Einstieg ins Thema Evolution
Schon in den Leitgedanken der Bildungspläne für die Klassen der Unterstufe (zum Beispiel Klasse 6, Gymnasium Baden-Württemberg, S.203) heißt es, ...“Die Schüler erkennen, dass die Vielfalt (der Lebewesen) das Ergebnis evolutiver Entwicklungen ist.“ Entsprechendes Vorwissen sollte man nun in den Stufen 10 und J2 (im G8) erwarten können.
Beim Abtasten des Vorwissens (z.B. Mindmap / Umfrage / Rätselblatt) zu Beginn einer Unterrichtseinheit zum Thema Evolution wird man vielfach auf dem Niveau „Schlagworte aus dem Alltag“ stehen bleiben. Das ist erschreckend, denn meistens wissen die Schüler tatsächlich nicht, was sich hinter den von ihnen genannten Begriffen oder denen auf dem Rätselblatt verbirgt, oder was diese mit Evolution zu tun haben; beispielsweise: Darwin(-ismus), Out of Africa, Brückentier, Archäopteryx, Kreationismus, Artenvielfalt, ökologische Nische, Gendrift, Rudiment, Atavismus, endemische Arten, lebendes Fossil und beliebige mehr.)
Das Lottoprinzip
Die drei Sendungen nehmen uns nun mit auf eine Reise, die sich unterm Strich auf das „Lottoprinzip“ fokussieren lässt. Fragen Sie, nachdem Sie zum Beispiel per Mindmap das Vorwissen abgetastet haben, einfach (anscheinend zusammenhangslos) ihre Schüler, nach folgendem mathematisch/statistischen Problem und wie diese es lösen/erklären würden:
„Wie kann es sein, dass an einem Wochenende 100 Leute, die benachbart in einem Ort leben, beim Lottospiel 6 Richtige mit Zusatzzahl getippt und die richtige Ziffernfolge des Spiels 77 auf ihrem Lottoschein haben?“ Wir kennen die Antwort: „Tipp-Gemeinschaft“.
Weit vor Ende der Unterrichtseinheit fällt es den Schülern selbst auf: Dieses Lottoprinzip hat etwas mit Evolutions(-theorien) zu tun. Passend formuliert müsste es etwa heißen:
„Wie kann es sein, dass alle auf der Erde lebenden Arten (Tiere, Pflanzen, Pilze, Prokaryoten) so viele, selbst detaillierteste Gemeinsamkeiten haben?“
(Bau der DNA, Ablauf der Proteinbiosynthese, Bau von Membranen, Stoffwechselschritte, ATP als Energieträger, Ablauf der Mitose und mehr)
Bei der Klärung dieser Frage steckt man mitten in den Evolutionstheorien:
Konstanz der Arten (Schöpfungsgeschichte) <-------> Selektionstheorie (Darwin) bzw. modern
Kreationismus / Intelligent Design <-------> synthetische Theorie der Evolution
An dieser Stelle hilft das Konzept der Filme. Sie zeigen die Verwandtschaft des modernen Menschen mit verschiedenen Entwicklungsstufen im Stammbaum der Lebewesen. Dazu vergleichen sie besondere Strukturen und Eigenschaften, die unser Körper heute besitzt, mit den Eigenschaften und Strukturen von Organismen, die in der Stammesgeschichte früher auftraten. Und sie kommen für die Schüler zu verblüffenden Ergebnissen. Die Durchsichtigkeit der Quallen wird von Kollagen verursacht, dem gleichen Protein, das die Hornhaut des Auges durchsichtig macht, ein wahres Erbe durch die Evolution.
Um dieses Grundverständnis (= Lottoprinzip) über den Vorgang der Evolution zu erläutern, ist es tatsächlich egal, welchen der drei Filme man einsetzt. Film 1 blickt dabei am weitesten zurück, um das Erbe der Urahnen aus dem Tierreich in uns Menschen zu dokumentieren. Er beschreibt die Entstehung der Zelle und der Vielzeller. Wenn man beim „gemeinsamen Tippschein“ bleiben will, hat man hier natürlich die klarste Argumentation: Ganz offensichtlich gehen die vielfältigen rezenten Lebewesen genauso wie die fossilen auf ein gemeinsames Grundbaumuster zurück, den gemeinsamen Lottoschein, die Urzelle.
