Darwin - focus
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Darwin und die Evolution focus c 2009 2008 V I D E O multimedia Darwin und die Evolution Inhaltsverzeichnis 2 A Lehrplanbezug S. 3 B Einleitende Informationen S. 4 C Auflistung aller Medien mit Inhaltsbeschreibung S. 6 D Grafische Darstellung der Programmierung S. 16 E ROM-Teil / Arbeitsmaterial S. 18 F Bonusmaterial S. 22 G Informationen zur Benutzung dieser DVD S. 27 H Unterrichtsentwürfe S. 29 I Corrigenda S. 38 J Bildnachweis / Credits S. 38 K Impressum S. 40 Darwin und die Evolution Lehrplanbezug A • Belege für das Faktum der Evolution benennen und das Zusammenwirken von Mutation, Selektion und Isolation bei der Entstehung neuer Arten verstehen • Evolution des Menschen: biologische und kulturelle Evolution; wesentliche Unterschiede zwischen Mensch und Menschenaffen beschreiben • Evolution ist ein andauernder Prozess • Fossilien, Fossilienarten • Brückentiere/Mosaiktiere • Tarnung/Warnung • Merkmale der Wirbeltierklassen: homologe und analoge Organe • Ostafrika – Wiege der Menschheit? • Evolutionstheorien: Lamarck, Cuvier, Darwin, Haeckel, Wallace 3 Darwin und die Evolution B Einleitende Informationen Kein Lehrplan im Fach Biologie, der auf Evolution verzichten könnte; aus gutem Grund. Die Kenntnis und das Verständnis des Prinzips Evolution bieten die Grundlage für das Verständnis aller Teilbereiche der Biologie. Das Verständnis für den Vorgang, durch den sich die Welt des Lebendigen nach der Entstehung des Lebens nach und nach entwickelt hat und weiterhin entwickelt, ist für Schülerinnen und Schüler aller Schulen die sichere Basis, auf der der Unterrichtsstoff aus dem weiten Feld der Biologie festgemacht und Inhalte in Beziehung zueinander gesetzt werden können. Evolution, heute wichtiger denn je! – so könnte man fast formulieren... Im Jubiläumsjahr 2009 erinnern zahlreiche Veröffentlichungen an die Geschichte der Evolutionsforschung und an die „Helden“ dieser Geschichte, allen voran Charles Darwin, der 2009 seinen 200-sten Geburtstag gefeiert hätte und der vor exakt 150 Jahren sein bahnbrechendes Werk über die Entstehung der Arten veröffentlichte. Aber nicht nur dieses Jubiläum nimmt focus-multimedia zum Anlass, eine umfassend informative und visuell anregende DVD auf den Markt der Bildungsmedien zu bringen. Auch die Tatsache, dass es aus kreationistischen Kreisen und von Vertretern einer Intelligent Design Schöpfungsvariante immer vehementere Versuche gibt, die Evolutionstheorie geistig und pseudowissenschaftlich in Frage zu stellen, ist Anlass genug, Schülern die faszinierende Klarheit und einleuchtende Einfachheit der Mechanismen der Evolution vor Augen zu führen. Evolutionsbiologen beschäftigen sich nicht mit Sinnfragen, denn diese liegen außerhalb ihres Forschungsgebiets. Religion und Evolution stehen so gesehen gar nicht im Widerspruch, da sie auf verschiedenen Ebenen agieren. ‚Religiöse Bedürfnisse können von Evolutionsbiologen nicht befriedigt werden, hier sind andere Kräfte gefragt. Ebenso wenig gehört aber eine Schöpfungsgeschichte in den Biologieunterricht. Sich mit der Evolutionsforschung auseinander zu setzen, dazu soll jeder Schüler und jede Schülerin aufgerufen sein. Ein schlimmes Kapitel in der Geschichte der Evolutionsbiologie ist die Instrumentalisierung der Befunde, etwa um die Höherwertigkeit bestimmter Rassen bei den Menschen zu begründen und mit Hilfe der Eugenik Menschenzucht zu betreiben oder im so genannten Sozialdarwinismus Menschen in höhere und niedrigere Klassen einzuteilen. 4 Darwin und die Evolution B Heftig diskutiert gehört die Anwendung der Evolutionsforschung auf dem Gebiet der Genetik, wo moderne Technik Eingriffe ins Erbgut ermöglicht, deren Folgen unabsehbar sind. Im Vordergrund soll allerdings die Freude stehen, sich mit einem Wissensgebiet zu beschäftigen, das das Prinzip von Werden und Vergehen auf dieser Erde begreifbar macht und der Schlüssel zum Verständnis der vielen faszinierenden Erscheinungsformen, einschließlich des Menschen, in der Natur ist. „Die Evolutionstheorie ist das tiefgreifendste, machtvollste Gedankengebäude, das in den letzten 200 Jahren erdacht wurde.“ Jared Diamond 5 Darwin und die Evolution C Auflistung aller Medien mit Inhaltsbeschreibung Einführungsfilm Der 4-minütige Einführungsfilm zeigt einen Zusammenschnitt von Filmsequenzen aus den drei auf der DVD behandelten Themen. Er vermittelt einen ersten Eindruck davon, „was den Zuschauer erwartet“. 1. Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution Film 1.1.01 Schnelle Autos, langsame Schnecken Eine virtuelle Begegnung mit Charles Darwin persönlich führt zu der merkwürdigen Frage, was Autos mit Evolution zu tun haben. Nach einigem Grübeln beim Anblick von Baureihen dämmert den beiden, dass die Entwicklungskriterien und Experimente von Autobauern und - designern eine Menge mit Selektion, Mutation, Rekombination und Artbildung zu tun haben. Naturforscher Alex müht sich beim Rätselraten mit Schnecken, etwas mehr zum Thema Variation und ihrem evolutionären Sinn zu erfahren. 1.1.02 Grundlagen der Genetik (Mutation / Selektion) Die genetischen Grundlagen der Evolution bereiten Jana und Alex Kopfzerbrechen. Auch Darwin muss leider passen, denn zu seiner Zeit war Genetik noch Neuland. In einem Film im Internet aber finden die beiden Redakteure das Thema einleuchtend und einfach anhand von Lego-Schildkröten erklärt. Ein schönes Beispiel für Mutation entdeckt Jana im Meeresaquarium. Grafik 1.2.01 Erdhörnchen Die Grafik zeigt die zwei Erdhörnchen-Arten auf den beiden Seiten des Grand Canyon: ein sehr anschauliches Beispiel für einen Isolationsmechanismus, die geographische Isolation. Die zwei Eichhörnchenarten leben an den sich gegenüberliegenden Rändern des Grand Canyon: Der Fluss Colorado hat eine tiefe Schlucht gegraben, die für die Eichhörnchen ein unüberwindliches Hindernis darstellt. Hier werden einzelne Tiere von Populationen der Elternart abgetrennt. Zwischen der Ausgangspopulation und der Splitterpopulation - den abgetrennten Tieren findet jetzt kein Genfluss mehr statt, also kein Austausch von Genen. 6 Darwin und die Evolution Mit ihrem isolierten Genpool kann die Splitterpopulation ihren eigenen evolu- C tionären Weg einschlagen. Eine neue Art entsteht nun durch Veränderungen der Allelfrequenz durch Selektion, genetische Drift und Mutation . Weitere Isolationsmechanismen sind: Habitatisolation, Verhaltensisolation, Zeitliche Isolation, Mechanische Isolation, Postzygotische Barrieren. Bild 1.3.01 Giraffen Giraffen sind ein schönes Beispiel, wie die natürliche Selektion bestimmte günstige Merkmale bei Lebewesen mit fortschreitender Evolution immer stärker ausprägt. Lamarck hingegen stellte in seiner frühen Evolutionstheorie von 1809 die These auf, dass Tiere erworbene Eigenschaften weitergeben. Die Giraffe recke ihren Hals nach Blättern und bekomme deshalb Kälber mit verlängertem Hals. Ein Wille nach Vervollkommnung sei die Triebfeder der Evolution. 