LernaufgabeIIzumThemaRudimenteundAtavismen · 2012-11-12 · Biologie’ 11.’Schuljahr’ Fasel’Dominique’ Lernaufgabe’II’ Evolution’ Rudimente’und’Atavismen’

Biologie 11. Schuljahr Fasel Dominique Lernaufgabe II Evolution Rudimente und Atavismen

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Lernaufgabe II zum Thema Rudimente und Atavismen

A Allgemein Fach: Biologie Thema: Evolution Schulstufe: Gymnasium Schuljahr: 11. Schuljahr, Grundlagenfach Dauer: ca. 25 Minuten Sozialform: Partnerarbeit

1. Leitidee Vor ungefähr dreieinhalb Milliarden Jahren nahm die Geschichte des Lebens seinen Anfang. In den folgenden Jahren der Erdgeschichte entwickelte sich das Leben weiter, von einfachen Pflanzen und Tieren im Meer zu komplexeren Gruppen. Über längere Zeitabschnitte hinweg veränderten sich Gestalten, Funktionen und Lebensweisen wandelten sich, schlussendlich führte diese Veränderungen zur Ausbildung vieler verschiedenen Organisationstypen und einer sehr hohen Artenvielfalt. In dieser Lernaufgabe setzten sich die Schüler und Schülerinnen mit dem Thema „Sichtbarkeit der Evolution“ auseinander. Sie sollen erkennen, dass Evolution nicht einfach nur eine abstrakte Theorie ist, sondern dass vielerorts Spuren zu finden sind. Nicht nur Fossilien sind ein wichtiges Zeugnis der Evolution, auch wir Menschen tragen in uns evolutionäre Überreste. Rudimente und Atavismen werden als solche Überreste angesehen und dienen als Beleg für die Evolution. Für die betroffenen Organismen haben sie zwar keinen unmittelbaren Nutzen, für die Wissenschaft hingegen sind sie sehr interessant und äusserst aussagekräftig. In den verschiedenen Aufgaben werden die Schüler und Schülerinnen mit Beispielen von Rudimenten und Atavismen konfrontiert. Ohne dass sie eine Erklärung erhalten, was genau ein Rudiment oder Atavismus ist, sollen sie die Beispiele analysieren und interpretieren. Ein zentraler Aspekt dieser Lernaufgabe ist die Förderung des vernetzten Denkens. Die Schüler und Schülerinnen lernen, Parallelen zu anderen, vorher besprochenen Themen und Theorien zu ziehen (Evolutionstheorie, Genetik, Stammesgeschichte, Homologien etc). Schlussendlich formulieren sie in eigenen Worten eine Definition für Rudiment und eine für Atavismen.

2. Lernziele • Die SuS kennen die Begriffe „Rudiment“ und „Atavismus“ und können diese mit

einem Beispiel illustrieren. • Die SuS kennen den genetischen Hintergrund von Atavismen • Die SuS sind in der Lage aus allgemeinen Informationen grössere

Zusammenhänge zu erkennen und diese zu erklären.


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3. Vorkenntnisse Diese Lernaufgabe ist für die Endphase der Unterrichtseinheit „Evolution“ gedacht. Die Basismechanismen der Evolution wurden im Unterricht schon durchgenommen. Die Schüler und Schülerinnen sind mit der grundlegenden Evolutionstheorie vertraut. Sie wissen, wie ein phylogenetischer Stammbaum gemacht wird, was Homologien, Analogien sind und auch Divergenz und Konvergenz ist ihnen ein Begriff. Zudem kennen sie die Stammesgeschichte der Wirbeltiere.

B Ablauf der Lernaufgabe

1. Dauer Einstieg durch Lehrperson: 5 Minuten Bearbeitung der Aufgabe: 15 Minuten Besprechung der Aufgabe: 5 Minuten

2. Informierender Einstieg Die Lernaufgabe wird gegen Ende der Unterrichtseinheit „Evolution“ durchgeführt und die Schüler und Schülerinnen verfügen über ein grosses Vorwissen. Die Theorie zu Rudiment und Atavismus erarbeiten sich die SuS selbstständig, deshalb sollte nicht zuviel vorweggenommen werden. Der informierende Einstig sollte relativ kurz gehalten werden.

3. Material Alle SuS erhalten ein Arbeitsblatt.

4. Ergebnissicherung Die SuS füllen zu zweit das Arbeitsblatt aus und korrigieren es in der Besprechung mit der Lehrperson.


