Mittwoch, 7. November 12
M MORPHISTO Evolutionsforschung und Anwendung GmbH
Die Frankfurter Evolutionstheorie Evolution organismischer Konstruktionen
PD Dr. Michael Gudo Morphisto Evolutionsforschung und Anwendung GmbH Weismüllerstr. 45 60314 Frankfurt am Main e-mail:
[email protected] Mittwoch, 7. November 12
QuoDie Vadis Darwin(ismus)? Evolution
ist todt!* M MORPHISTO
Evolutionsforschung und Anwendung GmbH
*gem. Wilhelm Liebknecht Die Revolution ist todt. Es lebe die Revolution! Zum 18. März 1898 Mittwoch, 7. November 12
Emma Darwin, geb. Wedgwood Mittwoch, 7. November 12
http://meile.memmingen.de/uploads/pics/Darwin_EntstehungDerArten.jpg Mittwoch, 7. November 12
Prof. Ichthyosaurus, Karikatur von Henry de la Beche Mittwoch, 7. November 12
Worum geht es in der Evolutionsforschung?
Mittwoch, 7. November 12
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Mittwoch, 7. November 12
Quartär
Ma 0,01
Holozän Pleistozän
2
Erdneuzeit (Känozoikum)
5 Ma
Miozän
39
Robiacium
23
Tertiär
Headonium
Oligozän
44
Eozän
Urpferdchen
Moderne Fledermäuse
Geiseltalium
34
Messel
49
Grauvium
51
Spanacium
Zeitalter der Säugetiere
erste Menschen
Pliozän
54
Paläozän
Entfaltung der Säugetiere
65 Aussterben der Saurier Blüte der Saurier
Jura
erste Vögel erste Säugetiere
Trias 230
Erdaltertum (Paläozoikum)
Perm
erste Reptilien
Karbon erste Amphibien
Devon Silur
erste Fische
Ordovizium Kambrium
ErdUrzeit
570
Mittwoch, 7. November 12
Prä-Kambrium
Kambrische Explosion
Zeitalter der Saurier
Erdmittelalter (Mesozoikum)
Kreide
Evolution und Evolutionstheorie
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Begriffsbestimmung • Evolution (= Wandel/Veränderung) wird sehr unterschiedlich verwendet: •
Lebens- / Erdwissenschaften
•
Wirtschaftswissenschaften
•
Sprachwissenschaften
ist ein Naturphänomen, ebenso wie „Schwerkraft“, „Licht“, „Kontinentalverschiebung“
• Evolutionstheorie ist eine spezielle wissenschaftliche Betrachtungsweise des Wandels
© J. E. N. Veron
J. E. N. Veron: Reticulate Evolution
liefert einen Zugang zum Evolutionsverlauf und den Evolutionsmechanismen
• Evolutionsgeschichte Abfolge zeitlich aufeinanderfolgender Situationen, die durch „Beobachtung“ oder „Beschreibung“ zugänglich gemacht werden Mittwoch, 7. November 12
Rekonstruktion von Abläufen
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Spielfilm
br
hs üc
af
rl
e
Rekonstruktion der Handlung Mittwoch, 7. November 12
Evolutionstheorien in den Lebenswissenschaften Evolutionstheorien: • Antike Thales von Milet, Anaximander, Aristoteles
• 19. Jahrhundert Robert Chambers: Vestiges of Creation Jean Baptiste Lamarck: Bedürfnisse der Organismen Alfred Russel Wallace: Natürliche Selektion Charles Darwin: Züchtungspraxis
• 20. Jahrhundert August Weismann: Keimbahntheorie Ernst Mayr: Artbildung, Synthetische Theorie Gerhard Vollmer: Systemtheorie der Evolution Rupert Riedl: Evolutionäre Erkenntnistheorie Stephen Jay Gould: Kambrische Explosion / Punktualismus Wolfgang F. Gutmann: Frankfurter Evolutionstheorie Mittwoch, 7. November 12
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Fragestellungen der Evolutionsforschung „Mikro-Evolution“ • hier insbesondere Fragen zu Phänotypische Variationen Populationsdynamik biogeographische Ausbreitungen Genetische Mutationen
ARTEN-Wandel
„Makro-Evolution“ • hier insbesondere Fragen zu Entstehung von neuen Strukturen Bauplanwandel, Entstehung neuer „Baupläne“ •
z.B. Evolution vom „Dinosaurier zum Vogel“
BAUPLAN-EVOLUTION Mittwoch, 7. November 12
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Revolution der Evolutionsforschung Die Frankfurter Evolutions-Theorie … •
