Evolution. Entwicklung des Lebens und natürliche Selektion


Hausarbeit, 2001

18 Seiten, Note: 1,0


Leseprobe

Inhaltsverzeichnis

Einleitung

1. Die Entwicklung des Lebens
1.1 Von der Entstehung der Erde bis zu den ersten Bakterien
1.2 Die Entstehung von komplexem Leben
1.3 Homo Sapiens

2. Das Prinzip der natürlichen Selektion
2.1 Formale Betrachtungsweise
2.2 Die Prinzipien der natürlichen Auslese

3. On the origin of language

Literaturverzeichnis

Einleitung

Seit Menschen die Fähigkeit besitzen, über sich selbst und ihre Umwelt nachzudenken, oder noch exakter, seitdem der menschliche Geist von Fragen nach dem „warum?“, “was passiert hier?“, „wo komme ich her?“ heimgesucht wird, er des weiteren die Fähigkeit hat, sich über manche Dinge zu wundern und sich vor vielen Dingen zu fürchten, besteht ein existenzielles Bedürfnis nach Antworten, oder grundlegender, nach Sinngebung. Die längste Periode der menschlichen Geschichte gaben magisch – religiöse Erklärungsmuster den Menschen halt, in einer von eigentlich unerklärten Naturgewalten (haben wir sie geklärt?) und von abertausend wundersamen Tieren und Pflanzen beherrschten Welt. Der Urgrund alles Existierenden schien etwas Geistliches, Körperloses zu sein: Die Welt war bevölkert von Geistern, Dämonen oder Gottheiten, die alles beseelten, wie beispielsweise Ra der Sonnengott oder Poseidon der Gott des Meeres. Nach Aristoteles ist es die Seele, die dem Mensch das Leben einhaucht. In vielen Kulturen sah man den Atem als die Essenz des Lebens. Das lateinische Wort spiritus bedeutet zugleich „Geist“ und „Atem“, psyche war das ursprüngliche griechische Wort für „Atem-Seele“, und in den östlichen Religionen ist der Stellenwert des Atems immer noch beträcht­lich. In den Vorstellungen der alten Kulturen konnte nur ein Gott, oder eine höhere immaterielle Macht die Natur zum Leben erwecken und ein Wesen mit Geist wie den Mensch er­schaffen.

Anfang des 17 Jahrhunderts führte ein französischer, streng katholischer Mathematiker eine radikal veränderte Sicht der Welt ein: Descartes trennte die res extensa, die materielle Sub­stanz, von der res cogitans, der denkenden Substanz. Allein dem Menschen sprach er eine Seele zu, während der Rest des Universums seelenlos, objektiv und nur von rein mechani­schen Prinzipien bestimmt, nach von Gott aufgestellten, allgemeinen Gesetzen funktionieren sollte. Das war der von der Religion gebilligte Startschuß dazu, sich von der „Anbetung“ der Natur ihrer systematischen naturwissenschaftlichen Untersuchung zuzuwenden. Bahnbre­chende Erfolge sollten in der Folgezeit zum Triumphzug der Naturwissenschaften beitragen, während dessen durfte sich der Mensch immer mehr als Beherrscher seiner Umwelt fühlen.

