Evolution

Abiotische Evolution

Am Anfang war das Nichts-die Urerde

Nach dem URKNALL vor ca. 14 Mrd. Jahren entstanden  Materie, Raum und Zeit. Gas- und Staubwolken ballten sich zusammen- Sonnen (Sterne) und Planeten entstanden, so auch die Erde vor 4,6 Mrd. Jahren.

Die Ur-Erde war noch ein ziemlich unwirtlicher Planet. Nach einem Zusammenstoß mit einem etwa marsgrossen Planeten spaltete sich Materie ab, die sich zusammenballte und zum Mond wurde.

Auf der Ur-Erde war es glühend heiß. Immer wieder schlugen Himmeslköper ein und rissen die Oberfläche auf. Die Radioaktivität war extrem hoch. In dem feurigen Ball aus glühendem Gestein sanken schwere Elemente (Eisen und Nickel) in die Mitte des Planeten, leichtere wie Aluminium stiegen empor.

Langsam kühlte auch das glühende Magma ein wenig ab. Erst waren es dünne Flöße, die auf dem wabbernden Gestein trieben, dann überzog diese Kruste den heißen Planeten wie eine Haut.

Vor 4 Mrd. Jahren schließlich war die Erde endlich soweit abgekühlt, dass Wasserdampf in der Atmosphäre zu Wassertropfen kondensieren konnte. Der erste Regen fiel…

Diese Uratmosphäre bestand aus CO2, Schwefelverbindungen und Wasserdampf, schließlich umgebenDampfwolken den ganzen Planeten und der Gasmantel schützt ihn vor lebensfeindlich hoher UV-Strahlung und weiteren kleineren Himmelskörpern

Der erste Regen, der in diesen Anfangszeiten unseres Planeten fiel, verdampfte, aber irgendwann kühlte die Erde soweit ab, dass sich der Niederschlag halten konnte; mehr noch:

Das Wasser kann im festen Gestein nicht versickern und da es kaum Täler gab, verteilte es sich gleichmäßig über den Planeten.

Vor 4 Mrd. Jahren betrug der Wasserpegel auf der Erde rund 1900m!

Die Wassermassen waren bereits salzig: Zum einen trug der Dauerregen jene Salz-, Salpeter- und Schwefelsäuren, die mit den vulkanischen Ausdünstungen in die Atmosphäre gelangt en, wieder zur Erdoberfläche hinab. Zum anderen löste das Wasser Salze aus dem erstarrten Lavagestein.

Die Erde wurde zum Wasserplaneten…

Entstehung des Lebens

Die Entstehung des Lebens

Zur Entstehung des Lebens gibt es heute 3 Theorien:

  1. Das Leben stammt aus der Tiefsee; tatsächlich hat man in der Tiefsee Organismen gefunden, die auf 3,2 Mrd. Jahre datiert werden
  2. Das Leben kommt aus der Ursuppe, einem sauerstofffreien, mit organischen Molekülen angereicherten Urozean; die wohl bekannteste Theorie, gestützt vom „Miller-Urey Experiment von 1953 und einem neuen, modernen Experiment mit ähnlichen, noch aufschlussreicheren Ergebnissen
  3. Das Leben kommt aus dem All; diese Theorie wird vor allem vom Physiker Stephen Hawkin unterstützt

Die ältesten Fossilien sind 3,5 Mrd. Jahre alt. Zu dieser Zeit waren Ozeane und Atmosphäre noch immer ohne Sauerstoff, die ersten Bakterien gewannen ihre Energie entweder aus Gärung oder aus anorganischen Verbindungen wie manche Archebakterien.

Vor ca. 3,1 Mrd. Jahren „erfanden“ ein paar Bakterien die Photosynthese

Das ist die Photosynthese, wie wir sie heute kennen:

6 CO2 + 6 H2O + Lichtenergie C6H12O6  + 6 O2

Die ersten Bakterien haben wahrscheinlich aber kein Wasser gespalten, sondern Schwefelwasserstoff:

6 CO2 + 12 H2S + Lichtenergie C6H12O6  + 12 S       +6 H2O

Erst durch den Sauerstoff der photosynthetischen Wasserspaltung (ab 2,5 Mrd. Jahre nachweisbar) durch Die Blaualgen oder Cyanobakterien ist Leben in der Form, wie wir es heute kennen, möglich

Der anfangs gebildete Sauerstoff wurde aber noch nicht frei:

Das zuerst gebildete wasserlösliche Eisen (2+) wurde vom Sauerstoff zum Eisen (3+) in der heutigen Form oxidiert.

Präkambrium und Kambrische Explosion des Lebens

Vor 1,5 Mrd. Jahren tauchten die ersten Eukaryonten auf.

