Begegnungen mit der Natur 3 Christine-Eva Biegl Teildruck Die Verkaufsauflage erscheint unter der ISBN 978-3-209-12227-8
Begegnungen mit der Natur SB 3 + E-Book Die Verkaufsauflage erscheint unter der ISBN 978-3-209-12227-8 Kopierverbot: Wir weisen darauf hin, dass das Kopieren zum Schulgebrauch aus diesem Buch verboten ist – § 42 Abs. 6 Urheberrechtsgesetz: „Die Befugnis zur Vervielfältigung zum eigenen Schulgebrauch gilt nicht für Werke, die ihrer Beschaffenheit und Bezeichnung nach zum Schul- oder Unterrichtsgebrauch bestimmt sind.“ Umschlagsbild: goro20 - stock.adobe.com 1. Auflage (Druck 0001) © Österreichischer Bundesverlag Schulbuch GmbH & Co. KG, Wien 2025 www.oebv.at Alle Rechte vorbehalten. Jede Art der Vervielfältigung, auch auszugsweise, gesetzlich verboten. Redaktion: Stefan Kapeller, Wien; Johanna Kramer-Gerstacker, Wien Herstellung: Sigrid Prünster, Wien Umschlaggestaltung: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Layout: Jens-Peter Becker, normaldesign GbR, Schwäbisch Gmünd Satz: Arnold & Domnick, Leipzig Druck: Ferdinand Berger & Söhne Ges.m.b.H., Horn W6519-149 Teildruck zu ISBN 978-3-209-12227-8 (Begegnungen mit der Natur SB 3 + E-Book) Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
www.oebv.at Christine-Eva Biegl Begegnungen 3 mit der Natur Hol dir die Quiz-App zum Schulbuch im App-Store (iOS) oder Google Play-Store (Android)! Wähle in der App dein Buch aus, gib den Code BegNat3 ein und los geht’s! www.esquirrel.com Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest 4 THEMA Leben auf dem Planeten Erde 6 Bioplanet Erde Der Bau der Erde, Klima und Evolution 12 Die Erdoberfläche ist in Bewegung 13 Kontinentaldrift und Evolution 24 Bioplanet Erde – gut aufgepasst? 26 Bioplanet Erde – auf einen Blick! 27 Evolution Evolution – Arten ändern sich 28 Belege für die Evolution 29 Ursachen der Evolution 35 Stammbäume 38 Erdzeitalter im Überblick 40 Evolution – gut aufgepasst? 46 Evolution – auf einen Blick! 47 Lebensraum Boden Boden als Grundlage des Lebens 48 Mineralien und Gesteine 49 Vom Gestein zum Boden 52 Bodeneigenschaften 56 Bodentypen 58 Österreichs Böden im Alpinen Raum 60 Österreichs Böden im Außeralpinen Raum 62 Von der Natur- zur Kulturlandschaft 64 Wasserhaushalt und Bodenversiegelung 75 Lebensraum Boden – gut aufgepasst? 76 Lebensraum Boden – auf einen Blick! 77 Atmung und Kreislauf Atmungssysteme 78 Kiemenatmer ermöglichen Atmung im Wasser 79 Tracheen, eine Anpassung an das Landleben 80 Landlebende Wirbeltiere atmen mit Lungen 81 Die Atmung des Menschen 82 Schadstoffe belasten die Atemluft 86 Rauchen gefährdet die Gesundheit 87 Kreislaufsysteme 88 Stofftransport beim Menschen 90 Das Blut und seine Bestandteile 94 Auch die Lymphe transportiert Stoffe 98 Herz-Kreislauferkrankungen 99 Die Ausscheidung des Menschen 100 Atmung und Kreislauf – gut aufgepasst? 102 Atmung und Kreislauf – auf einen Blick! 103 INHALT 2 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
THEMA Aquatische Lebensräume – Gewässer und Feuchtgebiete 104 Aquatische Lebensräume Leben in und am Wasser 108 Fließgewässer 108 Altarme – stehende Gewässer in der Au 112 Lebensraum Meer 117 Das Wattenmeer, ein Schelfmeer 118 Mangrovenwälder in den Tropen 118 Leben in der Freiwasserzone 120 Leben am Meeresboden 121 Meere und der Einfluss des Menschen 122 Aquatische Lebensräume – gut aufgepasst? 124 Aquatische Lebensräume – auf einen Blick! 125 Stichwortregister 127 Bildquellenverzeichnis 128 3 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Blick ins Buch Digitale Zusatzmaterialien Online-Codes Einfach den Code im Suchfenster auf www.oebv.at eingeben und du wirst direkt zu digitalem Zusatzmaterial (zB Videoclips, Animationen, interaktive Übungen) oder Lösungen weitergeleitet. öbv QuickMedia 1. Scanne den QR-Code und lade die App auf dein Smartphone oder dein Tablet. 2. Scanne deinen Buchumschlag oder wähle dein Schulbuch in der App-Medienliste aus. 3. Scanne eine gekennzeichnete Buchseite oder wähle ein Audio/Video aus der App-Medienliste aus. Wie du mit Begegnungen mit der Natur arbeitest Buchseite Hier erarbeitest du dir ein biologisches Thema mithilfe von Informationen, Abbildungen und verschiedenen Aufgaben. In der Randspalte findest du Erklärungen zu Fachbegriffen, Wortherkünfte sowie inhaltliche Ergänzungen, die zum Verständnis beitragen. Du bist dran! Die Aufgaben fördern dein selbstständiges Arbeiten. Kenn ich das? Hier kannst du Wissen anhand wiederkehrender Muster in der Natur vernetzen. Gliederfüßer Insekten und Spinnentiere im Vergleich Insekten und Spinnentiere sind einander auf den ersten Blick in vielem sehr ähnlich. Bei genauer Betrachtung lassen sich jedoch mehrere Unterschiede entdecken. Im Folgenden sind Ähnlichkeiten und Unterschiede im Bau von Insekten und Spinnentieren am Beispiel der Honigbiene und der Kreuzspinne dargestellt. Der Körper der Insekten ( Abb. 5) ist in drei Abschnitte, nämlich in Kopf, Brust und Hinterleib, gegliedert. Am Brustteil, der aus drei Segmenten gebildet wird, befinden sich bauchwärts drei Beinpaare. Flugfähige Insekten haben außerdem auf der Rückenseite des Brustteils ein bis zwei Paar Flügel ausgebildet. Alle Vertreter der Klasse der Spinnentiere weisen einen in Kopfbruststück und Hinterleib gegliederten Körper auf ( Abb. 6). Das stark chitinisierte Kopfbruststück trägt bauchwärts vier Laufbeinpaare, der Hinterleib ist weich. Alle Spinnentiere sind flügellos. Die in mehrere Abschnitte gegliederten Beine ( Abb. 7) weisen bei den Spinnentieren ein kleines zusätzliches Glied zwischen Schenkel und Schiene auf. Vermutlich sind die Beine dadurch noch beweglicher als die der Insekten. Spinnentiere Die Klasse umfasst unter anderem die Ordnung der Echten Spinnen oder Webspinnen, die Ordnung der Weberknechte, die Ordnung der Skorpione ( Seite 73) und die Ordnung der Milben. Honigbiene gehört zur Ordnung der Hautflügler, die zwei Paar häutige Flügel ausgebildet haben. Kreuzspinne gehört zur Ordnung der Echten Spinnen, die auch als Webspinnen bezeichnet werden, da sie Spinnfäden, unter anderem zum Netzbau ( Seite 72), weben können. Insekten Der Klasse der Insekten gehören viele Ordnungen an, zB die Käfer, die Schmetterlinge und die Hautflügler (zB Bienen und Ameisen. Fliegende Gliederfüßer haben oft große Augen und können sehr gut sehen. Bodenbewohnende Arten haben oft kleinere Augen, dafür einen guten Tastsinn. Erkläre diesen Zusammenhang. Du bist dran! 5 Honigbiene, Körperbau Hinterleib Brust Kopf Flügel Beine 6 Kreuzspinne, Körperbau Beine Hinterleib Kopf – Bruststück 7 Insektenbeine (Schema) Hüfte Schenkelring Fuß mit