Evolution: Wie Tiere und Pflanzen sich über Jahrmillionen verändert haben

Die Evolution hat das Leben auf der Erde über 3,8 Milliarden Jahre geformt. Tatsächlich sind die allermeisten Arten, die jemals existierten, heute ausgestorben. Vor mehr als 700 Millionen Jahren entwickelten sich aus Einzellern die ersten mehrzelligen Organismen. In diesem Artikel zeigen wir Ihnen, was evolution meaning genau bedeutet, wie die human evolution vom Affen zum Menschen verlief und welche Entwicklungsschritte Tiere und Pflanzen durchlaufen haben. Darüber hinaus beleuchten wir Massenaussterben und deren Auswirkungen auf die Artenvielfalt.

Was ist Evolution und warum verändert sich das Leben

Evolution meaning: Die Bedeutung der evolutionären Veränderung

Evolution beschreibt die allmähliche Veränderung vererbbarer Merkmale einer Population von Generation zu Generation. Das lateinische Wort „evolvere“ bedeutet wörtlich „herausrollen“ oder „entwickeln“. Biologisch gesehen findet Evolution statt, wenn sich die Häufigkeit bestimmter Allele im Genpool einer Population ändert. Der Genpool umfasst die Gesamtheit aller genetischen Variationen innerhalb einer Fortpflanzungsgemeinschaft.

Merkmale von Lebewesen sind in Form von Genen codiert, die bei der Fortpflanzung kopiert und an Nachkommen weitergegeben werden. Durch Mutationen entstehen unterschiedliche Varianten dieser Gene, die zu veränderten oder neuen Merkmalen führen können. Evolution vollzieht sich durch Interaktion mit der Umwelt und resultiert in verschiedenen genetischen Veränderungen, die häufig eine Anpassungsreaktion darstellen.

Wie funktioniert natürliche Selektion

Natürliche Selektion ist ein grundlegender Mechanismus der evolution, den Charles Darwin prägte. Die Grundlage liegt in der unterschiedlichen Wahrscheinlichkeit, mit der Individuen ihre Erbanlagen an Folgegenerationen weitergeben. Dabei üben äussere Faktoren als Selektionsfaktoren entscheidende Einflüsse aus.

Zwei Voraussetzungen müssen erfüllt sein: Jede Art bringt mehr Nachkommen hervor als für ihre Erhaltung notwendig ist, und diese Nachkommen unterscheiden sich in ihren Merkmalsausprägungen. Selektionsfaktoren wirken auf den Phänotyp ein. Wir unterscheiden zwischen abiotischen Faktoren wie Temperatur, Licht oder Wind und biotischen Faktoren wie Nahrung oder Konkurrenz.

Fitness bedeutet in der Evolutionsbiologie nicht körperliche Stärke, sondern die Fähigkeit, sich an die Umgebung anzupassen und sich fortzupflanzen. Individuen mit höherem Fortpflanzungserfolg besitzen eine höhere Fitness. Falls Individuen einer Population in Merkmalen variieren, bewirkt die Selektion einen unterschiedlichen Fortpflanzungserfolg. Einige Individuen überleben länger, produzieren mehr Nachkommen oder widerstehen Krankheiten besser.

Evolutionär wirksam ist nur die Selektion erblicher Merkmale. Die Erbanlagen der fitteren Individuen sind dann in der Folgegeneration mit einem grösseren Anteil vertreten. Für die Populationsgenetik bedeutet Selektion eine gerichtete Verschiebung der Allelfrequenz in der Population. Körper stellen immer einen Kompromiss dar. Natürliche Selektion führt lediglich dazu, dass aus der Auswahl verfügbarer Genkombinationen jene mehr Nachkommen hinterlässt, die sich unter jeweiligen Bedingungen besonders bewährt.

Die Rolle von Mutationen und genetischer Vielfalt

Mutationen sind dauerhafte Veränderungen des Erbguts, die vererbbar sind. Sie gelten als wichtigster Evolutionsfaktor, weil durch Erbgutveränderungen neue Allele in den Genpool gelangen. Mutationen treten zufällig und unkontrolliert auf. Man kann nicht vorhersagen, wo und wie ein Gen mutieren wird.