Welche Folgen neue Lebensumstände (abiotisch und biotisch) auf die Weiterentwicklung der Urzelle hatten, kann man erkennen, wenn man die Biodiversität von heute betrachtet.
Bezüge zu den Bildungsplänen - Oberstufe
Im Bildungsplan der gymnasialen Kursstufe nimmt die Evolution einen durchaus beachtlichen Raum ein.
Ausgehend von der Biodiversität der Lebewesen wird über das systematische Ordnen verschiedener Pflanzen oder Tiere deren unterschiedliche verwandtschaftliche Nähe und damit systematische Ordnung erkannt. Verwandtschaft heißt gemeinsamer Vorfahre, und das über Jahrmillionen betrachtet ergibt letztlich den Stammbaum des Lebens.
Das Suchen nach verwandtschaftlicher Nähe, über Homologien, Rudimente und Atavismen, mittels fossiler Hinweise oder moderner molekularbiologischer Belege, durch die biogenetische Grundregel und vieles mehr soll (im Sinne des Lottoprinzips) die Abstammungslinien und damit die gemeinsame Herkunft aller Lebewesen aufzeigen. Im Rahmen der synthetischen Theorie der Evolution lernen die Schüler auch die Zusammenhänge bei Artneubildung, adaptiver Radiation, Gendrift, Selektion und Separation u.a. kennen.
Die vielen detaillierten Gemeinsamkeiten aller Zellen, von uns erstmal einfach mit dem Lottoprinzip erklärt, zeigen sich nun zwingend in den Linien des Stammbaums des Lebens. Dabei haben nahe verwandte Arten ganz offensichtlich zum Zeitpunkt ihrer stammesgeschichtlichen Trennung den „letzten relativ neuen gemeinsamen Lottoschein ausgefüllt“. Während weit entfernte Arten dagegen einen „uralten gemeinsamen Lottoschein“ besitzen.
Im letzten Teil der Evolution im Bildungsplan der Kursstufe (BW) wird dann auch die Humanevolution bearbeitet, die Stellung des Menschen im System der Tiere, die verwandtschaftliche Nähe zu den Menschenaffen, der Stammbaum des Menschen, die Out-of-Africa-Theorie sowie die kulturelle Evolution.
Auch zu diesem letzten Teil gibt es aus der Reihe „Experiment Verwandtschaft“ ebenfalls eine Sendung: „Mensch Affe“.
Einsatz im Unterricht (Folge 2 und 3)
Da alle drei Filme dieser Serie nicht nur optisch eine gelungene Einheit bilden, sondern sich auch inhaltlich fest verknüpfen, ist man leicht versucht, „Kino“-Unterricht zu machen.
Die grobe Gliederung in:
Folge 1 „Vom Einzeller zum Vielzeller“,
Folge 2 „Vom Fisch zum Amphib“ und
Folge 3 „Vom Reptil zum Säugetier“
spannt aber einen Bogen über die gesamte Geschichte des Lebens auf der Erde und bietet damit zahlreiche kleinschrittige Einstiege oder Querverweise ins Thema. Damit lassen sich die Filme ausschnittsweise zur Erläuterung oder abschließenden Zusammenfassung an vielen Stellen gut integrieren.
Die Filme 2+3 beschäftigen sich mit der Evolution der Wirbeltiere auf dem Weg zum Menschen. Dabei tauchen Beispiele für Homologien genauso auf wie die biogenetische Grundregel der Embryonalentwicklung oder der Blick auf molekularbiologische Erkenntnisse, auf Atavismen u.a. mehr.
Selbst die Veränderung der Umwelt(-bedingungen) und ihre selektierende Wirkung auf die Arten wird an vielen Beispielen deutlich.
An diesen thematischen Stellen, genauso wie einleitend in die Unterrichtseinheit oder zusammenfassend, lassen sich die Filme sehr gut einsetzen, da sie klar argumentieren und einfach und einleuchtend Zusammenhänge aufzeigen, die die Evolution als Tatsache belegen.
Wenn man besonderen Wert auf die großen Entwicklungsschritte legt, wie „vom Wasser an Land“, dann bietet sich auch ein einzelner Film (hier Film 2) als Block im Unterricht an – und der Verweis beziehungsweise eine geeignete Hausaufgabe (z.B. die angebotenen Arbeitsblätter) auf die beiden übrigen Filme.