Die wahrscheinlich wichtigste (neben Newtons Gesetzen) und zugleich „gefährlichste“ Theo­rie stammt von einem Engländer: Charles Darwin. In der Zeit vor dem 19 Jahrhundert kur­sierten in den Gesellschaften verschiedene Schöpfungsmythen, die Welt wurde als nicht ver­änderbar wahrgenommen und alle Arten schienen schon seit Beginn der Zeit, welcher z.B. von einem Bischof im 17 Jahrhundert auf 4004 v. Chr. datiert wurde, in dieser Weise die Erde zu bevölkern. Bis der Naturforscher Darwin 1859 sein Werk „On the origin of species“ vorlegte, dessen Nachbeben bis zum heutigen Tage nicht verklungen sind. Er postulierte den gemeinsamen Ursprung allen Lebens, das aufgrund eines langen, mechanistischen und schrittweise verlaufenden Ausleseprozesses in der heutigen Vielfalt, Komplexität und er­staunlichen Angepasstheit zu bewundern ist. Die Konsequenz seiner Gedanken war das Zurückkatapultieren des Menschen in die schmutzige, „niedrige“ Natur. Der Mensch wurde mit dem Affen auf eine Stufe gestellt und er mußte seine Abstammung mit einer Amöbe teilen. Gott war überflüssig geworden um die Wunder der Natur zu erklären und der Mensch konnte sich in der kosmischen Pyramide nicht mehr in seiner Nähe wähnen. Die Ideen Darwins wurden in der Folgezeit immer weiter ausdifferenziert, ergänzt und bestätigt, so dass die natürliche Selektion als Grundprinzip des evolutionären Fortschritts bis heute alle Kontro­versen beinahe unbeschadet, eher sogar gestärkt, überstanden hat. Innerhalb des vorherr­schenden mechanistischen, newtonschen Weltbildes hat ihr noch keine andere Theorie das Wasser reichen können. Nichtsdestotrotz mangelt es nicht an anderen Erklärungsversuchen, nicht zuletzt von renommierten Biologen und Naturwissenschaftlern, welche nach eingehen­den Studien zu dem Schluß gelangen, dass die Evolution (noch) von anderen grundlegenden, bis jetzt empirisch nicht belegbaren, Prinzipien geleitet werden muß.

Aber was ist überhaupt das Erstaunliche am Leben, das wir auf der ganzen Welt beobachten können? Aus physikalischer Sicht ist der hohe Grad an Ordnung nicht zu erklären. Der zweite Hauptsatz der Thermodynamik besagt, dass in jedem System, das sich bewegt oder Energie verbraucht, die Entropie, d.h. die Unordnung, zunimmt.

Deswegen strebt das Universum dem sicheren Wärmetod entgegen. Man sollte sich vor Augen führen, dass die Erde zum Zeitpunkt ihrer Entstehung (vor ca. 4 ½ Milliarden Jahren) dieselbe „Elementenbilanz“ vorzuweisen hatte wie heute (der Anteil der Meteoriten und der Objekte, welche wir ins Weltall geschossen haben, ist verschwindend gering, ebenso unbe­deutend, wie der Wasserstoff, der mangels Anziehungskraft ins Weltall entweicht). Die Menge an Wasserstoff, Kohlenstoff, Phosphor, Stickstoff usw. ist also gleich geblieben. Trotz der unwirtlichen Zustände am Anfang der Erdgeschichte hat das Leben das Ruder auf unse­rem Planeten übernommen und ist heute in der Form von Eichhörnchen anzutreffen, „aufge­baut“ aus den schon immer vorhanden Elementen, welche aber in so einer Komplexität ange­ordnet sind, das sie über Sinnesorgane die Umwelt wahrnehmen können. Welche gewaltige Kraft kann diese „Wunder“ vollbracht haben? Gehen wir in der Zeit zurück, um uns die ent­scheidenden Schritte anzusehen.

1. Die Entwicklung des Lebens

1.1 Von der Entstehung der Erde bis zu den ersten Bakterien

Nach der Entstehung des Erde-Mond-System vor 4,6 Milliarden Jahren hat es circa 700 Millionen Jahre gedauert, bis die ersten Bakterien die Erde bevölkerten. Wie es zu diesem entscheidenden Schritt kam, der Beginn der Eroberung des Planeten durch das Leben, ist noch unklar. Experimente, in denen man die anfänglichen Zustände simulierte, haben gezeigt, dass es zu einer spontanen Bildung von einfachen Proteinen und RNA, der schon zur Proteinsyn­these fähigen, einsträngigen Vorgänger der DNA kommen kann. Der Nobelpreisträger Manfred Eigen zeigte in Laborversuchen, dass sich selbst reproduzierende RNA von alleine bilden kann und sogar zu Mutationen fähig ist. Die Grundbausteine des Lebens waren reich­lich vorhanden und die Urozeane glichen einem gigantischen chemischen Versuchslabor, das von heftigem Vulkanismus und Meteoriteneinschlägen angeheizt wurde.