Mutation erzeugt neue genetische Variation in einem Genpool und ist der Ursprung aller neuen Allele. Bei sexuell fortpflanzenden Arten sind nur Mutationen in den Keimzellen evolutionär relevant, da nur diese an Nachkommen weitergegeben werden. Mutationen allein haben wenig Einfluss auf Allelfrequenzen, liefern jedoch die genetische Variation, damit andere Evolutionskräfte wirken können.

Genetische Vielfalt entsteht durch Mutationen und Rekombination bei sexueller Fortpflanzung. Die sexuelle Fortpflanzung mischt Gene und erhöht die genetische Vielfalt. Bei Vielzellern existieren zu circa 40 Prozent der Strukturgene ein oder mehrere Allele, und circa 12 Prozent der Genloci eines Individuums liegen heterozygot vor. Bei der grossen Anzahl von Genen sorgt die ständige Rekombination dafür, dass kein Individuum einem anderen völlig gleicht. Diese enorme genetische Variation liefert eine wesentliche Grundlage für die biologische evolution durch Selektion.

Die ersten Lebewesen: Vom Einzeller zum Vielzeller

Leben im Präkambrium: Die ersten Bakterien

Vor etwa 3,5 bis 3,8 Milliarden Jahren entstanden die ersten Lebensformen auf der Erde. Diese frühen Organismen waren Prokaryoten, einfache Einzeller ohne Zellkern, die ausschliesslich aus einer Zellmembran und einem minimalen Überlebenspaket bestanden. Bakterien und Archaeen dominierten das Leben während der ersten 1,8 Milliarden Jahre.

Die ältesten Stromatolithen, geologische Zeugnisse der Aktivität von Cyanobakterien, wurden in Westaustralien gefunden und sind 3,46 Milliarden Jahre alt. Stromatolithen bildeten sich durch schleimige Matten von Mikroorganismen in flachen Gewässern. Diese Bakterien fingen Staub- und Tonpartikel in ihrer schleimigen Hülle ein, wodurch im Laufe der Zeit knollenförmige steinerne Blöcke entstanden. Vor zwei Milliarden Jahren bildeten Stromatolithen ganze Wälder oder Riffe, die sich über viele hundert Kilometer erstreckten und bis zu hundert Meter hoch waren.

Cyanobakterien veränderten die Erde grundlegend durch ihre Fähigkeit zur Fotosynthese. Vor rund 2,5 Milliarden Jahren stieg der Sauerstoffgehalt in der Luft deutlich an, auf etwa ein Prozent des heutigen Werts. Dieses Ereignis wird als „Great Oxidation Event“ bezeichnet. Tatsächlich dürfte es Cyanobakterien bereits vor mehr als 3 Milliarden Jahren gegeben haben, lange vor den ältesten bekannten fossilen Cyanobakterien, die 2,7 Milliarden Jahre alt sind.

Entstehung komplexer Zellen

Der Übergang von prokaryotischen zu eukaryotischen Zellen war wohl der wichtigste Schritt in der Geschichte des Lebens auf der Erde. Der letzte gemeinsame Vorfahr aller heutigen Eukaryoten lebte vor etwa 2 Milliarden Jahren. Eukaryotische Zellen besitzen einen echten Zellkern und eine reiche Kompartimentierung, wodurch sie wesentlich grösser sind als Prokaryoten. Ihr Volumen beträgt etwa das 100- bis 10.000-Fache.

Die Endosymbiontentheorie erklärt die Entstehung dieser komplexen Zellen durch Symbiose zwischen Prokaryoten. Ein Archaeon nahm ein α-Proteobakterium auf, das nicht verdaut wurde, sondern eine Symbiose mit der Wirtszelle einging. Daraus entstanden Mitochondrien, die als Kraftwerk der Zellenergie fungieren. Anschliessend folgte die Aufnahme eines Cyanobakteriums, das sich zu den Plastiden entwickelte.