Die Filme in einen streng strukturierten Unterrichtsverlauf einzuzwängen, scheint mir bei diesen drei Filmen kontraproduktiv. Denn sie eignen sich je nach Geschmack und Unterrichtskonzept sowohl ausschnittsweise als Ergänzung und Verdeutlichung (eher Oberstufe, Homologiekriterien usw.) oder im Block gesehen (eher 10. Klasse) als Beobachtung des Evolutionsprozesses. Allerdings ist dann die Ergebnissicherung aufwändiger.
Die gestellten Arbeitsblätter versuchen beiden Strategien Rechnung zu tragen.
Sieben Sprunginseln gliedern Film 2 in Abschnitte mit folgendem Inhaltsschema:
Der Stammbaum des Lebens (00:00 – 04:55)
In diesem Filmabschnitt wird den Schülern aufgezeigt, dass auch wir Menschen nur Teil der Entwicklung sind, die man Evolution nennt. Damit gelten für uns und unsere Vergangenheit die gleichen Gesetze wie für alle Lebewesen – und damit haben wir auch den gleichen Ursprung:
„Eine Geschichte, die im Urmeer begann... es entwickelten sich die ersten Lebenspatente, die auch noch in uns zu finden sind.“
Es spannt sich ein kurzer Bogen von den Einzellern, denen wir den zellulären Grundaufbau, die Zelle als kleinste lebensfähige Einheit, verdanken, über die Quallen (Kollagen), Fische (Muskulatur), Amphibien (Lungenatmung), Säugetiere (gleichwarm mit Fell), der die untrennbare Einbindung auch des Menschen in den Stammbaum des Lebens dokumentiert.
Die Segmentierung des Körpers (04:55 – 06:33)
Wie viel Tier ist heute noch im Mensch zu finden? Diese Frage leitet den zweiten Teil ein und führt auf eine Reise durch unseren Körper. In diesem Abschnitt wird eine sehr weit zurückliegende Verknüpfung aufgezeigt. Die Segmentierung unseres Körpers (Sixpack) betont die Verwandtschaft mit den Ringelwürmern.
Silur: Begegnung mit den Kieferlosen (06:34 – 10:11)
Auch wenn im Silur die ersten Tiere (Gliedertiere) an Land gingen, verlief der Weg zu den Wirbeltieren weiterhin im Wasser. Mit den Kieferlosen (rezent: Neunauge) tauchen die ersten fossilen Wirbeltiere auf. Durch das Fehlen eines bezahnten Kiefers waren/sind sie bezüglich Feindabwehr oder Beutefang klar benachteiligt. Dadurch waren/sind Kieferlose nur eine Randgruppe auf dem Weg zum Menschen. Im Film lautet der Kommentar: „Seit der Zeit im Urmeer hat sich das Neunauge kaum verändert, es ist ein lebendes Fossil.“ Es sollte hier aber durchaus darauf hingewiesen werden, dass die fossilen Kieferlosen vor 440 Millionen Jahren und die heutigen Nachfahren anatomisch und sicher genetisch deutlich unterschiedlich sind. Das zeigt allein schon der Lebensraumwechsel von marin auf heute im Süßwasser. (Echte lebende Fossilien gibt es wohl nicht.)
Panzerfische und Haie (10:12 – 12:30)
Die konsequente Weiterentwicklung der eher wehrlosen Kieferlosen waren die Panzerfische, die mit bezahnten Kiefern und schuppigen „Panzern“ sich vor Raubfischen besser schützen, wehren konnten. Mit den Haien tauchen die Räuber der Meere auf, mit einem Patent, das sie nahezu unschlagbar macht: ihre Zähne, die beständig aus Hautzellen am Kieferrand nachwachsen.
Leider(?) haben wir diese Zähne nicht vererbt bekommen, sondern das Modell der Knochenfische. Allerdings stammt damit die härteste Substanz unseres Körpers aus dem Silur.
Der Fisch in uns (12:31 – 18:11)
An einem lebenden Bambushai wird die Frage beantwortet, wie viel Fisch nochin uns steckt? Ausgehend vom ähnlich gebauten Hirnstamm über Hirnnerven, die als Kiemennerven beim Fisch aktiv waren/sind, kommt man zur biogenetischen Grundregel. Es werden die Kiemenbogenanlagen beim Embryo gezeigt und der Aufgabenwechsel der Kiemennerven zur Innervierung der Gesichtsmuskulatur, also für unsere Mimik. Auch die Tatsache, dass diese Falten des Embryos Kiemenbogenanlagen sind, lässt sich durch die gelegentlich auftretenden Halsfisteln (= Atavismus) dokumentieren, wenn sich diese Spalten in der Embryonalentwicklung nicht richtig verschließen.