Freeman Dyson vermutet, dass Leben durch eine Art molekularer „Symbiose“ entstanden ist, in der RNA und „Proteinwesen“ in einer von der Außenwelt abgeschotteten Struktur, die Vermutungen gehen in Richtung von „öligen Tröpfen“ oder kristallinen Tonpartikeln, einge­schlossen wurden. So könnten die ersten sich selbst erhaltenden (autopoietischen) membran­umhüllten Zellen entstanden sein. Sie widerstanden dem zweiten thermodynamischen Gesetz und verhinderten den Verlust ihrer Ordnung durch einen ständigen Stoffwechsel, den sie mit Unterstützung der Energie aus Nahrung und Sonnenlicht betrieben. Der Stoffwechsel ist sehr wörtlich zu verstehen, der menschlich Körper beispielsweise tauscht in einem Jahr 98% seiner Atome aus, auf diese Weise wird die innere Struktur auf Kosten der Zunahme an Unordnung in der Umgebung aufrechterhalten. Bis vor circa 1,7 Milliarden Jahren waren auf unserem Planeten nur Bakterien anzutreffen. Sie, die Prokaryoten, bereiteten den Weg für das Auftre­ten komplexer Lebensformen. Unsere „Urväter“ besaßen keinen Zellkern und ihre frei in der Zelle schwebende DNA hatte die Eigenschaft, wie wild Gene mit anderen Bakterien zu tau­schen. Nach der geläufigen Definition fasst man unter einer Art Lebewesen zusammen, wel­che sich nur untereinander kreuzen. Demnach sind Bakterien eine einzige Art. Die wichtig­sten metabolischen Innovationen stammen von ihnen. Als die Energie knapp zu werden drohte, entwickelten sie die Photosynthese. Einer neuen Form dieser Bakterien, den Cyano­bakterien, verdanken wir gewissermaßen unsere Existenz. Sie spalteten H²0 in das für sie notwendige Wasserstoff und gaben den „gefährlichen“ Sauerstoff in die damals sauerstoff­freie Atmosphäre ab. Das frühere Auftreten von freiem Sauerstoff hätte wahrscheinlich jeg­liche Entfaltung des Lebens verhindert, da er sofort die wasserstoffreichen Verbindungen oxidiert hätte. Die verschiedenen Bakterien, die sich an jeden Winkel der Erde angepasst ha­ben und praktisch die gesamte Erdoberfläche, einschließlich Felsen und Meere durchsetzen, sind auch heute noch unverzichtbare Garanten für eine lebensfreundliche Erde. Sie sind zu­gleich die größten Umweltverschmutzer wie auch geniale Recycler, lebensnotwendig für die Stoffwechselvorgänge in der Biosphäre. Vor etwa 1,7 Milliarden Jahren ereignete sich der grösste Schritt in der Evolution des Lebens, der durch eine enorme Steigerung der Komplexi­tät die Existenz von Tieren und Pflanzen erst möglich machen sollte. Aus interagierenden Bakterien entstand ein neuer Zelltyp, die Zelle mit Zellkern. Lebewesen, die aus solchen Zellen aufgebaut sind, nennt man Eukaryoten, im Gegensatz zu den Bakterien, den Prokaryo­ten (d.h. „vorkernig“). Aus den Eukaryoten entwickelten sich schließlich die drei weiteren Organismenreiche. Die Tiere, Pilze und Pflanzen. Die hochrenommierte Biologin Lynn Margulis betont eindringlich den Aspekt der Koevolution in der Evolution, der von dem gemeinhin dominierenden „survival-of-the-fittest“-Gedanken meist verdrängt wird. So waren auch die Eukaryoten nur möglich, indem zwei Bakterien endosymbiotisch verschmolzen. Aus der Not geboren verschlang ein Bakterium das andere und gliederte es schließlich zum Nutzen beider in die Zelle ein. Auf diesem Weg sind wir auch zu den Kraftwerken unserer Zellen gekom­men, den Mitochondrien. Sie besitzen ihre eigene DNA, sind aber nach Millionen von Jah­ren gemeinsamer Evolution nicht mehr fähig, alleine zu leben. Diese Nachfahren früherer Bakterien ermöglichen uns die Energiegewinnung aus Sauerstoff, welche sie 15mal effizienter bewerkstelligen, als ihre anaeroben Vorgänger. Auch die auffallende genetische Ähnlichkeit, der in der Rotalge Porphyridium beheimateten Photosyntheseorganellen mit den Cyanobakte­rien ist nicht aufgrund allmählicher Mutationen zu erklären. Eine symbiotische Vereinigung muss stattgefunden haben. Zurück zur Revolution der Zellkerne. Ihre Entstehung führte zu grundle­genden Neuerungen: der wilde Austausch der Gene, wie bei den Bakterien noch üblich, war gestoppt und die Bedingungen für eine Evolution nach dem Prinzip der natür- lichen Selektion waren gegeben. Eukaryoten sind Individuen und ihr Tod ist programmiert, im Gegensatz zu den potentiell unsterblichen Bakterien. Sie entwickelten auch eine neue Form der Sexualität: die Mitose und die Meiose. Bei der Mitose verdoppeln sich die Chromosomen in der Mutter­zelle und jede Tochterzelle erhält einen vollständigen Chromosomensatz. Eine spezielle Form der Mitose ist die Meiose. Durch meiotische Kernteilung entstehen beispielsweise unsere Sperma – und Eizellen. Die beiden Tochterzellen erhalten bei der Meiose nur jeweils die Hälfte der Chromosomen. Die Vereinigung von Spermium und Eizelle komplettiert den Chromosomensatz wiederum. Der den Bakterien unbekannte natürliche Tod sollte von nun an den Werdegang für die Eukaryoten und ihre Nachfahren bestimmen. Aufgrund der beinahe unumkehrbaren Vererbung der kompletten Erbinformation auf einen Schlag konnte die Ent­stehung verschiedener Arten beginnen