Mehrere Beobachtungen stützen diese Theorie: Die DNA von Mitochondrien ist ringförmig, ähnlich der bakteriellen DNA. Zudem teilen sich Mitochondrien unabhängig von der Zellteilung der Wirtszelle durch einen bakterienähnlichen Teilungsprozess.

Der Schritt zur Mehrzelligkeit

Die Entstehung der Mehrzeller liegt vermutlich etwa zwei Milliarden Jahre zurück. Perfekt erhaltene Fossilien von mehrzelligen Lebensformen in 2,1 Milliarden Jahre alten Tonsedimenten in Gabun sind zu gross und komplex strukturiert, um von Einzellern zu stammen.

Vielzelligkeit entwickelte sich mindestens 22-mal unabhängig voneinander in verschiedenen Entwicklungslinien. Die Grünalge Volvox dient als Modell zur Erforschung der ersten Stadien der Mehrzelligkeit. Während der Einzeller Chlamydomonas selbstständig lebt, bildet Pandorina bereits eine Kolonie aus 8 bis 12 Zellen. Volvox zeigt eine bereits 1 Millimeter grosse Zellkugel aus mehreren hundert Einzelzellen, die über Plasmabrücken miteinander verbunden sind.

Während des Proterozoikums, einer späteren Phase des Präkambriums, begannen die ersten vielzelligen Organismen zu erscheinen. Die Ediacara-Fauna, die vor 600 bis 800 Millionen Jahren auftrat, umfasst eine Vielfalt an Lebensformen, von einfachen scheibenförmigen bis zu komplexeren blattförmigen und wurmartigen Organismen. Kimberella, ein präkambrisches Tier, zeigt Anzeichen für eine komplexe Interaktion mit seiner Umwelt und ernährte sich vermutlich, indem es den Meeresboden abschabte.

Tiere erobern Land und Luft: Wichtige Entwicklungsschritte

Von Fischen zu Amphibien im Devon

Wirbeltiere wagten vor etwa 380 Millionen Jahren im Oberdevon den ersten Landgang. Molekulargenetische Studien zeigen, dass Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere von Lungenfischen abstammen, die heute noch in Südamerika, Afrika und Australien leben. Der Übergang vom Fisch zum Landwirbeltier war kein plötzlicher Sprung, sondern ein gradueller Prozess, der sich über 9 bis 14 Millionen Jahre erstreckte.

Tiktaalik roseae gilt als berühmte Übergangsform zwischen Fischen und Amphibien. Dieses Tier besass sowohl Kiemen und Flossen als auch einen Hals, Rippen und primitive Gliedmassen. Fossilienfunde belegen, dass sich die typischen vier Extremitäten bereits im Wasser entwickelten. Acanthostega, ein Uramphibium, konnte seinen schweren Körper an Land nicht tragen und atmete noch über Kiemen. Seine paddelförmigen Gliedmassen dienten der Fortbewegung im dichten Pflanzenbewuchs flacher Küstensümpfe.

Ichthyostega entwickelte später stämmigere Beine und einen kräftigeren Körperbau, der es ihm erlaubte, sich zumindest zeitweise an Land zu bewegen. Bis zu diesem Zeitpunkt waren Fortbewegung per Flossen Geschichte und die Eroberung des Festlands hatte begonnen.

Die ersten Reptilien und ihre Anpassungen

Die ersten Reptilien entwickelten sich vor etwa 320 Millionen Jahren im Oberkarbon aus frühen Amphibien. Sie waren die ersten Wirbeltiere, die vollständig an das Landleben angepasst waren. Zwei Innovationen ermöglichten diese Unabhängigkeit vom Wasser: eine trockene, schuppige Haut, die vor Austrocknung schützte, und Eier mit schützenden Schalen.

