Evolutionäre Zusammenhänge – wie hat sich der Mensch

entwickelt?

Evolution - Theorien

1. Einmaliger Schöpfungsakt

2. In primitiver Form aus dem Weltall auf die Erde gelangt (Panspermie-Hypothese)!

3. Zwangsläufig in einem kausalanalytisch nachvollziehbaren chemischenEntwicklungsprozess (Evolution) ablaufend! Durch Selbstorganisation nach den Gesetzen von Physik und Chemie  entstandene Strukturen entwickeln sich durch Auslese (Selektion) weiter ("überleben") und werden komplexer: Molekulardarwinismus

Aufgaben von Evolutionsforschung:

1. Verwandtschaft heutiger Organismen feststellen

2. Historischen Ablauf der Evolution rekonstruieren, Fossilien integrieren

3. Gründe für die historische Entwicklung ableiten

Evolutionsforschung, Aufgaben

Evolutionsforschung – Materialien

Fossilien:Versteinerte Reste ehemaliger Lebewesen; geologische Untersuchung der Fundschicht liefert Information über das Alter

Biochemische VerwandtschaftsuntersuchungenSequenzuntersuchungen:Analyse von Unterschieden und Übereinstimmungen in den Sequenzen von Nukleinsäuren und ProteinenAntikörperreaktionen:Vergleich der Ähnlichkeit der Oberflächen von Molekülen

Theoretische Vorstellungen und Modellversuche

Entstehung von Fossilien: Der Maarsee von Messel

In der ehemaligen Ölschiefergrube Messel bei Darmstadt werden hervorragend erhaltene Fossilien, vor allem früher Säugetiere, einschließlich konservierter Mageninhalte, gefunden.

Berühmt sind insbe-sondere die Urpferde von Messel.

Der Maarsee von MesselVor 50 Mio. Jahren:Aufsteigende basaltische Gesteinsschmelze kommt in Kontakt mit Grundwasser über Monate bis Jahre Wasserdampfexplosionen Bildung eines steilwandigen Kraters von 300 – 400 m Tiefe, Durchmesser 1,5 km, umgeben von einem Wall von x 10 m

Grundwasser und Regenfälle füllen das Maar absterbende Grünalgen entziehen bei der Verwesung dem Wasser den Sauerstoff, durch den Wall wird der See nicht in das Grundwassernetz einbezogen der Seeboden und die tieferen Wasserschichten sind völlig O2-frei über mehrere 100 000 Jahre lagern sich Algen- und Pflanzenreste sowie Tierfossilien ab aus dem Faulschlamm am Boden entwickelt sich Ölschiefer

Das Einhorn – Mythos mit biologischer Grundlage

Die Sage vom Einhorn entstand durch angespülte Narwal-Skelette, die fälschlich einem pferde-ähnlichen Tier zugeordnet wurden.

Der Piltdown-Mensch – eine Fälschung

Fund: 1911 – 1915 in einer Kiesgrube in SussexEndlich hatte England "seinen" Vormenschen (nach Neanderthaler und Cro-Magnon-Mensch)"Eoanthropus dawsoni"Gehirn weiterentwickelt als Kiefer

1953 als Fälschung entlarvt (chemisch behandelter Menschenschädel und Orang-Utan-Unterkiefer)Wer war der Fälscher?In Verdacht stehen• Charles Dawson, Amateurgeologe, Rechtsanwalt, Entdecker• Sir Arthur Conan Doyle, Arzt und Autor• M.A.C. Hinton, späterer Kustos des British Museums,

aus Verärgerung über eine Nicht-Anstellung

Allgemeine Hysterie:Selbst als ein wie ein Krikett-schläger geformter Knochen auftaucht, mahnt dies nicht zur Vorsicht, sondern wird als Beleg für das Alter dieser "englischen" Sportart herangezogen.

"Camincules"

"Lebende" (rezente) Camincules

Beispiele "fossiler" Camincules

Von J. Camin konstruierte Lebewesen, um die Aufstellung von Stammbäumen durch Vergleich von Eigenschaften rezenter und fossiler Tiere zu veranschaulichen und zu untersuchen

Camincules – rekonstruierter Stammbaum

Biochemischer Stammbaum (Cytochrom c)

Genetik der Evolution

Mutationen entstehen spontan und zufällig, sie können in Bezug auf die Fitness der Nachkommen positiv, negativ oder neutral sein.

Ihre Etablierung in einer Population wird durch das Hardy-Weinberg-Gesetz beschrieben.

Stufen der Evolution

Evolutionsstufen:1. Physikalische Evolution

(Entstehung und Veränderung der Erde)2. Chemisch-biochemische Evolution

(Entstehung von Molekülen und Präzyten)3. Biologische Evolution

(Aufspaltung der Lebewesen)4. Soziale / Kulturelle Evolution

(Evolution des Menschen)

Der Urey-Miller-Versuch

Simulation der frühen Erdatmosphäre

Nachweis komplexer organischer Substanzen,u.a. alle 20 proteinogenen Aminosäuren

Hyperzyklus, Eigen

Hyperzyklus, Virus

Eigen's Evolutionsspiele

Einsatz von Brettspielen zur Untersuchung von Konzepten über Evolution

Hyperzyklusspiel

1. 8*8-Felder Spielfeld wird mit je 16 Kugeln jeder Farbe zufällig gefüllt2. Würfeln, erwürfelte Kugel entfernen3. Erneut würfeln, erwürfelte Kugel verdoppeln und auf das Leerfeld

setzen, wenn in einem der Nachbarfelder eine vorangehende Farbe sitzt (rot für gelb, gelb für grün etc.)

4. Schritte 2 und 3 abwechselnd wiederholen

Das Hyperzyklusspiel in EXCEL

Fünf Prinzipien der frühen Evolution

1. Bildung von Heteropolymeren mit regulärem, repetitivem "Backbone" und variablen Seitenketten

2. Selektion durch Selbstreplikation

3. Entwicklung von "Quasispezies" in Richtung auf optimale Strukturen

4. Regulierte Kooperation zwischen Mitbewerbern durch katalytische Hyperzyklen

5. Bewertung der Translationsprodukte durch Kompartimentierung

Fehlerraten und Informationskapazität

Prozess Gemessen an Fehler-rate

Symbolgehalt (Nucleotide)

Basenpaarung(Enzymfrei)

AU-PolymereGC-Polymere

1 : 101 : 100

10100

EnzymatischeRNA- Replikation

RNA - Viren 1 : 104 10 000

EnzymatischeDNA- Replikation Prokaryonten 1 : 107 10 000 000

RekombinanteReproduktion

Eukaryonten 1 : 3 * 109 3 000 000 000

Das "Urgen"

G E S U C H T

RNA Molekülmit folgenden Merkmalen

alter Stammbaum50 bis 100 Nucleotide lang

spiegelsymmetrisch aufgebautstabil gefaltet

reich an G und C(dotiert mit A und U)

homogenes Code-Musterkommafrei ablesbar

G E F U N D E N

RNA Molekülmit folgenden Merkmalen

3,5 bis 4 Milliarden Jahre alt76 Nucleotide

Spiegelsymmetriestabile Faltung

GC : AU = 50 : 23

Codon-Muster:10 PuXPy, 6 PuXPu, 5 PyXPu, 3 PyXPy

(entspricht Ur – Code GXCfür: gly, ala, asp, val)