Welche Vorstellungen haben Grundschulkinder von der Entwicklung der Lebewesen?

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

Teil I
Naturwissenschaftliche Grundlagen der Evolution
1. Chemische Evolution
1.1 Biologische Evolution
1.2 Die synthetische Theorie der Evolution
1.2.1 Die synthetische Theorie und ihre Evolutionsfaktoren
1.2.2 Mutation
1.2.3 Selektion
1.2.4 Sexuelle Selektion
1.2.5 Genetische Rekombination
1.2.6 Genetischer Drift
1.2.7 Artbildung
1.3 Die evolutionären Veränderungen der Organismen und der Erdoberfläche
1.3.1 Dinosaurier
1.3.2 Massenaussterben
1.4 Die Entwicklung des Homo sapiens
1.5 Hinweise auf das Stattfinden der Evolution

Teil II
Schülervorstellungen im Bereich Evolution
2. Zum Forschungsstand
2.1 Fragestellung
2.2 Wahl der Methode
2.2.1 Durchführung der Interviews
2.2.2 Aufbereitung der Interviews
2.3 Auswertung der Interviews
2.4 Vorstellungen von Grundschülern über die Entwicklung der Lebewesen
2.4.1 Interview 1: Anna
2.4.1.1 Transkript Interview 1: Anna (s. Anhang)
2.4.1.2 Redigierte Aussagen Interview 1: Anna (s. Anhang)
2.4.1.3 Geordnete Aussagen Interview 1: Anna
2.4.1.4 Explikation Interview 1: Anna
2.4.1.5 Ergebnisse Interview 1: Anna
2.4.2. Interview 2: Carla
2.4.2.1 Transkript Interview 2: Carla (s. Anhang)
2.4.2.2 Redigierte Aussagen Interview 2: Carla (s. Anhang)
2.4.2.3 Geordnete Aussagen Interview 2: Carla
2.4.2.4 Explikation Interview 2: Carla
2.4.2.5 Ergebnisse Interview 2: Carla
2.4.3 Interview 3: Sophie
2.4.3.1 Transkript Interview 3: Sophie (s. Anhang)
2.4.3.2 Redigierte Aussagen Interview 3: Sophie (s .Anhang)
2.4.3.3 Geordnete Aussagen Interview 3: Sophie
2.4.3.4 Explikation Interview 3: Sophie
2.4.3.5 Ergebnisse Interview 3: Sophie
2.4.4 Interview 4: Sonja
2.4.4.1 Transkript Interview 4: Sonja (s.Anhang)
2.4.4.2 Redigierte Aussagen Interview 4: Sonja (s. Anhang)
2.4.4.3 Geordnete Aussagen Interview 4: Sonja
2.4.4.4 Explikation Interview 4: Sonja
2.4.4.5 Ergebnisse Interview 4: Sonja
2.4.5 Interview 5: Paula
2.4.5.1 Transkript Interview 5: Paula (s. Anhang)
2.4.5.2 Redigierte Aussagen Interview 5: Paula (s. Anhang)
2.4.5.3 Geordnete Aussagen Interview 5: Paula
2.4.5.4 Explikation Interview 5: Paula
2.4.5.5 Ergebnisse Interview 5: Paula

Teil III
Zusammenfassung und Diskussion der Ergebnisse
3. Zusammenfassende Darstellung der Schülervorstellungen
3.1 Diskussion der Ergebnisse
4. Schlussbemerkung
5. Kurzes Fazit
6. Literaturverzeichnis
7. Danksagung

Anhang

Interviewleitfaden

Bildmaterialien

2.4.1.1 Transkript Interview 1: Anna

2.4.1.2 Redigierte Aussagen Interview 1: Anna

2.4.2.1 Transkript Interview 2: Carla

2.4.2.2 Redigierte Aussagen Interview 2: Carla

2.4.3.1 Transkript Interview 3: Sophie

2.4.3.2 Redigierte Aussagen Interview 3: Sophie

2.4.4.1 Transkript Interview 4: Sonja

2.4.4.2 Redigierte Aussagen Interview: Sonja

2.4.5.1 Transkript Interview 5: Paula

2.4.5.2 Redigierte Aussagen Interview 5: Paula

Einleitung

Diese Arbeit behandelt die Fragestellung: Welche Vorstellungen haben Grundschüler von der Entwicklung der Lebewesen? Bei diesen Vorstellungen handelt es sich um vorunterrichtliche, da in der Primarstufe noch kein Evolutionsunterricht stattfindet.