2. Nachweise der Evolutionstheorie Film 2.1.01 Auf Fossilienjagd – tot oder lebendig Bei der schweißtreibenden und schmerzhaften Jagd auf Fossilien lernen Alex und Jana etwas über die Arbeitsmethoden der Paläontologen. Warum sind Fossilien so essentiell für die Forscher, was kann man anhand von fossilen Funden über das Alter der Erde und die Entwicklung des Lebens sagen? Wieso ist der Urvogel Archaeopteryx ein ganz besonderes Fossil ? Der Text des „Archaeopteryx – Raps“ stellt die richtigen Fragen. Der Zuschauer lernt, dass der Urvogel ein Brückentier zwischen zwei Tiergruppen ist, das Merkmale von beiden Gruppen aufweist. In der Plauderstunde mit einem außerordentlich lebendigen „lebenden Fossil“, dem Schnabeltier, lernen Jana und Alex, wie Evolution nachgewiesen und bewiesen werden kann. Denn das Schnabeltier ist, wie der Archaeopteryx, ein Bindeglied zwischen Tiergruppen und außerdem ein lebendes Fossil, ein Tier das seit Jahrmillionen fast unverändert existiert. 2.1.02 Embryologie, Morphologie, Analogie, Homologie Jana und Alex wollen den Begriff Embryologie klären und erkennen dabei, dass sie selbst sich zu Beginn ihrer Entwicklung kaum von anderen 7 Darwin und die Evolution C Wirbeltieren unterschieden haben. Das führt einerseits zu einem Streit und andererseits zu der Erkenntnis, dass alle Wirbeltiere auf einen gemeinsamen Ursprung zurückzuführen sind. 2.1.03 Tarnung / Warnung (Mimese ) Im Meeresaquarium bekommt Jana Beispiele für Tarnung, Warnung und Mimese zu sehen, alles Taktiken von Lebewesen, um einerseits Fressfeinde und andererseits Beute zu täuschen und hinters Licht zu führen. Im Laufe der Evolution steigern diese tarnenden und warnenden Eigenschaften und Merkmale den Überlebenserfolg. Grafik Homologie 2.2.01 Morphologische Ähnlichkeiten (Ober- und Unterarm, Handknochen) Unter Homologie versteht man die grundsätzlichen Übereinstimmungen von Organen. Das vorliegende Beispiel ist der Vergleich einer Menschenhand mit einem Fledermausflügel, einer Delfinflosse, und einem Gürteltiervorderbein. Der Aufbau aus Arm-, Handwurzel-, Mittelhand- und Fingerknochen ist gleich, also homolog, auch wenn sie durch verschiedene Anpassungen zu funktionsverschiedenen Organen geworden sind. Dies ist ein Beweis für einen gemeinsamen Vorfahren – einen frühen Säuger - von Mensch, Fledermaus, Delfin und Gürteltier. 2.2.02 Unterschiedliche Wirbelsäulen Ein weiteres Beispiel für Homologie ist die Wirbelsäule aller Wirbeltiere, die sich je nach Anforderung verschieden entwickelt haben. Ein frühes Wirbeltier war der gemeinsame Vorfahr. Der Vogel hat eine steife Wirbelsäule zum Fliegen, der Mensch eine doppel-S-förmige für den elastischen aufrechten Gang, der Schlange dient die Wirbelsäule für ihre extreme Beweglichkeit und als Ersatz für die Extremitäten, der Giraffe für einen stabilen tetrapoden Gang. 2.2.03 Fledermaus Fledermaus und Flughund sind die einzigen fliegenden Säugetiere. Ihre äußeren Extremitäten wurden im Laufe der Evolution entsprechend dem Selektionsdruck dem Fliegen angepasst und erschlossen den Tieren eine neue ökologische Nische. 8 Darwin und die Evolution C Embryologie 2.2.04 Embryos unterschiedlicher Wirbeltiere Embryonen belegen Haeckels biogenetische Grundregel. Alle Wirbeltiere machen in der embryonalen Phase eine ähnliche Entwicklung durch wie die einfachsten Wirbeltiere (Fische), je höher entwickelt um so später ist die endgültige Form zu erkennen. Kiemenbögen, Schwanz und Ähnliches werden jeweils nur angelegt und wieder verbaut. Eine Menschenfrau hat also nie während der Schwangerschaft ein Amphibium in der Gebärmutter! Geographische Isolation 2.2.05 Schmetterlinge - Troides Falter (Indonesischer Archipel) Bei Anklicken der Rechtspfeile auf den Bildern erscheint das Verbreitungsgebiet der jeweiligen Schmetterlingsart. Die Schmetterlinge zeigen die Wirkung von Isolation durch Meeresarme. Teilpopulationen sind voneinander geografisch isoliert (separiert). Die Teilpopulationen entwickeln sich mangels Vermehrungskontakt unabhängig weiter. Unterschiedliche Ansprüche ihres Lebensraumes und genetische Zufälle (Flaschenhalseffekt, Gendrift) lassen sie sich von einer gemeinsamen Stammform wegentwickeln. Anfangs sind es nur kreuzbare Rassen/Unterarten, später dann Arten, die auch nach evtl. Aufhebung der Isolation keine gemeinsame Population mehr bilden können. 2.2.06 Erdhörnchen (Grand Canyon) Auch bei den Erdhörnchen wirkte die Separation. Es genügt ein langer, wenige hundert Meter breiter Canyon, um die Mischung der Gene der Teilpopulationen zu unterbinden. Bild Tarnung/Warnung 2.3.01 Wandelndes Blatt Mimese ist eine besondere Form der Tarnung, die z.B. das Wandelnde Blatt betreibt, eine Gespenstheuschrecke. Ihr Aussehen ist eine evolutionäre Anpassung, die dazu geführt hat, dass sie den Blättern ihrer Umwelt zum Verwechseln ähnlich sieht. Mimese bewirkt, dass ein Lebewesen zum Beispiel von einem potentiellen Fressfeind zwar noch wahrgenommen werden kann, aber für etwas Uninteressantes gehalten wird. 9 Darwin und die Evolution C 2.3.01 Buckeldrachenkopf Auch der Drachenkopf ist ein sehr anschauliches Beispiel für Mimese, also das Nachahmen der Umgebung (Blätter, Meeresboden etc.), um sich zu tarnen. Dem Drachenkopf dient Mimese, um von seiner Beute nicht gesehen zu werden. 2.3.03 Gestreifter Anglerfisch Der Anglerfisch ist einerseits durch Mimese getarnt, andererseits nutzt er aggressive Mimikry. Er hat einen beweglichen, oft wurm- oder fischförmigen Anhang am Kopf, der Beute anlockt. Dieser Köder ist aus einem modifizierten Flossenstrahl der Rückenflosse entstanden. 2.3.04 Hornissenglasflügler Der Hornissenglasflügler, ein Schmetterling aus der Familie der Glasflügler, betreibt Mimikry, indem er einer Hornisse stark ähnelt. Mimikry bedeutet, dass eine harmlose Art die Gestalt, die Farbe oder auch die Bewegung einer giftigen, ungenießbaren oder wehrhaften Art nachahmt um gefährlich zu wirken. 2.3.05 Feuersalamander Der Feuersalamander glänzt schwarz und trägt ein auffälliges Muster aus gelben oder orangefarbenen Flecken oder Streifen. Durch das auffällige Aussehen warnt der Feuersalamanders seine Feinde. Die Ohrendrüsen können ein giftiges Sekret, das Samandarin, abgeben. Mit Hilfe dieses Gifts kann der Feuersalamander Feinde wie Fuchs, Hund oder Katze in die Flucht schlagen. 2.3.06 Delfin Der Delfin ist ein Säuger (Fingerknochen, Milchdrüsen, Warmblütigkeit, Lunge,..), wirkt aber in der äußeren Erscheinung eher wie ein Fisch (weshalb auch heute noch manchmal fälschlicherweise „Walfisch“ gesagt wird). Schon länger wissen Evolutionsbiologen, dass Delfine und Wale gemeinsame Vorfahren mit Arten haben, die noch heute Wälder, Wüsten und Steppen besiedeln, zum Beispiel mit Flusspferden, Kamelen und Rehen. In einem 15 Millionen Jahre währenden Prozess wechselten die Urahnen der heutigen Meeressäuger wieder das Element: Nachdem ursprünglich alles Leben aus dem Wasser gekommen war, gingen sie vom Land wieder zurück ins Wasser. Ein schönes Beispiel dafür, dass Evolution keine Richtung und keinen Zweck verfolgt. 