führt den Organismus als Arbeitsgegenstand wieder in die Biologie ein
•
stellt den „Organismus“ und nicht die „Gene“ in den Vordergrund
•
sieht Evolution als notwendige Folge der Energiewandlung
Evolution ist eine thermodynamische Notwendigkeit Mittwoch, 7. November 12
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Frankfurter Evolutionstheorie Evolution ohne Anpassung:
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Organismen sind autonome hydraulische, energiewandelnde Konstruktionen. Evolution verläuft nach Maßgabe interner Konstruktionsbedingungen Evolution verläuft im Sinne von Ökonomisierung und Effizienzsteigerung. Organismen erschließen und gestalten ihre Lebensbereiche selbst. Organismen sind nicht Objekte, sondern Subjekte der Evolution. Mittwoch, 7. November 12
SUBMIKROSKOPISCHE 3TRUKTUR
MORPHOLOGISCHE /RGANISATION
0ROPULSOR
Frankfurter Evolutionstheorie Evolution ohne Anpassung:
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Evolutionsforschung rekonstruiert den naturgesetzlich bestimmten Wandel der Organismen
Mittwoch, 7. November 12
Historische Hintergründe
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Senckenbergische Tradition • Konstruktions- und Funktionsbetrachtungen von Organismen Rudolf Richter (Direktor: 1934-1948) Wilhelm Schäfer (Direktor: 1961 - 1978) Wolfgang F. Gutmann (SAP: 1964 - 1997)
• Senckenbergische Arbeitsgruppe Phylogenetik (SAP) Wolfgang F. Gutmann * 1935 † 1997 Klaus Bonik * 1952 Jens Lorenz Franzen * 1936 Manfred Grasshoff * 1936 Dieter Mollenhauer * 1936 Dieter Stefan Peters * 1932 Mittwoch, 7. November 12
Wolfgang F. Gutmann
Senckenbergische Arbeitsgruppe Phylogenetik 1992 /2001
1992 / 1995
1981
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Fortführung der Arbeiten in der MORPHISTO GmbH Forschungsfelder der Morphisto GmbH • Histologie / Immunhistochemie • Morphologie / Anatomie • Evolutionsbiologie / Evolutionstheorie • Wissenschaftstheorie
Mittwoch, 7. November 12
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Organismen als Konstruktionen Energiewandlung, Hydraulik und Körperkonstruktionen und Materialtechnik
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Ansatz der Frankfurter Evolutionstheorie
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Lebewesen werden in “biologisch-technischer Weise” betrachtet
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© http://www.histoatlas.de
1. Schritt: Histologische Untersuchung
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2. Schritt: Überlegungen zur Funktionierensweise
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Bewegungsoptionen
hydrostatischer Druck
Zusammenspiel der anatomischen und histologischen Strukturen Mittwoch, 7. November 12
Gastralhydraulik presst den Pharynx lateral zusammen
Öffnung des Pharynx durch Kontraktion der lateralen Mesenterien
3. Schritt: Modell für den Bauplan eines Anthozoen-Polypen
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Zentralraum-Hydroskelett-Konstruktion • Gastralhydraulik / Schlundrohr • Mesenterien / Tentakel • Substratkontakt / Kalksockel
3CHLUNDROHR 0HARYNX -ESENTERIEN 0OLYP
3EPTEN
Mittwoch, 7. November 12
+ALKSOCKEL
Histologie: Materialkunde der Organismen
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HISTOLOGIE ist eine „Materialkunde“ der Organismen. Die Körpergewebe können identifiziert und mechanische Eigenschaften bestimmt werden © http://www.histoatlas.de Mittwoch, 7. November 12
Baumaterialien der Tiere: Materialeigenschaften