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C – Arbeitsblatt Einstieg: Fassen Sie zur Wiederholung kurz die Stammesgeschichte der Wirbeltieren zusammen. Was bedeuten die Verzweigungspunkte? Die rot umrandeten Zahlen stellen neu entwickelte Merkmale dar, die alle Gruppen rechts der Markierung haben. Um welche drei Merkmale handelt es sich?

Teil 1: Evolution ist Sichtbar Aufgabe A Der Walfisch hat im Hinterleib Knochen, welche nicht mit der Wirbelsäule verbunden sind. Stellen Sie eine Hypothese auf, warum der Walfisch diese Knochen hat. Beziehen Sie Ihr Wissen über die Stammesgeschichte der Wirbeltiere mit ein.

Abb. 1

Abb. 2


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Aufgabe B Schauen Sie sich die Abbildung des Samenleiters beim Menschen an. Er macht einen Umweg durch den Unterbauch des Mannes, der Leiter überkreuzt sich sogar einmal. Die Spermien legen einen relativ langen Weg vom Entstehungsort zum Austrittsort zurück.

Warum macht der Samenleiter eine Schlaufe durch die Körperhöhle? Stellen Sie eine Hypothese auf und vergleichen Sie dabei die Anatomie des Fisches, des Vogels und der Amphibien mit derjenigen des Menschen.

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09.11.12 11:39

Seite 1 von 1http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/b0/Fish-anatomy.svg

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Abb. 4


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Aufgabe C Beschreiben Sie die dargestellten Merkmale der Tiere. Es handelt sich bei allen Beispiele um rudimentäre Organe. Leiten Sie anhand der Beispiele eine allgemeine Definition von Rudimenten her.

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Abb. 5


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Teil 2: Konservierte Gene

Aufgabe A Schauen Sie sich das Portrait von Fedor Jeftichew an. Was denken Sie, was ist der Grund für seine übermassige Ganzkörperbehaarung? Ziehen Sie Verbindungen zum oben aufgeführten Text.

Der Weg zur Vielfalt des Lebens

Die Evolutionstheorie besagt, dass die ganze Vielfalt des Lebens durch allmähliche Veränderungen und Artbildungen aus einem ursprünglichen Lebewesen hervor-gegangen ist. Zahlreiche Belege aus den unterschiedlichsten Gebieten zeigen, dass die Evolution eine Tatsache ist, und der von Charles Darwin entdeckte Prozess der natürlichen Auslese ihre wichtigste Antriebskraft.

Eine wichtige Erkenntnis war, dass bestehende Strukturen zurück-gebildet werden wenn ihre Funktion wegfällt, da ihr Erhalt unnötig Energie kostet, - so verloren Vögel auf Inseln, auf denen keine Raubtiere leben und Nahrung leicht zu finden ist, oftmals die Funktionsfähigkeit ihrer Flügel. Mitunter bekommen solche

Strukturen auch neue Funktionen, so wurden die Flügel der Pinguine zu Flossen, mit deren Hilfe sie zu ausgezeichneten Schwimmer wurden.

Gene von früheren Merkmalen werden aber nicht ohne weiteres aus der Erbanlage entfernt. Viele Gene sind immer noch vorhanden, sie werden jedoch durch bestimmte Mechanismen blockiert. Moderne genetische Untersuchungen be-stätigten, dass etwa der Mensch mehrere tausend abgeschaltete Gene besitzt. Verschiedene Faktoren beeinflussen die Genregulation, durch eine Mutation beispielsweise könnte es vorkommen, dass bestimmte passive Gene wieder eingeschaltet oder andere aktive Gene ausgeschaltet werden.

oekosystem-erde.de http://www.oekosystem-erde.de/html/evolution.html !

Fedor Jeftichew wurde 1868 in Sankt Petersburg geboren. Sein spezielles Aussehen verhalf ihm zu zweifelhaftem Ruhm: Das gesamte Gesicht des Mannes- Stirn, Wangen, Nase und Ohren - war von einem etwa zehn Zentimeter langen Fell bedeckt. Nur Augen und Lippen leuchteten unter dem dunkelblonden Pelz hervor. Fast sein ganzes Leben lang war er mit Wanderzirkussen unterwegs, schließlich wurde er vom Schaustellerpionier Barnum unter Vertrag genommen. Der stellte den sprachbegabten Jungen als unzähmbaren Wilden dar, in den Vorstellungen musste Jeftichew bellen und jaulen...