Krallen Schiene Schenkel Die Flugfähigkeit war ein wichtiger Schritt in der Evolution der Insekten Vor etwa 350 Millionen Jahren traten die ersten flugfähigen Insekten auf. Die Möglichkeit, sich aktiv in der Luft fortzubewegen, brachte große Vorteile. Sie konnten Feinden schneller entkommen, besser neue Lebensräume erkunden und auch größere Entfernungen bei der Nahrungssuche wie auch beim Auffinden von Geschlechtspartnern zurücklegen. Die Flugfähigkeit ermöglichte es den Insekten, sich weltweit zu verbreiten und sich so zur artenreichsten Gruppe von Lebewesen zu entwickeln. Die Flügel der flugfähigen Wirbeltiere sind umgewandelte Laufbeinpaare. Dies erschwert vielen Vögeln und Fledermäusen die Fortbewegung am Boden, weshalb sie dabei oft unbeholfen wirken. Die Flügel der Insekten sind Hautausstülpungen am Rücken, die im Lauf der Evolution neu entstanden sind. Insekten können sich deshalb sowohl am Boden als auch in der Luft geschickt fortbewegen. Kenn ich das? 68 Schnecken sind Weichtiere – auf einen Blick! Weichtiere Schnecken sind mit Muscheln und Tintenfischen nah verwandt ă Muscheln, Schnecken und Kopffüßer (Tintenfische) sind nah miteinander verwandt, sie gehören zum Stamm der Weichtiere. Sie haben weder ein Innen- noch ein Außenskelett. Zum Schutz ihres weichen Körpers scheiden allerdings viele von ihnen Kalkgehäuse oder Kalkschalen ab. Schnecken sind Weichtiere – auf einen Blick! Schnecken sind Weichtiere – gut aufgepasst? Schnecken sind Weichtiere – das hast du gelernt! 1. Löse das Kreuzworträtsel. Umlaute sind als Umlaute zu schreiben (Ä, Ö, Ü). Das Lösungswort ist die Bezeichnung für die abgebildete Schnecke. Finde mit Hilfe des Internets das Besondere an dieser Weinbergschnecke heraus. 1 weltweit auftretende Veränderung des Klimas, die das Überleben vieler Arten von Lebewesen gefährdet 2 paarige Organe am Kopf der Schnecke 3 Das Atemloch ist die Öffnung zur … 4 Lebewesen mit weiblichen und männlichen Geschlechtsorganen 5 eingeschleppte Schneckenart, die einheimische Arten verdrängt; Spanische … 6 Substanz, die aus Drüsen im Mantelwulst abgesondert wird 7 Haut, die den Eingeweidesack umhüllt 8 bei vielen Weichtieren vorkommendes Organ zur Nahrungsaufnahme Lösung: 1 2 3 4 5 6 7 8 91011121314 1 7 2 3 5 3 4 5 6 13 9 11 7 4 6 8 10 8 1 12 14 2 Schnecken erforschen! 2. Wie schnell ist Schneckentempo? Schnecken kann man, besonders bei Regenwetter, einfach beobachten. Finde heraus, ob Schnecken wirklich so langsam sind, wie ihnen nachgesagt wird. a) Suche eine Schnecke in deiner Umgebung. Notiere dir Datum und Fundort. Häufig wird man an feuchten Standorten fündig. Erkläre den Grund dafür. b) Bestimme die Schnecke mithilfe eines Bestimmungsbuches oder einer Bestimmungsapp am Handy. Notiere den Namen. c) Beobachte die Schnecke mindestens fünf Minuten und miss die Strecke, die sie in dieser Zeit zurückgelegt hat. Schnecken sind Weichtiere – was denkst du? 3. Lies die Aussagen der beiden Figuren. Gib deine Meinung dazu an und begründe sie. Schnecken fressen in meinem Gemüsegarten den frischen Salat. Aus meiner Sicht sind es Schädlinge. Das Wort „Schädling“ ist kein biologischer Begriff. In der Natur haben alle Lebewesen den gleichen Stellenwert. Ein einfaches Nervensystem und Sinnesorgane ermöglichen die Wahrnehmung der Umwelt ă Punktaugen an der Spitze eines Fühlerpaares ermöglichen den Schnecken eine Hell – Dunkelunterscheidung und vermitteln eine Wahrnehmung von Umrissen. Ein zweites Fühlerpaar hat die Aufgabe als Tastorgane. Zwitter mit Fremdbefruchtung ă Die meisten Schnecken sind Zwitter, die sich jedoch nicht selbst befruchten. Sie begatten einander, wobei ein Austausch der Spermien stattfindet. Aussehen und Aufgabe – perfekt aufeinander angepasst ă In der Mundöffnung befindet sich bei den Weichtieren eine Raspelzunge zur Nahrungsaufnahme. Mit den nach hinten gerichteten Chitinzähnchen wird der Boden abgeraspelt. Die Nahrungsbrocken werden wie mit einem Förderband in den Verdauungstrakt befördert. ă Der Gasaustausch erfolgt im Bereich der Atemhöhle. Hier enthält die Haut des Eingeweidesackes besonders viele feine Blutgefäße. Es steht somit eine große Oberfläche für den Stoffaustausch zur Verfügung. Das Blut transportiert Nährstoffe und Stoffwechselendprodukte teilweise offen im Körper ă Viele Schnecken sind wie die Weinbergschnecke Pflanzenfresser. Es gibt jedoch auch Aasfresser und räuberische Arten. Der Verdauungstrakt befindet sich im Eingeweidesack. ă Weichtiere haben ein offenes Blutgefäßsystem. ă Eine Niere filtert Stoffwechselendprodukte aus dem Blut. 64 65 Wiederholung und Zusammenfassung Gut aufgepasst? Am Ende eines Abschnitts findest du drei Aufgaben. Die 1. Aufgabe hilft die, das Gelernte zu festigen. Bei der 2. Aufgabe wirst du selbst aktiv und kannst forschend Neues entdecken. Die 3. Aufgabe ladet dich ein, dir Gedanken zu machen und Aussagen kritisch zu hinterfragen. Auf einen Blick! Auf diesen Abschlussseiten findest du eine Zusammenfassung der wichtigsten Inhalte, damit du den Überblick behältst! Android iOS Thema Auf diesen Seiten werden Zusammenhänge der Biologie verdeutlicht. Sie führen dich von einem Themenbereich in den nächsten. Gut aufgepasst? Auf einen Blick! Thema Die Vielfalt der Wirbellosen Tiere ohne Wirbelsäule Alle Tiergruppen, die du in der ersten Klasse kennengelernt hast, haben eines gemeinsam – eine Wirbelsäule als inneres Stützelement. Sie werden deshalb als Wirbeltiere bezeichnet. Bis heute wurden etwa 1 800 000 Tierarten weltweit beschrieben. Davon machen die Wirbeltiere mit zirka 60 000 Arten nur einen ganz geringen Teil aus. Alle anderen weisen keine Wirbelsäule auf, sie werden als Wirbellose zusammengefasst. Schwämme , Nesseltiere und Weichtiere waren die ersten Tiere Viele der heute noch lebenden wirbellosen Tierstämme traten vor rund 530 Millionen Jahren auf, Schwämme, Nesseltiere und Weichtiere vermutlich noch früher. Schwämme sind festsitzende Tiere, die hauptsächlich im Meer vorkommen. Sie sind einige Millimeter bis mehrere Meter groß. Ihr krugförmiger Körper ist sehr einfach aus zwei Zellschichten aufgebaut. In der inneren Zellschicht gibt es begeißelte Zellen ( Abb. 2), die durch Geißelschlag Wasser durch Poren ins Innere des Schwammkörpers strudeln. Dort werden kleine Nahrungsteilchen herausgefiltert und verdaut. Die Nährstoffe werden anschließend an die anderen Zellen verteilt. Das gefilterte Wasser verlässt den Schwammkörper durch die obere Öffnung. Nesseltiere kommen sowohl festsitzend als auch freischwimmend in Süßgewässern und im Meer vor. Zu ihnen gehören unter anderem Polypen ( Seite 57 Abb. 3) und Quallen ( Seite 57 Abb. 4, 5). Charakteristisch sind ihre Nesselzellen. Zum Beutefang wird aus ihnen ein mit Gift gefüllter Pfeil herausgeschleudert. Er bohrt sich durch die Haut des Beutetieres, das durch das Gift gelähmt wird. Die Nesselzellen dienen auch der Feindabwehr. Nesseltiere haben ein sehr einfach gebautes Nervensystem. Mit Lichtsinneszellen können sie ihre Umgebung aus allen Richtungen wahrnehmen und darauf reagieren. Wirbeltiere Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel, Säuger Wirbellose Unterschiedliche Tiergruppen, deren einzige Gemeinsamkeit das Fehlen einer Wirbelsäule ist. Gift Das Gift der Nesseltiere verursacht je nach Tierart beim Menschen ein Brennen auf der Haut, einen juckenden Ausschlag bis hin zu Herz- und Kreislaufproblemen. Eines der gefährlichsten Nesseltiere ist die Seewespe ( Seite 57 Abb. 5). Ihr Gift kann zum Tode führen. 