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Bindegewebe: • Bindegewebe formt und strukturiert den Organismus • Fibroblasten produzieren das Bindegewebe Körperwand einer Aktinie
Eigenschaft: zugfest Fibroblasten
Körperwand einer Aktinie
Mesogloea
Außenepithel AZAN-Färbung Mittwoch, 7. November 12
Außenepithel Kollagenfasern
AZAN-Färbung
Baumaterialien der Tiere: Materialeigenschaften
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Bewegungsapparat / Skelett-Muskel-System • Knorpel, Sehnen
Wirbelsäule eines Stichlings
• Muskulatur
Eigenschaft: zugfest, druckfest und kontraktil
flüssigkeitsgefüllte Zellen
Myoseptum und Myomere, Stichling
Zwischenwirbelscheibe Myoseptum Fibroblasten
Längsmuskulatur
Blutgefäß Myomer AZAN-Färbung Mittwoch, 7. November 12
AZAN-Färbung
Histologie der Tiere: Materialeigenschaften
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Bewegungsapparate mit Skelettelementen • Muskelstränge, Kollagen / MCT (mutable connective tissue) • Skelettelemente
Eigenschaft: mutable Eigenschaften, Versteifung Skelettelemente und Muskeln im Arm eines Seesterns
Muskelfasern
Wirbelsäule eines Stichlings
Körperwand einer Seegurke
mutables Bindegewebe
Längsmuskel
Skelettelement
subepitheliales Bindegewebe Mittwoch, 7. November 12
AZAN-Färbung MOVAT Pentachromfärbung
Histologie der Tiere: Materialeigenschaften
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Bewegungsapparat • Muskelgitter mit Eigenhydraulik (”muscular hydrostat”)
Gorilla-Zunge
Eigenschaft: aktiv verformbar, flexibel, fest
Muskelfasern
Kollagenfasern
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CROSSMON-Färbung
Anatomie und Konstruktions-Morphologie
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Zusammenhang von Form & Funktion • Anatomie beschreibt das Zusammenspiel einzelner Strukturen im Gesamtgefüge des Organismus Lage, Ursprung und Verlauf Aufgabe (”Funktion”) von Geweben und Organen Funktion im Sinne von “Funktionieren”
• Konstruktions-Morphologie beschreibt die Entstehung der “Form” als Wirkung der anatomischen Strukturen Erzeugung von Körperform und Bewegungsweisen Bedeutung hydraulischer Körperfüllungen
Verspannende Zellen bei Trichoplax Mittwoch, 7. November 12
Verspannungsapparat für den aufrechten Gang
Hydraulische Konstruktion der Organismen Materialeigenschaften erzwingen einen hydraulischen Aufbau
hydraulische Zellkonstruktion
Prinzipien hydraulischer Formerzeugung Mittwoch, 7. November 12
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Hydraulik als Prinzip von Form und Funktion
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Hydraulik-Systeme • Flüssigkeitsgefüllte Hohlräume • umschlossen von Muskeln und Epithelien mit Basallamina (ECM)
Eigenschaft: flexibel, inkompressibel
Hydraulikräume / Coelomräume
Mittwoch, 7. November 12
Längsmuskeln
Basallamina
Hydraulische Systeme sind Kraftüberträger: „Hydro-Skelette“
Hydraulik als Prinzip von Form und Funktion Hydraulisches Knochenwachstum • Knorpel / Knochen Knochen wächst hydraulisch in den Epiphysenfugen
• Muskelturgor Rückenmuskeln stabilisieren die Wirbelsäule durch ihren hydraulischen Anpressdruck. •
Behandlungmaßnahme bei Rückenschmerzen: •
==> Kontrolle des Flüssigkeitshaushaltes
• Häutung von Arthropoden hydraulische “Absprengung” Körperhülle hydraulische Formkontrolle bis zur Aushärtung •
==> frisch gehäutete Krabbe erzeugt den gleichen Scherendruck, wie eine mit “ausgehärteter” Außenhülle
Mittwoch, 7. November 12
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Hydraulik und Körperform
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Körperform resultiert aus der Interaktion von Hydrauliken mit Verspannungssystemen.