10 Darwin und die Evolution C 2.3.07 Ameise mit Läusen Ameisen sind Meister im Entwickeln von Symbiosen, also Lebensgemeinschaften zu beiderseitigem Vorteil . Die Läuse versorgen die Ameisen mit überschüssigen Kohlenhydraten und werden von den Ameisen bewacht und bei Bedarf umgesiedelt. Auch ein Beispiel für Koevolution: Ein evolutionärer Prozess der wechselseitigen Anpassung zweier interagierender Arten aufeinander, der sich über sehr lange Zeiträume in der Stammesgeschichte beider Arten erstreckt. Analogien 2.3.08 Igel Der europäische Igel, ein Insektenfresser, hat - wie Ameisenigel und Stachelschwein - als Schutzmassnahme aus speziellen Haaren Stacheln entwickelt. Hier liegt eine konvergente Entwicklung vor. 2.3.09 Stachelschwein Auch das Stachelschwein, ein Nagetier, hat Stacheln, analog zu den Stacheln von Igel und Ameisenigel. Analoge Merkmale ähneln sich nicht nur in der Funktion, sondern teilweise auch äußerlich, teilweise sogar (oberflächlich) anatomisch. Sie sind aber stammesgeschichtlich unterschiedlich und unabhängig voneinander entstanden. Man bezeichnet ihre Entstehung auch als konvergente Entwicklung oder kurz Konvergenz. Sie stellen keine Verwandtschaftsbeziehungen dar, lassen aber durch Analogie Rückschlüsse auf ähnliche Umweltbedingungen und Lebensweisen zu. 2.3.10 Schnabeligel Der Schnabeligel, auch Ameisenigel genannt, ist ein Kloakentier und hat ebenfalls als Schutzmaßnahme aus speziellen Haaren Stacheln entwickelt. Eine konvergente Entwicklung mit dem europäischen Igel (Insektenfresser) und dem Stachelschwein (Nagetier). Fossilien 2.3.11 Ginkgo Die Abteilung Ginkgophyta (Ginkgopflanzen) existiert schon seit dem Unterperm, vor 290 Millionen Jahren. Die größte Artenzahl hatten die Ginkgophyta von der Trias bis zur Kreide. Ginkgo biloba gilt als das älteste lebende Fossil der Pflanzenwelt, dessen nähere Verwandte alle ausgestorben (extinkt) sind. 11 Darwin und die Evolution C 2.3.12 Quastenflosser Der Quastenflosser ist ein lebendes Fossil, weil er in fast unveränderter Form seit vielen Millionen Jahren – meist in einer Umgebung, die sich kaum ändert, in seinem Fall die Tiefsee – seine Nische besiedelt hat und keine andere Art so gut angepasst ist, dass er durch sie verdrängt werden konnte. 2.3.13 Archaeoptryx Drei Abbildungen des Archaeoptryx , in denen man sich mit den Vor- und Rückpfeilen bewegen kann: Als Fossil, als Skelettnachbildung des Archaeoptryx bavaricae und als Fantasiemodell mit einer möglichen Gefiederfarbe. Für die Wissenschaft wurde der Archaeopteryx zum klassischen Beispiel einer Übergangsform zwischen Reptilien und Vögeln, ganz im Sinne der von Charles Darwin 1859 begründeten Abstammungslehre. Archaeopteryx ist ein einzigartiges connecting link und ein Beweis der Evolutionstheorie. 2.3.14 Pfeilschwanzkrebs Die Ordnung der Schwertschwänze kann man bis ins Silur (vor 440 Millionen Jahren) belegen, die Überfamilie der Limulacae reicht immerhin etwa 390248 Millionen Jahre zurück. Da die morphologischen Unterschiede zu den heute lebenden Formen sehr gering und damit zu vernachlässigen sind, kann man also tatsächlich von einem lebenden Fossil sprechen. 3. Die Entwicklung des Menschen Film 3.1.01 Biologische Entwicklung des Menschen Bei ihrem „Besuch“ im Naturkunde-Museum machen Jana und Alex unverhofft eine Reise in die Entwicklungsgeschichte des Menschen. Die faszinierende Vielfalt vor -und frühmenschlicher Überlebensstrategien verschafft ihnen einen Einblick in ihre eigene Vergangenheit und biologische Herkunft. Und all das erfahren sie von der überaus gut informierten Putzfrau des Museums. 3.1.02 Kulturelle Entwicklung des Menschen (komplexe Version) Dieser Film liegt in unterschiedlichem Schwierigkeitsgrad vor (s. auch 3.1.03). Bis vor nicht allzu langer Zeit waren Menschen fast ausschließlich den Mechanismen der biologischen Evolution unterworfen, so wie alle anderen 12 Darwin und die Evolution Lebewesen auch. Die kulturelle Evolution bezeichnet die Entwicklung der C menschlichen Evolution auf der Basis seiner geistigen und kulturellen Fähigkeiten. Die Überlebensstrategie des modernen Menschen liegt zum Teil in der biologischen Nichtanpassung. Wie biologische und kulturelle Evolution Hand in Hand gehen und den Menschen zu dem gemacht haben was er heute ist, damit beschäftigt sich dieses Modul. 3.1.03 Kulturelle Entwicklung des Menschen (einfache Version) Die kulturelle Evolution bezeichnet die Entwicklung der menschlichen Evolution auf der Basis seiner geistigen und kulturellen Fähigkeiten. In dieser Version ist die kulturelle Entwicklung des Menschen textlich einfach und vom Bild anschaulich begleitend dargestellt (s. auch 3.1.02, komplexe Version). Grafik 3.2.01 Out of Africa: Die sogenannte Out-of-Africa-Theorie basiert auf Fossilienfunden, denen zufolge die Ausbreitung vor etwa 60.000 bis 70.000 Jahren durch eine zweite Auswanderungswelle des Homo sapiens aus Afrika in alle anderen Regionen der Erde begann. Genetische Analysen des Y-Chromosoms und der Mitochondrien des Menschen stützen inzwischen die Out-of-Africa-Theorie. 3.2.02 Entwicklung der Hominiden Man nimmt heute an, dass die Menschwerdung vor etwa acht bis fünf Millionen Jahren in Afrika begann. Stammesgeschichtlich haben sich die Vorfahren der Schimpansen zu dieser Zeit von der zum Menschen führenden Entwicklungslinie abgetrennt. Zu den relativ gut bekannten Vorläufern des Menschen gehören die Australopithecinen, Australopithecus anamensis, Australopithecus africanus und Australopithecus afarensis. Zu einer Sonderlinie von Australopithecinen mit einem robusteren Gebiss wird die Gattung Paranthropus, mit dem Vertreter Paranthropus Boisei, gezählt. Vermutlich aus den Australopithecinen entwickelten sich vor zwei bis drei Millionen Jahren die ersten Vertreter der Gattung Homo, deren Fossilien insbesondere aufgrund von Werkzeugfunden zu Homo gestellt wurden. Dazu gehören Homo rudolfensis, Homo habilis und die etwas jüngere Art Homo ergaster, später erectus. Die Verwandtschaftsbeziehungen dieser Arten sind bislang umstritten. Vor ca. 800.000 Jahren entwickelte sich aus Homo erectus eine Form mit größerem Gehirn, die als Homo heidelbergensis bezeichnet wird. Aus Homo erectus heidelbergensis entwickelten sich in Europa die Neandertaler (Homo 13 Darwin und die Evolution C neanderthalensis), während zur selben Zeit aus den in Afrika verbliebenen Populationen des Homo erectus der Archaische Homo sapiens hervorging und später Homo sapiens, der heutige Mensch. 3.2.03 Entwicklung von Schädel und Gehirnvolumina In der Evolution des Menschen fällt vor allem ein stetig größer werdendes Gehirnvolumen auf. Der Neandertaler hatte zwar ein gleich großes, sogar größeres Gehirn als der Homo sapiens. Allerdings war die Oberfläche der Hirnrinde, wo heute die höheren geistigen Funktionen ablaufen, kleiner. Die langsame Absenkung des Kehlkopfes spielte eine große Rolle bei der sich entwickelnden Fähigkeit zu sprechen. Bild 3.3.01 Australopithecus afarensis Vermutlich ein früher Vorfahr des Menschen, der schon aufrecht ging, aber noch viel auf Bäumen lebte. 3.3.02 Homo rudolfensis Vertreter der Gattung Homo, der in einer steppenartigen Umwelt lebte und Werkzeuge herstellte. 3.3.03 Homo ergaster/erectus Vertreter der Gattung Homo, der das Feuer beherrschte, Afrika verließ und sich weit, bis nach Asien, verbreitete. 3.3.04 Homo Neanderthalensis Er war der letzte fremdstämmige Zeitgenosse des heutigen Menschen. Der Neandertaler besiedelte Europa und Teile Asiens, stellte kunstvoll bearbeitete Werkzeuge her und ernährte sich auch von Fleisch und gekochter Nahrung. Dieser Seitenzweig der menschlichen Evolution starb aus. Vielleicht wurde ihm seine starke Muskulatur, die viel Energie verbrauchte, zum Verhängnis. 