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Biologie · Evolution
Wie Verwandtschaft aus Kladogrammen, homologen Merkmalen und DNA abgeleitet wird, wie mono-, para- und polyphyletische Gruppen sich unterscheiden und wie Taxonomie und drei Domänen aufgebaut sind.
Die Phylogenetik rekonstruiert, wer mit wem verwandt ist. Eine gute Gruppe enthält einen Vorfahren und alle seine Nachkommen.
Phylogenese ist die Stammesgeschichte einer Gruppe über Millionen Jahre, die Ontogenese die Entwicklung eines einzelnen Individuums. Das Ziel der Phylogenetik ist ein Stammbaum: Wer hatte wann einen gemeinsamen Vorfahren?
Ein Kladogramm zeigt Verwandtschaft als Verzweigungen. Jeder Knoten ist der letzte gemeinsame Vorfahre der Linien, die von ihm abgehen. Je näher zwei Arten an einem Knoten liegen, desto enger sind sie verwandt.
Krokodile und Vögel teilen einen Knoten, den die Echsen nicht mit ihnen teilen. Sie sind einander also näher verwandt als den Echsen.
Ein Merkmal, das sich gegenüber dem Vorfahren verändert hat (abgeleitet), heißt apomorph, ein unverändertes (ursprüngliches) plesiomorph. Gruppen werden über gemeinsame abgeleitete Merkmale (Synapomorphien) gebildet.
| Gruppe | Umfasst | Beispiel |
|---|---|---|
| Vorfahre und alle Nachkommen |
| Echsen, Krokodile, Vögel (im Kladogramm) |
| paraphyletisch | Vorfahre, aber nicht alle Nachkommen | „Reptilien“ ohne Vögel |
| polyphyletisch | Arten ohne gemeinsamen Vorfahren in der Gruppe | „Warmblüter“ |
Ein Monophylum trennst du mit einem Schnitt vom Baum ab, ohne etwas zu verlieren oder Fremdes mitzunehmen. Bei den „Warmblütern“ haben Säugetiere und Vögel die Gleichwarmheit unabhängig entwickelt.
| Aspekt | Homologie | Analogie |
|---|---|---|
| Ursprung | gleicher Vorfahre | unabhängig entstanden |
| Funktion | oft verschieden | oft gleich |
| Beispiel | Vordergliedmaße von Mensch und Wal | Flügel von Insekt und Vogel |
| Verwandtschaft | zeigt sie an | zeigt sie nicht an |
Der Knochenbauplan der Vordergliedmaße (Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel) ist bei Mensch, Wal und Fledermaus gleich, obwohl sie Greifen, Schwimmen und Fliegen dienen.
Analogien entstehen dagegen durch Konvergenz: Ähnliche Umweltbedingungen führen zu ähnlichen Anpassungen. Die Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sind analog. Nur Homologien zeigen Verwandtschaft.
Ob Strukturen homolog sind, prüfst du mit drei Kriterien:
Mutationen in bestimmten DNA-Abschnitten treten über lange Zeit mit ziemlich gleichbleibender Rate auf. Je mehr Unterschiede zwei Sequenzen haben, desto länger liegt ihre Trennung zurück. So lässt sich berechnen, vor wie vielen Millionen Jahren sich zwei Linien getrennt haben. Die Methode ergänzt Fossilien und Körperbau.
Die Taxonomie ordnet jedes Lebewesen in feste Rangstufen ein. Eine Gruppe auf einer Rangstufe heißt Taxon, etwa die Primaten.
Domäne → Reich → Unterreich → Stamm (bei Pflanzen und Pilzen Abteilung) → Unterstamm → Klasse → Unterklasse → Ordnung → Unterordnung → Familie → Unterfamilie → Gattung → Art
Der Mensch: Domäne Eukaryoten, Reich Tiere, Stamm Chordatiere, Klasse Säugetiere, Ordnung Primaten, Familie Menschenaffen, Gattung Homo, Art Homo sapiens. Der Schimpanse teilt die Familie, hat aber eine andere Gattung (Pan). Je tiefer die gemeinsame Rangstufe, desto enger die Verwandtschaft.
| Domäne | Zelle | Merkmale |
|---|---|---|
| Eukaryoten | mit Zellkern | Tiere, Pilze, Pflanzen, Einzeller wie Amöben und Hefen |
| Eubakterien | ohne Zellkern | die bekannten Bakterien, nützlich oder krankheitserregend |
| Archaea | ohne Zellkern | extreme Lebensräume, auch Darm und Zahnflora, keine Erreger bekannt |
Die genauen Verwandtschaftsverhältnisse der Domänen sind nicht sicher geklärt. Die ribosomale RNA der Eukaryoten steht den Archaea näher, andere Gene den Eubakterien.
Eubakterien und Archaea sind Prokaryoten und die ältesten Lebewesen. Archaea bauen Membran und Zellwand anders als Bakterien; Krankheitserreger sind unter ihnen keine bekannt. Der Mensch gehört bei den Eukaryoten zu den Opisthokonta.
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Deine AufgabeDeute die Knoten als letzte gemeinsame Vorfahren. Begründe, warum Echsen, Krokodile und Vögel ein Monophylum bilden, die „Reptilien“ ohne Vögel ein Paraphylum und die „Warmblüter“ ein Polyphylum sind.
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Deine AufgabeLies die Einordnung des Menschen von der Domäne bis zur Art ab und nenne die Rangstufen in der richtigen Reihenfolge. Auf welcher Stufe trennt sich der Mensch von Maus, Fisch und Neandertaler?
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