Evolution im Zeitraffer

„Viren haben Einfluss auf alle Lebewesen, von einzelligen Mikroben bis zum Menschen, und entscheiden oft über Leben und Tod. Zugleich entwickeln sie sich selbst weiter. Neue Viren, wie der AIDS-Erreger HIV sind womöglich die einzigen biologischen Entitäten, die so rasch entstehen, dass wir ihre Evolution in Echtzeit verfolgen können.“ (Louis Villarreal, 2005 – Leben Viren?)

Die schnelle Evolution der Influenzaviren

Wissen: Die schnelle Evolution der Influenzaviren (Informationen zur Evolution der Influenzaviren)

Unterrichtsmaterial: (1) Evolution von HA/NS (Aufgabe zu Evolutionsprozessen im Influenza-Virus) und (2) Alle Jahre wieder – die Grippeimpfung (Aufgaben zur Impfung und zum Vergleich verschiedener Viren)

Methodisch-didaktische Hinweise: ‚Evolution von HA/NS‘ und ‚Alle Jahre wieder – die Grippeimpfung‘ – der Einsatz im Unterricht

Resistenz gegen HIV

Wissen: (A) Resistenz gegen HIV – Informationen zur Evolution der Resistenz gegen HIV und (B) Recherche und Analyse von Gensequenzen zur Resistenz gegen HIV – Informationen für Unterrichtsmaterial B zum Einsatz der Gen-Datenbank GenBank und des Sequenz-Analyse-Programms Genedoc

Unterrichtsmaterial: (A) Resistenz gegen HIV – Sequenzanalyse des „Resistenzgens“ und (B) Resistenz gegen HIV – Sequenzanalyse des „Resistenzgens“ als computer- und internetbasierte Aufgabe

Methodisch-didaktische Hinweise: Resistenz gegen HIV – der Einsatz im Unterricht

Das Resistenz-Allel CCR5Δ32 – Selektion durch die HIV-Pandemie?

Wissen: Das Resistenzallel CCR5D32 (Informationen zu Selektionsfaktoren der Resistenz)    

Unterrichtsmaterial: Das Resistenzallel CCR5D32 – Selektion durch die HIV-Pandemie?

Methodisch-didaktische Hinweise: Das Resistenzallel CCR5D32 – der Einsatz im Unterricht

Vom Menschen verursachte Evolution

Der Mensch beeinflusst seine Umwelt auf vielfältige Art und Weise. Durch unser Handeln verändern wir Lebensräume und ganze Ökosysteme, das Klima und die Zusammensetzung von Lebensgemeinschaften. Dabei erzeugen wir – beabsichtigt wie bei der gezielten Züchtung und der Genmanipulation, zumeist jedoch unbeabsichtigt wie beispielsweise im Fall des Klimawandels – ständig neue Selektionsdrücke auf die Lebewesen unseres Planeten. Die dadurch hervorgerufenen evolutiven Folgen unseres Handelns sind oft gravierend und schwer vorhersehbar. Der übermäßige Einsatz von Antibiotika und Pestiziden bewirkt Resistenzen bei den zu bekämpfenden Organismen; gezielte Jagd führt zu Änderungen in Körperbau und Verhalten der bejagten Tiere. Die Ausrottung von Arten und die weltweite Verschleppung von Organismen bewirken ständige Veränderungen lokaler Lebensgemeinschaften, deren ökologische und evolutive Folgen bislang nicht vollständig zu überblicken sind. Da es heute vermutlich kaum noch Lebewesen auf der Erde gibt, die nicht in irgendeiner Art und Weise durch den Menschen beeinflusst werden, ist es ein wichtiges Anliegen, dass wir uns der Folgen unseres Tuns und der daraus erwachsenden Verantwortung bewusst werden.

Warum wird der Kabeljau immer kleiner?

Wissen: Warum wird der Kabeljau immer kleiner? (Hintergrundinformationen zum Phänomen)

Unterrichtsmaterial: Warum wird der Kabeljau immer kleiner? (Simulationsspiel zu den Auswirkungen der Fischerei auf Allelhäufigkeiten; Spielplan)

Methodisch-didaktische Hinweise: Warum wird der Kabeljau immer kleiner? – Durchführung und Einsatz im Unterricht

Ursprung des Lebens

Die Frage nach dem Ursprung des Lebens beschäftigt Naturwissenschaftler und Philosophen seit Jahrtausenden. Vor allem im abendländischen Kulturkreis galt lange ein göttlicher Schöpfungsakt, wie im Alten Testament beschrieben, als einzig denkbare Antwort. Darwins Evolutionstheorie stellte die Wissenschaftler auch in diesem Kontext vor eine neue, schwierige Aufgabe, mussten sie doch nun erklären, wie aus toter Materie Leben hervorgehen kann. Der Zeitpunkt der Entstehung von Leben auf der Erde kann heute auf den Zeitraum von 3,6 bis 4 Milliarden Jahren vor unserer Zeit eingegrenzt werden. Einigkeit besteht unter Wissenschaftlern auch darin, dass für Leben, wie wir es kennen, neben flüssigem Wasser vor allem die Elemente Kohlenstoff, Stickstoff, Phosphor und Schwefel eine zentrale Rolle spielen. Wie aus diesen Elementen und ihren Verbindungen die ersten lebendigen Zellen entstanden sind, ist jedoch auch heute noch Gegenstand einer lebhaften Diskussion.