Zur besseren Übersichtlichkeit wurde diese Arbeit in drei Teile geteilt. Der erste Teil befasst sich mit dem naturwissenschaftlichen Standpunkt der Evolution, der synthetischen Evolutionstheorie. Zum einen, um die wissenschaftliche Haltung deutlich zu machen und zum anderen, der Fragestellungen des anschließenden Interviews einen wissenschaftlich gestützten Hintergrund zu geben.

Im zweiten Teil werden die Schülervorstellungen zum Themenbereich Evolution untersucht. Vorrangig geht es darum, die Vorstellungen der Schüler deutlich zu machen, nicht sie im Sinne von „richtig“ oder „falsch“ zu bewerten. Dies geschah mit Hilfe der Methode des offenen, problemzentrierten Interviews, da diese den Schülern die Möglichkeit bietet, ihre Vorstellungen und Ideen frei zu äußern.

Bei der Auswertung wurde der Schwerpunkt auf die charakteristischen Vorstellungen der Schüler gelegt und versucht diese zu interpretieren. Auf die näheren Bedingungen der Methode wird im zweiten Teil eingegangen.

Befragt wurden sieben Schüler, sechs Mädchen und ein Junge. Für die Untersuchung wurden aus Gründen der inhaltlichen Effizienz fünf Interviews ausgewertet.

Im dritten Teil werden die Vorstellungen der Schüler zusammengefasst und diskutiert. Annäherungen sowie Abweichungen an die Naturwissenschaft werden vorgestellt.

Ziel der Arbeit ist es herauszufinden, welche Vorstellungen Schüler der Primarstufe zur Evolution besitzen und diese deutlich zu machen. Vergleichsmöglichkeiten mit anderen, wissenschaftlichen Untersuchungen aus dem Primarbereich bieten sich nicht, es wird jedoch an der ein oder anderen Stelle auf eine dänische Studie verwiesen. Diese untersuchte Schülervorstellungen zur Evolution in den Klassen fünf und sechs.

Am Ende wird auf die Chancen und Möglichkeiten von empirisch erforschten Schülervorstellungen kurz eingegangen.

Teil I
Naturwissenschaftliche Grundlagen der Evolution

1. Chemische Evolution

Die Entstehung des Lebens liegt ca. 3,8-4 Milliarden Jahre zurück. Nach heutigen Erkenntnissen weiß man, dass die Erdatmosphäre keinen oder nur sehr wenig Sauerstoff enthielt, als das Leben entstand. Sauerstoff ist jedoch ein Hauptbestandteil für die Entstehung molekularer Bestandteile und der energiebetriebenen Prozesse des Lebens, die bereits vor ca. 4 Milliarden Jahren stattfanden. Starke Hitze und ultraviolette Strahlung waren weitere Bedingungen, die zur Erzeugung organischer Verbindungen führten und energetische Prozesse beginnen ließen (Ziegler u.a. 1995).

Mayr (2000) weist hier auf ein Experiment von Stanley Miller aus dem Jahre 1953 hin, welches einen wichtigen Hinweis auf das Stattfinden einer chemischen Evolution lieferte.

Miller simulierte bei diesem Experiment die Uratmosphäre. Dabei schickte er elektrische Entladungen durch ein Gasgemisch von Methan, Ammonium, Wasserstoff und Wasserdampf, das wie Blitze wirkte. Nach nur kurzer Zeit konnte er organische Verbindungen, wie Harnstoff, Aminosäuren, Zucker und Fette nachweisen. Heute vermutet man, dass diese sich in der noch sauerstofffreien Erdatmosphäre angereichert haben (Mayr 2000).

Der für die meisten Lebewesen wichtige Sauerstoff der Erdatmosphäre wurde und wird durch Photosynthese produziert. Die ersten Lebewesen, die in der Lage waren, Sauerstoff zu bilden, waren vor mehr als 3,6 Milliarden Jahren die ersten Bakterien, Prokaryoten, - auch Archaebakterien genannt - und im besonderen die Cyanobakterien (Blaualgen), die in nahezu allen Gewässern vorkommen.

Diese besaßen bereits komplizierte Stoffwechselmechanismen, die es ihnen ermöglichten, den im Wasser und festen Verbindungen festgelegten Sauerstoff zu lösen. Sie konnten somit Sauerstoff veratmen und durch Photosynthese Sauerstoff erzeugen (Ziegler u.a. 1995).

Bakterien stellen demnach die ältesten Organismen der Erde da, mit einem ungefähren Alter von 3,6 Milliarden Jahren, wobei neue Fossilfunde dieses Alter erhöhen könnten. Das Alter der Erde beträgt etwa 4,6 Milliarden Jahre (Campbell 1997). Diesen Teil der Entstehung des Lebens bis zu den Prokaryoten bezeichnet man als biochemische Evolution.