1 Schwämme sind festsitzende Tiere 2 Bau eines Schwammes (Schema) begeißelte Zellen Poren Wasserstrom 56 4 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Tabellen eignen sich für Vergleiche und Gegenüberstellungen Tabellen eignen sich gut, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu verdeutlichen. Schreibe in die obere Zeile, was du vergleichen möchtest. Schreibe in die linke Spalte die Merkmale, die du vergleichen möchtest. In die Felder kannst du dann die entsprechenden Informationen eintragen. Apfel Erdbeere Pflanzenfamilie Rosengewächse Rosengewächse Reifezeit Juli–Oktober Mai–August Fruchtart Kernobst Sammelnussfrucht 2 Tabelle: Unterschiede und Gemeinsamkeiten Informationen und Ergebnisse darstellen In der 1. und 2. Klasse hast du gelernt, wie du wissenschaftliche Versuche durchführst und Informationen im Internet recherchieren kannst. Nun lernst du Möglichkeiten kennen, wie du Informationen (zB einer Recherche) oder Ergebnisse von Versuchen übersichtlich darstellen und präsentieren kannst. Beschreibung der Ergebnisse in einem gegliederten Text Beschränke dich bei der Zusammenfassung von Ergebnissen auf wenige wesentliche Kernaussagen. Weitere Ergebnisse und Erklärungen kannst du jeweils als untergeordnete Zusatzinformationen ergänzen, zB in Form einer Liste. Dadurch fällt es den Leserinnen und Lesern leichter, den Überblick zu behalten. Regional produziertes Gemüse ist frischer als Gemüse aus entfernten Ländern • Kürzere Transportwege und Transportdauer • Ernte in reiferem Zustand möglich Biologische Landwirtschaft ist umweltfreundlicher als intensive Landwirtschaft • Keine Pestizide • Umweltschonende Produktion, artgerechte Tierhaltung 1 Gliederung der Information in Kernaussagen und Zusatzinformation Am Beispiel Landwirtschaft Diagramme veranschaulichen Zahlen und Messwerte Zahlen und Messwerte aus Versuchen kannst du anschaulich in Diagrammen darstellen. Sie verdeutlichen deine Ergebnisse auf einen Blick. Es stehen dir dabei verschiedene Darstellungsarten zur Verfügung. Häufige Diagramm-Arten sind das Säulendiagramm (Balkendiagramm) und das Liniendiagramm. Mit Säulendiagrammen kannst du Messwerte oder Ergebnisse verschiedener Untersuchungsobjekte vergleichen. Liniendiagramme eignen sich, um den zeitlichen Verlauf von Messungen eines Untersuchungsobjektes darzustellen. Informationen und Ergebnisse darstellen In der 2. Klasse hast du gelernt, wie du wissenschaftliche Experimente durchführst. Nun lernst du Möglichkeiten kennen, wie du Informationen (zB einer Recherche) oder Ergebnisse von Experimenten übersichtlich darstellen und präsentieren kannst. Beschreibung der Ergebnisse in einem gegliederten Text Beschränke dich bei der Zusammenfassung von Ergebnissen auf wenige wesentliche Kernaussagen. Weitere Ergebnisse und Erklärungen kannst du jeweils als untergeordnete Zusatzinformationen ergänzen, zB in Form einer Liste. Dadurch fällt es den Leserinnen und Lesern leichter, den Überblick zu behalten. Regional produziertes Gemüse ist frischer als Gemüse aus entfernten Ländern • Kürzere Transportwege und Transportdauer • Ernte in reiferem Zustand möglich Biologische Landwirtschaft ist umweltfreundlicher als intensive Landwirtschaft • Keine Pestizide • Umweltschonende Produktion, artgerechte Tierhaltung 1 Gliederung der Information in Kernaussagen und Zusatzinformation am Beispiel Landwirtschaft Tabellen eignen sich für Vergleiche und Gegenüberstellungen Tabellen eignen sich gut, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu verdeutlichen. Schreibe in die obere Zeile, was du vergleichen möchtest. Schreibe in die linke Spalte die Merkmale, die du vergleichen möchtest. In die Felder kannst du dann die entsprechenden Informationen eintragen. Apfel Erdbeere Pflanzenfamilie Rosengewächse Rosengewächse Reifezeit Juli-Oktober Mai-August Fruchtart Kernobst Sammelnussfrucht 2 Tabelle: Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Äpfeln und Erdbeeren Diagramme veranschaulichen Zahlen und Messwerte Zahlen und Messwerte aus Experimenten kannst du anschaulich in Diagrammen darstellen. Sie verdeutlichen deine Ergebnisse auf einen Blick. Es stehen dir dabei verschiedene Darstellungsarten zur Verfügung. Häufige Diagramm-Arten sind das Säulendiagramm (Balkendiagramm) und das Liniendiagramm. Mit Säulendiagrammen kannst du Messwerte oder Ergebnisse verschiedener Untersuchungsobjekte vergleichen. Liniendiagramme eignen sich, um den zeitlichen Verlauf von Messungen eines Untersuchungsobjektes darzustellen. 3 Säulendiagramm: Erntemenge der häufigsten Gemüsearten in Österreich 2017 in Tonnen 200000 150000 100000 50000 0 Zwiebel Karotten Tomaten Salate Gurken 4 Liniendiagramm: Anzahl der landwirtschaftlichen Bio- Betriebe in Österreich in den Jahren von 1970 bis 2016 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 0 1970 1980 1990 2000 2010 5 3 Säulendiagramm (Balkendiagramm): Erntemenge der häufigsten Gemüsearten in Österreich 2017 in Tonnen Informationen und Ergebnisse darstellen In der 2. Klasse hast du gelernt, wie du wissenschaftliche Experimente durchführst. Nun lernst du Möglichkeiten kennen, wie du Informationen (zB einer Recherche) oder Ergebnisse von Experimenten übersichtlich darstellen und präsentieren kannst. Beschreibung der Ergebnisse in einem gegliederten Text Beschränke dich bei der Zusammenfassung von Ergebnissen auf wenige wesentliche Kernaussagen. Weitere Ergebnisse und Erklärungen kannst du jeweils als untergeordnete Zusatzinformationen ergänzen, zB in Form einer Liste. Dadurch fällt es den Leserinnen und Lesern leichter, den Überblick zu behalten. Regional produziertes Gemüse ist frischer als Gemüse aus entfernten Ländern • Kürzere Transportwege und Transportdauer • Ernte in