinen Rückgang zeigte. Dies ist eine von mehreren Studien, die zeigen, dass die Sexualität echte Vorteile gegenüber nicht-sexuellen Reproduktionsformen hat.

Bestäubungskonstanz : Diese beiden Honigbienen, die zur gleichen Zeit und am gleichen Ort aktiv sind, besuchen selektiv Blüten nur einer Art, was an der Farbe der Pollen in ihren Körben zu erkennen ist.
Bestäubungskonstanz : Diese beiden Honigbienen, die zur gleichen Zeit und am gleichen Ort aktiv sind, besuchen selektiv Blüten nur einer Art, was an der Farbe der Pollen in ihren Körben zu erkennen ist.


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