3.3.05 Familie der Hominiden Obere Reihe, von links nach rechts: Kenyanthropus platyops, Homo neanderthalensis Mittlere Reihe, von links nach rechts: Australopithecus afarensis, Paranthropus boisei, Homo habilis untere Reihe, von links nach rechts: Australopithecus africanus, Homo erectus, Australopithecus anamensis, Homo rudolfensis. Ihrem zeitlichen Auftreten nach: Australopithecus anamensis, Australopithe- 14 Darwin und die Evolution cus afarensis, Australopithecus africanus, Kenyanthropus platyops, Paranth- C ropus oder Australopithecus boisei, Homo rudolfensis, Homo habilis, Homo erectus, Homo neanderthalensis. 3.3.06 Faustkeil Die Erschaffung des ersten Faustkeils kennzeichnet den Beginn der Altsteinzeit. Der Faustkeil diente den Hominiden als vielseitiges Werkzeug. 3.3.07 Entwicklung von Schädel und Hirnvolumen In der Evolution des Menschen fällt vor allem ein stetig größer werdendes Gehirnvolumen auf. Der Neandertaler hatte zwar ein gleich großes, sogar größeres Gehirn als der Homo sapiens. Allerdings war die Oberfläche der Hirnrinde, wo heute die höheren geistigen Funktionen ablaufen, kleiner. Die langsame Absenkung des Kehlkopfes spielte eine große Rolle bei der sich entwickelnden Fähigkeit zu sprechen. 15 Darwin und die Evolution D Grafische Darstellung der Programmierung D - Grafische Darstellung der Programmierung Darwin und die Evolution Einführungsfilm (4 Min.) 1 Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution 2. 3. Nachweise der Evolutionstheorie Die Entwicklung des Menschen Lexikon Druckersymbol Focus-multimedia 1. Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution Film 1.1.01 Schnelle Autos, langsame (8 Min.) Schnecken 1.1.02 Grundlagen der Genetik (Mutation/Selektion) Grafik 1.2.01 Erdhörnchen Bild 1.3.01 Giraffen 16 (4 Min.) Darwin und die Evolution D 2. Nachweise der Evolutionstheorie 3. Die Entwicklung des Menschen Film Film 2.1.01 Auf Fossilienjagd - tot oder lebendig (8 Min.) 2.1.02 Embryologie, Morphologie, Analogie , Homologie (3 Min.) 2.1.03 Tarnung/Warnung (Mimese) (3 Min.) 3.1.01 Biologische Entwicklung des Menschen (7 Min.) 3.1.02 Kulturelle Entwicklung des Menschen (komplexe Version) (8 Min.) 3.1.03 Kulturelle Entwicklung des Menschen (einfache Version) Grafik Homologie 2.2.01 Morphologische Ähnlichkeiten (Ober- und Unterarm, Handknochen) 2.2.02 Unterschiedliche Wirbelsäulen 2.2.03 Fledermaus Grafik 3.2.01 Out of Africa 3.2.02 Entwicklung der Hominiden 3.2.03 Entwicklung von Schädel und Gehirnvolumen Bild Embryologie 2.2.04 Embryos unterschiedlicher Wirbeltiere Geografische Isolation 2.2.05 Schmetterlinge (Indonesischer Archipel) 2.2.06 Erdhörnchen (Grand Canyon) 3.3.01 3.3.02 3.3.03 3.3.04 3.3.05 3.3.06 3.3.07 Australopitecus Afarensis (Gruppe) Homo Rudolfensis (Kopf) Homo Ergaster/Erectus (Gruppe) Neandertalensis (Jäger) Familie der Hominiden a/b Faustkeil Entwicklung von Schädel und Hirnvolumen Bild Tarnung/Warnung 2.3.01 2.3.02 2.3.03 2.3.04 2.3.05 Wandelndes Blatt Buckeldrachenkopf Gestreifter Anglerfisch Hornissenglasflügler Feuersalamander 2.3.06 Delfin 2.3.07 Ameise mit Läusen (8 Min.) Analogien 2.3.08 Igel 2.3.09 Stachelschwein 2.3.10 Schnabeligel 2.3.11 2.3.12 2.3.13 2.3.14 Fossilien Ginkgo Quastenflosser Archaeopteryx a/b/c Pfeilschwanzkrebs 17 Darwin und die Evolution E ROM-Teil / Arbeitsmaterial Arbeitsblätter, Lösungen, Infoblätter und die Grafiken mit dem Druckersymbol sind als doc- und pfd-Dateien im ROM-Teil im Ordner „Arbeitsmaterial“ abgelegt. Ein Ausdruck dieser Dokumente ist nur am Computer möglich. Mit einem Doppelklick auf „Arbeitsplatz“ (beim Betriebssystem VISTA „Computer“) auf dem Desktop erscheint u.a. das Symbol für das DVD – Laufwerk. Durch ein Anklicken des DVD–Laufwerk-Symbols mit der rechten Maustaste erscheint ein Fenster mit mehreren Befehlen. Klicken Sie mit der linken Maustaste einmal auf den Befehl „Öffnen“. Es erscheint u.a. der Ordner „Arbeitsmaterial“, der wiederum durch Doppelklick geöffnet wird. Es erscheinen nun drei Ordner, entsprechend den Themen auf der DVD: Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution, Nachweise der Evolutionstheorie, Die Entwicklung des Menschen, sowie ein Ordner „INFO Evolutionsforscher“. Auf derselben Ebene findet der Benutzer eine doc- und – identische – pfd-Datei „Inhaltsverzeichnis“. Darin sind sehr übersichtlich alle Arbeits-, Lösungs- und Infoblätter aufgelistet, die sich in den vier Ordnern befinden. Änderungen, die in doc-Dateien vorgenommen werden, können ausgedruckt, aber beim Schließen der Datei nicht gespeichert werden, da die Dateien schreibgeschützt sind. So kann zum Ausdrucken der Aufgabe die Lösung in einer doc-Datei vorübergehend gelöscht werden, beim Schließen der Datei/ Grafik bleibt die Lösung erhalten. Von den zahlreichen Arbeitsblättern werden hier drei exemplarisch gezeigt: AB_Archaeopterix AB_Isolation bei Krähen AB_Morphologie bei Gliedmaßen 18 Darwin und die Evolution E Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution Isolation bei Krähen ARBEITSBLATT Aufgabe Im westlichen Europa lebt die Rabenkrähe und im östlichen Teil die Nebelkrähe. Dazwischen, hier grau gepunktet dargestellt, gibt es eine Bastardisierungszone, in der sich beide Typen kreuzen und diverse Mischlingsformen leben. Die beiden Krähentypen sind in verschiedenen Regionen beheimatet (östliches und westliches Europa), aber kreuzbar. Sie sind beide aus einer Stammform hervorgegangen. In der letzten Eiszeit schoben sich riesige Eisflächen durch Mitteleuropa und haben die westliche und östliche Teilpopulation der ursprünglichen Krähe geografisch isoliert (=separiert), wodurch sich die Genpools beider Teile nicht mehr durchmischen konnten. 1. Erkläre die Entstehung der beiden Krähentypen. 2. Wie kann es zu einer solchen Bastardisierungszone kommen? 19 Darwin und die Evolution DNachweise der Evolutionstheorie Mosaiktier Archaeopterix ARBEITSBLATT Aufgabe Archaeopteryx ist ein Mosaiktier, das Merkmale aus deutlich verschiedenen Tiergruppen besitzt, die in der Evolution aufeinander folgen - hier von Reptilien und Vögeln. 1) Markiere und benenne links Reptilienmerkmale, rechts Vogelmerkmale. Gib hier auch Merkmale an, die nicht äußerlich sichtbar sind: (siehe dazu das Foto vom Archaeopterix als Fossil) 2) Versuche (auf der Rückseite) mit Hilfe der Begriffe Mutation und Selektion zu erklären, wie es zur Entwicklung des Archaeopterix kam. 20 Darwin und die Evolution D Nachweise der Evolutionstheorie Morphologie bei Gliedmaßen ARBEITSBLATT Aufgabe 1. Ordne die vier Arme, die du unten siehst, den jeweiligen Besitzern zu. 2. Wie können diese vier Armskelette helfen, den Vorgang der Evolution zu beweisen? Welcher Begriff erklärt hier die Ähnlichkeit zwischen diesen Armskeletten? 3. Kennst du andere Körperteile oder Merkmale wenig verwandter Tierarten, auf die du den Begriff aus 2) anwenden kannst? 