(Bakterien, die Alleinunterhalter bis dato bilden eine einzige „Quasiart“).

1.2 Die Entstehung von komplexem Leben

Unabdingbar für die Evolution höherer, komplexer Lebewesen war der Schritt von der Einzelligkeit hin zu einem Zusammenschluss einzelner Zellen zu einem ge­meinsamen Organismus. Eine Vorstellung von der Übergangsphase verleiht der Blick auf die Amöben. Wenn reichlich Nahrung vorhanden ist, leben sie getrennt. Bei Nahrungsknappheit geben die Zellen einen Signalstoff ab, um ihre Vereinigung einzuleiten. Zusammen wachsen sie in die Höhe und in der Spitze werden durch eine Explosion von Wind und Wasser leicht transpor- tierbare Cysten freigesetzt, die in freundlicherer Umgebung eine neue Amöbengemeinde entstehen lassen können. Gut 1100 Millionen Jahre nach dem ersten Auftreten von Eukaryoten, also 570 Mil­lionen Jahre vor unserer Zeit, erschienen die ersten Tiere auf der Bildfläche. Fossilfunde las­sen darauf schließen, dass Pflanzen erst 440 Millionen Jahre vor unserer Zeitrechnung an Land aufgetreten sind. Ein Merkmal von Tieren ist, dass sie sich alle aus Embryonen entwickeln. Was uns von den Pflanzen unterscheidet, ist eine Erscheinung aus der Zeit kurz nach der Verschmelzung von Spermium und Ei: die Blastula, eine Hohlkugel aus Zellen. „Die Zellen des tierischen Embryos teilen sich in genau abgestimmter Reihen- folge, bauen sich um und bilden bestimmte Allianzen, so dass viele – manchmal sogar die meisten – Körperzellen des Tiers in vorprogrammierter Weise absterben. Bei Tieren entstehen Muskeln, Nerven und sämtliche zirkulierenden Flüssigkeiten durch mitotische Teilung und Differenzierung aus der Blastula. Zur Sterblichkeit verdammt hören die Blut-, Muskel- und Nervenzellen irgendwann auf sich zu teilen. Ihr vorprogrammierter Zelltod ist ein Beitrag zur Konstruktion eines Kör­pers und zum Fortbestehen der theoretisch unsterblichen Ei- und Spermiumzellen“ (Margulis und Sagan, S.126). Das Zeitalter, in dem erstmals Tiere in großer Zahl auf der Erde erschienen, trägt den Namen Kambrium (vor 570 – 510 Millionen Jahren). Zwei erfolgreiche Tiertypen des Kambrium sollten für den weiteren Verlauf der Erdgeschichte prägend werden. Eine Linie von sechsbeinigen Geschöpfen ging aus den kambrischen Arthropoden hervor, die später mit überwältigendem Erfolg als erste das Land besiedelten: die Insekten. Auch unser eigener Stamm Chordata – der Tiere mit Wirbelsäule – kann auf eine über 500 Millionen Jahre dauernde Erfolgsgeschichte verweisen. Ein wurm- ähnliches schwimmendes Wesen, mit einem stabilen Knorpelstäbchen wurde in 530 Millionen Jahren alten Ablagerungen entdeckt – der Vorfahre aller Fische, Amphibien und Säugern. Die Innovationsfähigkeit – besonders die Be­weglichkeit und Intelligenz – der Tiere ermöglichte „einen Sieg für die gesamte Biosphäre“ (ebd. S.137): die Besiedlung der Landoberfläche. Einen Teil trugen beispielsweise Vögel bei, indem sie an einer Stelle fraßen und an anderer Stelle ihre Notdurft verrichteten, so ge­langte die kostbare Ressource Phosphor auch in die entlegensten Winkel und ermöglichte weiteres Leben. Tiere entwickelten eine immense Bandbreite an Wahrnehmungsfähigkeiten – Schlangen nehmen Infrarot war, Wale hören Ultraschall, Wespen erkennen ultraviolette Muster auf Blüten, Haie finden verschüttete Opfer anhand des elektrischen Potentials schla­gender Herzen – und schärften so „die Wahrnehmung der gesamten Biosphäre“ (ebd. S.137). Diese Wahrnehmungen treten in ein komplexes Wechselspiel ein und beschleunigen so ihre Verfeinerung. Der russische Wissenschaftler Vladimir