1.1 Biologische Evolution

Die biologische Evolution beginnt mit der Urzelle und den Prokaryoten, die aus Protocyten bestehen (kernlose Zellen mit einem einheitlichen Grundbauplan) (Bickel u.a. 1997).

Vor etwa 1,8 Milliarden Jahren entstanden die ersten einzelligen Eukaryoten (Mayr 2000). Diese zeichnen sich durch einen von einer Membran umschlossenen Zellkern mit Chromosomen und Zellorganellen aus, welche Prokaryoten nicht besitzen.

Eukaryoten vermehren sich durch Teilung die durch die Mechanismen der Meiose bzw. Mitose erfolgt (Storch u.a. 2001).

Diese frühen Organismen besaßen bereits alle Eigenschaften, um sie als lebend zu definieren - Sauerstofffreisetzende Photosynthese, Zelluläre Organisation, etc.

(Knoll 1982). Man nimmt an, dass eine Evolution von einfachen Zelltypen zu komplexeren Zelltypen sattfand (Storch u.a. 2001).

1.2 Die synthetische Theorie der Evolution

Die vielen Entdeckungen und Ideen aus verschiedenen Gebieten, wie z.B. der Paläontologie, Taxonomie, Biogeographie und Populationsgenetik vereinigen sich in der synthetischen Evolutionstheorie, die von dem Genetiker Theodosius Dobzhansky, dem Biologen Ernst Mayr, dem Paläontologen Georg Gaylord Simpson und dem Botaniker G. Ledyard Stebbins begründet wurde (Campbell 1997).

Die zentrale Erkenntnis der synthetischen Evolutionstheorie ist, dass die Evolution das zentrale Prinzip aller Lebensäußerungen ist, welche eine ständige Wechselbeziehung zwischen Individuen und Populationen darstellt (Storch u.a. 2001).

Dobzhansky konnte beweisen, dass es durch den Austausch von Genen im Genpool und den Veränderungen einer Population zu neuer biologischer Vielfalt und zur Artentstehung kommt (Mayr 2000).

Die Frage der Zufallsaspekte der Variationen beschäftigte immer wieder die Forscher. Heute geht man davon aus, dass die genetische Vielfalt das Ergebnis des Zufalls ist, an dessen Ausgangspunkt die natürliche Selektion ansetzen kann (Mayr 2000).

Auch die Ökologie ist ein bedeutender Teil der synthetischen Theorie. Sie richtet den Blick auf Nischen, Konkurrenz, Populationsdichte, Fortpflanzungsstrategien, Räuber- Beute- Beziehungen, Nahrungskette und Co- Evolution (wechselseitige Beeinflussung von z.B. giftigen Pflanzen und Anpassungen auf der Seite der Insekten (Storch u.a. 2001)).

1.2.1 Die synthetische Theorie und ihre Evolutionsfaktoren

1.2.2 Mutation

Spontane Mutationen sind ein wichtiger Faktor der Evolution, denn sie führen zu genetischen Variationen, die für eine bessere Adaptation an die lokalen Umweltbedingungen von großer Bedeutung sind.

Genmutationen sind zufallsbedingte Veränderungen der DNA- Sequenz eines Gens bei einem Individuum. Bei gewöhnlichen Mutationen geht man von einer Fehlerfolge bei der DNA- Replikation aus (Mayr 2000).

Im Falle der melanistischen Morphe der Birkenspanner - diese produzieren eine erhöhte Menge des Farbstoffes Melanin - handelt es sich um eine Genmutation; ein Gen wurde verändert (Hafner, Hoff 1997).

Außerdem können Mutationen durch äußere Einflüsse ausgelöst werden, durch z.B. Chemikalien oder Strahlung (Storch u.a. 2001)

Punktmutationen treten meist spontan auf. Sie verändern das Genom im Laufe der Zeit in kleinen Schritten. Durch die Verdoppelung von DNA- Abschnitten oder ganzen Genomen und weiteren Vorgängen, werden Genome umorganisiert oder vergrößert (Storch u.a. 2001).

Bei der Chromosomenmutation, können ganze Sequenzabschnitte fehlen, eingefügt, verdoppelt oder umgedreht werden.

Es ist jedoch weder vorhersehbar, welche Erbanlagen durch die Mutation verändert werden noch wie das Erbgut verändert wird. Meistens sind Mutationen neutral oder negativ und führen nur in sehr seltenen Fällen zu einer verbesserten Anpassung und damit verbundenem Fortpflanzungserfolg der Nachkommen. Berücksichtigt man jedoch die langen Zeitspannen sind Mutationen von großer Bedeutung für die Evolution, da sie für die genetische Variabilität verantwortlich sind, an die die natürliche Selektion ansetzt (Campbell 1997).

