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2. Evolution der Wirbeltiere
2.1. Homologie (homolog <gr.> = gleichartig / übereinstimmend)
Gemeinsamkeiten der Wirbeltiere (Amphibien, Reptilien, Säugetiere, Fische, Vögel)
- Wirbelsäule
- Skelett
- 4 Gliedmaßen (Ausnahme: Fische)
- 2 Augen / Ohren
Vergleich der Gliedmaßen verschiedener Wirbeltiere:
Skizze
- Wirbeltier
Skizze
- Benennung der
Gliedmaße
- spezielle Funktion
- Besonderheiten im Bau
- Mensch
- Arm
- Greifen
- Daumen ist den anderen
Fingern gegenübergestellt
(opponierbar)
- Wal
- Flosse
- rudern
- flach und breit;
Elle und Speiche sind
verwachsen;
3 lange Finger
- Vogel
- Flügel
- fliegen
- sehr dünne Knochen;
verwachsene lange
Mittelhandknochen
- Känguru
- Hinterbein
- springen
- sehr langes Schien- und
Wadenbein sind
miteinander verwachsen
- Wirbeltier
- Benennung der
Gliedmaße
- spezielle Funktion
- Besonderheiten im
Bau
- Eidechse
- Bein
- klettern, schnell
laufen
-Zehen sind mit
Krallen versehen;
kurze kräftige
Knochen
- Maulwurf
- Bein
- graben
- schaufelförmiger
Fuß; sehr lange
Krallen; stark
verlängerter
Handwurzelknochen
(6. Finger); kräftige
kurze Beine
- Flugsaurier
- Flügel
- fliegen
- sehr dünne
Knochen;
sehr langer kleiner
Finger
(höhere Stabilität)
Gemeinsamkeiten:
Der Grundbauplan der Wirbeltiergliedmaßen ist gleich:
Alle besitzen:
- einen Oberarm- bzw. Oberschenkelknochen
- je eine Elle und Speiche bzw. je ein Schien- und Wadenbein
- mehrere Hand- bzw. Fußwurzelknochen
- 5 (oder mehr) Mittelhand- bzw. Mittelfußknochen
- 5 (oder mehr) Finger- bzw. Zehenknochen
- meistens Nägel oder Krallen
Unterschiede:
Das äußere Aussehen, der äußere Bau und Funktion der Gliedmaßen sind unterschiedlich.
homologe Organe:
Organe, die äußerlich nach Bau und Verwendungsart unterschiedlich sind, sich aber auf den
gleichen Bauplan zurückführen lassen, werden als homologe Organe bezeichnet.
Ergebnis  Die untersuchten Gliedmaßen sind homolog!
Sind Tiere in einem Merkmal homolog, gibt es in der Regel weitere Homologien (z.B.
Wirbelsäure, Sinnesorgane, Blutkreislauf). Das ist kein Zufall, sondern ein Hinweis auf eine
stammesgeschichtliche Verwandtschaft der Wirbeltiere.
Evolutionstheorie:
Sie besagt, dass alle heute lebenden Organismen die Endglieder eines Entwicklungsprozesses
sind, der vor ca. 3 Mrd. Jahren begann und der ständig weiter stattfindet.
Vergleich der Gliedmaßen (Beine) verschiedener Insektenarten:
Heupferd
Laufkäfer
Schwimmkäfer
Kleiderlaus
Maulwurfsgrille
Der Bauplan der Gliedmaßen ist gleich, äußerlich (äußerer Bau) sind sie aber unterschiedlich
und die Funktion, welche die Gliedmaßen ausführen können, sind unterschiedlich.
(springen
schnell laufen
rudern
greifen / klammern graben)
Ergebnis  Die untersichten Gliedmaßen sind homolog.