reiferem Zustand möglich Biologische Landwirtschaft ist umweltfreundlicher als intensive Landwirtschaft • Keine Pestizide • Umweltschonende Produktion, artgerechte Tierhaltung 1 Gliederung der Information in Kernaussagen und Zusatzinformation am Beispiel Landwirtschaft Tabellen eignen sich für Vergleiche und Gegenüberstellungen Tabellen eignen sich gut, um Unterschiede und Gemeinsamkeiten zu verdeutlichen. Schreibe in die obere Zeile, was du vergleichen möchtest. Schreibe in die linke Spalte die Merkmale, die du vergleichen möchtest. In die Felder kannst du dann die entsprechenden Informationen eintragen. Apfel Erdbeere Pflanzenfamilie Rosengewächse Rosengewächse Reifezeit Juli-Oktober Mai-August Fruchtart Kernobst Sammelnussfrucht 2 Tabelle: Unterschiede und Gemeinsamkeiten von Äpfeln und Erdbeeren Diagramme veranschaulichen Zahlen und Messwerte Zahlen und Messwerte aus Experimenten kannst du anschaulich in Diagrammen darstellen. Sie verdeutlichen deine Ergebnisse auf einen Blick. Es stehen dir dabei verschiedene Darstellungsarten zur Verfügung. Häufige Diagramm-Arten sind das Säulendiagramm (Balkendiagramm) und das Liniendiagramm. Mit Säulendiagrammen kannst du Messwerte oder Ergebnisse verschiedener Untersuchungsobjekte vergleichen. Liniendiagramme eignen sich, um den zeitlichen Verlauf von Messungen eines Untersuchungsobjektes darzustellen. 3 Säulendiagramm: Erntemenge der häufigsten Gemüsearten in Österreich 2017 in Tonnen 200000 150000 100000 50000 0 Zwiebel Karotten 25.000 20.000 4 Liniendiagramm: Anzahl der landwirtschaftlichen Bio-Betriebe in Österreich in den Jahren von 1970 bis 2016 5 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution – Arten ändern sich Im Lauf der Erdgeschichte sind viele verschiedene Arten entstanden. Jede Art wurde durch natürliche Auslese (Selektion) an ihre jeweiligen Umweltbedingungen angepasst. Ändern sich die Umweltbedingungen, können sich nur die Arten durch natürliche Selektion anpassen, die zufälligerweise geeignete Merkmale besitzen. Erfolgen die Umweltveränderungen zu schnell, sterben Arten aus. Das schafft manchmal auch neue Bedingungen, die zur Entstehung neuer Arten beitragen. Heute existieren vermutlich zwischen 10 und 100 Millionen Arten. Im Laufe der Erdgeschichte existierte bereits ein Vielfaches, etwa 50 Milliarden Arten. Die meisten sind wieder ausgestorben, sodass wir heute nur einen Bruchteil der Vielfalt des Lebens sehen können. In den letzten 540 Millionen Jahren gab es fünf große und mehrere kleine Massenaussterben. So führte zB vor 66 Millionen Jahren der Einschlag eines Meteoriten mit 12 km Durchmesser zu einer Veränderung der Atmosphäre. Jahrelang drang kein Sonnenlicht durch den aufgewirbelten Staub auf die Erdoberfläche. Die Temperaturen auf der Erde sanken stark ab. Die meisten Pflanzen konnten mangels Sonnenlicht keine Fotosynthese mehr betreiben. In der Folge starben 75 % der Arten aus, darunter auch die Saurier. Meteorit Großer, unregelmäßig geformter Himmelskörper Saurier Es gab Meeressaurier, Flugsaurier und auf dem Festland lebende Saurier. 1 Nachbildung eines Allosaurus. In Saurierparks wie zB Traismauer (NÖ) und in Bad Gleichenberg (St) gibt es Nachbildungen von Sauriern. 28 Evolution Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution – Arten ändern sich Belege für die Evolution Woher weiß man, wann welche Arten im Lauf der Erdgeschichte aufgetreten sind und wie die Lebewesen vor Hunderttausenden von Jahren oder gar vor Jahrmillionen aussahen? Wichtige Hinweise liefern Ausgrabungen von Überresten und Abdrücken der Lebewesen, die einst auf der Erde gelebt haben. Fossilien sind Zeugen vergangenen Lebens Die Überreste und Abdrücke der Lebewesen aus früheren Epochen der Erdgeschichte werden als Fossilien bezeichnet. Zu ihnen zählen versteinerte Knochen oder ganze Skelette, Haut-, Gewebe- und Fußabdrücke im Gestein oder auch Steinkerne. Sie ermöglichen die Nachbildung bereits ausgestorbener Lebewesen und geben Auskunft über die Entwicklung des Lebens. Sie sind somit wichtige Belege für die Evolution. Immer wieder liefern neue Fossilfunde neue Erkenntnisse. Viele Fossilien wurden in Bernstein gefunden. Dieses alte Harz von Bäumen enthält gelegentlich Einschlüsse von Insekten oder Pflanzenresten, die vor Millionen von Jahren an der klebrigen Flüssigkeit hängen geblieben sind. A Ein Lebewesen ist gestorben und sinkt auf den Meeresgrund. B Haut und Muskeln werden von Mikroorganismen langsam zersetzt. Übrig bleiben Knochen und Zähne. Sand und Schlamm bedecken den toten Körper. C Mineralstoffe dringen in die Knochen ein. Durch den Druck des Gesteins wird das Knochenmaterial verfestigt, die Knochen versteinern. D Durch plattentektonische Vorgänge, Erosion etc. kann das Fossil an die Oberfläche gelangen. Fossilien versteinerte Reste und Spuren von Lebewesen, die vor mindestens 10 000 Jahren gestorben sind; fossilis (griech.) = ausgegraben Versteinerte Knochen können nur entstehen, wenn der tote Körper schnell von Sand, Schlamm, Kalk usw. bedeckt wird, um ihn vor Aasfressern und der raschen Zersetzung durch Bakterien und Pilze zu schützen. Eine schnelle Bedeckung kann zB in Flüssen oder im Meer durch Material, das vom Wasser herantransportiert wird, erfolgen, durch Sandstürme oder durch Schlamm und Asche von Vulkanausbrüchen. Steinkerne entstehen, wenn sich Hohlräume (zB Gehäuse von Schnecken oder Muschelschalen) mit Schlamm füllen, der Schlamm sich verfestigt und sich die Gehäuse bzw. Schalen im Laufe der Zeit auflösen. 2 Entstehung eines Fossils 3 Fischskelett in feinem Kalkstein 4 Insekt in fossilem Harz eingeschlossen 5 Fossile Fußspuren eines Dinosauriers 29 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution Mosaikformen haben Merkmale verschiedener Organismengruppen Fossilien lassen nicht nur Rückschlüsse auf das Aussehen von Lebewesen früherer Epochen zu, sondern geben auch Auskunft über die schrittweise Veränderung von Organismengruppen. Besonders bedeutend sind Fossilien, die sowohl Merkmale einer erdgeschichtlich älteren Organismengruppe als auch Merkmale einer erdgeschichtlich jüngeren Organismengruppe aufweisen. Diese sogenannten Mosaikformen zeigen die Verwandtschaft von Organismengruppen. Vor 375 Mio. Jahren trat Tiktaalik auf ( Abb. 7A). Mit einem fischähnlichen Schwanz und dem von Schuppen bedeckten Körper wies das Tier noch deutliche Fischmerkmale auf. Es hatte jedoch bereits einen beweglichen Hals, einen Beckengürtel und Vordergliedmaßen, die mit Ellenbogen- und Handgelenk ausgestattet waren. Am Ende der Arme saßen keine Finger, sondern Flossenstrahlen. Tiktaalik lebte im flachen