Evolutionsbiologie

Prof. Dr. Ulrich Kutschera, geb. 1955, studierte Biologie und Chemie an der Universität Freiburg, Arbeitsgebiete zoologische Systematik und Evolutionsforschung. Promotion im Fach Pflanzenphysiologie. Von 1985-1988 Stipendiat der Alexander-von-Humboldt-Stiftung in den USA. Habilitation für Botanik an der Universität Bonn. Seit 1993 Inhaber des Lehrstuhls für Pflanzenphysiologie an der Universutät Kassel. Forschungs- und Lehrgebiete: Pflanzenphysiologie, Evolutionsbiologie.

Vorwort 9
1 Einleitung und allgemeine Grundlagen 11
1.1 Theorienbildung und methodischer Naturalismus 12
1.2 Beschreibende und experimentelle Biologie. 13
1.3 Grundfragen der Biologie: Ontogenese und Phylogenese 14
1.4 Physiologie und Molekularbiologie: einige Grundregeln 16
1.5 Evolutionsforschung als historische Wissenschaft 21
2 Entdeckungsgeschichte des Abstammungsprinzips und klassische Evolutionsbeweise 24
2.1 Die drei Theorien zum Ursprung der Arten 25
2.2 Die Abstammungslehre Lamarcks 26
2.3 Die Deszendenztheorie von Darwin und Wallace 27
2.4 Das Selektionsprinzip und die fünf Darwinschen Theorien 31
2.5 Stammbäume und Definitionen 35
2.6 Die klassischen Evolutionsbeweise: Übersicht 37
2.7 Tier- und Pflanzenzucht 38
2.8 Homologe Organe und Funktionswechsel 40
2.9 Rudimentäre Organe und Atavismen 43
2.10 Ergebnisse aus der Embryologie 45
2.11 Geographische Verbreitung der Tiere 48
2.12 Natürliche Selektion, Adaptation und Darwins Dilemma 52
3 Die Synthetische Theorie der biologischen Evolution 59
3.1 Neodarwinismus 60
3.2 Evolutionäre Synthese 62
3.3 Die Synthetische Theorie: Grundlagen und Aussagen 65
3.4 Mikro- und Makroevolution 72
3.5 Artdefinitionen: Morphospezies, Biospezies und Ökotypen 74
3.6 Artbildung (Speziation) 75
3.7 Erweiterung der Synthetischen Theorie: Evolution als Merkmal des Lebens. 76
3.8 Vom Darwinismus zur Erweiterten Synthetischen Theorie 81
4 Paläobiologie: Rekonstruktion der Lebewesen der Vergangenheit. 84
4.1 Fossilisation und Geochronologie 85
4.2 Radiometrische Datierung und geologische Zeitskala 86
4.3 Archaikum: die ersten Spuren des Lebens. 88
4.4 Proterozoikum: die Entstehung komplexer Zellen. 91
4.5 Paläozoikum: Zeitalter der ältesten hartschaligen Lebewesen 94
4.6 Vulkanismus und weltweite Massenextinktion 103
4.7 Mesozoikum: Zeitalter der Saurier 105
4.8 Das Aussterben der Riesenreptilien: Ursachen und Folgen 115
4.9 Känozoikum: Zeitalter der Säugetiere. 118
4.10 Tempo und Fortschritt in der Evolution. 125
4.11 Lebende Fossilien, Gradualismus und Punktualismus 127
4.12 Massenaussterben und die Katastrophen-Theorie 128
4.13 Fossile Zwischenformen, Evolutionsraten und Darwins Dilemma 129
5 Chemische Evolution und Ursprung der Zelle. 132
5.1 Ursuppen-Hypothese: Biogenese im Reaktionskolben. 133
5.2 Impact-Hypothese: organische Moleküle aus dem Weltall. 134
5.3 Vulkanschlot-Hypothese: die Eisen-Schwefel-Welt 135
5.4 Selbstzusammenlagerung der Biomoleküle 138
5.5 Die Protozelle: Versuch einer Rekonstruktion 140
5.6 Offene Fragen und Schlussfolgerungen. 142
6 Endosymbiose und Zell-Evolution: Makroevolution im Mikromaßstab 144
6.1 Symbiogenesis-Hypothese 145
6.2 Protocyten und Eucyten 146
6.3 Zelluläre Klassifizierung der Lebewesen 148
6.4 Die Endosymbionten-Theorie 149
6.5 Primäre und sekundäre Endosymbiose. 152
6.6 Phylogenese einzelliger Algen: Makroevolution im Mikromaßstab 154
6.7 Relikte aus der Vor-Endosymbiosezeit 158
6.8 Modellsysteme zum Studium der Endosymbiose 160