Mittwoch, 7. November 12
Hydraulische Konstruktion
Der Organismus als funktionierendes, mechanisch kohärentes Ganzes
Mittwoch, 7. November 12
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Hydraulische Konstruktion bestimmt die Evolution
Wandlung des hydraulischen Systems nach Maßgabe der mechanischen Kohärenz Mittwoch, 7. November 12
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Hydraulische Konstruktionen sind Totalpropulsoren Bewegung erfolgt unter Einsatz der GESAMTEN Körperkonstruktion Problem: interne Reibungsverluste Lösung: Flüssigkeiten reduzieren die interne Reibung Systemverbund Organismus: Organismen sind “Total-Propulsoren” Mittwoch, 7. November 12
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Energiewandlung und Zwangsführungen Technische Energiewandlung • unkontrolliert freigesetzte Energie verteilt sich frei im Raum • technische Konstruktionen geben Zwangsführungen für die freigesetzten Energie
Organismische Energiewandlung • Energiewandel auf makromolekularer Ebene (chemo-mechanischer Energiewandel) • Zwangsführung durch die histologische Struktur des Körpers Mittwoch, 7. November 12
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Chemo-mechanischer Energiewandel
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Durchgehende mechanische Kohärenz des Körpers • Energiewandel: ATP ==> ADP + P Antrieb des Muskelmotors
• mechanische Kohärenz
Körperkonstruktion als energetische Zwangsfühung
lückenlose Kraftübertragung
• Zwangsführungen (Restriktionen) Körperkonstruktion kanalisiert den Energiewandel Alle Lebensäußerungen und Körperformen sind Ergebnis der kanalisierten Energiewandlung
Mittwoch, 7. November 12
Energiekanalisierende Struktur: Muskeln im Gewebeverbund
Energiewandel auf makromolekularer Ebene (Aktin-Myosin-Gleiten)
Organismen und Thermodynamik Die Hauptsätze der Thermodynamik Der 1. Hauptsatz: In einem abgeschlossenen System kann Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur gewandelt werden.
Der 2. Hauptsatz: In einem abgeschlossenen System kann die Entropie (= Unordnung) immer nur gleich bleiben oder sich erhöhen. Mittwoch, 7. November 12
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Organismen und Thermodynamik Die Hauptsätze der Thermodynamik Der 1. Hauptsatz: In einem abgeschlossenen System kann Energie weder erzeugt noch vernichtet, sondern nur gewandelt werden.
Der 2. Hauptsatz: In einem abgeschlossenen System kann die Entropie (= Unordnung) immer nur gleich bleiben oder sich erhöhen. Mittwoch, 7. November 12
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Entropie als Maß der Unordnung
Was sind Organismen im Sinne der Thermodynamik?
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Begriffe der Thermodynamik: • ein offenes System unterliegt einem Stoff- und Energieaustausch • ein geschlossenes System unterliegt einem Energieaustausch • ein abgeschlossenes System unterliegt weder einem Stoff- noch Energieaustausch
offenes System Mittwoch, 7. November 12
geschlossenes System
abgeschlossenes System
Organismen sind operational geschlossene Systeme
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Operational geschlossene Systeme unterliegen einem selbst kontrollierten Stoff- und Energieaustausch !40
BionomieKreislauf
!$0 0I
.AHRUNGSAUFNAHME 3TOFFWECHSEL
-%4!"/,)3-53 2EPRODUKTION
L
,OKOMOTION
&ORMKONTROLLE
Ständiger Energie- und Stoffwandlung führt zu ständiger Mutabilität der Organismen und ihrer Nachkommen
LLL
LL 5MWANDLUNG INMECHANISCHE %NERGIE
(9$2/$9.!-)+
")/-%#(!.)+
Evolution Mittwoch, 7. November 12
Generationen übergreifende Bionomie der Konstruktion Weitergabe des bionomen Gefüges an die nachfolgenden Generationen
Organismen sind “Momentaufnahmen” aus dem Fluss der Evolution
Mittwoch, 7. November 12
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Schlussfolgerung für den Aufbau von Organismen:
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Invariante Konstruktionseigenheiten der Organismen • Bionomie Organismen sind bionome, sich reproduzierende Selbstversorger
• Energiewandel Organismen sind operational geschlossene Systeme
• Hydraulik Hydraulik ist das Substrat der Formrestriktion und Ökonomisierung
• Konstruktion die Ganzkörper-Konstruktionen (Totalpropulsor-Konstruktion) ist eine biotisch-technische Notwendigkeit
Konstruktions-Morphologie erfasst Körperform, Reproduktion und Wachstum als Ergebnis energiewandelnder Aktivität Mittwoch, 7. November 12
Folgen für die Beziehung Organismus Umwelt