Wasser, wo er sich vermutlich zeitweise wie ein Vierbeiner auf dem Grund fortbewegte. Auch Ichthyostega, der vor 370 Mio. Jahren auftrat ( S. 26), hatte noch einen von Schuppen bedeckten Körper und einen fischähnlichen Schwanz. Er wies aber bereits eindeutige Merkmale des Landlebens auf – ein Knochenskelett mit vier Beinen und jeweils fünf Zehen ( Abb. 7B). Fehlende Kiemen lassen Lungenatmung vermuten. Ichthyostega war vermutlich das erste amphibienartige Landwirbeltier. Seymouria, eine Mosaikform mit Amphibien- und Reptilienmerkmalen, erschien vor rund 299 Millionen Jahren ( S.27). Das Amphibium hatte kräftige Beine, mit denen es sich – ähnlich den Reptilien – höher vom Boden abstemmen konnte ( Abb. 7C). Mit Cynognathus erschien vor 250 Millionen Jahren ein säugetierähnliches, räuberisch lebendes Reptil ( S.27). Sein Gebiss ähnelte dem der heutigen Raubtiere. Die Gliedmaßen befanden sich unter dem Körper. Die Knie zeigten nach vorn, die Ellbogen nach hinten ( Abb. 7D). Tiktaalik Körperlänge bis zu 1 m; der Name kommt aus der Sprache der Inuit und bedeutet „großer Süßwasserfisch“. Parasiten oder Schmarotzer sind Lebewesen, die zu ihrem Vorteil auf oder in einem anderen Lebewesen, dem Wirt, leben. Der Wirt wird dabei geschädigt, zB durch Entzug von Nährstoffen. Seymouria Körperlänge bis zu 60 cm; benannt nach dem Fundort bei Seymour in Texas Cynognathus Körperhöhe bis zu 1,2 m; kyno (griech.) = Hund, gnathos (griech.) = Kiefer 6 Fossiles Skelett von Tiktaalik Mosaikformen sind Belege für die Evolution Mosaikformen besitzen Merkmale von zwei verschiedenen Tiergruppen. Man bezeichnet sie auch als Brückentiere oder Übergangsformen. Sie zeigen die stammesgeschichtliche Entwicklung von einer Art zur anderen. Ein bekanntes Beispiel ist Archaeopteryx, der Merkmale von Reptilien und von Vögeln aufwies. Kenn ich das? B 7 Übergangsformen: A Tiktaalik B Ichthyostega C Seymouria D Cynognathus C D A 30 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution – Arten ändern sich Quastenflosser, Schnabeltier und Ginkgo sind lebende Fossilien Der Quastenflosser ist ein urtümlicher Fisch. Seine Flossen werden, wie bei Tiktaalik, nicht durch Flossenstrahlen, sondern durch ein knöchernes Armskelett gestützt. Fossilfunde belegen, dass verschiedene Formen des Quastenflossers vor mehr als 400 Mio. bis vor etwa 70 Mio. Jahren lebten. Das Tier galt als ausgestorben, bis 1938 Fischer an der Ostküste Südafrikas einen Quastenflosser an Land zogen. Da er kaum Unterschiede zu nur von Fossilien bekannten Quastenflossern aufwies, wurde er als lebendes Fossil bezeichnet. Die heute noch lebenden Quastenflosser bewegen beim Schwimmen die gestielten, fleischigen Flossen genauso wie Amphibien ihre Extremitäten an Land. Die rechte Brustflosse und die linke Bauchflosse sowie die linke Brustflosse und die hintere rechte Flosse werden abwechselnd gleichzeitig vorwärts bewegt. Schnabeltiere gab es bereits vor 70 Mio. Jahren. Die in Australien und Tasmanien beheimateten Tiere legen weichschalige Eier, haben eine Kloake und einen mit Hornplatten überzogenen, schnabelförmigen Kiefer. Behaarung, Milchdrüsen und eine gleichwarme Körpertemperatur weisen sie aber als Säugetiere aus. Abb. 11 zeigt Laubblätter und Blüten eines Ginkgos. Er ist auch ein lebendes Fossil. Ginkgobäume traten vor 250 Millionen Jahren auf. Die Pflanze ist ein Nacktsamer, hat jedoch im Gegensatz zu den Nadelbäumen großflächige Laubblätter. Die männlichen Geschlechtszellen sind wie bei den Farnen bewegliche Schwärmer. Quastenflosser, Schnabeltier und Ginkgo haben Merkmale einer erdgeschichtlich älteren Organismengruppe und Merkmale, die zu einer erdgeschichtlich jüngeren Organismengruppe führen. Sie sind daher auch Mosaikformen. Abb. 8 zeigt ein etwa 150 Millionen Jahre altes Fossil, das Reptilienmerkmale wie einen Kiefer mit Zähnen, eine lange Schwanzwirbelsäule und drei freie, bekrallte Finger aufweist. Es hat aber auch ein typisches Vogelfußskelett, ein Vogelbecken, zu einem Gabelbein verwachsene Schlüsselbeine sowie Federn, allesamt typische Vogelmerkmale. Bring die folgenden Ereignisse in die richtige Reihenfolge (beginnend mit dem ältesten), indem du die Buchstaben unten einsetzt. Sie ergeben den wissenschaftlichen Namen der abgebildeten Mosaikform. Vorherrschaft der Saurier (TE) – erste Einzeller (AR) – erste Landwirbeltiere (OP) – Gattung Homo tritt auf (X) – erste Landpflanzen (AE) – erste Vögel (RY) – erste Wirbeltiere (CH) Lösung: 2 Mrd. | 500 Mio. | 470 Mio. | 370 Mio. | 230 Mio. | 150 Mio. | 2,5 Mio. Du bist dran! 8 Versteinertes Skelett eines Urvogels 9 Quastenflosser; bis zu 2 m lang 10 Schnabeltier; bis zu 60 cm lang 11 Ginkgo, Laubblätter und Blüten Der Begriff „lebendes Fossil“ ist eigentlich falsch. Begründe dies. Du bist dran! 31 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution Leitfossilien ermöglichen eine Altersbestimmung Fossilien geben Auskunft über das Alter der Gesteinsschichten, in denen sie gefunden wurden. Besonders wichtig sind dabei die sogenannten Leitfossilien. Das sind Pflanzen und Tiere, die in einem bestimmten Zeitraum der Erdgeschichte weit verbreitet waren. Als Beifunde helfen sie bei der Altersbestimmung anderer Fossilien aus derselben Gesteinsschicht. Ein Beispiel dafür sind die Trilobiten Sie traten vor 520 Millionen Jahren auf und starben vor 250 Millionen Jahren aus. Findet man heute einen Trilobiten in einer bestimmten Gesteinsschicht, kann man daraus schließen, dass auch Funde anderer Fossilien in derselben Schicht aus diesem Zeitraum stammen. Auch Ammoniten dienen als Leitfossilien. Sie waren vor 407 bis 66 Millionen Jahren massenhaft verbreitet. Homologie – Ähnlichkeit aufgrund gemeinsamer Abstammung Würdest du bei der Betrachtung der Lebewesen in Abb. 15 auf die Idee kommen, dass sie gemeinsame Vorfahren haben, also miteinander verwandt sind? Dies lässt sich durch gemeinsame Merkmale nachweisen, sogenannten Homologien. Sie sind die Folge einer gemeinsamen Abstammung. Vergleicht man die Skelette, kann man Übereinstimmungen finden. So bestehen beispielsweise die Vorderextremitäten jeweils aus Oberarmknochen, zwei Unterarmknochen, Handwurzelknochen, Mittelhandknochen und Fingern. Dieser Grundbauplan ist als Anpassung an die jeweiligen Lebensbedingungen abgewandelt. Es ist höchst unwahrscheinlich, dass sich der Grundbauplan bei den vielen verschiedenen Wirbeltierarten zufällig in derselben Weise entwickelt hat. Vielmehr kann man hier auf eine gemeinsame Abstammung, auf eine Verwandtschaft, schließen. 12 Trilobiten sind Leitfossilien für die Zeit von vor 520 bis 250 Millionen Jahren. 