1.2.3 Selektion

Charles Darwin war einer der Ersten, der erkannte, dass die Evolution nur mit dem Mechanismus der natürlichen Selektion stattfinden kann.

Natürliche Selektion verläuft auf der Basis der genetischen Variation.

Nach dem Konzept der Variationsevolution besteht in jeder Generation eine große genetische Vielfalt (Variabilität, erzeugt durch zufällige Mutation und genetische Rekombination) (Mayr 2000).

Man geht davon aus, dass die Individuen, die mit den vorherrschenden Umweltbedingungen gut auskommen eher zu größerem Fortpflanzungserfolg kommen als weniger gut angepasste Individuen.

Die natürliche Selektion setzt hierbei nicht an einzelnen Genen sondern am ganzen Organismus an. Entscheidend ist dabei der reproduktive Erfolg (Fitness), also die Anzahl an Nachkommen (Storch u.a. 2001).

Die Adaptation ist das Ergebnis der Selektion, wenn diese die Ausbreitung einiger zufälliger Varianten gegenüber anderen begünstigt und bei starker Selektion schlecht angepasste Genotypen ganz auslöscht.

Selektionsfaktoren können sein:

- Unbelebte, natürliche Einflüsse wie z.B. Klimaschwankungen, Windverhältnisse, Bodenbeschaffenheit etc.
- Begrenzung natürlicher Ressourcen
- Krankheiten
- Zu enger Lebensraum bei zu vielen Nachkommen
- Feinde
- etc.

Bei starker Selektion wird einer der Genotypen ausgelöscht, während sich ein anderer in der Population behauptet (Storch u.a. 2001). Als Beispiel dient hier die Zunahme der melanistischen Morphe, des Birkenspanners (Biston betularia) in England.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Biston betularia (typica links; carbonaria rechts)

(aus: Bickel u.a. 1997, S. 350)

Vor 150 Jahren war der Anteil der hellen Birkenspanner noch erheblich höher als der der dunklen Morphe (carbonaria). Durch die Industrialisierung und die damit einhergehende Luftverschmutzung waren jedoch die noch sehr seltenen, dunklen Phänotypen im Selektionsvorteil.

Vor 1850, in der vor- und frühindustriellen Zeit, betrug der Anteil an hellen Birkenspannern (typica) 100%. 1878 in der Zeit der erhöhten Umweltverschmutzung, betrug der Anteil der dunklen Morphe bereits 45%, 1908 lag er bei 90% und 1938 bei 96% (Storch u.a. 2001).

Dieser Vorgang ist das Produkt der natürlichen Selektion. Ihr ging eine Mutation voraus, nämlich die erhöhte Produktion des Farbstoffes Melanin. Diese zufällige Mutation wurde nun zu einem Vorteil für die dunkle Morphe, im Gegensatz zu früher, als sie noch nachteilig war.

Die Nachkommen des Biston betularia carbonaria sind ebenfalls dunkel; die Eigenschaft des Melanismus ist demnach erblich und beruht auf einer Veränderung der genetischen Substanz und ist somit eine Genmutation (Hafner, Hoff 1997).

In diesem Fall haben die Umweltfaktoren Einfluss darauf genommen, welche erblichen Merkmale - hier die dunklen Morphe - für den Fortpflanzungserfolg förderlich sind. Diese begünstigten Merkmale sind dann in den nachfolgenden Generationen überdurchschnittlich vertreten.

Die natürliche Selektion kann verschiedene Auswirkungen auf Populationen haben:

- stabilisierende Selektion: nachteilige Mutationen werden eliminiert, gewöhnliche Varianten werden begünstig, keine Veränderung des Genpools, der Ist-Zustand wird erhalten.
- gerichtete Selektion: durch Umweltveränderungen wird ein Phänotyp bevorzugt, Veränderung des Genpools
- disruptive Selektion: sie tritt auf, wenn sich Umweltbedingungen dahingehend ändern, dass phänotypisch extreme Individuen gegenüber dazwischenliegenden Phänotypen begünstigt werden.

(Campbell 1997, S. 469)

Die natürliche Selektion wirkt auf Individuen ein, deren Merkmale ihre weiteren Überlebenschancen und ihren Fortpflanzungserfolg beeinflussen. Das Produkt der natürlichen Selektion ist die Adaptation.

Der Erfolg der Selektion lässt sich jedoch nur in der langen Beobachtung einer Population feststellen. „Somit evolviert letztendlich nicht das Individuum sondern die Population“ (Storch u.a.2001, S. 233).

