Entdecke, wie Fossilien, Körperbau und DNA gemeinsame Abstammung belegen. Vergleiche Homologie und Analogie und lerne, Verwandtschaft an einem Stammbaum richtig abzulesen.
↗ ─ ↘Unsicher beim Einstieg?3 Fragen mit Lösungen zum Selbstcheck
Was kannst du schon?
Beantworte die drei Fragen zuerst selbst. Öffne dann die Lösung und vergleiche deine Erklärung.
1 · Nenne drei voneinander verschiedene Arten von Evolutionsbelegen.
Tipp anzeigen
Denke an Vergangenheit, Körperbau und Erbmaterial.
Lösung anzeigen
Zum Beispiel Fossilien, vergleichende Anatomie und molekulare Vergleiche. Auch Entwicklungsbiologie und Biogeografie liefern Befunde. Besonders aussagekräftig ist die Übereinstimmung mehrerer unabhängiger Untersuchungen.
2 · Warum ist eine Fossilreihe nicht automatisch eine direkte Vorfahrenkette?
Tipp anzeigen
Evolution kann sich verzweigen.
Lösung anzeigen
Ähnliche Fossilien können zu verschiedenen verwandten Seitenlinien gehören. Alter und Merkmalsähnlichkeit allein beweisen keine direkte Vorfahr-Nachfahr-Beziehung. Weitere Befunde und der Verzweigungszusammenhang müssen berücksichtigt werden.
3 · Erkläre die Homologie von menschlichem Arm und Walflosse.
Tipp anzeigen
Welche Abschnitte entsprechen einander?
Lösung anzeigen
Beide sind Vordergliedmaßen mit entsprechenden Abschnitten wie Oberarm, Unterarm und Hand- beziehungsweise Fingerbereich. Der Grundbauplan beruht auf gemeinsamer Abstammung, obwohl Form und Funktion verändert sind.
1 · Woran erkennt man gemeinsame Abstammung?
Evolution lässt sich an vielen zusammenpassenden Befunden untersuchen: Fossilien dokumentieren früheres Leben, Körperbau und Entwicklung zeigen gemeinsame Grundstrukturen, und DNA-Sequenzen enthalten Informationen über Verwandtschaft. Auch die geografische Verbreitung von Arten trägt zum Gesamtbild bei. Ein einzelnes ähnliches Merkmal genügt oft nicht für eine sichere Einordnung. Besonders überzeugend ist, wenn unterschiedliche, unabhängig untersuchte Befunde dieselbe Abstammungserklärung stützen. Evolutionäre Stammbäume fassen begründete Hypothesen über diese Beziehungen zusammen.
Zwei verschiedene Arten von Stammbaum
Diese Seite behandelt die Verwandtschaft von Abstammungslinien, etwa verschiedener Arten. Ein Familienstammbaum in der genetischen Stammbaumanalyse untersucht dagegen beispielsweise die Vererbung eines Merkmals innerhalb einer Familie.
2 · Fossilien: Spuren aus vergangenen Lebenswelten
Fossilien sind erhaltene Reste, Abdrücke oder Spuren früherer Organismen. Dazu können Knochen, Schalen, Blattabdrücke und versteinerte Fußspuren gehören. Sie zeigen, welche Formen früher existierten, und ermöglichen den Vergleich mit anderen ausgestorbenen oder heutigen Organismen.
Zeitlich einordnen
In einer ungestörten Sedimentfolge liegen jüngere Schichten normalerweise über älteren. Verformung oder Umlagerung können diese einfache Deutung erschweren. Radiometrische Verfahren an geeigneten Materialien können die zeitliche Einordnung ergänzen; nicht jedes Fossil wird direkt datiert.
Merkmalskombinationen vergleichen
Manche Fossilien verbinden Merkmale, die heute bei verschiedenen Gruppen vorkommen. Solche Mosaikformen helfen, Veränderungen von Körperbau und Verwandtschaft zu rekonstruieren. Sie müssen nicht die direkten Vorfahren einer heutigen Art sein.
Lücken berücksichtigen
Fossilisation ist an besondere Bedingungen gebunden. Harte Teile bleiben oft leichter erhalten als weiche, und viele Lebensräume hinterlassen wenig gut zugängliche Fossilien. Die Überlieferung ist deshalb unvollständig.
Keine lineare Leiter zeichnen
Eine Reihe unterschiedlich alter Fossilien beweist nicht automatisch eine gerade Abfolge von Vorfahren und Nachfahren. Evolution verzweigt sich. Mehrere verwandte Linien können gleichzeitig existiert haben und unterschiedlich weiterentwickelt oder ausgestorben sein.