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1 Vermeidung von Bedrohung
Organismen passen sich nicht an die Umwelt an, sondern erschließen sich
5 Ontogenese und Wachstum
2 Sexuelle Interaktion
Nahrungsressourcen nach
3 Konkurrenz
den Möglichkeiten ihrer Körperkonstruktion 4 gezielter Energie-Materie-Input
BIOLOGISCHE EBENE Mittwoch, 7. November 12
ANORGANISCH-PHYSIKALISCHE EBENE
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Evolution als kontinuierlicher Morphoprozess Rekonstruktion von Evolutionsverläufen
Mittwoch, 7. November 12
Kosmische Rekonstruktion: Bedingungen der Evolution
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Planeten im “Grüngürtel” des Sonnensystems Voraussetzung für die Entstehung von Leben Venus, Erde, Mars
Mittwoch, 7. November 12
Entstehung des Lebens
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Organismen gestalten den Planeten Erde
roter Planet
blauer Planet
Mittwoch, 7. November 12
Entstehung des Lebens
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Organismen gestalten den Planeten Erde
roter Planet
blauer Planet
Mittwoch, 7. November 12
Entstehung der Hauptevolutionslinien der Tiere Entstehung ntstehung der Vielzeller ielzeller und der Haupt-Evolutionslinien aupt-Evolutionslinien
Deuterostomier Mittwoch, 7. November 12
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Evolution der ChordatenKonstruktion
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Vom Wurm zum Chordaten • Coelomräume minimieren Reibung bei Schlängelbewegungen • Längenkonstanz wird durch Flüssigkeitskanal gesichert • Kausalhistogenetische Veränderungen führen zur Bildung der Chorda dorsalis • Vollständiger Abbau der Ringmuskeln und Bildung von Myotomen (Myosepten & Myomere) in ZickZack-Anordnung
Mittwoch, 7. November 12
Myomere AchsenstabKonstruktion
Besonderheiten der Körperkonstruktion • Chorda dorsalis nimmt Stauchungskräfte auf • Muskelkräfte werden über Myosepten auf die Gegenseite geleitet • Nerven verlagern sich ins Neuralrohr oberhalb der Chorda dorsalis Mittwoch, 7. November 12
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Fossile Belege für die rekonstruierten Stadien
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Conodonten-Tier
Conodonten (”Zahnapparate”)
Pikaia gracilis Mittwoch, 7. November 12
aus: Briggs, Aldrigde u.a.
Rekonstruktion der Körperform
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Pikaia gracilis acilis Acranier-artiger tiger Chordat Ch hordat Chorda dorsalis leicht nach dorsal verlagert Schräg angeordnete Myosepten
Conodonten-Tier Cono Tier craniotencranioten-artiger Chordat rdat h d d l lleicht h nach hd agert Chorda dorsalis dorsal verlagert Schräg angeordnete Myosepten pten Bezahnung im Mund als Nahrungsfilter filter Mittwoch, 7. November 12
Entstehung der Kiefer
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Konstruktion früher Chordaten bietet die Voraussetzung für die Entstehung von Kiefern Biomechanischer Rahmen • Kiemenbögen stabilisieren den Kiemenkorb. • Muskulatur des Körpers biegt diesen seitlich ==> Schwimmen • vordere Kiemenbögen werden zum Greifen von Nahrung umfunktioniert
Mittwoch, 7. November 12
Zusammenspiel von Kieferöffnen und Körperschlängeln
Mittwoch, 7. November 12
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Entstehung der Kiefer
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• Kiemenbögen stabilisieren den Kiemenkorb. • Muskulatur des Körpers biegt diesen seitlich ==> Schwimmen • vordere Kiemenbögen werden zu Kiefern • hinterer Kiemenbogen wird zum Schultergürtel Mittwoch, 7. November 12
Der zweite Schritt: Entstehung des Skelettes
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Knorpel & Knochen entstehen als Energiespareinrichtung zur Form- und Bewegungskontrolle • Knorpelfische: Knorpelstrukturen stabilisieren den Körper in der Länge
• Schmelzschupper: Schmelzschuppen stabilisieren den Körperquerschnitt
• Knochenfische: Das Knorpelskelett wird zum Knochenskelett und stabilisiert den Körperquerschnitt
Einsparung von Muskelarbeit Mittwoch, 7. November 12
Körperform und Effizienz der Fortbewegung
Strömungsverlauf bei der Laminarspindel
Strömungsverlauf bei einer Kugelform Mittwoch, 7. November 12
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Strömungsdynamische Erklärung der Flossenposition
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Hai (Tigerhai) • Laminarspindelform
Strömungsdruck beim ICE • gelb & rot: hoher Druck • dunkelblau: Unterdruck!
