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Phylogenetischer Stammbaum - Interpretation eines Kladogramms [Biologie, Oberstufe]
Das Wichtigste aus dem Video
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Transkriptautomatisch erstellt · 113 Zeilen
- [musik] In diesem Video geht es um die Phyogenie, also um die
- entwicklungsgeschichtlichen Verwandtschaftsbeziehung von Organismen. Wir werden in diesem Video klären, wie
- man phylogenetische Stammbäume liest und interpretiert, was ursprüngliche und abgeleitete Merkmale sind und in diesem
- Zusammenhang klären, inwiefern man Rückschlüsse in Bezug auf eine konvergente oder divergente Entwicklung
- ziehen kann. und was es mit den Begriffen monophyletisch, paraphyletisch und polyphyletisch auf sich hat. Die
- Analyse und Interpretation von Stambbäumen ist zudem immer wieder Gegenstand von Abiturprüfung im
- Fachbiologie. Aus diesem Grund werden konkrete Abiaufgaben dazu in einem weiteren Video vorgestellt.
- Um die Abstammungsgeschichte von Arten zu rekonstruieren und darzustellen, nutzt man Busch bzw. Also baumähnliche
- Diagramme, die man auch phylogenetische Bäume oder vielleicht auch geläufiger evolutionäre Stammbäume nennt. So ein
- Stammbaum kann theoretisch die Entwicklungsgeschichte aller Lebensformen darstellen, der Stammbaum
- des Lebens sozusagen. Aber auch die großen Entwicklungslinien z.B. von den Insekten oder aber die Geschichte
- einzelner Individuen oder Populationen innerhalb einer Art. Ein Beispiel hierfür sind Stammbäume einzelner
- Familie des Menschen, die im Kontext der Humangenetik bei der Analyse von potenziell auftretenden Erbkrankheiten
- eine wichtige Rolle spielen, wie ihr wahrscheinlich noch im Unterricht thematisieren werdet. Ein Stammbaum muss
- nicht zwangsweise die Stammesgeschichte von Arten abbilden. Er kann auch für die Stammesgeschichte von beispielsweise
- Genen oder Proteinen genutzt werden. Während lange Zeit phylogenetische Stammbäume anhand von anatomischen
- Merkmalen und Verhaltensweisen erstellt wurden, legen inzwischen für immer mehr Organismen Teilsequenzen oder ganze
- Genomsequenzen, also die gesamte DNA Sequenz des Organismus vor. Dieses Biologen ermöglichen, die Geschichte des
- Lebens- und Verwandtschaftsverhältnisse sehr viel detaillierter zu rekonstruieren, als es noch vor wenigen
- Jahrzehnten möglich war. Evolutionäre Stammbäume sind ein äußerst wichtiges Hilfsmittel in der Evolutionsbiologie.
- Wenn man sich mit Evolution beschäftigt, ist es wichtig, das Prinzip phylogenetischer Bäume zu verstehen. Die
- Rekonstruktion eines Stammbaums geschieht wie folgt. Nehmen wir an, es handelt sich um eine Art.
- Aus einer Art zu einem Zeitpunkt wird im Zeitverlauf eine Abstammungslinie. Diese Linie lässt sich bis zu einer
- Aufgabelung verfolgen. Zu dieser kommt es, wenn sich die Stammlinie in zwei Abstammungslinien aufspaltet und jede
- dieser Linien sich unabhängig weiterentwickelt und dabei unterschiedliche Merkmale entstehen,
- dargestellt durch die roten Punkte. Durch eine weitere Aufspaltung der Linien. Dann also, wenn sich innerhalb
- einer Art Population abermals getrennt voneinander entwickeln, entsteht ein evolutionärer Stammbaum. Hier
- exemplarisch der Stammbaum der Wirbeltiere. In dieser Darstellung wird der Verlauf der Zeit von links am
- weitesten zurückliegend nach rechts bis zur Gegenwart dargestellt. Es gibt aber auch abweichende Darstellungsform. Wie
- liest man einen solchen Stammbaum? Der gemeinsame Vorfahre einer dargestellten Gruppe findet sich immer
- an der Wurzel bzw. also dem Ursprung des Stammbaums. In diesem Fall ganz links. Alle Arten im dargestellten Stammbaum
- haben gemeinsam, dass sie ausgehend vom Vorfahre links sich weiterentwickelt haben. Es ist der gemeinsame Vorfahre
- aller Arten des abgebildeten Stammbaums. An den Verzweigungspunkten, an denen sich die Äste aufgabeln, hat sich eine
- Abstammungslinie in zwei Linien aufgespalten. Zu dem Zeitpunkt, wo sich eine Abstammungslinie in zwei Linien
- aufspaltet, hat ein Artbildungsereignis stattgefunden. Zumindest dann, wenn es sich bei diesem Stammbaum um Arten
- handelt. Ein solches Ereignis kann in einem Stammbaum durch einen jeweiligen Verzweigungspunkt dargestellt werden.