3 · Homologie: gemeinsamer Ursprung, veränderte Form
Homologe Merkmale gehen auf ein entsprechendes Merkmal eines gemeinsamen Vorfahren zurück. Ihre heutige Funktion oder äußere Gestalt kann verschieden sein. Ein menschlicher Arm und die Vorderflosse eines Wals dienen unterschiedlichen Bewegungen; dennoch lassen sich entsprechende Skelettabschnitte vergleichen.
↔ Schaubild bei Bedarf seitlich verschieben.
Mensch: stark vereinfachter Bauplan der Vordergliedmaße.
↔ Schaubild bei Bedarf seitlich verschieben.
Wal: entsprechende Abschnitte sind umgestaltet. Proportionen und kleine Knochen sind schematisch.
Gleiche Farben markieren hier entsprechende Abschnitte. Verglichen wird ihre Lage und Zuordnung im Bauplan, nicht bloß eine ähnliche Außenform. Die Zeichnungen sind keine maßstabsgetreuen anatomischen Darstellungen.
Lage im Bauplan
Entsprechende Strukturen können dieselbe relative Position zu anderen Strukturen besitzen. Oberarm und Unterarm lassen sich zum Beispiel über ihre Verbindungen innerhalb der Vordergliedmaße vergleichen.
Besondere Strukturmerkmale
Komplexe Übereinstimmungen im Aufbau können auf gemeinsame Herkunft hinweisen. Eine einzelne einfache Ähnlichkeit, etwa „beides ist lang“, liefert dagegen nur wenig Information.
Kontinuität und Zwischenformen
Vergleichende Befunde, Fossilien oder Entwicklungsabläufe können Verbindungen zwischen stark veränderten Formen erkennbar machen. Solche Hinweise müssen zusammen mit weiteren Merkmalen beurteilt werden.
Rudimente sind nicht zwingend funktionslos
Rudimente sind gegenüber dem Zustand bei Vorfahren zurückgebildete Strukturen. Sie können noch Restfunktionen besitzen oder andere Aufgaben übernehmen. „Klein“ oder „scheinbar unnütz“ allein beweist deshalb weder eine Rudimentbildung noch eine bestimmte Abstammung.
Analoge Merkmale ähneln sich in Funktion oder Gestalt, sind aber in dieser Ausprägung unabhängig entstanden. Die Entwicklung ähnlicher Lösungen unter ähnlichen Anforderungen heißt Konvergenz. So dienen Vogel- und Insektenflügel dem Fliegen, beruhen aber auf unterschiedlichen Strukturen. Homologie und Analogie beziehen sich immer auf ein bestimmtes Merkmal und eine Vergleichsebene. Vogel- und Fledermausflügel sind als Vordergliedmaßen homolog. Ihre Ausbildung zu Flügeln für aktiven Flug entstand jedoch unabhängig; auf dieser Ebene spricht man von Analogie.
Vergleichs-Labor: Was wird eigentlich verglichen?
Menschlicher Arm und Walflosse
Verglichen wird der Grundbauplan der Vordergliedmaßen: Oberarm, Unterarm und die anschließenden Hand- und Fingerabschnitte.
Welche Einordnung passt?
Wähle eine Einordnung und begründe sie zunächst selbst.
5 · DNA, Entwicklung und Verbreitung ergänzen das Bild
Molekulare Vergleiche
Forscherinnen und Forscher vergleichen entsprechende DNA-Abschnitte oder Proteine. Übereinstimmungen und Unterschiede können gemeinsame Abstammung und Aufspaltungen sichtbar machen. Dafür müssen tatsächlich vergleichbare Abschnitte passend gegenübergestellt werden.
Mehr als ein Ähnlichkeitswert
Die kleinste Anzahl von Unterschieden in irgendeinem kurzen DNA-Stück liefert nicht automatisch den richtigen Stammbaum. Zufall, unterschiedlich schnelle Veränderungen und mehrfache Veränderungen derselben Stelle beeinflussen den Vergleich. Mehrere geeignete Merkmale oder Sequenzbereiche machen Aussagen belastbarer.
Embryonalentwicklung
Gemeinsame Entwicklungsstrukturen und -prozesse können Abstammungshinweise liefern. Die Entwicklung eines heutigen Organismus ist jedoch keine Wiederholung einer Reihe erwachsener Vorfahren. Menschliche Embryonen durchlaufen zum Beispiel kein Stadium als fertiger Fisch.
Biogeografie
Die Verbreitung von Arten lässt sich im Zusammenhang mit Abstammung, Ausbreitung, geografischer Trennung und Erdgeschichte erklären. Ähnliche Lebensräume müssen nicht dieselben nah verwandten Arten beherbergen, wenn ihre Besiedlungsgeschichte verschieden ist.