Das amniotische Ei stellte einen evolutionären Durchbruch dar. Der Embryo wuchs in einer mit Flüssigkeit gefüllten Fruchthöhle heran, die vom Amnion umschlossen war. Dottersack und Allantois versorgten den Embryo mit Nährstoffen und nahmen Stoffwechselprodukte auf. Anders als Amphibien, deren Larven im Wasser heranwachsen, reiften Amnioten komplett in diesem Ei.

Reptilien besitzen ein dreikammeriges Herz mit zwei Vorhöfen und einer unvollständig getrennten Herzkammer. Krokodile bilden eine Ausnahme mit einem fast vollständig getrennten Herz. Als wechselwarme Tiere hängt ihre Körpertemperatur von der Umgebung ab und sie benötigen Sonnenbaden zur Thermoregulation.

Dinosaurier: Herrschaft und Aussterben

Dinosaurier tauchten vor rund 235 Millionen Jahren in der Oberen Trias auf und dominierten die Erde bis vor etwa 66 Millionen Jahren. Die ersten Dinosaurier waren mittelgrosse, zweibeinige Fleischfresser. Im Laufe der Zeit entwickelten sich auch Pflanzenfresser, die immer grösser wurden.

Während des Jura erreichten Dinosaurier eine enorme Artenvielfalt mit Giganten wie Brachiosaurus und Diplodocus. Der Superkontinent Pangäa begann auseinanderzubrechen, das Klima wurde feuchter und eine üppige tropische Vegetation entstand.

Vor 66 Millionen Jahren schlug ein Asteroid von etwa 14 Kilometern Durchmesser im heutigen Yucatán ein. Die oberen zehn Kilometer der Erdkruste wurden pulverisiert und in die Atmosphäre geschleudert. Schwefelsäure-Tröpfchen verdunkelten den Himmel für Jahrzehnte. Die Temperatur sank um 26 Grad, und erst nach 30 Jahren erholte sich das Klima. Dieses Massensterben löschte 75 Prozent aller lebenden Arten aus. Nur die Vogellinie der Dinosaurier überlebte.

Die Entwicklung der Säugetiere

Säugetiere entwickelten sich vor etwa 200 Millionen Jahren im Jura aus frühen Reptilienarten. Die Synapsiden-Linie hatte sich bereits vor mehr als 300 Millionen Jahren im Oberkarbon von den Sauropsiden getrennt. Kennzeichnende Merkmale waren der Neocortex in der Grosshirnrinde und bei Weibchen die Milchdrüse.

Während der Herrschaft der Dinosaurier lebten Säugetiere im Schatten als nachtaktive, meist kleine Tiere. Ihr Fell und ihre konstante Körpertemperatur ermöglichten ihnen diesen Lebensstil. Nach dem Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren konnten Säugetiere die frei gewordenen ökologischen Nischen besetzen. Sie spalteten sich explosionsartig in viele neue Taxa auf.

Human evolution: Vom Affen zum Menschen

Vor etwa 7 Millionen Jahren begann in Afrika die Evolution des Menschen. Die Aufspaltung der letzten gemeinsamen Vorfahrenpopulation von Schimpansen und Menschen markierte diesen Startpunkt. Das menschliche Erbgut unterscheidet sich nur zu circa 1,37 Prozent von dem des Schimpansen.

Die ältesten menschlichen Schädel sind rund sieben Millionen Jahre alt und wurden im Tschad gefunden. Australopithecus, der vor 4 bis 2 Millionen Jahren lebte, konnte bereits aufrecht auf zwei Beinen laufen. Lucy, ein 3 Millionen Jahre altes Skelett aus Äthiopien, belegt den aufrechten Gang durch ihre Beckenknochen.

Homo erectus tauchte vor knapp 2 Millionen Jahren auf und war mit rund 1000 Kubikzentimetern Gehirnmasse der erste Weltenbummler. Er siedelte im Kaukasus und auf Java. Der Neandertaler lebte vor 130.000 bis 30.000 Jahren in Europa und besass ein 1500 Kubikzentimeter grosses Gehirn.