Vernadsky, sowie der französische Paläontologe Pierre Teilhard de Chardin nehmen an, dass auf diese Weise eine Art „globaler Geist“ entsteht. Parallel zur Biosphäre bildet eine kugelförmige Schicht aus organisierter, wahrnehmungsfähiger und denkender Materie die Noosphäre. Bevor ich auf die Evolution des Menschen eingehen werde, will ich noch kurz die zwei bisher nicht erwähnten Reiche der Pilze und Pflanzen ansprechen. Der größte Organismus der Erde ist ein Exemplar des Armil­laria Pilzes, der es im Boden eines Kiefernwaldes in Michigan zu einer Ausdehnung von 37 Hektar gebracht hat und schätzungsweise mehr als elf Tonnen wiegt. Pilze werden fälschli­cherweise oft zu den Pflanzen gerechnet, von denen sie sich aber grundlegend unterscheiden. Sie vermehren sich über Sporen und kennen keine Embryonen wie Pflanzen und Tiere. Pilze besitzen nicht die Fähigkeit aus Sonne Energie zu gewinnen, was ihnen ermöglicht, in abso­luter Dunkelheit zu leben. Lynn Margulis und Dorion Sagan beschreiben die immense Be­deutung der Pilze: „Durch ihre Fähigkeit, Müll und Kadaver in mineralische Ressourcen umzuwandeln, sind Pilze für die globalen Stoffkreisläufe von unschätzbarem Wert“ (S.141). Würden komplexe Makromoleküle nicht von Pilzen und Bakterien abgebaut, müssten sich die Kadaver von Pflanzen und Tieren anhäufen und würden damit dem Materialkreislauf Stick­stoff entziehen“(ebd. S.149). Das Leben auf der Erde muss mit den begrenzt vorhandenen Ele­menten haushalten. Es ist faszinierend, wie die einzelnen Rädchen in diesem hochkomplexen System zusammenarbeiten und sich das Leben so zu immer höheren Graden der Ordnung emporschwingen kann, ohne dass das System zum Erliegen kommt. Die unverzichtbare Ener­gie für die Aufrechterhaltung des Lebens erwirtschaften die einzigen „Primärproduzenten“ der Biosphäre: die Photosynthetiker. Sie zapfen die einzig verfügbare extraterrestrische Ener­giequelle an, das Sonnenlicht. Als geschlossenes System ist die Biosphäre auf diese Hilfe von außen angewiesen. Die in früheren Kulturen verbreitete Anbetung der Sonne als höchste Gottheit erscheint aus dieser Sichtweise in einem berechtigten und vernünftigen Licht. Das Stichwort Kultur ist passend, um an dieser Stelle zur Geschichte der Menschheit überzuleiten, da die Fähigkeit zur Kultur, als Erhebung über die Natur, bis jetzt nur dem homo sapiens vorbehalten schien. Nüchtern betrachtet sind wir ein riesiger Haufen von einzelnen Zellen, die sich vor langer Zeit entschlossen haben zusammenzuarbeiten, sich immer weiter spezialisier­ten und weitere Symbiosen eingingen (unser Körper gehört uns nicht allein, eine große An­zahl von Organismen lebt mit uns: Bakterien im Darm sind unverzichtbar für unsere Verdau­ung, Milben leben auf unseren Augenbrauen usw.). Auf drastische Weise erinnern uns die „HeLa“ – Zellen einer 1949 in Washington verstorbenen Krebspatientin an unsere Vergang- enheit als Hybridkolonie. Sie haben bis heute nicht aufgehört, sich zu teilen. Ein Teil von Henrietta Lachs lebt in Laboratorien der ganzen Welt weiter (ob sie weiterhin eine Rente erhält und wie diese gegebenenfalls gerecht auf ihre Kolonien verteilt wird, ist unklar). Lynn Margulis und Dorion Sagan drücken es so aus: „Unser ganzes Leben vom Mutterleib bis zum Grab ist im Grunde nur ein Zwischenstadium im Lebenszyklus winziger miteinander fusionierter Zellen“ (S.130). Zurück zum Zeitpfeil. Dort wartet die Frage auf uns, wie und wo sich die Hominiden von ihren Verwandten trennten. Der Zeitpunkt wird recht überein- stimmend auf sieben Millio­nen Jahre in der Vergangenheit datiert.