Demnach ist die natürliche Selektion kein rein zufälliges Phänomen, sondern eine Wechselwirkung zwischen der Umwelt und der Variabilität einer Population. Natürliche Selektion gestaltet Eigenschaften nicht ganz von vorn, sondern setzt an vorherigen Veränderungen an und modifiziert diese.

1.2.4 Sexuelle Selektion

Heute geht man davon aus, dass die sexuelle Selektion Merkmale fördert, die im Sinne der natürlichen Auslese als schlecht angepasst gelten, wie z.B. prächtige Federkleider, lauter Gesang der Singvogelmännchen etc., da sie dadurch über keinerlei Tarnung verfügen. Dieses Verhalten erklärt sich aus der Tatsache, dass die Weibchen ihre Partner wählen und nicht umgekehrt. Das Verhalten und Aussehen der Männchen macht die Weibchen auf sie aufmerksam. Weibchen wählen dann das Männchen aus, das ihnen am vitalsten erscheint. Somit kommen Tiere, die „außergewöhnliches zu bieten haben“ vermehrt zur Fortpflanzung (Storch u.a. 2001).

1.2.5 Genetische Rekombination

Bei der genetischen Rekombination werden die Chromosomen eines Organismus während der Zellteilung neu geordnet, was dazu dient, dass die Chromosomen im Ei oder Spermium eines Organismus nicht mit den elterlichen identisch sind. Dieser Vorgang ist ein rein zufällig und ausschlaggebend für die Entstehung genetischer Variationen. Die genetische Rekombination stellt sicher, dass jeder Nachkomme einzigartig ist (Mayr 2000). Die genetische Vielfalt ist das Produkt der genetischen Rekombination an der, wie bereits beschrieben, die natürliche Selektion ansetzt.

1.2.6 Genetischer Drift

Tragen in einer Population mehrere Individuen ein Merkmal, das aus einer Mutation herrührt, sind diese Mutationen der Selektion sowie Zufallsprozessen ausgesetzt. Bei Inselpopulationen können sich bspw. die Allelfrequenzen durch zufällige Ereignisse stark verändern. Gen-Drift herrscht meist in kleineren Populationen, in denen es oftmals zu genetischer Verarmung kommt (Storch u.a. 2001).

1.2.7 Artbildung

Die synthetische Theorie, brachte die Theorie des Punktualismus (punctuated equilibria) von Niles Eldredge und Stephen Jay Gould aus dem Jahre 1972 mit sich.

Dort heißt es: „...dass wichtige Ereignisse der Evolution während kurzer Phasen mit vielfacher Artbildung stattfinden und dass erfolgreiche Arten dann oft für längere Zeit nur geringe Veränderungen erfahren („Stase“)“. (Storch u.a. 2001, S. 27).

Der Beginn neuer Lebensformen, und somit das Entstehen neuer Arten (Speziation), bildet den Mittelpunkt der Evolutionstheorie, denn durch sie entsteht die enorme biologische Vielfalt.

Die Tier – und Pflanzengeografie brachte die Erkenntnis mit sich, dass viele Tier- und Pflanzenarten nur in begrenzten Gebieten vorkommen (Storch u.a. 2001). Dies resultiert aus der Tatsache, dass Arten ( „... reproduktiv isolierte Gruppe von Populationen, die sich miteinander kreuzen können, weil sie dieselben Isolationsmechanismen haben.“ (Mayr 2000, S. 401)) unterschiedliche Anforderungen an ihren Lebensraum stellen. Dies bedeutet jedoch nicht, dass ökologisch gleiche Lebensräume eine gleichartige Biontik (Flora und Fauna) aufweisen.

Ist eine Anzahl von Arten in einem Gebiet entstanden, wird deren Verbreitung oft durch Verbreitungsschranken gehemmt, wie z.B. Ozeane oder Gebirge. Die Organismen können somit nicht in diese Lebensräume gelangen, auch wenn sie ihnen günstige Lebensumstände bieten.

Das biologische Artkonzept wurde von Ernst Mayr, Theodor Dobhansky und Julian Huxley entwickelt. Dieses fasst Gruppen zusammen, die sich fortpflanzen können und durch Isolationsmechanismen reproduktiv von anderen Gruppen getrennt sind und bezeichnet sie als Art (Storch u.a.2001).

Jede Art besteht wiederum aus Tausenden, Millionen bis Milliarden von Lebewesen.

Arten haben sich entwickelt, um stabile Genotypen (Gesamtheit der Gene eines Individuums) hervorzubringen, da bei Fortpflanzungen unterschiedlicher Arten die Nachkommen oft weniger Überlebenschancen haben. Das biologische Artkonzept beschreibt den Grund für die Bildung von Arten, der im Verhindern von Kreuzungen zwischen nicht kompatiblen Individuen liegt (Mayr 2000).