13 Ammoniten sind Leitfossilien die Zeit von vor 407 bis 66 Millionen Jahren. Trilobiten Dreilapper; gehören zum Stamm der Gliederfüßer. Die Tiere lebten im Wasser, waren bis zu 70 cm lang und hatten dreiteilige Rückenpanzer aus Kalk oder Chitin. Ammoniten gehören zu den Weichtieren. Sie traten in einer großen Formenvielfalt mit Schalen von 1 cm bis zu fast 2 m auf. Homologien homologos (griech.) = übereinstimmend Wal ch Maulwurf Pferd Fledermaus Vogel Wal Salamander Mensch Maulwurf Pferd Fledermaus Vogel Wal Salamander Mensch Maulwurf Pferd Fledermaus Voge Salamander Mensch Maulwurf Pferd Fledermaus Vogel Wal Salamander Mensch Maulwurf Pferd Fledermaus Vogel Wal Salamander Mensch Maulwurf Pf Salamander Delfin Fledermaus Maulwurf Pferd Mensch Vogel Salamander 14 Vergleich der Vordergliedmaßen verschiedener Wirbeltiere (Schema; die Größenverhältnisse stimmen nicht) 32 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution – Arten ändern sich Ähnlichkeit aufgrund ähnlicher Funktion Durch Divergenz ( Abb. 14) entstehen über lange Zeiträume neue Arten aus gemeinsamen Vorfahren. Umgekehrt haben manchmal auch nicht eng miteinander verwandten Arten unabhängig voneinander ähnliche Merkmale entwickelt. Dies wird als Konvergenz bezeichnet und ist die Folge von ähnlichen Umweltbedingungen. So haben beispielsweise Maulwurf ( Abb. 14) und Maulwurfsgrille ( Abb. 16) als Anpassung an das Leben im Erdreich einen kegelförmigen Kopf, kräftige, schaufelförmige Vorderbeine und Gehörorgane mit einem Schutz gegen eindringende Erde ausgebildet. Auch die in Amerika vorkommenden Kakteen ( Abb. 17) und die afrikanischen Wolfsmilchgewächse ( Abb. 18) verbindet keine enge Verwandtschaft. Ihre dicken, fleischigen, wasserspeichernden Sprossachsen sind eine Anpassung, die typisch für Pflanzen in trockenen Umgebungen ist. Durch Konvergenz entstandene Organe sind kein Beleg für gemeinsame Vorfahren, aber trotzdem ein Beweis für die Evolution: Veränderung der Arten durch Umweltzwänge. Die Form der Halswirbel passt zur Funktion des Halses Bei fast allen Säugetieren besteht die Halswirbelsäule aus sieben Wirbeln, unabhängig von der Länge und dem Aussehen des Halses ( Abb. 15). Der erste Halswirbel, der Atlas, trägt den Schädel, seine spezielle Form ermöglicht das Nicken des Kopfes. Der zweite Halswirbel, der Axis, stützt den Atlas. Eine zahnartige Ausstülpung ermöglicht eine Drehbewegung des Kopfes. Die übrigen fünf Halswirbel sind so gestaltet, dass sie die flexiblen Bewegungen des Halses ermöglichen. Kenn ich das? 15 Giraffe und Maus haben jeweils sieben Halswirbel (Größenverhältnis stimmt nicht) 16 Maulwurfsgrille, 4,5 cm Divergenz evolutionäre Auseinanderentwicklung; divergere (lat.) = auseinanderstreben Konvergenz funktionsähnlich; convergere (lat.) = sich hinneigen Umweltzwänge Umwelt- oder Selektionsfaktoren; die äußeren Bedingungen und Einflüsse, die auf Lebewesen wirken und dazu führen, dass sich Populationen im Laufe der Zeit an ihre Umwelt anpassen. Die Individuen, die am besten an die bestehenden Selektionsfaktoren angepasst sind, haben eine größere Wahrscheinlichkeit, zu überleben und sich erfolgreich fortzupflanzen. Umweltzwänge sind entscheidende Faktoren dafür, welchen Weg die Evolution nimmt. 17 Kaktus, Amerika 18 Wolfsmilchgewächs, Afrika Vergleiche die Skelette der Vordergliedmaßen in Abb. 14. Gib an, welche Farbe für welche Knochen steht. grün: gelb: violett: pink: hellrosa: Du bist dran! 33 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution Auch rudimentäre Organe sind Beweise für die Evolution Aufgrund zahlreicher Fossilfunde lässt sich die Evolution der Pferde sehr gut nachvollziehen. Die ältesten, heute bekannten Vorfahren der heutigen Pferde lebten vor ungefähr 60 Millionen Jahren. Die Tiere hatten etwa die Größe eines Fuchses und lebten im Wald. Ihre Vorderbeine waren mit vier, die Hinterbeine mit drei behuften Zehen ausgestattet. Durch Spreizen der Zehen wurde ein tiefes Einsinken in den weichen Waldboden verhindert. Aufgrund einer Klimaveränderung von feucht-warm zu trocken-kalt entstanden riesige Grasländer. In der Folge entwickelten sich die Pferde allmählich zu schnell laufenden, einhufigen Steppenbewohnern. Die Umbildung der Füße erfolgte als Anpassung an die neue Lebensweise. Im offenen Grasland ermöglichen sie eine schnelle Flucht vor Feinden. Betrachtet man das Skelett des Pferdefußes ( Abb. 19), erkennt man eine stark ausgebildete Mittelzehe. Links und rechts des dritten Mittelfußknochens liegt je ein dünner, schwacher Knochen. Diese so genannten Griffelbeine sind dem zweiten und dem vierten Mittelfußknochen anderer Wirbeltiere homolog. Da sie für die Fortbewegung des Pferdes nicht notwendig waren, kam es im Lauf der Evolution zur Zurückbildung: Man spricht hier von so genannten rudimentären Organen. Rudimentäre Organe gibt es auch beim Menschen. So hatten die Vorfahren des Menschen wahrscheinlich einen viel längeren Blinddarm als heute. Der größte Teil dieses Blinddarms ist zum Wurmfortsatz geschrumpft. Rudimentäre Organe sind Organe, die im Laufe der Evolution funktionslos geworden sind und deshalb über viele Generationen bis auf einen Rest zurückgebildet wurden. Grund für die Rückbildung ist die natürliche Selektion. Da es „unwirtschaftlich“ wäre, im Laufe der Evolution funktionslos gewordene Organe zu besitzen und mit Nährstoffen, Sauerstoff etc. zu versorgen, bringt die Rückbildung eines Organs einen Selektionsvorteil. rudimentum (lat.) = Rest 19 Pferdefußknochen (Schema) Röhrenbein (= 3. Mittelfußknochen Griffelbein stark ausgebildete Mittelzehe Fußwurzelknochen Zehenknochen Mittelfußknochen 20 Entwicklung des Pferdefußes Eohippus Merychippus Heutiges Pferd 21 Blinddarm mit Wurmfortsatz bei Kaninchen (links) und Mensch (rechts) Dickdarm Dünndarm Blinddarm Wurmfortsatz Der Wurmfortsatz des Menschen galt lange als funktionslos. Neue Forschungen haben ergeben, dass er doch eine Rolle für unsere Gesundheit spielt. Löse folgende Aufgaben mit Hilfe einer Internetrecherche. Überlege dir geeignete Suchbegriffe (zB „Funktion des Wurmfortsatzes“, „Wurmfortsatz Immunsystem“). Gib sie in eine Suchmaschine ein (zB www.blinde-kuh.de, www.fragfinn.de). Vergleiche mehrere Seiten, um sicherzustellen, dass die Informationen übereinstimmen. Speichere die Links, damit du später eine Quelle angeben kannst. 1. Beschreibe die Lage und den Aufbau des Wurmfortsatzes im menschlichen Körper. 2. Erläutere die Funktionen des Wurmfortsatzes in Bezug auf das Immunsystem und die Darmflora. 3. Analysiere die Unterschiede des Blinddarms zwischen Menschen und Pflanzenfressern ( Abb. 21). 