[...]

Ende der Leseprobe aus 18 Seiten

Details

Titel
Evolution. Entwicklung des Lebens und natürliche Selektion
Hochschule
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg  (Institut für Informatik und Gesellschaft Abteilung für Kognitionswissenschaft)
Veranstaltung
Einführung in die Kognitionswissenschaft
Note
1,0
Autor
Jahr
2001
Seiten
18
Katalognummer
V60585
ISBN (eBook)
9783638542272
Dateigröße
409 KB
Sprache
Deutsch
Anmerkungen
Laut Dozentin gut lesbarer und sehr spannender Überblick über die Entstehung und Ausbreitung des Lebens auf unserer Erde. Dabei liegt der Fokus auf den großen Übergängen: Bildung erster Bakterien, Evolution zur Mehrzelligkeit und Ursprung des Menschen. Anschließend werden die Prinzipien der natürlichen Selektion prägnant und kompetent vorgestellt (Autor hat ein Studium der biolog. Anthropologie erfolgreich abgeschlossen).
Schlagworte
Evolution, Einführung, Kognitionswissenschaft, Thema Meiose
Arbeit zitieren
Ralf Bub (Autor), 2001, Evolution. Entwicklung des Lebens und natürliche Selektion, München, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/60585

Kommentare

  • Noch keine Kommentare.
Im eBook lesen
Titel: Evolution. Entwicklung des Lebens und natürliche Selektion



Ihre Arbeit hochladen

Ihre Hausarbeit / Abschlussarbeit:

- Publikation als eBook und Buch
- Hohes Honorar auf die Verkäufe
- Für Sie komplett kostenlos – mit ISBN
- Es dauert nur 5 Minuten
- Jede Arbeit findet Leser

Kostenlos Autor werden