Das Artkonzept ist nach Mayr (2000) als biologische Definition des Wortes „Art“ zu verstehen. Mayr (2000) bezeichnet jede Art als ein biologisches Experiment, da es keine Möglichkeiten gibt, Vorraussagen über den Erfolg einer neuen Art zu treffen. Alle Evolutionsvorgänge einer Art sind auf sie selbst und ihre Nachkommen beschränkt, da nur sie sich untereinander vermehren können. Aus diesem Grund bezeichnet Mayr die „Art als Grundstein evolutionären Wandels“(Mayr 200, S. 184).

Es werden drei verschiedene Typen der Artbildung unterschieden:

allopatrische Artbildung: Eine Population entwickelt sich in geografischer Isolation, die durch eine physikalische/geografische Barriere entstanden ist und bringt eine neue Art hervor.

parapatrische Artbildung: Populationen grenzen aneinander.

sympatrische Artbildung: Populationen überlappen sich.

(Storch u.a. 2001, S. 235).

Man nimmt an, dass die allopatrische Artbildung den größten Teil der Speziation (Artbildung) ausmacht.

Diese kann durch Teilung der Ausgangspopulation oder durch Abtrennung von Teilpopulationen zustande kommen. Inselbildungen sind eine mögliche Ursache, wie man anhand der Buchfinken gut erkennen kann. Diese gingen vom europäischen und afrikanischen Festland aus, von dem es zu einer Kolonisierung der atlantischen Inseln kam und sich eigenständige Entwicklungslinien bildeten.

Inseln, die durch Vulkanausbrüche entstanden, besitzen häufig eine spezifische Anzahl an Arten und Gattungen, die nur auf ihnen leben und deren nächsten Verwandten das benachbarte Festland besiedeln. Diese sehr begrenzt vorkommenden Formen, werden als Endemiten bezeichnet (Storch u.a. 2001, S. 31).

Eine weitere Ursache für die Artentwicklung durch geografische Isolation stellt die Plattentektonik dar. Diese entseht durch die Ablösung der Kontinente von den Landmassen, welche teilweise sehr früh in der Erdgeschichte stattfand. Dieses frühe Trennen der Kontinente führte dazu, dass die Flora und Fauna sich eigenständig weiterentwickelten und sich neue Arten bildeten (Storch u.a. 2001).

Je länger zwei Organismen, die von einem Vorfahren abstammen, voneinander getrennt leben, desto größer sind die genetischen Unterschiede.

Bei der parapatrischen Artbildung kommt es öfters zu Hybridzonen. Dies bedeutet, dass sich die aufeinandertreffenden Populationen kreuzen. Dabei gehören die Organismen nicht derselben Art an, z.B. Pferd und Esel. Ihre Nachkommen (z.B. das Maultier) sind dann bisweilen sterile Hybride, die geringere Lebensfähigkeiten in der zweiten Generation aufweisen (Mayr 2000).

Isolationsmechanismen und Hybridisierungsschranken setzen bei der parapatrischen Artbildung erst später ein (Storch u.a. 2001).

Die sympatrische Artbildung ist am schwierigsten nachzuweisen; hierbei existieren zwei oder mehr Genotypen innerhalb einer Population, deren Paarung zwischen speziellen Genotypen bevorzugt stattfindet. Die neue Art entsteht danach aufgrund einer ökologischen Spezialisierung innerhalb des Verbreitungsgebietes, aus dem sie stammten (Mayr 2000).

Demnach ist ein erheblicher Teil der heutigen Verbreitung von Lebewesen ausschließlich durch evolutive Veränderungen zu verstehen (Storch u.a. 2001).

1.3 Die evolutionären Veränderungen der Organismen und der Erdoberfläche

Ausschlaggebend für das Verständnis der heutigen Verbreitung von Lebewesen, sind die evolutiven Veränderungen der Organismen und der Erdoberfläche, die im Folgenden anhand der Erdzeitalter skizziert werden.

Im Präkambrium (900-600 Mio. Jahre) war der größte Teil der Erde noch mit Eis bedeckt. Dennoch gab es einzellige, planktische Algen, die eine adaptive Radiation („Bildung vieler neuer Arten aus einer Stammlinie, welche sich an unterschiedliche Nischen angepasst haben“ (Mayr 2000, S. 401)) vollzogen und komplizierte Zellwände bildeten. Diese waren in der Lage, durch Photosynthese Sauerstoff zu bilden und werden deshalb mit dem Anstieg der Sauerstoffkonzentration der Atmosphäre in Verbindung gebracht. Was nach heutigen Annahmen zu der Entstehung vielzelliger Organismen führte (Storch u.a. 2001).