21 Darwin und die Evolution F Bonusmaterial In dem Kapitel „Bonusmaterial“ stellen wir für die Lehrer und Lehrerinnen wichtige Begriffe, Zusammenhänge, aktuelle Entwicklungen zusammen, die als kompakt zusammengefasstes Hintergrundwissen in den Unterricht einfließen können. Analogie Zum Thema „Analogie“ ist das Arbeitsblatt „Morphologie bei Meerestieren“ gut einzusetzen, mit den Analogien von Wal, Seehund, Pinguin, Lachs!!! Analoge Organe ähneln sich nicht nur in der Funktion, sondern teilweise auch äußerlich, teilweise sogar (oberflächlich) anatomisch. Sie sind aber stammesgeschichtlich unterschiedlich und unabhängig voneinander entstanden. Man bezeichnet ihre Entstehung auch als konvergente Entwicklung oder kurz Konvergenz. Sie stellen keine Verwandtschaftsbeziehungen dar, lassen aber durch Analogie Rückschlüsse auf ähnliche Umweltbedingungen und Lebensweisen zu. Häufig bilden Lebewesen mit analogen Organen ähnliche, überlappende ökologische Nischen. Ein Beispiel dafür sind die Flossenbildungen bei Fischen bzw. Walen. Die Flossen der Wale haben zwar gleiche Funktion und ähnliche Form wie die der Fische, sind aber stammesgeschichtlich aus den Gliedmaßen der ehemals landlebenden Säugetiere entstanden. Australopithecinen Frühe afrikanische Hominiden, die vor rund 4,4 bis 2,0 Millionen Jahren lebten. Sie hatten ein kleines Gehirn, gingen auf zwei Beinen, lebten aber vorwiegend auf Bäumen und stellten keine Steinwerkzeuge her. Darwinfinken Die verschiedenen Finkenarten von den Galapagosinseln halfen Darwin zu verstehen, wie und wodurch Arten entstehen. Die Kombination aus räumlicher Beschränkung und naturgegebener Isolation lässt auf Inseln die Evolutionsmuster besonders krass hervortreten (Inselbiogeographie). Eugenik 1883 von dem britischen Naturforscher F. Galton geprägter Begriff für ein bevölkerungspolitisches Konzept, das die Erhaltung und Verbesserung der erblich guten Eigenschaften in einer Gesellschaft zum Inhalt hat. 22 Darwin und die Evolution Ziel der Eugenik ist es, unerwünschte Eigenschaften, sogenannte Degenera- F tionserscheinungen, in einer Gesellschaft auszumerzen (negative Eugenik) und erwünschte Eigenschaften zu fördern und so zu einer Höherentwicklung der Gesellschaft zu kommen (positive Eugenik), und zwar durch Erforschung der erbbiologischen Gesetze sowie Kontrolle und Beeinflussung der Fortpflanzungsprozesse. Die Eugenik gründet sich auf die Erkenntnisse der menschlichen Erblehre und die Fortpflanzungsbiologie und fußt auf der Überzeugung, dass der Mensch ausschließlich ein Produkt seiner Erbanlagen ist und somit auch die Entwicklung der Gesellschaft von der Gesamtheit der in ihr vertretenen Erbanlagen bestimmt wird. In Deutschland ergaben sich weitreichende Übereinstimmungen zwischen dem Eugenik-Gedanken und der Ideologie des Nationalsozialismus. Im Sinn einer „Höherzüchtung“ wurde im Dritten Reich planmäßig die Förderung „anlagemäßig wertvoller“ Familien und Erbstämme betrieben. Gleichzeitig wurde ein Gesetz zur Verhütung erbkranken Nachwuchses erlassen, das Zwangssterilisationen bei allen als minderwertig eingestuften Bevölkerungsgruppen wie psychisch Kranken, Behinderten, Nichtsesshaften und Asozialen sowie ethnisch unerwünschten Gruppen wie Juden, Polen, Russen, Sinti und Roma ermöglichte. Die Pervertierung eugenischen Gedankenguts lieferte schließlich auch die Begründung für die Tötung „unwerten Lebens“ und die Ausrottung „rassisch Minderwertiger“ . Heute wird in Deutschland eugenisches Gedankengut zum einen aufgrund seiner historischen Pervertierung von Humangenetikern strikt abgelehnt, zum anderen ist es auch wissenschaftlich nicht haltbar, da die Eigenschaften des Menschen nicht ausschließlich genetisch bestimmt sind, sondern auch von seinem sozialen Umfeld geprägt werden. Evolution, kann man der zusehen? Charles Darwin dachte, die Evolution sei zu langsam, um sie direkt zu beobachten. Doch hier hatte er Unrecht: Als Charles Darwin während seiner Reise mit dem Forschungsschiff Beagle 1835 die Galápagos-Inseln besuchte bemerkte er auf den Inseln mehrere sehr ähnliche Arten von Vögeln, die sich deutlich in der Form ihrer Schnäbel unterschieden. Offenbar nutzten die Tiere unterschiedliche Nahrungsquellen. Anders als Darwin, der lediglich fünf Wochen auf den Galápagos-Inseln verbrachte, nahmen sich Rosemary und Peter Grand von der amerikanischen Princeton University Zeit. Viel Zeit. Mehr als 30 Jahre beobachteten sie die Vogelpopulationen auf der Insel Daphne Major jedes Jahr über einen Zeitraum von sechs Monaten hinweg. Einige Jahre nach dem Beginn ihrer Studien kam es auf den Inseln zu einer schweren Dürre. Für die Finken blieben nur noch 23 Darwin und die Evolution F die großen, harten Samen von Kakteen und dem Bürzeldorn übrig. An diesen aber scheiterten viele Vögel. In normalen Jahren hatten etwa neun von zehn Finken die Trockenzeit überstanden. Doch nach der Dürre waren etwa 86 Prozent der Mittel-Grundfinken gestorben. Die Überlebenden zeichneten sich durch besonders große Schnäbel aus. Da die Finkenweibchen im Durchschnitt kleiner sind als die Männchen, überlebten von ihnen besonders wenige. Aufgrund des Männchen-Überschusses hatten die wenigen Weibchen die Möglichkeit, gezielt auszuwählen. Und sie bevorzugten offenbar unter den sowieso schon relativ großen Männchen die allergrößten. Das spiegelte sich im Nachwuchs wieder. Die Schnäbel waren bei den Finken der nächsten Generation im Schnitt etwas größer als die der Elterngeneration vor der Dürre. Die Population der Mittel-Grundfinken auf Daphne Major hatte sich verändert, und zwar aufgrund der Umweltbedingungen (natürliche Selektion) und den Vorlieben der Weibchen (sexuelle Selektion). Die Grants hatten das Glück, dass sie noch eine weitere Erkenntnis der Evolutionsforscher bestätigen konnten: Die Evolution hat keine vorgegebene Richtung und verfolgt kein bestimmtes Ziel. Denn... Ende 1982 kam es auf den Galápagos-Inseln zu extremen Niederschlägen. Davon profitierten Ranken, die im nächsten Jahr die größeren Pflanzen wie den Bürzeldorn überwucherten. Ihre Samen aber sind klein und weich. Ein großer Schnabel war kein Vorteil mehr. Im Gegenteil: Kleinere Vögel konnten sich offenbar effizienter ernähren, und sie brauchten auch weniger zu fressen. Während der anschließenden Trockenheit starben wieder viele Vögel. Doch diesmal wurden vor allem größere Tiere Opfer der Dürre. Und die durchschnittliche Schnabelgröße der Population veränderte sich erneut - jedoch in die andere Richtung - hin zum Kleineren. Über wenige Generationen hatte sich ein Merkmal der Vögel im Zusammenspiel von Genen und Umweltbedingungen mehrmals in entgegengesetzte Richtungen geändert. Gendrift Veränderung der Genhäufigkeit, die nicht durch Selektion, sondern durch Zufall entsteht. Kommt besonders in kleinen Populationen vor. Genfluß Wanderung von Genen zwischen verschiedenen Populationen einer biologischen Art. 24 Darwin und die Evolution F Koevolution Unter Koevolution versteht man die wechselseitige Beeinflussung der Entwicklung zweier Arten im Laufe der Evolution. Ein Beispiel für die Koevolution ist eine bestimmte Leuchtkäferart. Männchen und Weibchen dieser Leuchtkäferart kommunizieren mit Lichtsignalen. Beide Geschlechter haben jeweils als Sender und Empfänger eine Koevolution durchlaufen. Lichtsignale dienen der Partnerfindung. Die Männchen der Leuchtkäfer-Art Photinus macdermotti senden fliegend artspezifische rhythmische Folgen von Lichtblitzen aus. Das Weibchen antwortet vom Boden aus mit einer Verzögerung von einer Sekunde auf jeden zweiten Lichtblitz des Männchens mit einem eigenen Lichtblitz. Das Männchen erkennt dieses Signal als artspezifische Antwort, landet bei dem