Gemeinsam abgeleitete Merkmale sind für Verwandtschaftsanalysen besonders hilfreich: Das sind Merkmale, die in der betrachteten Linie gegenüber einem älteren Zustand neu entstanden und an ihre Nachfahren weitergegeben wurden. Ob ein Zustand ursprünglich oder abgeleitet ist, wird unter anderem durch geeignete Vergleichsgruppen erschlossen. Ein Merkmal, das alle untersuchten Tiere ohnehin von einem viel älteren Vorfahren besitzen, trennt die jüngeren Untergruppen weniger gut.
6 · Stammbaum-Labor: Verwandtschaft an Verzweigungen ablesen
Der vereinfachte Stammbaum zeigt vier heutige Vertreter aus einer viel größeren Verwandtschaftsgruppe. Die Endpunkte stehen für die ausgewählten heutigen Linien. Knoten markieren gemeinsame Vorfahren beziehungsweise Aufspaltungen von Vorfahrenlinien. Die Wurzel liegt am älteren Ende des dargestellten Ausschnitts. Verfolge zwei Linien rückwärts bis zu dem Knoten, an dem sie zuerst zusammentreffen. Dieser steht für ihren jüngsten gemeinsamen Vorfahren. Je jünger dieser gemeinsame Vorfahr im Vergleich ist, desto näher sind die Linien miteinander verwandt.
Zwei Linien vergleichen
Anordnung ändern
↔ Schaubild bei Bedarf seitlich verschieben.
Vereinfachter Ausschnitt, keine Zeitskala. Viele weitere lebende und ausgestorbene Linien sind nicht dargestellt.
Krokodil und Taube: Knoten 3
Ihre Linien treffen zuerst bei Knoten 3 zusammen. In dieser Auswahl teilen Krokodil und Taube einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren miteinander als jeweils mit der Eidechse oder der Maus. Das Krokodil ist dabei kein Vorfahr der heutigen Taube.
Drehen ändert die Verwandtschaft nicht
Äste können an ihren Knoten gedreht werden. Dadurch verändert sich die Reihenfolge der Endpunkte auf dem Bildschirm; die gemeinsamen Vorfahren bleiben dieselben. Entscheidend ist das Verzweigungsmuster, nicht der Abstand der Namen oder ihre Position oben und unten.
7 · Typische Fehler beim Lesen vermeiden
Heutige Arten sind keine Stufen
Die heutige Maus ist im Bild kein Vorfahr der Eidechse, und ein heutiges Krokodil ist kein Vorfahr der Taube. Alle dargestellten Endpunkte stehen für heute lebende Linien, die ihre eigene Evolutionsgeschichte besitzen.
Ähnlichkeit ist nicht automatisch Nähe
Krokodile und Eidechsen können einander in manchen Merkmalen ähneln. Trotzdem teilen Krokodile mit Vögeln einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren. Ursprüngliche Merkmale und Konvergenz können den äußeren Eindruck beeinflussen.
Astlängen nur mit Erklärung deuten
Manche Bäume zeigen mit Längen verstrichene Zeit oder die Menge genetischer Veränderungen. Andere zeigen nur Verzweigungen. Ohne Legende oder Maßstab darf man aus einer langen Linie keine genaue Zeit oder „stärkere Entwicklung“ ablesen.
Kladen schließen alle Nachfahren ein
Eine Klade umfasst einen gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachfahren. In einem vereinfachten Bild lässt sich das nur für den dargestellten Ausschnitt prüfen. Nicht eingezeichnete Linien sind dadurch nicht automatisch ausgeschlossen.
Kurzer Begriffscheck
Du drehst in einem Stammbaum zwei Äste an ihrem gemeinsamen Knoten. Was verändert sich dadurch?
Wähle eine Antwort.
Selbst ausprobieren
Üben & prüfen
Löse die Aufgaben zuerst selbst und vergleiche anschließend mit der Lösung.
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Nutze bei Bedarf den Tipp. Vergleiche deine Antwort mit der Lösung und markiere die Aufgabe selbst als erledigt.
Aufgabe 1 von 12
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12 Aufgaben: verstehen, anwenden und begründen
Löse zuerst selbst. Ein Tipp hilft beim Einstieg; die Lösung zeigt die fachliche Begründung.
1 · Nenne drei voneinander verschiedene Arten von Evolutionsbelegen.
Tipp anzeigen
Denke an Vergangenheit, Körperbau und Erbmaterial.
Lösung anzeigen
Zum Beispiel Fossilien, vergleichende Anatomie und molekulare Vergleiche. Auch Entwicklungsbiologie und Biogeografie liefern Befunde. Besonders aussagekräftig ist die Übereinstimmung mehrerer unabhängiger Untersuchungen.
2 · Warum ist eine Fossilreihe nicht automatisch eine direkte Vorfahrenkette?
Tipp anzeigen
Evolution kann sich verzweigen.
Lösung anzeigen
Ähnliche Fossilien können zu verschiedenen verwandten Seitenlinien gehören. Alter und Merkmalsähnlichkeit allein beweisen keine direkte Vorfahr-Nachfahr-Beziehung. Weitere Befunde und der Verzweigungszusammenhang müssen berücksichtigt werden.