Im Kambrium, vor etwa 570-510 Mio. Jahren, gab es hauptsächlich Leben im Meer. Verschiedene Tiergruppen bildeten erstmals zum Schutz und zur Stütze des Weichkörpers Panzer, Schalen und Skelette.

An Land lebten im Kambrium Algen, Flechten und Pilze. Trilobiten (asselähnliche Organismen) stellten 60% der Fauna dar (Ziegler u.a. 1995).

Zur Zeit des Ordovizium vor etwa 510-438 Mio. Jahren dominierte ebenfalls das Leben im Meer. Es entfalteten sich wirbellose Meerestiere, zu meist kalkschalige Brachiopoden (muschelähnliche Organismen, mit paarigen Armen), Schnecken und Muscheln. Es entstanden erste kieferlose Fische (Panzerfische) und erste Landpflanzen.

Im Silur, vor 438-410 Mio. Jahren, entstanden an Land die ersten Gefäßpflanzen. Die ersten Tiere, die das Land eroberten, ähnelten den heutigen Schaben, hatten jedoch elf Beinpaare. Sie werden heute als die Vorläufer der Insekten gesehen (Storch u.a. 2001).

Es folgte das Zeitalter des Devon vor 410-355 Mio. Jahren. Es war das Zeitalter des großen Nordkontinentes (Old- Red- Kontinent).

Eine Besonderheit im Meer stellten die Quastenflosser dar. Sie waren das Resultat erfolgreicher Anpassung in den Binnengewässern. Ihre paarigen Brust- und Bauchflossen mit knochigen Stützskeletten bildeten die Überleitung zu den Vierfüßern. Bereits vor Ende des Devon tritt das erste Amphib (Ichthyostega) auf (Storch u.a. 2001).

Quastenflosser gehören zu den Knochenfischen (Osteichthyes), die erstmals in Grönland entdeckt wurden. Grönland lag derzeit äquatornah und Ichtyhostega ist nach heutiger Sicht ein Organismus, der wasserlebende Fische und Tetrapoden verband (Storch u.a. 2001). In die Zeit des Devon fällt somit der Landgang der Wirbeltiere.

Im Karbon, vor 355-290 Mio. Jahren, bildeten die Antarktis, Australien, Afrika, Arabien, Südamerika und Indien einen großen Kontinent (Gondwana), auf dem auch der vereiste Südpol lag. Erstmals in der Erdgeschichte gab es großes Pflanzenwachstum. Samen- und Sporenpflanzen bildeten die Nahrungsgrundlage für viele Tiere. Auf die Panzerfische folgten die Knorpel- und Knochenfische. Im Karbon gab es bis zu 2m lange Tausendfüßler und die ersten flugfähigen Insekten entwickelten sich. Es kam zur Kollision Gondwanas mit dem Old- Red- Kontinent, was zur Gebirgsbildung führte. Am Ende des Karbon folgte eine Eiszeit (Storch u.a. 2001).

Im darauffolgenden Perm, vor 290-250 Mio. Jahren, verdrängten die Reptilien an Land allmählich die Panzerlurche (Ziegler u.a. 1995). Diese konnten durch die bessere Anpassung an den trockenen Lebensraum die Amphibien zurückdrängen. In den Tropen gab es Insekten, wie z.B. Käfer, Hautflügler und Schmetterlinge, Lebewesen mit Puppenruhe. Nach einem erneuten Massenaussterben, ausgelöst durch das Absinken des Meeresspiegel - was dazu führte, dass die Flachmeere trocken liefen - starben etwa 75-90% der damaligen Arten. Damit endete das Zeitalter des Perm und mit ihm das Erdaltertum (Storch u.a. 2001).

Es folgte das Erdmittelalter (Mesozoikum). Dieses begann mit dem Trias vor 250- 205 Mio. Jahren und ist für die Erneuerung des Lebens nach dem großen Massenaussterben bezeichnend.

Die größten Entwicklungsschritte dieser Zeit machten die Reptilien, im Besonderen die Krokodile, Dinosaurier und Flugsaurier ( Storch u.a. 2001).

Im Jura, vor 205-135 Mio. Jahren, erreichten die Dinosaurier ihre größte Artenvielfalt und brachten die größten jemals lebenden Landtiere hervor, in deren Hintergrund die noch sehr kleinen Säugetiere standen.

Die Ichthyosaurier (Fischsaurier) sind ein Beispiel für die Konvergenz mit den nachfolgend entstandenen Thunfischen (Teleostei) und Delphinen (Mammalia ) (Storch u.a. 2001).