- Die sich aus der Stammlinie getrennt entwickelnden Linien, getrennt, weil beispielsweise eine geographische
- Barriere beide Populationen voneinander trennt, führt irgendwann dazu, dass sich die Populationen nicht mehr miteinander
- fortpflanzen können. sagt, dass sie reproduktiv voneinander isoliert sind und daher zwei neue Arten bilden. Wobei
- der Artbegriff wieder durchaus komplexer ist, Video verlinke ich euch mal an dieser Stelle. Da in beiden neuen
- Abstammungslinien Evolution stattfindet, evolvieren in ihnen auch neue Merkmale. Die entscheidende Information eines
- Stammbaums ist die Reihenfolge der Verzweigung im zeitlichen Verlauf der Evolution, denn sie gibt an, wer mit wem
- näher verwandt ist, wie nachfolgend am Beispiel eines Stammbaums der Wirbeltiere noch erläutert. In einem
- Stammbaum wie diesen, den ihr hier abgebildet seht und der in manchen Schulbüchern auch als Cladogramm
- bezeichnet wird, weil er auf der Evolution von Merkmalen basiert, werden Verwandtschaftsgruppen sogenannte Taxa
- geordnet. Jede Gruppe von Arten, der ein Name zugeordnet ist, bezeichnet man als Taxon bzw. im Plural als Taxa. In diesem
- Stammbaum stellen z.B. Mensch, Säugetiere, Landwirbeltiere und Wirbeltiere jeweils Taxad.
- Dabei gehört das Taxon Mensch zum nächsten umfangreicheren Taxon der Säugetiere. Dieses ist wiederum Teil des
- noch umfassender Taxons der Landwirbeltiere und schließlich der Wirbeltiere.
- Ein Taxon wie z.B. Die Säugetiere, das einen gemeinsamen Vorfahren und sämtliche von ihm abstammende Arten
- umfasst, nennt man eine monophyletische Gruppe oder ein Monophylung. Mit einem einzigen Schnitt kann eine
- monophyletische Gruppe aus einem Stammbaum, z.B. die der Säugetiere, die exemplarisch hier Maus und Mensch
- umfassen, entfernt werden. Es ist nämlich ein vollständiger Zweig am Stammbaum des Lebens. Manchmal reichen
- phylogenetische Daten nicht aus, um ausschließlich monophyletische Taxa zu beschreiben. Eine Gruppe, die nicht alle
- Nachkommen des gemeinsamen Vorfahren, manchmal auch als Stammart bezeichnet umfasst, bezeichnet man als
- paraphyletisch. Wie ihr sehen könnt, umfasst eine paraaphyletische Gruppe den letzten
- gemeinsamen Vorfahren dieser Gruppe und einige, aber nicht alle seiner Nachkommen. Wenn eine Gruppe nicht den
- letzten gemeinsamen Vorfahren der Gruppe umfasst, nennt man sie polyphyletisch. Die hier grün unterlegte Gruppe ist eine
- polyphyletische Gruppe, weil sie nicht den gemeinsamen Vorfahren der Gruppe umfasst. Dieser befindet sich nämlich
- recht weit in Richtung Ursprung des hier abgebildeten Stammbaums. Heutzutage herrscht Einigkeit darüber,
- dass sich Poli und paraphyletische Gruppen nicht eignen, um stammesgeschichtliche
- Verwandtschaftsverhältnisse wiederzuspiegeln. Dennoch existieren diese Gruppen bis heute noch, weil
- manche Organismen bisher nicht ausreichend phylogenetisch untersucht wurden. Je mehr phylogenetische Daten
- vorliegen, desto mehr polyphyletische und paraphyletische Gruppen können aus dem Stammbaurm eliminiert werden.
- Andererseits gibt es manche nichtmonophyletische Gruppen, die die Stammesgeschichte nicht korrekt
- darstellen, aber allgemein so bekannt sind, dass man sie nicht aufgeben möchte. Dazu zählt z.B. die Gruppe der
- Reptilien. Reptilien sind eine paraphyletische Gruppe, weil sie die Vögel ausschließen, die jedoch von den
- Dinosauriern abstammen. Wahrscheinlich würden viele von euch Vögel ungerne als Reptilien bezeichnen. Ein gemeinsamer
- Gruppenname existiert übrigens und lautet Sauropsin. Doch wer kennt diesen Namen schon? In phylogenetischen
- Untersuchung bezeichnet man die Organismengruppe, die im Mittelpunkt der Analyse steht als Innengruppe. Um ihre
- Merkmale einordnen zu können, wird sie mit einer Außengruppe verglichen. Dabei handelt es sich um eine möglichst nah
- verwandte Art bzw. Gruppe, die jedoch nicht zur Innengruppe gehört, widmen wir uns ein wenig genauer den in den
- Stammbäumen auftretenden Merkmalen. Biologen unterscheiden hinsichtlich der Evolution dieser Merkmale zwischen
- ursprünglichen und abgeleiteten Merkmalen. Jedes Merkmal eines Organismus entwickelt sich aus einem
- ursprünglichen Zustand. Dieses wird als ursprünglich oder pläiomorphes Merkmal bzw. als Pläomorphie bezeichnet.