Mittwoch, 7. November 12
Strömungsdynamische Erklärung der Flossenposition
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Hai (Tigerhai) • Laminarspindelform
Strömungsdruck beim ICE • gelb & rot: hoher Druck • dunkelblau: Unterdruck!
Mittwoch, 7. November 12
Mittwoch, 7. November 12
Was wurde getan?
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Rekonstruktion und Begründung des Wandels organismischer Konstruktionen
Mittwoch, 7. November 12
Kriterien der Rekonstruktion I: Optimierung & Ökonomiesierung
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Strukturveränderung wird rekonstruiert als: • Verbesserung einer Struktur: Optimierung
!40
• Verbesserung der Energiebilanz:
!$0 0I
Ökonomisierung
• KonstruktionsVarianten: Differenzierung Spezialisierung
)NVARIANTE %NERGIEVERSORGUNG 3TRUKTURBESTIMMTE %NERGIEWANDLUNG 3TRUKTURBESTIMMTE%NERGIEKANALISIERUNG
Mittwoch, 7. November 12
Kriterien der Rekonstruktion II: Differenzierung / Spezialisierung
!40 !$0 0I
)NVARIANTE %NERGIE VERSORGUNG
Mittwoch, 7. November 12
3TRUKTURBESTIMMTE %NERGIEWANDLUNG
Differenzierung
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Der evolutive Wandel ist irreversibel: nicht umkehrbar
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Die Konstruktion bestimmt den evolutiven Wandel • Invarianz: Energiewandel, Bionomie, Autonomie, Kohärenz, Hydraulik • Varianz: Wandlung des Gefüges ohne Funktionsstörung • Redundanz: Gleichartige Wandlungen passieren immer wieder (sofern konstruktionell möglich)
Evolution ist irreversible Differenzierung • Weitergabe invarianter Strukturen • Wandlung varianter Strukturen Mittwoch, 7. November 12
2ADIATION
+ONSTRUKTIVE 6ORBEDINGUNG )NVARIANZ
0ARTIELLE2EVERSIBILITËT )RREVERSIBILITËT
Warum „geschieht“ Evolution?
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Organismen erzeugen durch Energiewandlung, Bionomie, Reproduktion ständig neue Entropiezustände !40 !$0 0I
.AHRUNGSAUFNAHME 3TOFFWECHSEL
-%4!"/,)3-53 2EPRODUKTION
L
,OKOMOTION
LLL
&ORMKONTROLLE
LL 5MWANDLUNG INMECHANISCHE %NERGIE
(9$2/$9.!-)+
")/-%#(!.)+
Evolution ist eine naturgesetzliche Notwendigkeit und keine zufällige Ereigniskette! Mittwoch, 7. November 12
Schlussfolgerung für den Evolutionsprozeß:
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Zwangsläufigkeit der Evolution • Thermodynamik & Energiewandel Evolution ist die Folge des kontinuierlichen Energiewandels in Biosphäre.
• Hydraulik & Mechanische Kohärenz Hydraulische und mechanisch kohärente Systeme können nur als voll funktionstüchtige Systeme gewandelt werden
• Richtung der Evolution (Teleonomie) Bestehende Strukturen determinieren die möglichen (funktionalen) Strukturdifferenzierungen und Wandlungen
• Umweltkonstitution Organismen dringen nach Maßgabe ihrer Leistungsfähigkeit in erreichbare Umwelten ein und gestalten diese
Evolution ist der irreversible Wandel hydraulischer energiewandelnder Konstruktionen Mittwoch, 7. November 12
Quo Vadis Darwin(ismus)?