4. Stelle dar, weshalb der Wurmfortsatz bei einer Entzündung des Blinddarms oft entfernt werden muss. 5. Bewerte, welche gesundheitlichen Vor- oder Nachteile die Entfernung des Wurmfortsatzes haben könnte. Du bist dran! 34 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution – Arten ändern sich Ursachen der Evolution Schon die griechischen Philosophen dachten über eine gemeinsame Abstammung der Arten und deren Umwandlung nach. Wissenschafter im 18. und 19. Jahrhundert kamen zu der Erkenntnis, dass sich das Leben auf der Erde ständig verändert, dass Arten miteinander verwandt sind, dass sie entstehen, sich verändern und wieder vergehen. Sie begründeten damit die Abstammungslehre. Es war letztendlich aber der britische Naturforscher Charles Darwin, der herausfand, welche Mechanismen dabei wirken. Überproduktion – Arten produzieren mehr Nachkommen als nötig Überproduktion bedeutet, dass Lebewesen mehr Nachkommen erzeugen als dies für die Erhaltung der Art notwendig wäre. So hat ein Stieglitzpärchen pro Jahr circa zehn Nachkommen. Bei einer Lebenserwartung von zirka drei Jahren ergibt das 30 Nachkommen. Die Stieglitze müssten sich dadurch vermehren. Dies ist aber nicht so, ihre Zahl bleibt konstant. Das heißt, dass von 30 Stieglitzpärchen nur zwei überleben. Welche Nachkommen überleben aber? Variation – Unterschiedlichkeit der Nachkommen Erbanlagen bestimmen, was für ein Lebewesen heranwächst (Hund, Regenwurm, Pflanze, …), wie es funktioniert (Stoffwechsel, Wachstum, Fortpflanzung, …) und wie es aussieht (Augenfarbe, Körpergröße, Blütenfarbe, …). Sie sind sozusagen die Baupläne von Lebewesen. Damit eine Art erhalten bleibt, müssen die Erbanlagen weitergegeben werden. Die Lebewesen müssen sich fortpflanzen. Durch ungeschlechtliche Fortpflanzung ( Begegnungen mit der Natur, Band 2) entstehen Klone, das bedeutet, dass die Nachkommen die gleichen Erbanlagen beziehungsweise Merkmale aufweisen wie der Mutterorganismus. Die geschlechtliche Fortpflanzung erfolgt durch Befruchtung. Die Nachkommen haben dadurch Erbanlagen beider Elternteile. Welche Merkmale von wem stammen unterliegt weitgehend dem Zufall. Zwischen den Nachkommen gibt es deshalb geringfügige Unterschiede. So kann es beispielsweise sein, dass ein Stieglitz ein schlampiger Nestbauer ist und deshalb das Risiko groß ist, dass die Eier aus dem Nest fallen. Ein anderer wiederum hat vielleicht einen leicht veränderten Schnabel, der noch besser geeignet ist, Samen aus Früchten herauszupicken. 22 Charles Darwin Abstammungslehre Evolution; besagt, dass die heutigen Lebewesen von in früheren Erdzeitaltern lebenden Vorfahren abstammen und deshalb mehr oder weniger nah miteinander verwandt sind. Charles Darwin britischer Naturforscher; 1809–1861 Erbanlagen Gene; befinden sich in den Zellkernen fortpflanzen Fortpflanzung ist die Weitergabe des Erbmaterials an die Nachkommen Klone klon (griech.) = Zweig, Schössling Befruchtung Die Zellkerne von Eizelle und Spermium bzw. Schwärmer verschmelzen miteinander. Mütterliches und väterliches Erbmaterial werden dadurch gemischt. 23 Überproduktion und Selektion: Nur zwei von dreißig Nachkommen eines Stieglitzpärchens überleben 24 Bei der geschlechtlichen Fortpflanzung sehen sich die Nachkommen oft ähnlich, haben aber keine identen Erbanlagen. 35 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution Mutation – Veränderungen im Erbmaterial Erbanlagen können sich spontan oder durch äußere Einflüsse (zB durch Strahlung) verändern. Findet so eine Mutation in einer Geschlechtszelle statt, wird sie an die Nachkommen weitergegeben. Es gibt Mutationen, die unbemerkt bleiben. Durch manche Mutationen entstehen aber neue Merkmale bzw. Eigenschaften. Sie können ein Nachteil für das betroffene Lebewesen sein, aber auch positive Auswirkungen haben. Natürliche Auslese – nicht alle Nachkommen überleben Lebewesen, die aufgrund bestimmter Merkmale in ihrer Umwelt einen Vorteil haben, haben eine größere Chance zu überleben, sich fortzupflanzen und ihre vorteilhaften Eigenschaften an die Jungen weiterzugeben. Stieglitze, die stabile Nester bauen oder einen Schnabel aufweisen, der noch besser zum Samenpicken geeignet ist, haben gegenüber Stieglitzen, die schlampige Nester bauen oder einen Schnabel aufweisen, der nicht so gut zum Samenpicken geeignet ist, einen größeren Fortpflanzungserfolg. So werden durch natürliche Selektion geeignete Merkmale gefördert und ungeeignete Merkmale beseitigt. Mutation mutare (lat.) = ändern, verändern natürliche Selektion natürliche Auslese; Lebewesen sind verschiedenen Umwelteinflüssen ausgesetzt (Nahrungsangebot, Feinde, Konkurrenz, Klima, Licht …). Diese wirken als Auslese- oder Selektionsfaktoren, da nur die Lebewesen, die am besten an sie angepasst sind, überleben und die Merkmale an die Nachkommen vererben können; selectio (lat.) = das Auslesen Bei Umweltänderungen kann ein Vorteil zum Nachteil werden Der Birkenspanner, ein nachtaktiver Schmetterling, hat eine weiße Grundfarbe mit schwarzer Zeichnung. Tagsüber sitzt das Insekt bevorzugt auf Birken, wo man es aufgrund seiner Färbung kaum erkennen kann. Es ist dort vor Fressfeinden relativ sicher. Durch Mutation treten hin und wieder auch dunkel gefärbte Birkenspanner auf. Im Gegensatz zu ihren Artgenossen sind sie auf den Birken leicht zu erkennen und werden deshalb gefressen ( Abb. 25). Ende des 19. Jahrhunderts waren plötzlich 98 % der in der Nähe von Manchester lebenden Birkenspanner schwarz. Was war passiert? Die Erfindung der Dampfmaschine 1769 führte zur Industrialisierung, in deren Folge die Luft zunehmend verschmutzt wurde. In den Industriezentren färbten Staub und Ruß die Birkenstämme allmählich dunkel. Nun waren die dunklen Birkenspanner gut getarnt und damit im Vorteil. Dunkle Nachkommen überlebten und konnten sich vermehren, die weißen wurden gefressen ( Abb. 26). Kenn ich das? 25 Wo ist der helle Birkenspanner? 26 Wo ist der dunkle Birkenspanner? 27 Sandfarbene Löwin auf Suche nach Beute 28 Weiße Löwinnen halten Ausschau nach Beute 1. Durch ungeschlechtliche Fortpflanzung (zB Zweiteilung) entstehen Klone. Es kann jedoch auch vorkommen, dass das Erbmaterial der Nachkommen nicht genau identisch ist. Finde ein Erklärung dafür. 2. „Ohne Mutationen gäbe es keine Evolution.“ Erläutere diese Aussage. 3. Löwen, deren Fell aufgrund einer Mutation weiß ist, sind in freier Wildbahn sehr selten ( Abb. 28). Finde mögliche Begründungen dafür . 4. „Die Mutation, die bei Löwen zur weißen Fellfarbe führt, ist negativ.