Auf das Zeitalter des Jura folgte die Kreide. In dieser Zeit entstand die „neue Welt“. Der Kontinent Gondwana zerfiel und die Kontinente nahmen langsam ihre heutige Position ein. Am Ende der Kreidezeit fand das fünfte Massenaussterben statt. Diesem fielen die Dinosaurier, Ammoniten, Flugsaurier und die bezahnten Vögel zum Opfer. Die Säugetiere entwickelten sich jedoch weiter, erstmals erschienen Beuteltiere und höhere Säugetiere (Placentalia).

Für die Flora war die Kreidezeit mit großer Wahrscheinlichkeit die wichtigste Zeit, da sich die Angiosperme stark ausbreiteten. Die Angiospermen stellten die erste Coevolution mit Insekten dar – diese „helfen“ bei der Verbreitung der Samen, die bei den Angiospermen nicht mehr frei liegen und haben zugleich ausreichen Nahrung (Storch u.a. 2001).

Das Tertiär, vor 65-2 Mio. Jahren, war der Beginn der Erdneuzeit. Die Kontinente nahmen ihre endgültige Position ein. Nachdem die Dinosaurier ausgestorben waren, entfalteten sich die Säugetiere in den freigewordenen Nischen in großem Ausmaß (Storch u.a. 2001).

Das Quartär ist die Erdperiode, in der wir heute leben. Diese Zeit ist gekennzeichnet durch starke Klimaschwankungen, Warm - und Eiszeiten. In der frühen Phase der Eiszeit waren Mammuts, Riesenhirsche, Elche Höhlenlöwen und andere Säugetiere vorhanden. In dieser Zeit lebte auch der Neandertaler (Storch u.a. 2001).

1.3.1 Dinosaurier

Auf die Dinosaurier wird an dieser Stelle eingegangen, da diese einen Bestandteil der Fragen an die Schüler bilden, auf die sich die Untersuchung im Anschluss bezieht.

Die Dinosaurier (deinos: griechisch „furchteinflößend“, „groß“; sauros: „Kriechtier“, „Reptil“) bildeten die dominierende Tiergruppe des Erdmittelalters. Sie waren sehr vielseitige und anpassungsfähige Reptilien, die sich vor ca. 230 Millionen Jahren entwickelten und vor etwa 65 Millionen Jahren ausstarben. Bis heute sind etwa 350 Millionen Arten bekannt, man geht aber von einer weitaus größeren Artenzahl aus (Storch u.a. 2001)

Dinosaurier hatten einen besonderen Extremitätengürtel. Dieser führte dazu, dass ihre Beine nicht mehr seitlich vom Körper abstanden, sondern unter den Körper gestellt wurden, was ihnen zur schnelleren Fortbewegung und zu größeren Körperausmaßen verhalf. Ein Hauptmerkmal ist das knöcherne Becken; dieses zeichnet die zwei Hauptlinien der Dinosaurier, die Saurischia und die Ornithischia aus.

Saurischia waren Dinosaurier mit reptilienähnlichem Beckengürtel. Dieser begünstigte die Entwicklung großer Muskeln für die Bewegung der Beine (Storch u.a. 2001).

Die Ornithischia waren Dinosaurier mit vogelähnlichem Becken. Dennoch entstammen die Vögel den Saurischia. Weiter kennzeichnend für die Ornithischia ist, dass sie vermutlich Warmblüter waren und ihre großen Augen auf ein Sehen im Dunkeln verweisen (Storch u.a. 2001).

Der Archaeopteryx stellt eine Übergangsform zwischen zwei großen Tiergruppen dar. Er vereinigt Reptilienmerkmale:

- Zähne in beiden Kiefern, nur 5-6 Sakralwirbel, langer Schwanz, 3. Finger mit Krallen

mit Vogelmerkmalen:

- Befiederung, dünnwandige Knochen, etc..

Das Aussterben der Dinosaurier in der Kreidezeit ist heute noch Anlass für viele Spekulationen. Man vermutet, dass ihr Aussterben vor 65 Millionen Jahren kein abruptes Ereignis war, wie es die Impakt- Hypothese beschreibt (ein Meteorit, der vor der Halbinsel Yukatan einschlug, was zur Abkühlung der Erdatmosphäre führte, da eine Staubwolke den Himmel verdunkelte), sondern sich über lange Zeit hinzog. Denkbare Ursachen seien verstärkte Vulkantätigkeit und die allmähliche Verschiebung des Klimas und somit auch der Flora. Dies könnte direkte Auswirkungen gehabt haben, da die Gymnospermen die Nahrungsgrundlage der pflanzenfressenden Dinosaurier bildeten (Storch u.a. 2001).

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