- Im Laufe der Evolution kann daraus eine veränderte Form entstehen, das sogenannte abgeleitete oder apomorphe
- neu entstandene Merkmal. Abgeleitete Merkmale, die bei allen Vertretern einer bestimmten Organismengruppe auftreten
- und als Hinweis auf ihre gemeinsame Abstammung gelten, nennt man gemeinsam abgeleitete Merkmale oder Synapomorphin.
- Die Wirbelsäule als Merkmal ist z.B. wie eine Synapomorphie ein gemeinsam abgeleitetes
- neu entstandenes Merkmal aller Wirbeltiere. Für die Säugetiere ist die Wirbelsäule
- ein ursprüngliches pläiomorphes Merkmal, weil sie schon vor den Säugetieren existierte. Ihr seht also, ein
- bestimmtes Merkmal kann ursprünglich oder abgeleitet sein, abhängig vom jeweiligen Bezugspunkt, den man
- betrachtet. Die im schulischen Kontext relevantere Frage im Kontext der Evolution von
- Merkmalen ist, inwiefern beobachtete Ähnlichkeiten verschiedener Arten durch konvergente oder divergente Entwicklung
- entstanden sind. Weil diese Frage in Abiturklausuren eine wichtige Rolle spielt, wird sie im nächsten Video
- anhand von konkreten Abiaufgaben besprochen. So viel sei aber an dieser Stelle erwähnt. Nur gemeinsam
- abgeleitete Merkmale Synapomorphin, die sich in einer ganzen Gruppe von Organismen finden, können als Anzeichen
- für eine gemeinsame Abstammung dieser Gruppe gesehen werden. Merkmale, die zwei oder mehr Arten von einem
- gemeinsamen Vorfahren geerbt haben, bezeichnet man als homologe Merkmale bzw. Homologie. Alle rezent lebende
- sowie fossile ausgestorbene Wirbeltiere besitzen eine Wirbelsäule mit ähnlichen Merkmalen. Die Wirbelsäule von
- unterschiedlichen Wirbeltieren kann als Homolog bezeichnet werden und ist ein Beleg für die gemeinsame Verwandtschaft.
- Nicht alle ähnlichen Merkmale sind jedoch ein Anzeichen für Verwandtschaft. Wenn sich in verschiedenen
- Abstammungslinien unabhängig voneinander oberflächlich ähnliche Merkmale entwickeln, ist dies ein Anzeichen für
- eine konvergente Entwicklung. Die Flügelknochen von Vögel und Fledermäuse sind homologe Strukturen, weil sie von
- einem gemeinsamen Vorfahren vererbt wurden. Die Flügel jedoch sind nicht homolog, weil sie unabhängig voneinander
- aus den Vordergliedmaßen zweier nicht flugfähiger Stammarten evolvierten. Allgemein formuliert, ein Merkmal, das
- bei einem gemeinsamen Vorfahren entstanden ist und an dessen Nachfahren weitergegeben wird, ist für sie homolog.
- tritt ein ähnliches Merkmal jedoch bei entfernt verwandten Arten auf, ohne dass es auf denselben gemeinsamen Ursprung
- zurückgeht, dann ist es unabhängig entstanden, meist aufgrund ähnlicher Selektionsdrücke und damit analog bzw.
- hat sich konvergent wie gesagt im nächsten Video mehr. Denkt in diesem Zusammenhang daran, dass eine
- polyphyletische Gruppe nicht den letzten gemeinsamen Vorfahren der Gruppe umfasst. Betrachten wir diejenigen
- Gruppen, die das Merkmal Flügel teilen, betrachten wir eine polyphyletische Gruppe.
- Aber nicht nur die Frage, ob stammesgeschichtliche Verwandtschaft zwischen Arten vorliegt, sondern auch,
- wie eng diese Verwandtschaft ist, lässt sich anhand eines phylogenetischen Stammbaums ableiten. Mäuse und Menschen.
- Die beiden [musik] einzigen verglichenen Tiere mit Fell und Milchdrüsen haben einen gemeinsamen Vorfahren, der jünger
- ist als der letzte gemeinsame Vorfahrer von Mäusen mit Tauben und Krokodil. Anders formuliert: Maus und Mensch sind
- untereinander näher verwandt als jeweils mit Taube oder Krokodil. Anderenfalls müsste man nämlich annehmen, dass auch
- die Vorfahren von Tauben und Krokodilen ursprünglich Fell und Milchdrüsen besaßen und diese Merkmale im Laufe der
- Evolution wieder verloren haben. Für eine solche zusätzliche Annahme gibt es jedoch weder eine Notwendigkeit noch
- wissenschaftliche Belege. Aus diesem Grund ist die einfachere und besser gestützte Erklärung, dass Fell und
- Milchdrüsen gemeinsam abgeleitete Merkmale von Maus und Mensch sind. Dieses Prinzip, die einfachste Erklärung
- für beobachtete Daten heranzuziehen, wird bei der Rekonstruktion von Phylogenien angewendet und nennt sich
- Pasimonieprinzip oder Sparsamkeitsprinzip. เ
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