Weitere Homologien bei Insekten:
- Außenskelett aus Chitin
- 6 Gliedmaßen
- offener Blutkreislauf (keine Adern)
2.2. Analogie (analog <gr.> = ähnlich / entsprechend)
Vergleicht man bestimmte Gliedmaßen von Insekten und Wirbeltieren miteinander, dann
kann man folgendes feststellen:
Der Grundbauplan der Insekten und Wirbeltiere ist völlig unterschiedlich, der äußere Bau
(Erscheinungsbild) ist ähnlich, die Funktionen, welche die Gliedmaßen ausführen, sind
ähnlich, manchmal sogar gleich.
Ergebnis  Bei bestimmten Gliedmaßen liegt eine Analogie vor:
Känguru
– Heupferd
Maulwurfsgrille
– Maulwurf
Eidechse
– Laufkäfer
Wal
– Schwimmkäfer
Mensch
– Kleiderlaus
Grund:
Analogie hat nichts mit stammesgeschichtlicher Verwandtschaft zu tun. Vielmehr haben sich
Tieren unterschiedlicher Tierstämme, an den gleichen oder einen ähnlichen Lebensraum
optimal angepasst.
Entwicklung der Wirbeltiere
Fragen:
1. Wann / in welchem Erdzeitalter entwickelten sich die Fische?
2. Weshalb entwickelten sich die Fische zuerst in Salzwasser und nicht im Süßwasser?
3. Weshalb strebten später Fische danach, auch im Süßwasser zu leben?
4. Wie sahen die ersten Fischarten aus, die im Brackwasser lebten? Warum?
5. Welche waren die ersten Lebewesen mit einer Wirbelsäule und wann traten sie
erstmals auf?
6. Wo dien(t)en die Wirbelsäule und die Knochen dieser Lebewesen?
7. Welches Lebewesen gilt als Vorfahre aller Wirbeltiere und woran kann man das
erkennen?
8. Was sind Lungenfische? Wo lebten sie?
9. Wann entwickelten sich die ersten Wirbeltiere mit vier Beinen? Warum? Welcher war
ihr Lebensraum?
Antworten:
1. im Devon vor 400 Mio. Jahren
2. Salzwasser enthält die Lebenswichtigen Mineralien (ohne Ca (Muskelarbeit), P, Mg
und Fe ist kein Leben möglich).
Süßwasserfische würden im Süßwasser aufgrund der Osmose platzen.
Osmose (bei Salzwasserfischen im Süßwasser):
Die Fischhaut ist eine Semipermeable (halbdurchlässige) Wand (Wasser kann durch, Salz
nicht). Zum Konzentrationsausgleich strömt Wasser von der niedrigen in Richtung der
höheren Konzentration (in den Fisch), bis der Fisch platzt.
3. Flucht vor Fressfeinden (unangepasste Fische platzen)
größeres Nahrungsangebot (Algen, Moose)
4. Die ersten Fische im Brackwasser (Gemisch aus Salz- und Süßwasser) an
Flussmündungen lebten hatten …
… einen Knochenschild am Kopf und einen Rumpf mit Schuppen, damit kein Wasser
durch Osmose in den Fisch eindringt.
… Nieren entwickelt, mit denen sie das Wasser was durch Osmose an den Kiemen
eindringt hinauszupumpen.
5. ein Süßwasserfisch vor ca. 390 Mio. Jahren
6. Einerseits als Reservoir für Ca und andere wichtige Mineralien durch ständigen Aufund Abbau der Wirbelsäule zur Regulierung des Mineralienhaushaltes. Sie ersetzen
ein Leben im Meer.
Andererseits als Ansatzpunkt für Muskeln.
7. Quastenflosser:
4 Flossen mit (7) fingerartigen Knochen (Vorläufer der Gliedmaßen)
Wirbelsäule
Doppelatmer (Lunge und Kiemen)
8. Fische mit Kiemen und Lunge, haben sich an Gebiete mit Sauerstoffarmem Wasser
(Sumpf) angepasst.
9. vor ca. 350 Mio. Jahren im Flachwasser:
Fortbewegung zwischen Schwimmpflanzen und Laufen im Wasser
stabiles Skelett zum Schutz der inneren Organe