6.9 Zeitskala der Zell-Evolution: Endosymbiose als Motor der Makroevolution 162
7 Molekulare Phylogenetik und Evolution: der Stammbaum der Organismen 165
7.1 Klassische Systematik und Verwandtschaftsanalyse 166
7.2 Molekulare Phylogenetik: allgemeine Grundlagen. 168
7.3 Der universelle Stammbaum der Organismen 169
7.4 Mitochondrien-DNA und Stammbaum- Rekonstruktionen 170
7.5 Evolution der Landpflanzen: Ontogenesen und rekonstruierte Phylogenese 175
7.6 Phylogenese der Animalia: Schwämme als Gewebetiere. 177
7.7 Adaptive Radiation der hartschaligen Gewebetiere im Kambrium 179
7.8 Adaptive Radiation der Säugetiere im Tertiär 181
7.9 Ursprung des modernen Menschen: Überprüfung der Darwinschen Hypothese. 182
7.10 Molekulare Uhren, Fossilien und der Stammbaum der Organismen 185
8 Evolutionäre Verhaltensforschung: Rekonstruktion der Phylogenese durch Beobachtung und Vergleich 188
8.1 Gürtelwürmer: eine monophyletische Gruppe 189
8.2 Lebende Zwischenformen bei Wirbellosen 190
8.3 Fortpflanzungsstrategien wurmförmiger Hermaphroditen 192
8.4 Vergleichende Beschreibung des Brutpflegeverhaltens bei Egeln 194
8.5 Rekonstruktion der Phylogenese der Brutpflegemuster 196
8.6 Brutpflege-Dauer und Eigröße bei Egeln und Fischen. 200
8.7 Fliegende Fische: eine polyphyletische Gruppe. 200
8.8 Vergleichende Verhaltensstudien zum Flug der Fische 202
8.9 Rekonstruktion der Phylogenese des Flugvermögens bei Oberflächenfischen 204
8.10 Die vergleichende Methode in der evolutionären Verhaltensforschung: Egoismus und Altruismus 207
9 Experimentelle Evolutionsforschung: von der Tierzucht zur Computersimulation 209
9.1 Abstammung der Haushunde 210
9.2 Teosinte und Kulturmais 211
9.3 Photosynthese-Mechanismen bei höheren Pflanzen. 212
9.4 Industrie-Melanismus bei Nachtfaltern 214
9.5 Versuche mit Guppy-Populationen 216
9.6 Rasche Artbildung bei ostafrikanischen Buntbarschen 217
9.7 Unvorhersehbare Evolution bei Darwin-Finken 221
9.8 Speziation durch Polyploidie bei Blütenpflanzen 223
9.9 Experimente mit Bakterienkulturen 225
9.10 Evolution von Ribonucleinsäure- Molekülen im Reagenzglas. 226
9.11 Computersimulationen, digitale Organismen und Makroevolution 228
10 Evolution contra Kreation: Biogenetische Regel, evolutionäre Entwicklungsbiologie und weltanschauliche Diskussionen. 233
10.1 Rezeption der Deszendenztheorie und Politisierung der Biologie 233
10.2 Kreationisten und Intelligent-Design-Theoretiker. 236
10.3 Ernst Haeckel und das biogenetische Grundgesetz. 238
10.4 Evolutionäre Entwicklungsbiologie und Hox-Gene 241
11 Haupteinwände gegen die Evolutionstheorie und Gegenargumente 243
11.1 Schöpfungstheorie und Grundtypen- Modell 244
11.2 Das Alter der Erde und der Lebewesen 246
11.3 Statistische Betrachtungen zur Lebensentstehung 247
11.4 Der Ursprung der Homochiralität 248
11.5 Evolutionstheorie und Entropiesatz 249
11.6 Selbstorganisation der Materie 250
11.7 Offene Fragen der Evolutionsforschung 251
11.8 Evolutionsbiologie als Naturwissenschaft. 252
11.9 Experimente zur Überprüfung der Evolutionstheorie 254
11.10 Unbewiesene Behauptungen und Fälschungen. 255
11.11 Allgemeine Schlussfolgerungen und Bewertung des Kreationismus. 258
12 Epilog: Evolution, christlicher Glaube und Ethik 262
12.1 Christliche Dogmatik 262
12.2 Atheismus unter Biologen 264
12.3 Evolution, die Seele und der Tod. 265
12.4 Christliche und evolutionäre Ethik 265
12.5 Ein Blick in die Zukunft 268
Glossar 274
Kommentar von Ernst Mayr 287
Die geologische Zeitskala 2004 289
Literatur 293
Register 305