Abb. 6


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Aufgabe B Menschen wie Fedor Jeftichew leiden möglicherweise an einer Stoffwechselstörung oder an einer anderen Krankheit, welche dieses Haarleiden bewirkt. Eine andere Erklärung wäre, dass es sich um einen Atavismus handelt. Heutzutage ist eine ganze Reihe solcher als Atavismen bezeichneten Phänomene bekannt: in seltenen Fällen weisen Frauen beispielsweise zusätzliche Brustwarzen auf, die sich ähnlich wie die Milchleiste von Säugetieren von der Achsel bis in die Leistengegend ziehen. Auch Kinder mit einem kleinen Schwanzfortsatz am Ende der Wirbelsäule kommen gelegentlich zur Welt. Auch in der Tierwelt sind Fälle von Atavismen bekannt. Ein Beispiel lässt sich bei der Kuh finden: Relativ selten gibt es Kühe, welche eine überzählige Klaue am Huf haben. Was ist ein Atavismus? Formulieren Sie eine allgemeine Definition. Überlegen Sie sich dabei, was die genetische Ursache sein könnte und worin sich Atavismen von Rudimenten unterscheiden.

Abb. 7


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D -‐ Lösung Einstieg: Beim Stammbaum stellt jeder Verzweigungspunkt einen gemeinsamen Vorfahr sämtlicher Arten dar, die daraus hervorgehen. Die Zahlen stellen ein homologes Merkmal dar, das von allen Gruppen rechts der Markierung geteilt wird. Die betreffenden Merkmale sind: Tetrapodenextremitäten, Amnion und Federn. Alle Wirbeltiere haben einen gemeinsamen Vorfahren, das Urwirbeltier. Das homologe Merkmal ist die ursprüngliche Wirbelsäule. Alle Wirbeltiere mit Ausnahme der Fische haben einen gemeinsamen Vorfahren, welcher vier Extremitäten aufweist. Alle Wirbeltiere ausser den Amphibien und den Fischen haben einen gemeinsamen Vorfahren, welcher als homologes Merkmal ein Amnion hat (eine schützende Eihaut und die Fruchtblase der Amniota). Teil 1: Evolution ist Sichtbar Aufgabe A In den Skeletten der Wale lassen sich Reste des Beckengürtels und Fragmente der Ober-‐ und Unterschenkel erkennen. Dies ist ein Hinweis darauf, dass Wale von vierfüssigen, landlebenden Tieren abzuleiten sind. Aufgabe B Ursprünglich, wie bei den anderen Wirbeltieren, waren die Geschlechtsdrüsen im Körper des Männchens. Dass sich die Hoden im Hodensack befinden, ist ein neues, abgeleitetes Merkmal bei den Säugetieren. Die männlichen Geschlechtsdrüsen verlagerten sich von der Körpermitte zu den Beinen hin, das erklärt den langen und umständlichen Weg des Samenleiters. Aufgabe C

• Die Glasschnecke hat ein Haus, welches jedoch nicht mehr gebraucht wird. Das Haus ist zu klein dass die Schnecke sich dort zurückziehen könnte und die Schale ist zu dünn, dass sie einen mechanischen Schutz darstellen könnte. Die Vorfahren der Glasschnecke hatten ein funktionsfähiges Haus.

• Der Maulwurf hat so ausgeprägte Sinnesorgane, dass er den Sehsinn eigentlich

nicht mehr braucht. Er hat zwar noch Augen, doch die sind quasi ohne Funktion. Die Vorfahren des Maulwurfes hatten Augen, der Maulwurf ist somit eine Spezialform der Säugetiere und nicht eine Vorform.

• Die Beweglichkeit der Ohrmuscheln spielt für viele Tiere eine grosse Rolle, um die

Richtung zu orten, aus der ein Geräusch kommt. Da der Mensch über einen


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ausgezeichneten Sehsinn verfügt, ist das präzise Richtungshören mit den Ohren eher nicht überlebenswichtig. Somit verkümmerte die Ohrmuskulatur beim Menschen im Laufe der Evolution.

• Seelöwen haben noch Fingernägel, obwohl sie diese nicht brauchen.

• Die "Reste" des Beckens und der Hinterextremität bei Pythonschlangen werden

evolutionstheoretisch als Rückbildungen beim Übergang von der laufenden zur schlängelnden Fortbewegung interpretiert.

• Der Kiwi ist ein flugunfähiger Vogel. Bei diesem Vogel werden die schwach

ausgebildeten Flügel evolutionstheoretisch als rudimentäre Flügel gedeutet. Angeblich verkümmerten die Flügel, weil in seinen Lebensräumen kaum natürliche Feinde vorhanden sind.