Der moderne Mensch, Homo sapiens, entstand vor etwa 200.000 Jahren in Afrika. Vor rund 40.000 Jahren wanderte er nach Europa ein und verdrängte den Neandertaler. Homo sapiens sapiens ist die einzige überlebende Unterart aller Hominiden.

Pflanzen verändern die Welt: Von Algen zu Blütenpflanzen

Erste Landpflanzen im Silur

Fossilreste frühester Landpflanzen stammen aus einer Zeit vor 430 Millionen Jahren. Neuere Quecksilber-Isotopensignaturen deuten darauf hin, dass Gefässpflanzen bereits vor rund 444 Millionen Jahren die urzeitlichen Landflächen kolonisierten. Cooksonia zählte zu den ersten Gefässpflanzen mit speziellen Leitgeweben für effizienten Nährstofftransport. In den folgenden 35 Millionen Jahren entwickelte sich aus den frühen Pionieren eine Nachkommenschaft von verwirrender Mannigfaltigkeit.

Farne und Baumriesen im Karbon

Im Karbon bildeten Farne, Schachtelhalme und Bärlappgewächse riesige Wälder. Baumfarne erreichten Höhen bis zu 15 Meter mit Wedeln von 3 Metern Länge. Schuppenbäume und Siegelbäume wuchsen bis 30 Meter hoch. Diese Steinkohlenwälder erzeugten den höchsten atmosphärischen Sauerstoffgehalt im gesamten Phanerozoikum mit bis zu 35 Prozent. Gleichzeitig fiel die CO2-Konzentration auf einen Tiefstand.

Die Revolution der Blütenpflanzen in der Kreidezeit

Bedecktsamige Blütenpflanzen erschienen vor etwa 130 Millionen Jahren. Bereits in der frühen Kreidezeit waren 80 Prozent der existierenden Ordnungen der Blütenpflanzen vorhanden. Die Entstehung kam einer ökologischen Revolution gleich. Innerhalb von etwa 40 Millionen Jahren verbreiteten sich Blütenpflanzen über die ganze Erde. Ihre Besonderheit lag im Fruchtblatt, das die Samen umschloss und spezifische Bestäubungsmechanismen ermöglichte.

Wie Pflanzen Tiere beeinflusst haben

Der Erfolg der Blütenpflanzen verknüpfte sich eng mit der Diversifizierung der Blütenstruktur. Mit der wachsenden Vielfalt entwickelten sich verschiedenste Insekten und andere Tiergruppen. Tierbestäubte Blüten entwickelten im Laufe der evolution eine ungeheure Diversität mit teils abenteuerlichen Spezialisierungen. Die Biomasse wuchs, Böden waren stärker durchwurzelt.

Massenaussterben und ihre Folgen für die Evolution

Das grösste Aussterben: Perm-Trias-Grenze

Vor 252 Millionen Jahren ereignete sich das verheerendste Massenaussterben der Erdgeschichte. Etwa 95 Prozent aller marinen Invertebraten und 75 Prozent der Landfauna starben aus. Der Sibirische Trapp, eine magmatische Grossprovinz, bedeckte eine Fläche von 7 Millionen Quadratkilometern mit Flutbasalt. Dieser Megavulkanismus emittierte mindestens 14,5 Billionen Tonnen CO2. Die globale Temperatur stieg innerhalb geologisch kurzer Zeit um 5 Grad Celsius. Ozeanversauerung und Sauerstoffmangel vernichteten kalkscha­lenbildende Organismen. Die Meeresökosysteme benötigten zwischen 4 und 8 Millionen Jahren zur Erholung.

Meteoriteneinschlag am Ende der Kreidezeit

Ein Asteroid von etwa 14 Kilometern Durchmesser schlug vor 66 Millionen Jahren im heutigen Yucatán ein. Der Chicxulub-Krater weist einen Durchmesser von fast 180 Kilometern auf. Schwefel-Verbindungen in der Atmosphäre verdunkelten das Sonnenlicht für lange Zeit. Die biologische Krise betraf 75 Prozent aller Arten. Neuere Studien bestätigen den Asteroid als alleinigen Verursacher des Massenaussterbens.