3 · Erkläre die Homologie von menschlichem Arm und Walflosse.
Tipp anzeigen
Welche Abschnitte entsprechen einander?
Lösung anzeigen
Beide sind Vordergliedmaßen mit entsprechenden Abschnitten wie Oberarm, Unterarm und Hand- beziehungsweise Fingerbereich. Der Grundbauplan beruht auf gemeinsamer Abstammung, obwohl Form und Funktion verändert sind.
4 · Warum sind Vogel- und Insektenflügel als Flugorgane analog?
Tipp anzeigen
Gleiche Funktion bedeutet nicht gleicher Bauplan.
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Sie ermöglichen beide Flug, entstanden in dieser Funktion aber auf unterschiedlichen strukturellen Grundlagen. Der Vogelflügel ist eine umgebildete knöcherne Vordergliedmaße; der Insektenflügel besitzt diesen Aufbau nicht.
5 · Sind Vogel- und Fledermausflügel homolog oder analog?
Tipp anzeigen
Benenne zuerst die Vergleichsebene.
Lösung anzeigen
Als Vordergliedmaßen sind sie homolog, weil sie auf die entsprechende Gliedmaße eines gemeinsamen Vorfahren zurückgehen. Ihre besondere Ausbildung zum aktiven Fliegen entstand unabhängig; als Flugorgane sind sie analog.
6 · Korrigiere: „Ein Rudiment muss vollständig funktionslos sein.“
Tipp anzeigen
Zurückbildung und heutige Funktion sind nicht dasselbe.
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Ein Rudiment ist gegenüber dem Vorfahrenzustand zurückgebildet. Es kann weiterhin Restfunktionen besitzen oder andere Aufgaben übernehmen. Vollständige Funktionslosigkeit ist keine notwendige Voraussetzung.
7 · Was zeigt Knoten 3 im Labor?
Tipp anzeigen
Verfolge Krokodil und Taube rückwärts.
Lösung anzeigen
Er steht für den jüngsten gemeinsamen Vorfahren der Krokodil- und Taubenlinie im gezeigten Ausschnitt. Beide heutigen Tiere stammen von gemeinsamen Vorfahren ab; keines der heutigen Tiere ist der Vorfahr des anderen.
8 · Ist die Taube im gezeigten Baum näher mit dem Krokodil oder mit der Eidechse verwandt?
Tipp anzeigen
Vergleiche die jüngsten gemeinsamen Vorfahren.
Lösung anzeigen
Mit dem Krokodil. Ihr gemeinsamer Vorfahr liegt bei Knoten 3, während die Linien von Eidechse und Taube erst beim älteren Knoten 2 zusammentreffen.
9 · Warum bleiben die Antworten in Anordnung A und B gleich?
Tipp anzeigen
Vergleiche Verbindungen statt Positionen.
Lösung anzeigen
Die Äste wurden gedreht, aber nicht anders verbunden. Die gleichen Linien treffen an den gleichen gemeinsamen Vorfahren zusammen. Die Reihenfolge der Endpunkte ist deshalb kein Verwandtschaftskriterium.
10 · Darfst du aus diesem Baum das genaue Alter von Knoten 2 ablesen?
Tipp anzeigen
Suche nach einer Zeitskala.
Lösung anzeigen
Nein. Der Baum zeigt keine datierte Skala; die Astlängen wurden für eine lesbare Darstellung gewählt. Er zeigt eine relative Verzweigungsfolge, aber kein genaues Alter in Jahren.
11 · Warum reicht ein kurzes beliebiges DNA-Stück nicht immer aus?
Tipp anzeigen
Beachte Vergleichbarkeit und Mehrfachveränderungen.
Lösung anzeigen
Nicht jeder Abschnitt ist geeignet oder zwischen den Organismen direkt vergleichbar. Zufall, verschieden schnelle Veränderung und mehrfache Änderungen derselben Stelle können die Deutung erschweren. Mehrere passende Sequenzen und weitere Merkmale verbessern die Begründung.
12 · Ein Baum aus Körpermerkmalen und einer aus DNA unterscheiden sich. Ist jede Evolutionserklärung damit widerlegt?
Tipp anzeigen
Trenne das grundlegende Prinzip von einer konkreten Rekonstruktion.
Lösung anzeigen
Nein. Unterschiedliche Rekonstruktionen können auf ungeeignete Merkmale, Konvergenz, wenige Daten oder komplexe Entwicklungsgeschichten hinweisen. Man prüft Daten und Verfahren und sucht zusätzliche Befunde. Eine konkrete Verzweigung kann unsicher sein, ohne dass die umfangreichen Belege für gemeinsame Abstammung insgesamt entfallen.