“ Beurteile die Korrektheit dieser Aussage und gib eine Begründung dafür an. Du bist dran! 36 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution – Arten ändern sich „Struggle for life“ und „Survival of the fittest“ Darwin fasste seine Erkenntnisse folgendermaßen zusammen: Die Veränderung der Arten ist das Ergebnis der natürlichen Selektion, eines Kampfes ums Dasein, („struggle for life“). Nur jene Individuen überleben, die am besten angepasst sind („survival of the fittest“). Der österreichische Verhaltensforscher Konrad Lorenz erklärte die Darwinsche Evolutionstheorie an folgendem Beispiel: Der Dingo ( Abb. 29) ist ein Haushund, der vor Jahrtausenden vom Menschen nach Australien gebracht wurde und dort verwilderte. In seiner neuen Heimat rottete der Dingo keine einzige Tierart aus, die zu seinem Beutespektrum zählte. Er trug aber zum Verschwinden von Beutelwolf und Beutelteufel ( Abb. 30) bei (zusätzlich zum negativen Einfluss des Menschen). Die sehr kräftigen Beutelraubtiere wären mit ihren mächtigen Gebissen dem Dingo an Kampfkraft eigentlich weit überlegen gewesen. Was war also passiert? Der Dingo und die Beutelraubtiere hatten das gleiche Beutespektrum. Sie standen miteinander also in Nahrungskonkurrenz. Der Dingo war mit seinem höher entwickelten Gehirn den Beuteltieren bei der Jagd überlegen. Die Tiere fanden kein Futter mehr. Die bereits durch den Menschen dezimierten Tiere (die Siedler jagten sie, um ihre Schafe zu schützen) starben in Australien aus. Der Beutelteufel ( Abb. 30) lebt heute nur noch auf Tasmanien, wo der Dingo nicht hingekommen ist. Der Beutelwolf ist mittlerweile ausgestorben. Der Kampf ums Dasein und das Überleben der Tauglichsten im Darwinschen Sinn bedeutet also nicht das gegenseitige Umbringen, sondern die Konkurrenz, durch bessere Angepasstheit an die Umwelt bestehen zu können. Der Dingo hat im Kampf ums Dasein gewonnen, ohne gekämpft zu haben. Konkurrenz – ein biologischer Auslesefaktor Der Dingo ist der Sieger im Kampf ums Dasein, den die Beutelraubtiere verloren haben. Der Beutelteufel wurde durch Konkurrenz verdrängt, der Beutelwolf ausgerottet. Selektionsfaktoren, die von anderen Lebewesen ausgehen, werden als biotische Selektionsfaktoren bezeichnet. Der Dingo und die beiden Beutelraubtiere standen in direkter Konkurrenz zueinander, da sie die selbe ökologische Nische aufwiesen. Darunter ist nicht der Lebensraum (die „Adresse“) der Tiere zu verstehen, sondern die Beziehung, in der sie aufgrund ihrer Ansprüche an ihre Umwelt (zB Ansprüche an Ernährung, Konkurrenten, Feinde) zum Ökosystem stehen (sozusagen ihr „Beruf“). Arten, die die gleiche ökologische Nische aufweisen, stehen in Konkurrenz zueinander. Letztendlich behauptet sich die Art im Wettbewerb um Nahrung, Wasser, Lebensraum etc., die überlegen (besser angepasst) ist. Die unterlegene Art muss ihre ökologische Nische ändern (Konkurrenzvermeidung; zB anderer Lebensraum, andere Nahrungsgewohnheiten). Wenn ihr das nicht möglich ist, wird sie verdrängt oder stirbt aus. Konrad Lorenz (1903–1989) erhielt 1973 für seine wissenschaftlichen Erkenntnisse auf dem Gebiet der Verhaltensforschung gemeinsam mit zwei anderen Verhaltensforschern den Nobelpreis. Beutespektrum umfasst alle Tierarten, die ein Beutegreifer als Nahrung nutzt. Tasmanien südöstlich der Landmasse Australiens gelegene Insel biotische Selektionsfaktoren sind zB Konkurrenz um Nahrung, Fressfeinde, Parasiten. Faktoren aus der unbeleten Umwelt (zB Klima, Höhenlage, Licht) werden als abiotische Selektionsfaktoren bezeichnet. 29 Dingo 30 Beutelteufel Enten und Schwäne vermeiden Konkurrenz Enten und Schwäne leben hauptsächlich in Seen und langsam fließenden Flüssen. Sie ernähren sich dort von kleinen Tieren und Wasserpflanzen. Zur Konkurrenzvermeidung suchen Enten bis zu 50 cm Tiefe nach Nahrung, Schwäne tauchen dazu in 70 bis 90 cm Tiefe. Kenn ich das? 37 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
Evolution Stammbäume Heute noch lebende und bereits ausgestorbene Arten haben gemeinsame Vorfahren. Mithilfe von Stammbäumen lassen sich der zeitliche Ablauf der Evolution sowie die Verwandtschaftsbeziehungen der Lebewesen darstellen. Stammbäume zeigen also welche Organismengruppen beziehungsweise Merkmale früher, welche später im Lauf der Stammesgeschichte aufgetreten sind und ob die Gruppen von Lebewesen mehr oder weniger gemeinsame Merkmale aufweisen. Grundlage dafür sind die Erkenntnisse aus Fossilienfunden sowie der Vergleich heute lebender Arten. Stammbäume basieren auf gemeinsamen Vorfahren Abb. 31 zeigt einen phylogenetischen Stammbaum der Wirbeltiere. Der Startpunkt des Baumes symbolisiert den gemeinsamen Vorfahren aller Wirbeltiere. An den jeweiligen Endpunkten der Linien stehen die heutigen Gruppen von Wirbeltieren. Die Linien zeigen, wie sich verschiedene Gruppen von Wirbeltieren entwickelt haben. Die Punkte, an denen sich die Äste verzweigen, repräsentieren gemeinsame Vorfahren, von denen zwei oder mehr Gruppen abstammen. Die senkrechten Abstände zwischen den Gruppen (Länge der Linien) symbolisieren das zeitliche Auftreten, die Abstände der Gruppen in der Waagrechten zeigen grob die Auseinanderentwicklung. Vorfahren sind Arten, die sich im Lauf der Evolution allmählich verändert und so zu einer späteren Art geführt haben. phylogenetischer Stammbaum Stammbaum, der die Entwicklung der Lebewesen im Verlauf der Erdgeschichte aufzeigt; phylon (griech.) = Stamm, génesis (griech.) = Schöpfung, Entstehung 31 Vereinfachter phylogenetischer Stammbaum der Wirbeltiere Auseinanderentwicklung Endpunkte Linien Startpunkt Zeit Verzweigungspunkte Säugetiere Vögel Reptilien Amphibien echte Knochenfische Haie frühe Landwirbeltiere Quastenflosser Lungenfische kieferlose Fische ausgestorbene Quastenflosser Fleischflosser Strahlenflosser Knorpelfische 1. Abb. 31 zeigt einen möglichen Stammbaum, eine Darstellung der Verwandtschaftsverhältnisse, der Wirbeltiere. Der heute noch lebende Quastenflosser bildet einen Seitenzweig. Nach heutigem Stand der Wissenschaft sind Tiktaalik, Ichthyostega, Seymouria und Cynognathus ( S. 28) direkte Vorfahren der jeweils erdgeschichtlich jüngeren Organismengruppe. Überlege, an welcher Stelle im Stammbaum Abb. 34 sie stehen könnten. Setze ihre Anfangsbuchstaben dort ein. 2. Ist der ausgestorbene Quastenflosser ein direkter Vorfahre der Landwirbeltiere? Begründe deine Antwort. 3. Wer ist früher aufgetreten, die Haie oder die Lungenfische? Begründe deine Antwort. 4. Wer ist näher miteinander verwandt, Reptilien und Vögel oder Reptilien und Säugetiere? Begründe deine Antwort. Du bist dran! 38 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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