Definition

RUDIMENTE (= RUDIMENTÄRE ORGANE) Rudimente sind funktionslose, rückgebildete Strukturen. Sie sind im Laufe der Stammesgeschichte entstanden, wenn sich die Lebensweise einer Art -‐ z. B. wegen sich wandelnder Umweltbedingungen -‐ geändert hat. Beispiele für Rudimente sind die "Griffelbeine" des Pferdes (Rudimente v. Mittelfussknochen), sowie der Wurmfortsatz (Blinddarm) des Menschen.

biologie-‐lexikon.de Teil 2: Konservierte Gene Aufgabe A Die früheren Vorfahren der Menschen hatten dichten Haarwuchs wie zum Beispiel Primaten oder Schimpansen. Die Ursache für die Behaarung von Fedor könnte ein von den tierischen Vorfahren stammendes urzeitliches Gen sein. Viele alte Erbanlagen schlummern im menschlichen Genom, sie werden im Laufe der Evolution lediglich abgeschaltet. Durch eine Mutation könnte ein solches Gen bei Fedor wieder angeschaltet worden sein. Aufgabe B Atavismen sind im Unterschied zu Rudimenten eher zufällig auftretende, untypische Erscheinungen, die früher einmal während der Stammesgeschichte auftraten und dann wieder verschwunden sind. Während Rudimente meist bei allen oder mehreren Vertretern einer Art auftreten, sind Atavismen ungewöhnliche anatomische Merkmale, die meist nur ein Individuum betreffen. Durch das Vorhandensein eines Atavismus ist davon auszugehen, dass bestimmte genetische Merkmale von damals auch heute noch im Genotyp vorhanden und lediglich blockiert sind. Durch verschiedene Faktoren können diese Merkmale wieder reaktiviert werden.


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Definition

ATAVISMUS Der Begriff stammt aus dem Lateinischen „atavus“ und bedeutet „Urgrossvater“, „Vorfahre“. Unter einem Atavismus versteht man einen "Rückschlag" zum Aussehen eines stammesgeschichtlichen Vorfahren. Bei einzelnen Individuen einer Art treten Merkmale wieder auf, die schon vor langer Zeit im Laufe der Stammesgeschichte dieser Art verschwunden sind.

biologie-‐lexikon.de

E Literatur

1. Bücher • Knauer, B; Kronberg, I Dr.; Krull, H.: Natura Biologie für Gymnasien -‐ Evolution,

Stuttgart 2007. S. 33. • Campbell, Neil A.; Reece, Jane B.: Biologie. 6. Aufl. Heidelberg 2003. S. 546-‐550.

2. Bilder • Abb. 1:

www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/evolution/5palaeo/palaeo.htm

• Abb. 2: http://www.biologie-‐schule.de/rudiment-‐und-‐atavismus.php • Abb. 3: http://www.wunschkinder.net/theorie/ursachen-‐der-‐

unfruchtbarkeit/maennliche-‐ursachen/spermientransport/ • Abb. 4:

o Fisch: http://de.wikipedia.org/wiki/Knochenfische o Huhn: http://www.welli-‐

mania.de/Wellensittiche/Anatomie/anatomieseite_skelett.htm o Amphib: http://www.froschnetz.ch/biologie/index.htm

• Abb. 5: o Seelöwe: http://www.sangay.com/ecuadorguide/galapagos-‐

islands/thigmotactic-‐mammals-‐of-‐the-‐galapagos-‐islands/ o Maulwurf:

http://www.schaedlingskunde.de/Steckbriefe/htm_Seiten/Maulwurf-‐Talpa-‐europaea.htm

o Ohren: http://www.abendblatt.de/ratgeber/wissen/article1524918/Warum-‐koennen-‐manche-‐Menschen-‐mit-‐den-‐Ohren-‐wackeln-‐und-‐andere-‐nicht.html

o Schnecke: http://www.weichtiere.at/Schnecken/land.html?/Schnecken/land/vitrinidae.html

o Kiwi: http://de.wikipedia.org/wiki/Kiwis


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o Python: http://visualsunlimited.photoshelter.com/image/I0000GMum2tlhgVQ

• Abb. 6: http://www.tumblr.com/tagged/fedor-‐jeftichew • Abb. 7:

o Brustwarzen: http://williswissensweb.homepage.t-‐online.de/Biologie/Evolution/KAtavismusRudiment.html

o Schwanz: http://www.islam-‐deutschland.info/forum/viewtopic.php?p=97489&sid=0686de1e5385deef72752ec51701d2dd

o Huf: http://www.scheffel.og.bw.schule.de/faecher/science/biologie/evolution/2befunde/befunde.htm

3. Websites • http://www.oekosystem-‐erde.de/html/evolution.html • http://www.spick.ch/aktueller-‐spick/szene/aha-‐fragen/atavismus.html • http://www.biologie-‐schule.de/rudiment-‐und-‐atavismus.php

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