Eukaryonten sind Zellen mit Zellkern. Manche ihrer Zellorganellen (Chloroplasten und Mitochondrien) nahmen die Urformen der Eukaryonten vermutlich als „Endosymbionten“ auf, die schließlich zu Zellorganellen wurden. Die ersten Eukaryonten waren einfache Einzeller.

Im Präkambrium (4,5 Mrd. – 543 Mill. Jahren) tauchten vor etwa 1,2 Mrd. Jahren die ersten Vielzeller auf: vielzellige Algen aber auch einfache Tiere wie Quallen oder Schwämme.

Im Kambrium (542 bis 488 Mill. Jahren) passierte dann etwas erstaunliches: vor etwa 500 Mill. Jahren explodierte das Leben regelrecht, in den Meeren wimmelte es nun vor lauter Leben: Trilobiten, Würmer, Quallen…

Massenausterbe-Ereinisse

Immer wieder im Laufe der Erdgeschichte kam es zu Aussterbewellen. Das Aussterben von Tieren und Pflanzen ist somit keine Neuerscheinung. Bekanntes Beispiel einer solchen Aussterbewelle war das Verschwinden der Dinosaurier vor etwa 65 Mill. Jahren am Ende der Kreidezeit. Forscher glauben, dass ein Komet das Ende der Urzeitriesen bedeutete, aber genau weiß das keiner…

Die Dinosaurier waren nicht die einzigen, die von einem Massenaussterben betroffen waren. Insgesamt spricht man von 6 Aussterbewellen in den letzen 600 Millionen Jahren. Die Ursachen sind vielschichtig, eine Hauptrolle aber spielt meist vulkanischer CO2-Ausstoss mit anschließender Versauerung der Ozeane.

Vom Aussterben der Dinosaurier weiß heute fast jedes Kind. Das schlimmste Aussterbe-Ereignis jedoch fand vor 250 Millionen Jahren am Ende des Perm statt. Sie löschte schätzungsweise 95 Prozent aller damaliger Lebensformen für immer aus.

Aber auch die globale Vereisung „Schneeball Erde“ am Ende des Präkambriums löschte bis zu 97% allen damaligen Lebens aus.

Die schlimmsten Massenausstebe-Ereignisse:

  1. die globale Vereisung „Schneeball Erde“ am Ende des Präkambriums löschte bis zu 97% allen damaligen Lebens aus.

            2. Vor 490 Millionen Jahren am Ende des Kambriums: Rund 80 % aller Tier- und Pflanzenarten starben aus

            3. vor ca. 360 Millionen Jahren im oberen Devon Erneut starben 50 % aller Arten aus, darunter einige Fische, Korallen und Trilobiten

           4. vor ca. 251 Millionen Jahren an der Perm-Trias-Grenze: Die meisten Tiere starben gegen Ende des Perm; 95 % aller meeresbewohnenden Arten sowie ca. 66 % aller landbewohnenden Arten (Reptilien- und Amphibienarten) starben aus

           5.vor ca. 200 Millionen Jahren am Ende der Trias: 50 bis 80 % aller Arten, unter anderen fast alle Landwirbeltiere, starben aus

          6. vor ca. 65 Millionen Jahren an der Kreide-Tertiär-Grenze (gleichzeitig Übergang vom Erdmittelalter zur Erdneuzeit): wieder starben rund 50 % aller Tierarten aus, darunter auch die Dinosaurier.

Evolutionstheorie(n)

Die Evolutionstheorie, so wie wir sie heute kennen, verdanken wir Charles Darwin (1809-1882). Wobei, Darwin war nicht der Einzige, etwa zur gleich Zeit wie Darwin entwickelte auch Alfred Russel Wallace (1823-1913) diese Selektionstheorie. Wallace gilt somit als Mitbegründer der Evolutionstheorie, wird aber oft „vergessen“.

Vor Darwin und Wallace beschäftigte sich schon Jean-Baptiste Lamarck (1744-1829) intensiv mit der Entstehung der Arten. Auch Lamarck war der Meinung, dass sich Lebewesen an ihre Umwelt anpassen.

Laut Lamarck würden Tiere Eigenschaften, die sie im Laufe ihres Lebens erworben haben, an ihre Nachkommen weitervererben können. Laut Lamarck würden Umweltbedingungen die Anpassung auslösen, die dann an Nachkommen weitegegeben werden.