blinkenden Weibchen und paart sich mit ihm. Artfremde Weibchen konnten diesen Signalcode brechen. Sie antworten den Männchen mit genau dem Blinkmuster der MacdermottiWeibchen. Die angelockten fremden Männchen werden nach der Landung als Beute gefressen. Hier kommt eine Koevolution zwischen Räuber und Beute hinzu. Der durch die Räuberart ausgeübte Selektionsdruck zwingt die Beuteart, ihre Kommunikation so abzuändern, dass sie wenigstens zeitweilig fälschungssicher kommunizieren kann. Kreationismus und Intelligent Design Schöpfung oder Evolution? Diese Frage wird auch 150 Jahre nach Entdeckung des Neandertalers weltweit brisant diskutiert. Vielen Menschen sticht es wie ein Dorn ins Auge, dass Affen oder gar „niedere“ Lebewesen zu ihrer Verwandtschaft zählen. Proteste gegen die Evolutionslehre sind nicht mehr nur aus dem mittleren Westen der USA zu hören, sondern auch in Deutschland, wo Umfragen zufolge mehr als ein Fünftel der Menschen Vorbehalte gegen die Evolutionsbiologie hat. Vor allem in Amerika fordern fundamentale „Kreationisten“ die Schöpfungsgeschichte als festen Bestandteil im Biologieunterricht an Schulen zu verankern. Kreationismus ist der Glaube an die buchstäbliche Wahrheit der Schöpfung, wie sie im ersten Buch Mose aufgezeichnet ist. Eine sanftere Form des Kreationismus, eine in den vergangenen Jahren auf beiden Seiten des Atlantiks populär gewordene, modernisierte Form der klassischen Schöpfungslehre ist das Intelligent Design. Die Verfechter der „Intelligent Design“ genannten Idee vermeiden eine Frontalkollision mit den Naturwissenschaften, indem sie Grundzüge der Erdgeschichte anerkennen. Sie behaupten allerdings, bei der Entstehung neuer Tier- und Pflanzenarten 25 Darwin und die Evolution F wirke ein großer Gestalter mit. Das Wort Gott wird vermieden, um die Lehre für amerikanische Klassenzimmer tauglich zu machen, wo religiöse Inhalte strikt vom übrigen Unterricht getrennt werden. Den Verfechtern dieser quasi wissenschaftlichen Version des Kreationismus will es gelingen, den Eindruck zu erzeugen, es gebe ein wissenschaftlich begründetes Gegenmodell zu der etablierten Evolutionslehre. „Intelligent Design“ versucht also die Perfektion der Lebewesen durch einen zielgerichteten Schöpfungsakt zu begründen. Mutation aktuell! Ein aktuelles Beispiel für Mutationen, ihre vor- und nachteilebringende Wirkung: Ein hoher Prozentsatz der Afrikaner ist deutlich anfälliger für das HIV Virus. Diesen Umstand „verdanken“ sie der Tatsache, dass sie eine genetische Disposition haben, die sie gegen die Malaria immun macht. Was also ursprünglich ein über Jahrhunderte gewachsener Vorteil war, ist jetzt auf einmal ein Nachteil. Rekapitulation Auftauchen einer Struktur oder eines anderen Merkmals im Larvenstadium oder unreifen Zustand, das einem Merkmal der ausgewachsenen Individuen einer Vorläuferart ähnelt; wird als Beleg für Abstammung von diesem Vorfahren gedeutet. Rudimentäres Merkmal Zurückgebildetes oder funktionsunfähiges Merkmal, das aber bei den Vorfahren einer biologischen Art eine Funktion erfüllte, wie beispielsweise die Augen bei Höhlen bewohnenden Tieren oder der Blinddarm des Menschen. 26 Darwin und die Evolution Informationen zur Benutzung dieser DVD G Die vorliegende DVD ist ein multimediales Medium. Auf ihr sind ganz unterschiedliche Medien wie Filme, Bilder, Grafiken und Arbeitsblätter gespeichert. Die DVD startet automatisch mit einem Menü mit folgendem Thema: • Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution • Nachweise der Evolutionstheorie • Die Entwicklung des Menschen • Lexikon • Druckersymbol • www.focus-multimedia.de Was ist neu für die Nutzer der bisher erschienenen DVDs von focus-multimedia? Wir haben die Menüführung vereinfacht: Der Nutzer gelangt jetzt über „Menü“ wieder zur Startseite und über die Reiter „Film“, „Grafik“, „Bild“ sofort zu den entsprechenden Auflistungen der drei unterschiedlichen Medien zum ausgewählten Thema. Wenn es mehr Grafiken oder Bilder gibt, als in die Auflistung einer Menüseite passen, kann man mit dem Rechtspfeil zur nächsten Auflistungsseite gelangen. Der Benutzer entscheidet sich nach wie vor für eines der Themen, z.B. „Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution“. Er aktiviert das Thema mit der Entertaste der Fernbedienung des DVD – Gerätes oder durch einfaches Anklicken mit der linken Maustaste. Er sieht nun vier Reiter: „Film“, „Grafik“, „Bild“, und etwas weiter rechts, „Menü“. Der Reiter „Film“ ist weiß hinterlegt, also aktiv. Deshalb werden dem Benutzer auf dieser Menüseite auch gleich die zwei Filme zu dem Thema angeboten: - Schnelle Autos, langsame Schnecken - Grundlagen der Genetik (Mutation / Selektion) Der Nutzer kann sich nun für einen dieser Filme entscheiden, also anklicken und anschauen. Am Ende des Films wechselt die Programmierung automatisch wieder zur Filmliste. Will man den Film nicht bis zum Ende ansehen, gelangt man über „Menü“ (auf der DVD-Player-Fernbedienung) zum Hauptmenü zurück oder – bei DVD-Abspielprogrammen - mit einfachem Klick der rechten Maustaste zu der Option „Menü auswählen“. Dort kann man sich zwischen Titel- und Hauptmenü entscheiden. Das Titelmenü bedeutet die Startseite der DVD, das Hauptmenü zeigt wieder die Filmliste. 27 Darwin und die Evolution G Beim Windows Media Player erscheint nach dem Einfachklick der rechten Maustaste statt der Option „Menü auswählen“ die Wahlmöglichkeit“ „DVD-Features“, und dann die Wahlmöglichkeit zwischen Haupt- oder Titelmenü. Der Nutzer kann aber auch - statt einen der Filme anzusehen - durch Anklicken einer der beiden Reiter die Funktionen „Grafik“ oder „Bild“ aktivieren, und sieht dann jeweils die Auflistung der zu dem gewählten Thema zur Auswahl stehenden Grafiken oder Bilder. (Siehe dazu auch die grafische Darstellung der Programmierung in diesem Booklet.) Innerhalb der Grafiken und Bilder bewegt sich der Benutzer wie gewohnt mit Links- und Rechtspfeilen für „zurück“ und „weiter“. Geblieben sind dort im unteren Bilddrittel auch die vertrauten unterschiedlichen Symbole Glühbirne und Drucker: Die Glühbirne bedeutet, dass es zu diesem Arbeitsauftrag, zu dieser Grafik eine Lösung gibt. Wird die Glühbirne durch die Entertaste aktiviert, findet der Benutzer die Lösung. Das Druckersymbol weist ihn darauf hin, dass er dieses Medium als Datei im ROM-Teil findet und über einen an den PC angeschlossenen Drucker ausdrucken kann. (Siehe dazu auch den Informationstext E-ROM-Teil / Arbeitsmaterial in diesem Booklet). Der/die BenutzerIn kann sich die Medien zusammenstellen und zwischen ihnen frei wählen. In dem Begleitmaterial findet er/sie alle Medien inhaltlich beschrieben, so dass er/sie sich über den Inhalt informieren kann. 28 Darwin und die Evolution Unterrichtsentwürfe H Für die Klassen 7 bis 9 und ab der 10. Klasse finden Lehrkräfte hier jeweils Unterrichtsentwürfe für drei Schulstunden. Es sind Vorschläge, die natürlich auch variiert werden können. Ebenso können die Inhalte der benötigten Arbeitsblätter (doc-Dateien) vor dem Ausdrucken z.B. nach Schwierigkeitsgrad, Ansprüchen verändert, d.h. vereinfacht oder anspruchsvoller geschrieben werden. Unterrichtsreihe für eine 7. bis 9. Klasse zum Thema Evolution 1.Stunde – Mechanismen der Evolution Benötigtes Material: DVD „Darwin und die Evolution“ und pro SchülerIn eine Kopie des Arbeitsblattes „Evolution beim Auto“ vom DVD-ROM-Teil der DVD Einstieg im Unterrichtsgespräch: Wer weiß etwas über Charles Darwin und die Evolution? (4 min) Ankündigung der DVD und Vorführung des DVD-Einführungsfilms (4 min) Hauptarbeitsphase: Wie funktioniert also Evolution? Im Unterrichtsgespräch können Vorwissen und kleine Hinweise aus dem Einführungsfilm gesammelt werden. (4 min) Vorführung der Filmsequenz: Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution: Schnelle Autos – langsame Schnecken (8min) Das Arbeitsblatt „Evolution beim Auto“ kann jetzt ausgeteilt und in Kleingruppen die Aufgabe 1) gelöst werden. (10min) Fixierung der Ergebnisse der Stunde: Der Lehrer/die Lehrerin sammelt ein paar Lösungen zur Aufgabe 1) und fasst an der Tafel zusammen, was die SchülerInnen abschreiben sollen (10min): 29 Darwin und die Evolution H Biologische Evolution Biologische Evolution ist die Entstehung neuer oder veränderter Arten durch folgende Mechanismen: - Die Nachkommen einer Art unterscheiden sich durch Vererbung beider Eltern und Mutation untereinander. - Die fitteren der Nachkommen überstehen die natürliche Auslese und können sich und die veränderten Merkmale weiter vermehren. - Jede Generation hat so viel Nachkommen, dass die Verluste durch die Auslese das Überleben der Art nicht gefährden. Abschluss: Hausaufgabe ist wahlweise : - Bearbeite Aufgabe 2)des Arbeitsblattes oder - Schreibe eine Zusammenfassung „Technische Evolution am Beispiel des Autos“ 2.Stunde – Nachweise der Evolution Benötigtes Material: DVD „Darwin und die Evolution“ und pro SchülerIn eine Kopie des Arbeitsblattes „Morphologie Gliedmaßen“ vom DVD-ROM-Teil der DVD, Fossilien aus der Sammlung Einstieg und Wiederholung: Überprüfen der HA (5 min) Vorführung der Filmsequenz: Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution: Grundlagen der Genetik (4 min) Wer kann am Beispiel der Schildkrötenevolution die drei wichtigsten Mechanismen der Evolution wiederholen? (5 min) (Siehe Unterrichtseinheit Mechanismen der Evolution) 30 Darwin und die Evolution Hauptarbeitsphase: H Tafelanschrieb: Nachweise für das Wirken der Evolution Frage an die SchülerInnen: „Wer kann mir sagen, woran man das Wirken der Evolution erkennt?“ Tafelanschrieb und Fossilie durchgeben lassen (8 min): - Fossilien sind Spuren früherer Lebewesen in Form von Versteinerungen, Abdrücken, Knochen, ... - Homologie: Wenn sich Merkmale oder Organe aus einer gemeinsamen Urform verschieden weiterentwickelt haben, nennt man sie homolog. Beispiel: Menschenarm, Fledermausflügel Vorführung der Filmsequenz: Nachweise der Evolutionstheorie: Embryologie, Morphologie,... (3 min) Aufforderung an die SchülerInnen: „Nennt mir bitte den Nachweis für das Wirken der Evolution, der in dieser Filmsequenz zu sehen war!“ (5 min) Verlängerung des Tafelanschriebs: - Embryonen verschiedener Wirbeltiere ähneln sich anfangs sehr (homolog) Austeilen des Arbeitsblattes „Morphologie Gliedmaßen“. - In Kleingruppen können die ersten 2 Aufgaben gelöst werden. (12 min) (- Alternativ kann die Filmsequenz „Auf Fossilienjagd“ gezeigt und besprochen werden. (8 min + 4 min)) Abschluss: Kurze Wiederholung und HA: Aufgabe 3) des ABs (alternativ das ganze AB) 31 Darwin und die Evolution H 3.Stunde – Tarnung/Warnung Benötigtes Material: DVD „Evolution“, Material aus der Sammlung (Stabheuschrecke, Hornisse,..) Einstieg und Wiederholung: Überprüfen der HA (5 min) - Zeigen von Objekten aus der Sammlung. (Alternativ: Filmsequenz von der DVD: Nachweise der Evolutionstheorie: Tarnung/Warnung (3 min)) Welche Formen der Warntracht/Tarntracht kennt ihr? Sammlung notieren (7min) Hauptarbeitsphase: Sammlung strukturieren zum Tafelanschrieb (20min): Warnung/Tarnung - Echte Warntracht tragen viele gefährliche oder giftige Tiere, um Feinde abzuschrecken. Diese Tiere sind oft grell gefärbt. Bsp.: ... - Mimikry: Eine Art Scheintracht, weil hier Tiere, die eingentlich harmlos sind, die Warntrachten der gefährlichen Tiere nachahmen. Bsp.: ... - Mimese: Tarntracht ist gegeben, wenn ein Tier Gegenstände oder Pflanzen nachahmt, um nicht gegessen oder nicht erkannt zu werden. Bsp: ... evtl.: Sonderform der - aggressiven Mimikry: Ein Tier ahmt im Aussehen oder Verhalten ein anderes Tier nach, um leichter an Beute zu kommen. Bsp.: Anglerfisch, Säbelzahnschleimfisch Alle diese Erscheinungen entstehen durch Evolution der äußeren Erscheinung (siehe Mechanismen). Je ähnlicher die Warnung/Tarnung, um so höher die Fitness der Art. 32 Darwin und die Evolution Zur Wiederholung und Anwendung können Bilder von der DVD gezeigt werden: Nachweise der Evolutionstheorie, z.B.: Tarnung/Warnung (8min) H Abschluss: Kurze Wiederholung und HA: Die aufgeschriebenen Begriffe lernen und je mindestens ein neues Beispiel finden. Unterrichtsreihe für Klasse oder Kurs ab 10.Klasse zum Thema Evolution 1.Stunde – Mechanismen der Evolution Benötigtes Material: DVD „Darwin und die Evolution“ und pro SchülerIn eine Kopie des Arbeitsblattes „Mutation bei Giraffen“ vom DVD-ROM-Teil der DVD. Je nach Ausstattung können Folien mit den INFO-Blättern zu Darwin und Lamarck vorbereitet werden (DVD-ROM-Teil der DVD)oder diese bei Bedarf direkt zwischen den Filmmodulen angesteuert werden. Einstieg im Unterrichtsgespräch: Während „INFO_Darwin“ vom DVD-ROM-Teil projiziert wird: Wer weiß etwas über Charles Darwin und die Evolution? (3 min) Ankündigung der DVD und Vorführung des DVD-Einführungsfilms (5 min) Lehrerbeitrag, während „INFO_Lamarck“ projiziert bleibt: Ein anderer Evolutionsansatz stammt von Herrn Lamarck. Er glaubte, dass jedes Tier einen inneren Trieb zur Perfektion besitzt. Durch intensives Nutzen oder eben Nichtnutzen eines Organes würde dieses dem Bedürfnis angepasst und auch so an die Nachkommen weitergegeben. (3 min) Hauptarbeitsphase: Wie funktioniert also Evolution nach Darwin? Vorführung der Filmsequenz: Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution: „Schnelle Autos – langsame Schnecken“ (8 min) Das Arbeitsblatt „Mutation bei Giraffen“ kann jetzt ausgeteilt und in Kleingruppen die Aufgabe 1)und 2) gelöst werden. (10 min) 33 Darwin und die Evolution H Fixierung der Ergebnisse der Stunde: Der Lehrer/die Lehrerin sammelt ein paar Lösungen zur Aufgabe 1)und 2) und fasst an der Tafel zusammen, was die SchülerInnen abschreiben sollen (12 min): Biologische Evolution Biologische Evolution ist nach Darwin die Entstehnung neuer oder veränderter Arten durch folgende Mechanisem: - Die Nachkommen einer Art unterscheiden sich durch Rekombination und Mutation untereinander (Variation). - Die fitteren der Nachkommen überstehen die natürliche Selektion und können sich und die veränderten Merkmale weiter vermehren. - Jede Generation hat so viel Nachkommen, dass die Verluste durch die Selektion das Überleben der Art nichrt gefährden. So entsteht in vielen Generationen allmählich aus einer Art eine neue. Es kann auch sein, dass die Art sich spaltet und zwei neue entstehen. Lamarck glaubte, individuell erworbene Eigenschaften (Modifikation) würden an die Nachkommen weitergegeben. Abschluss: Hausaufgabe ist wahlweise : - Bearbeite Aufgabe 3)des Arbeitsblattes oder - Schreibe eine Zusammenfassung „Technische Evolution am Beispiel des Autos“ 2. Stunde – Nachweise der Evolution Benötigtes Material: DVD „Darwin und die Evolution“ und pro SchülerIn eine Kopie des Arbeitsblattes „Morphologie Gliedmaßen“ vom DVD-ROM-Teil der DVD, Fossilien aus der Sammlung. 