Wie neue Arten nach Katastrophen entstehen

Nach Massenaussterben entstanden neue ökologische Nischen für überlebende Arten. Säugetiere durchliefen nach dem Dinosaurieraussterben eine adaptive Radiation und besetzten frei gewordene Lebensräume. Dieser Prozess, bei dem viele neue Arten in kurzer Zeit entstehen, wird adaptive Radiation genannt. Die Evolution profitiert grundsätzlich von solchen Ereignissen durch beschleunigte Diversifizierung.

Schlussfolgerung

Die Evolution hat uns gezeigt, wie aus einfachsten Einzellern die unglaubliche Vielfalt des heutigen Lebens entstand. Grundsätzlich durchlief jede Lebensform einen langen Anpassungsprozess, der durch natürliche Selektion, Mutationen und genetische Vielfalt vorangetrieben wurde. Massenaussterben beschleunigten diesen Prozess paradoxerweise, indem sie neue ökologische Nischen schufen. Die human evolution vom Affen zum Menschen dauerte 7 Millionen Jahre und zeigt eindrucksvoll, wie Anpassungsfähigkeit zum Erfolg führt. Wir verstehen heute, dass Evolution kein abgeschlossener Prozess ist. Tiere, Pflanzen und selbst wir Menschen verändern uns weiterhin, wenn auch in für uns kaum wahrnehmbaren Zeiträumen.

FAQs

Q1. Was bedeutet Evolution und wie verändert sie Lebewesen? Evolution beschreibt den Prozess, durch den sich Lebewesen über Generationen hinweg allmählich verändern. Dabei werden vererbbare Merkmale von den Eltern an die Nachkommen weitergegeben. Durch Mutationen und natürliche Selektion passen sich Arten an ihre Umwelt an, wobei sich die Häufigkeit bestimmter Gene im Genpool einer Population über die Zeit verschiebt.

Q2. Warum waren prähistorische Tiere oft grösser als heutige Arten? In der Vorgeschichte gab es deutlich mehr Riesentiere als heute. Nach der Entwicklung der ersten Tiere vor etwa 800 Millionen Jahren erreichten viele Arten schnell enorme Körpergrössen. Im Karbon beispielsweise ermöglichte der hohe Sauerstoffgehalt von bis zu 35 Prozent das Wachstum riesiger Insekten und Pflanzen. Baumfarne wurden bis zu 15 Meter hoch und Schuppenbäume erreichten sogar 30 Meter.

Q3. Welche Tiere lebten vor Millionen von Jahren in tropischen Regionen? Vor 47 Millionen Jahren herrschte in vielen Regionen ein tropisches oder subtropisches Klima. Fossilfunde zeigen eine vielfältige Tierwelt mit Fischen, Süsswasserschildkröten, Salamandern, Fröschen und sogar Krokodilen. Diese Artenvielfalt belegt, dass sich Lebensräume und Klimazonen im Laufe der Erdgeschichte dramatisch verändert haben.

Q4. Wie lange dauerte die Entwicklung vom Affen zum Menschen? Die menschliche Evolution begann vor etwa 7 Millionen Jahren in Afrika mit der Aufspaltung der letzten gemeinsamen Vorfahrenpopulation von Schimpansen und Menschen. Der moderne Mensch, Homo sapiens, entstand vor rund 200.000 Jahren. Dieser lange Anpassungsprozess zeigt eindrucksvoll, wie graduell evolutionäre Veränderungen ablaufen.

Q5. Wie entstehen nach Massenaussterben neue Arten? Nach Massenaussterben werden ökologische Nischen frei, die überlebende Arten besiedeln können. Dieser Prozess wird adaptive Radiation genannt – viele neue Arten entstehen in geologisch kurzer Zeit. Nach dem Aussterben der Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren beispielsweise durchliefen Säugetiere eine explosive Diversifizierung und besetzten die frei gewordenen Lebensräume.