Ein bekanntes Beispiel um die Theorie von Lamarck anschaulich zu machen, ist die Entwicklung des Halses der Giraffe. Der Lebensraum der Giraffe in den afrikanischen Steppen ist trocken und das Angebot nach pflanzlicher Nahrung begrenzt. Über Generationen hinweg musste sich die Giraffe nach Nahrung in höher gelegenen Bereichen der Bäume strecken, wodurch sich die Länge des Halses verlängerte. Von Generation zu Generation vererbten die Giraffen so ihre neu erworbene Halslänge weiter.

Das Schema dazu sähe so aus:

Bedürfnis der Lebewesen sich anzupassen -> Gebrauch von Organen führt zur stärkeren Ausbildung -> erworbene Merkmale werden weitervererbt.   

Mit der Evolutionstheorie war die Lehre des Lamarck widerlegt, allerdings stellte sich durch die Epigenetik (Mechanismus, um bestimmte Gene auf der DNA ein- oder auszuschalten) heraus, dass sich epigenetische Faktoren (eben die „Schalter der Gene) durch die Umwelt beeinflussen lassen. So haben z.B. Stress oder Nahrung Einfluss auf die Epigenetik des Menschen. Epigenetische Faktoren werden bis zu 3 Generationen weitervererbt und gelten als „Motor der Evolution“ einerseits, erinnern aber auch etwas an die Lehre des Lamarck, da über epigenetische Faktoren erworbene Eigenschaften weitervererbt werden (bzw. der Schaltplan der DNA durch erworbene Eigenschaften verändert wird und dieser veränderte Schaltplan dann weitervererbt wird).

Evolution basiert auf folgenden Faktoren:

  • Mutation (zufällige Veränderungen im Erbgut)
  • Selektion („Survival of the Fittest “)
  • Isolation (keine sexuelle Fortpflanzung mit der ursprünglichen Population mehr möglich)
  • Genetische Drift (zufällige Änderung der genetischen Zusammensetzung einer Population
  • Anpassung (neue Lebensräume, Nischen möglich)

Die Evolutionstheorie stand zum Zeitpunkt ihrer Entstehung stark im Widerspruch zur Lehre der Kirche. Laut Schöpfungsbericht der Bibel ist die Erde mit ihren Lebewesen in 7 Tagen entstanden. Manche Theologen wollen sogar das Alter der Erde anhand biblischer Hinweise errechnen und kamen so auf ein Alter von etwa 6000 Jahren für die Erde (und das Universum).

Noch heute leugnen Kreationisten die langsame Entwicklung der Arten und das Entstehen von Arten aus anderen, da sie an einen einmaligen Schöpfungsakt (wie im Schöpfungsbericht der Bibel).

Die Evolutionstheorie ruht auf folgenden fünf Hypothesen:

 

  1. Lebewesen produzieren mehr Nachkommen, als schließlich ins fortpflanzungsfähige Alter kommen können, da diese Nachkommen untereinander oder auch mit anderen Arten um lebenswichtige Grundlagen (Nahrung, Licht, …) konkurrieren. Man nennt das „Kampf ums Dasein“.
  2. Individuen einer Art sind nicht vollkommen gleich, sondern variieren ein wenig. Diese Unterschiede kommen zufällig zustande. So wird auch beim Menschen, wenn in einer Familie mehrere Kinder sind, jedes Kind ein wenig „anders“ sein.

          3. Nun kann sein, dass einer dieser Nachkommen mit seiner „Varietät“ ein bisschen       besser an neue Umweltbedingungen angepasst sind. Ein Pantoffeltierchen, dass eine „Spore“ bilden kann und sich abkapselt wird eher überleben oder die Pflanze mit den längsten Wurzeln hat Forteile gegenüber Pflanzen mit der Varietät „besonders kurze Wurzeln. Die am besten angepassten Individuen werden sich durchsetzen und Nachkommen produzieren. Darwin nannte das „Survival oft he fittest“.

          4. Die erblichen Veränderungen werden auch auf den Nachwuchs weitergegeben! Die Nachkommen erben also die besser an die Umwelt angepassten Eigenschaften!

         5. Werden nun Individuen einer Gruppe getrennt (etwa ein tropischer Wirbelsturm verfrachtet ein paar Vögel einer Population auf eine weit entfernte, bisher unbesiedelte Insel), passen sich die Nachkommen beider Populationen an ihre jeweilige Umgebung an und entwickeln sich so in verschiedene Richtungen („Divergenz“). Es entstehen neue Arten.

Evolution des Menschen

Die gemeinsame Abstammung von Menschen und deren Vorfahren (Hominiden) und Schimpansen spaltete sich vor etwa 8 Millionen Jahren auf. Im Tschad wurde ein Schädel gefunden, der etwa 7 Millionen Jahre alt ist und der Merkmale von Schimpansen und von Menschen vereint.