Die Oparin-Haldane Theorie von der „Ursuppe“, die Theorie über hydrothermale Quellen als Zentren für die Entstehung des Lebens und die Theorie der RNA-Welt sind nur eine Auswahl wichtiger Meilensteine in dieser Diskussion über den Ursprung des Lebens… 

Wasser – Ursprung des Lebens

Wissen: Wasser – Ursprung des Lebens? (Hintergrundinformationen)

Unterrichtsmaterial: Wasser – Ursprung des Lebens? – Filmszenen, Version 1 und Version 2 (Begleitaufgabe zur gleichnamigen Animation: ‚Wasser – Ursprung des Lebens‘ 

Methodisch-didaktische Hinweise: ‚Wasser – Ursprung des Lebens? – Filmszenen‘ – der Einsatz im Unterricht

Coevolution

Organismen leben nicht isoliert in einer abiotischen Welt, sondern sie interagieren auf vielfältige Weise mit ihren Artgenossen und mit artfremden Lebewesen. Häufig erzeugen diese Interaktionen wechselseitige Selektionsdrücke auf die beteiligten Organismen. Wenn durch solche Interaktionen – beispielsweise zwischen einer Art A und einer Art B – Art A einen Selektionsdruck auf Art B ausübt, sich die Organismen der Art B dadurch evolutiv verändern und ihrerseits wiederum einen Selektionsdruck auf Art A ausüben, spricht man von Coevolution. Eines der bekanntesten Beispiele für das Ergebnis solcher coevolutionären Prozesse zeigt sich in der beeindruckenden Vielfalt von Blütenpflanzen und ihren spezifischen Bestäubern.

Bei der wechselseitigen Anpassung von Blüten und Bestäubern handelt es sich um einen mutualistischen Coevolutionsprozess; das Ergebnis ist häufig eine Symbiose zwischen den beteiligten Arten. Demgegenüber sind Beziehungen zwischen Parasit und Wirt oder zwischen Räuber und Beute Beispiele für antagonistische Coevolution. Diese Form der Coevolution kann in einem sogenannten „evolutionären Wettrüsten“ gipfeln, bei dem die eine Seite fortlaufend ihre Verteidigungs- oder Ausweichmöglichkeiten verbessert, während die andere gleichzeitig genötigt ist, effizientere Infektionswege oder Jagdmethoden zu entwickeln. Durch die vielfältigen Interaktionen wird somit der evolutionäre Wandel kontinuierlich vorangetrieben.

Ein evolutionäres Wettrüsten

Wissen: Ein evolutionäres Wettrüsten (Hintergrundinformationen)

Unterrichtsmaterial: Ein evolutionäres Wettrüsten (Begleitaufgabe zur gleichnamigen Dokumentation: ‚Ein evolutionäres Wettrüsten‘

Methodisch-didaktische Hinweise: Ein evolutionäres Wettrüsten – der Einsatz im Unterricht

Darwin

Der Wechsel von einem statisch-typologischen zu einem dynamisch-evolutionären Weltbild stellt zweifellos einen der größten Paradigmenwechsel der Menschheitsgeschichte dar. Ausgelöst wurde dieser Wandel durch das Erscheinen von Charles Darwins Werk ‚On the Origin of Species‘ im Jahr 1859, in welchem er seine Ideen zur Evolution der Lebewesen darlegte. Die Entstehung von Anpassungen als Folge natürlicher Selektion und das Prinzip der gemeinsamen Abstammung bilden bis heute das Rückgrat der modernen Evolutionstheorie. Ungelöst blieb für Darwin jedoch Zeit seines Lebens die Frage nach den Ursachen der Entstehung und Aufrechterhaltung vererbbarer Varianz zwischen den Individuen einer Art, eine wesentlichen Voraussetzung für die Wirksamkeit natürlicher Selektion. Erst nach Darwins Tod lieferte die Entdeckung der genetischen Grundlagen der Vererbung und der Varianz erzeugenden Evolutionsfaktoren Mutation und Rekombination eine schlüssige Erklärung. Diese und viele weitere Entdeckungen ergänzten und erweiterten die Evolutionstheorie im Verlauf der letzten 150 Jahre und auch heute noch tragen regelmäßig neue Erkenntnisse zu ihrer Weiterentwicklung und Präzisierung bei.  

Die Entwicklung der Evolutionstheorie seit Darwin

Wissen: Die Entwicklung der Evolutionstheorie seit Darwin (Informationen zur geschichtlichen Entwicklung der Evolutionstheorie)

Unterrichtsmaterial: Die Entwicklung der Evolutionstheorie seit Darwin (Erarbeitung der Meilensteine in der Entwicklung der Evolutionstheorie) - Zeitstrahl und concept-map

Methodisch-didaktische Hinweise: Die Entwicklung der Evolutionstheorie seit Darwin – Durchführung und Einsatz im Unterricht