Das Spritzloch der Haie, eine ehemalige Kiemenspalte, wurde bei den Landwirbeltieren zur eustachischen Röhre. Selbst das Seitenlinienorgan der Fische, das über Haarsinneszellen Druckschwankungen wahrnimmt, ist bei uns erhalten – im Innenohr arbeiten Haarsinneszellen nach genau dem gleichen Prinzip. Die Wanderung der Kieferknochen (primäres Kiefergelenk) ins Mittelohr und ihre Umwandlung zu Hammer, Amboss und Steigbügel wird als weitere Homologie vorgestellt. „Womit der Hai zupackt, können wir hören.“
Devon: der lange Weg an Land (18:12 – 24:50)
Durch die Veränderung der Erdkruste entstanden neue Lebensräume. Zonen mit flachem Wasser boten neue Nahrung und Schutz vor großen Räubern, die hierher nicht folgen konnten. Solche Flachwasserzonen (Uferschlickbereich, Sumpfgebiete) hatten/haben aber auch das Problem, sich schnell zu erwärmen. Im warmen Wasser ist der Sauerstoffgehalt niedriger, sodass die Sauerstoffversorgung im stehenden warmen Gewässer über die Kiemen nicht mehr ausreicht.
Und wieder zeigt der Film, ausgehend von der erdgeschichtlichen Veränderung, die zu erwartende Anpassung auch an einem rezenten Tier, hier den Lungenfischen in Zentral- und Westafrika. Ganz nebenbei wird die Entwicklung der Lunge aus den Schwimmblasen der Fische, „Ausstülpungen des Darmes“, dokumentiert – das Homologiekriterium der Stetigkeit.
Mit Eusthenopteron und Ichtyostega blickt der Film auf die zweite nötige Veränderung beim Gang von Wasser an Land. Außer der Lungenatmung ist natürlich eine Aufwertung des Skeletts und seiner Tragfähigkeit von Nöten, da es an Land ja keinen Auftrieb durch das Wasser mehr gibt und die Fortbewegung durch den Flossenschlag nicht mehr funktioniert. Fächerförmige Flossen mit knöchernen Strahlen zeigen die Fossilfunde von Ichtyostega: Auf diese Weise ist das Einsinken im weichen Uferschlamm vermindert. Im Brackwasser der Tropen lebende rezente Schlammspringer zeigen, wie man sich diesen ersten Schritt an Land vorstellen kann.
Amphibien (24:51 – 28:48)
„Ohne Amphibienvorfahren gäbe es uns Menschen nicht“, lautet der Filmkommentar und zeigt weitere Veränderungen vom Fisch zum Amphib: stabileren Knochenbau, zugleich hohe Beweglichkeit des Kopfes durch die Entstehung des Halses („Fische haben keinen Hals“), vier Extremitäten mit Händen und Füßen, mit Zehen und Fingern (in der Regel je fünf).
Wie sehr die marinen Phase seiner Urahnen noch im Menschen steckt, wird deutlich beim Vergleich der Salzkonzentrationen im Fruchtwasser (embryonale Phase) mit der im Blut des Menschen und der im Meerwasser. Alle drei ähneln sich sehr.
Zum Schluss blickt der Film noch kurz auf die Folge 3 mit Reptilien (Verdunstungsschutz,...) und Säugetieren (Fell).
Sieben Sprunginseln gliedern Film 3 in Abschnitte mit folgendem Inhaltsschema:
Ohne Wasser kein Leben (00:00 – 06:32)
Mit einem Intro von zirka 90 Sekunden wird die Intention (auch dieses Filmes) vorgestellt. „Unsere Wurzeln sind also wahrhaft tierisch“, das will uns dieser Film zeigen.
Als Studiogast demonstriert ein Feuersalamander in einem einfachen Versuch seine Vorliebe für feuchtes Klima statt trocken-warmem Klima. Das ist für ein Amphib nicht verwunderlich, veranlasst aber den Blick zurück ins Devon, vor 360 Millionen Jahren, als die ersten Amphibienvorfahren an Land gingen. Die Amphibien haben sich nicht restlich vom Wasser gelöst, ihre Eiablage und Jugendzeit verbringen sie im Wasser. Unser Erbe aus dieser Zeit sind die vier Extremitäten mit je fünf Fingern oder Zehen sowie die Embryonalzeit, geschützt für neun Monate im Fruchtwasser.