Als „ersten Menschen“ bezeichnet man meist den Australopithecus.

Australopithecinen lebten vor 4,4-1,4 Millionen Jahren. Als Wiege der Menschheit wird meist der Afrikanische Grabenbruch in Ostafrika genannt. Die berühmte Lucy, ein gut erhaltene Australopithecinen-Skelett fand man in Äthiopien. Lucy ist etwa 3,2 Millionen Jahre alt und gehörte zur Gattung Ardipithecus.

Vor etwa 2,5 Millionen Jahren tauchte der erste Vertreter der Gattung Homo auf, der Homo habilis, der „geschickte Mensch“. Homo habilis gebrauchte bereits Steinwerkzeuge.

Vermutlich war der Australopithecus kein direkter Vorfahre von Homo habilis, sondern wahrscheinlicher ist es, dass sich beide Gattungen aus unterschiedlichen Linien bildeten, die Australopithecinen aber schließlich ausstarben.

Aus dem Homo habilis hingegen entwickelte sich der Homo erectus („der aufrecht gehende Mensch“) und letztlich der Homo sapiens („der vernunftbegabte Mensch“).

Zu den Nachfahren des Homo erectus gehörte auch der Neandertaler, welcher vor 130000 bis 35000 Jahren in Europa lebte. Der Neandertaler war besonders gut an die raue Umgebung der Eiszeit angepasst. Der Neandertaler war kein direkter Vorfahre des modernen Menschen, allerdings glauben manche Forscher/innen, dass Homo sapiens und Homo neandertalensis (also Neandertaler) sexuell paaren konnten und auch Nachkommen produzierten. Möglicherweise tragen wir somit alle zumindest ein „bisschen Neandertaler“ in unseren Genen.

Die ältesten Funde des modernen Menschen, Homo sapiens stammen aus Afrika und sind etwa 1ooooo Jahre alt.

Wenn man die Leistungen von Menschen mit Tieren vergleicht, so stellt man fest, dass Menschen zwar sehr vielfältig sind und laufen klettern, springen und Schwimmen können, aber in allen Disziplinen gibt es Tiere die besser sind: Einen Gepard mit einer Höchstgeschwindigkeit von 120km/h könnte ein Mensch sowieso nicht überholen, aber selbst die schnellsten Läufer hätten Schwierigkeiten gegen eine Kuh im Sprint zu gewinnen. Hunde riechen besser als Menschen und Adler sehen besser. Dafür das Mensch das am besten ausgebildete Gehirn: Das Gehirn des Menschen hat in Bezug auf seine Größe ein großes Volumen und eine große Oberfläche. Auch die Lernfähigkeit des Menschen und seine Fähigkeiten, Informationen zu speichern und zu verarbeiten sind den Leistungen von Tieren deutlich überlegen.

Eine weitere Besonderheit nimmt der Mensch durch die Sprache ein. Auch Tiere verständigen sich durch verschiedenen Laute und Gesten, die Sprache des Menschen ist aber erst durch bestimmte anatomische Merkmale im Mund- und rachenraum möglich, womit er sich z.B. vom Schimpansen unterscheidet. Einzigartig ist auch das motorische Sprachzentrum im menschlichen Gehirn.

Text: Geroldinger

Quellen:

http://www.oekosystem-erde.de/html/massenaussterben.html

http://www.spektrum.de/lexikon/biologie-kompakt/evolution/3961

https://www.planet-wissen.de/natur/forschung/entstehung_des_lebens/pwiedieentstehungdererde100.html

https://www.planet-schule.de/mm/die-erde/Barrierefrei/pages/Die_Anfaenge_der_Erde.html

http://www.oekosystem-erde.de/html/leben-01.html

https://www.planet-wissen.de/natur/forschung/entstehung_des_lebens/index.html

Text und Foto: Silke Geroldinger

1. Wann entstanden Raum und Zeit?

 
 
 
 

2. Mit wie vielen Jahren datiert die Wissenschaft das Alter der Erde?

 
 
 
 

3. Wie erklärt der Physiker Stephen Hawking die Entstehung des Lebens?

 
 
 
 

4. Wer entwickelte zeitgleich mit Charles Darwin die Evolutionstheorie?

 
 
 
 

5. Worauf basiert Evolution?

 
 
 
 

6. Welche moderne Wissenschaft gibt der Lehre des Lamarck (zumindest teilweise) Recht?

 
 
 
 

7. Wann entstand Leben auf der Erde?

 
 
 
 

8. Der früheste Mensch war…

 
 
 
 

9. Wer gilt als direkter Vorfahre des modernen Menschen?

 
 
 
 

10. Wann war das KAMBRIUM?

 
 
 
 

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