34 Darwin und die Evolution Einstieg und Wiederholung: H Überprüfen der HA (5 min) Vorführung der Filmsequenz: Charles Darwin und die Mechanismen der Evolution: „Grundlagen der Genetik“ (4 min) Wer kann am Beispiel der Schildkrötenevolution die drei wichtigsten Mechanismen der Evolution wiederholen? (4min) Hauptarbeitsphase: Tafelanschrieb: Nachweise für das Wirken der Evolution Frage an die SchülerInnen: „Wer kann mir sagen, woran man das Wirken der Evolution erkennt?“ Tafelanschrieb und Fossilie durchgeben lassen (6 min): - Fossilien sind Spuren früherer Lebewesen in Form von Versteinerungen, Abdrücken, Knochen, ... - Homologie: Wenn sich Merkmale oder Organe aus einer gemeinsamen Urform verschieden weiterentwickelt haebn, nennt man sie homolog. Beispiel: Menschenarm, Fledermausflügel Berühmte Fossilien sind die Abdrücke von Archaeopteryx: Bild: Nachweise der Evolutionstheorie: Archaeopteryx (2 min) Danach: Vorführung der Filmsequenz: Nachweise der Evolutionstheorie: „Embryologie, Morphologie,...“ (3 min) Aufforderung an die SchülerInnen : „Nennt mir bitte den Nachweise für das Wirken der Evolution, der in dieser Filmsequenz zu sehen war!“ (4 min) Verlängerung des Tafelanschriebs (2 min) 35 Darwin und die Evolution H - Embryonen verschiedener Wirbeltiere ähneln sich anfangs sehr (homolog). Dies entspricht der biogenetischen Grundregel von Haeckel. Austeilen des Arbeitsblattes „Morphologie Gliedmaßen“. - In Kleingruppen können die ersten 2 Aufgaben gelöst werden. (12 min) (Alternativ kann die Filmsequenz: „Auf Fossilienjagd“ gezeigt und besprochen werden. (8min + 4min)) Abschluss: Kurze Wiederholung und HA: Aufgabe 3)des ABs (alternativ das ganze AB) Und sucht per Internet oder Buch die biogenetische Grundregel. 3. Stunde – Tarnung/Warnung Benötigtes Material: DVD „Darwin und die Evolution“, Material aus der Sammlung (Stabheuschrecke, Hornisse,..) Einstieg und Wiederholung: Überprüfen der HA (5min) - Zeigen von Objekten aus der Sammlung. (Alternativ: Filmsequenz von der DVD: Nachweise der Evolutionstheorie: „Tarnung/Warnung“ (3 min)) Bilder: Wandelndes Blatt, Hornissenglasflügler.... Welche Formen der Warntracht/Tarntracht kennt ihr? Sammlung notieren (7 min) Hauptarbeitsphase: Sammlung strukturieren zum Tafelanschrieb (20min): 36 Darwin und die Evolution Warnung/Tarnung H - Echte Warntracht tragen viele gefährliche oder giftige Tiere, um Feinde abzuschrecken. Diese Tiere sind oft grell gefärbt. Bsp.: ... - Mimikry: Eine Art Scheintracht, weil hier Tiere, die eingentlich harmlos sind, die Warntrachten der gefährlichen Tiere nachahmen. Bsp.: ... - Mimese: Tarntracht ist gegeben, wenn ein Tier Gegenstände oder Pflanzen nachahmt, um nicht gegessen oder nicht erkannt zu werden. Bsp: ... evtl.: Sonderform der - aggressiven Mimikry: Ein Tier ahmt im Aussehen oder Verhalten ein anderes Tier nach, um leichter an Beute zu kommen. Bsp.: Anglerfisch, Säbelzahnschleimfisch Alle diese Erscheinungen entstehen durch Evolution der äußeren Erscheinung (siehe Mechanismen). Je ähnlicher die Warnung/Tarnung, um so höher die Fitness der Art. Zur Wiederholung und Anwendung können Bilder von der DVD gezeigt werden: Nachweise der Evolutionstheorie: Tarnung/Warnung (8 min) Abschluss: Kurze Wiederholung und HA: Die aufgeschriebenen Begriffe lernen und zu einem Beispiel einen Aufsatz anfertigen, wie es in der Evolution zu Mimikry kommen kann. Inhalte der nächsten Stunden : Koevolution, Konvergenz, Analogie und Isolation 37 Darwin und die Evolution I Corrigenda Ja, ja, der Fehlerteufel hat sich eingeschlichen, sorry!! 1. Auf dem Lösungsblatt zum Arbeitsblatt „Morphologie bei Gliedmaßen“ beim Thema „Nachweise der Evolutionstheorie“ heißt es beim vierten Besitzer der Gliedmaßen fälschlicherweise „Eule“. Es ist aber das „Gürteltier“. Wir bitten, das vor Ausdruck in der doc-Datei zu ändern. 2. Auf der DVD haben wir fälschlicherweise „Gingko“ geschrieben. Es muss natürlich „Ginkgo“ heißen. 3. Ebenso: Nicht „Archaeopterix“, sondern „Archaeopteryx“ J Bildnachweis / Credits Giraffe (links): mongabay.com, Fotograf: Rob Roy Giraffe (rechts): http://de.northrup.org/photos/Animals, Fotograf: Tony Northrup Wandelndes Blatt (links): www.tiermotive.de, Fotograf: Wilfried Berns Buckeldrachenkopf: Fotograf: Dieter Klössing, Berlin Gestreifter Anglerfisch: www.starfish.ch, copyright / Fotografin: Teresa Zubi Hornissenglasflügler: Sergey M. Sazhin Feuersalamander: Foto und Copyright: Michael Linnenbach Delfin: wdcs, Fotograf: Blueworld Ameise mit Läusen: Fotograf: Friedrich Böhringer Ginkgo: Fotograf: Norbert Anspach Quastenflosser: © M. Auliya / WWF Archaeopteryx (Fossil): Museum für Naturkunde, Leibniz-Institut für Evolutionsund Biodiversitätsforschung an der Humboldt-Universität zu Berlin Archaeopteryx (Skelettnachbildung): Paläontologische Staatssammlung, München Archaeopteryx (Gefieder): Museum Mensch und Natur, München Pfeilschwanzkrebs: Fotograf:chhmz Australopithecus afarensis: The Natural History Museum, London Homo ergaster: American Museum of Natural History, New York Neanderthalensis (Jäger): Neanderthal Museum, Mettmann Faustkeil: Neanderthal Museum, Mettmann Laotische Felsenratte: WWF 38 Darwin und die Evolution Über 1000 neue Tier- und Pflanzenarten haben Forscher in den vergangenen zehn Jahren in der südasiatischen Mekong-Region entdeckt. Der WWF hat in Zusammenarbeit mit den zahlreichen Forschern die Ergebnisse in einem großen Mekong-Report zusammengefasst.“ J Schädelnachbildungen / Rekonstruktionen der Hominiden: Hessisches Landesmuseum (wurden uns freundlicherweise kostenlos zur Verfügung gestellt!) C Wiss. Rekonstruktionen: W. Schnaubelt & N. Kieser - Atelier WILD LIFE ART für das Hessische Landesmuseum Darmstadt: Museum Mensch und Natur, München, Herr Dr. Apel SeaLife + Schulführungen: Nutzen Sie die günstigen Schulklassentarif! Die vielfältige und faszinierende Unterwasserwelt im SEA LIFE München ist für jede Altersstufe ein einzigartiges Erlebnis! Spielerisch und interaktiv kommen Sie den Meeresbewohnern bei Ihrem Rundgang ganz nah. Das SEA LIFE München ist täglich ab 10.00 Uhr geschlossen. (Heiligabend geschlossen). Mineralientage München Fossilienmuseum Fürth, Ralf Walter, Das Mitmachmuseum, www.fossilien-museum.com Zoologische Staatssammlung, München, Herr Prof. Burmeister University of Melbourne BMW-Museum, München Paläontologische Staatssammlung, München, Herr Dr. Oliver Rauhut, Lydia Geißler Neanderthal Museum, Mettmann The Natural History Museum London American Museum of Natural History, New York Felsmalerei Australien, Kult & Tour Filmproduktion 39 Darwin und die Evolution K Impressum focus c 2008 multimedia Idee und Redaktion: Reinold Schnatmann, focus-multimedia Buch und Regie: Eva-Maria Scriba-Sebening Kamera: Markus Krämer, Alexander Böhle Schnitt: Stefan Frank Musik: Amadeo Tortora Grafik: Saba Bussmann Animation: Markus Schnatmann Programmierung: Christian Müller Booklet: Eva-Maria Scriba-Sebening Fachberatung und Unterrichtsmaterial: Gido Freyer Produktion: focus-multimedia, München © 2009 40