Das Skelett (06:32 – 10:40)
„...unsere Hauptkraft (bei der Fortbewegung) kommt aus den Beinen. ... Das Prinzip Frosch steckt auch im Menschen.“ Am Beispiel des Ochsenfrosches wird erläutert, wie ein uraltes Patent in der Form der Wirbelkörper, das den vierbeinigen Wirbeltieren der Schwerkraft trotzend das Durchhängen ihrer Wirbelsäule verhinderte, auch bei uns Menschen beim aufrechten Gang zu Nutze ist.
Keratin, das Erbe der Reptilien (10:41 – 14:11)
Mit dem Keratin erwarben unsere Reptilienvorfahren ein Faserprotein, das auch bei uns heute noch seine Dienste tut. Wir finden es in Krallen/Nägeln – Hornschuppen/Hautschuppen....
Seine Hauptaufgabe ist der Verdunstungsschutz, egal ob bei Reptilien oder bei uns.
Perm: Reptilien und das Sonnenlicht (14:12 – 18:31)
Aus der Zeit des Perm, vor 300 Millionen Jahren, dem Zeitalter der säugetierähnlichen Reptilien, kommt ein anderes Erbe. Diese Reptilien hatten weitere Entwicklungen und Anpassungen hinter sich. Als Jäger entwickelten sie unter anderem deutlich vergrößerte Eckzähne und begannen die Sonnenenergie zu nutzen (Dimetrodon mit Rückensegel, erwärmte sich schneller in der aufgehenden Sonne und war damit aktiver als seine Beute).
Heute findet sich das 3. Auge beim Leguan, mit dem er die Intensität der Sonne wahrnimmt und dadurch eine Drüse im Gehirn aktiviert, die seine Aktivität entsprechend regelt. Dieses System findet sich abgeleitet auch als Erbe bei uns, denn die Zirbeldrüse wird ebenfalls über das Erregungsmuster der Sehzellen unserer Augen aktiviert. Sie steuert unseren Tag- und Nachtrhythmus.
Artensterben und Dinosaurier (18:32 – 22:47)
Als vor 250 Millionen Jahren das größte Artensterben aller Zeiten (90 Prozent marine / 75 Prozent terrestrische Arten) erfolgte, begann die Zeit der Dinosaurier. Allerdings waren auch die ersten Säugetiere damals schon da, klein unscheinbar und nachtaktiv.
Als vor 65 Millionen Jahren, am Ende der Kreidezeit, ein etwa zehn Kilometer großer Asteroid auf die Erde einschlug, war das das Aus für die Dinosaurier. Neben allen anderen Erklärungen gilt heute die Iridiumschicht im fossilen Gestein als wissenschaftlich sicherer Hinweis für die Impact-Theorie.
Letztlich haben weniger als 25 Prozent aller Arten die jahrelange globale Katastrophe überlebt.
Säugetiere, Haare und Brustwarzen (22:48 – 25:34)
Ein weiterer Studiogast, ein Spitzhörnchen, zeigt uns, wie etwa unser Urururahn ausgesehen haben könnte. Auf jeden Fall stammt aus der Zeit der ersten Säugetiere unser Erbe: gleichwarm und mit Fell. Als die Ursäuger im Konkurrenzkampf mit den Sauriern die Nachtaktivität bevorzugten, war es für die körperliche Aktivität von Vorteil gleichwarm zu sein und seine Körperwärme nicht abzustrahlen. Auch wir Menschen zeigen zumindest embryonal noch für drei Monate mit der Lanugo-Behaarung dieses Erbe.
Verwandtschaft bis in die Fingerspitzen (25:35 – 28:46)
Im letzten Abschnitt stehen die Primatenkennzeichen im Fokus: räumliches Sehen, Greifhände mit opponierbarem Daumen, abgeflachte Nägel statt Krallen sowie die Voraussetzungen zur Entwicklung des aufrechten Ganges.
Mit zwei denk- und diskussionswürdigen Sätzen endet die Dokumentation: „Der Mensch ist nur Teil der Schöpfung, nicht die Krone“ und „Eine Zeitreise, die jeder von uns in neun Monaten durchläuft“.