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Die Evolution ist todt!
Es lebe die Evolution!
Mittwoch, 7. November 12
Morphoprozesstheorie der Evolution Evolution als kontinuierlicher MORPHISTO Morphoprozeß
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Energiewandlung
Mittwoch, 7. November 12
Jenseits des Darwinismus Körperkonstruktion • Konstruktion liefert Invarianzen und Restriktionen
Evolutionsverständnis • Mechanismen, Bedingungen und Faktoren der Evolution • Evolution ist irreversibel • Nicht-Evolution ist zu erklären. • Evolutionsgeschichte muss rekonstruiert werden.
Mittwoch, 7. November 12
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Es lebe die Evolution!
Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit ! Mittwoch, 7. November 12
Mittwoch, 7. November 12
Der evolutionäre Spielraum (”Morphospace”)
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• Spielraum des evolutionären Wandels • Die bestehende Konstruktion bestimmt den Wandlungs-Spielraum. • Funktionaler Wandel eröffnet neue Evolutionslinien. • Dysfunktionaler Wandel führt zu Autodestruktion.
Mittwoch, 7. November 12
Im Prozess der Evolution entsteht Vieles …
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… erhalten bleibt, was funktioniert!
Mittwoch, 7. November 12
Konstruktions-Morphologie und Evolutionsforschung
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Konsequenzen • Körperkonstruktion schränkt den Wandlungsspielraum ein, da hydraulische Konstruktionen nicht beliebig gewandelt werden können
• Mechanischen Eigenschaften der anatomischen Strukturen bestimmen den Wandlungsspielraum, die Konstruktion kanalisiert die Evolution
• Rekonstruktions-Möglichkeiten Evolution erfolgt teleonomisch, d.h. im Rahmen von Naturgesetzen •
Evolution ist eine notwendige Konsequenz des ständigen Energiewandels.
• Konsequenzen klassischen Evolutionsprinzipien: •
“Anpassung”, “Selektion”, “Konkurrenzdruck”, “Populationsdynamik”, “Zufall”
sind für den Konstruktionswandel weitgehend bedeutungslos •
==> sie haben Gültigkeit auf einer anderen Ebene.
Mittwoch, 7. November 12
Organismen im kosmischen Energiestrom Kanalisierung der Sonnenenergie • Energiestrom der Sonne ist der Antrieb jeder organismischen Aktivität. • Reproduktion ist der Mechanismus des organismischen Wandels. • Organismen kanalisieren die Sonnenenergie und gestalten die Erde
Mittwoch, 7. November 12
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Mechanismus der Evolution Prozessuale Betrachtung • Evolution ist die Folge des kontinuierlichen energetischen Wandels in der gesamten Biosphäre. • Energiestrom der Sonne ist der Antrieb des organismischen Wandels. • Reproduktion ist der Mechanismus des organismischen Wandels. • Konstruktionsgefüge, Materialeigenschaften und genetische Rekombinationen bei der Reproduktion sind die Ursachen des organismischen Wandels.
Mittwoch, 7. November 12
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Betrachtung von Konstruktion und Evolution der Organismen Konstruktions-Morphologie • Zusammenspiel der Teile im mechanisch kohärenten Verband. (a) Formbildung und Formerhaltung (b) Bewegungsleistungen (c) Material- und Energiestoffwechsel (d) Reproduktionsleistungen
Evolutionsforschung • Leben als Folge des kosmischen Energieflusses (kosmische Evolution) (a) Organismen im Energiefluss der Sonne (b) Organismen sind autonome Maschinen (c) Konstruktion als Ursache der Evolution (d) Die Erde als Organismus (Mega-Maschine) Mittwoch, 7. November 12
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Evolutionsforschung = Evolutionsgeschichtsschreibung
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Zwecke der Evolutionsforschung: • (1) “Rekonstruieren” der Evolutionsgeschichte = Berichterstattung
• (2) “Erklären” der Evolutionsmechanismen und Faktoren = Begründen des Berichtes
Die Evolutionstheorie als “Brille” (Komponenten v. ET): • Gegenstandstheorie (Organismus-Begriff): Betrachtung von Organismen in bestimmter Weise, Beobachtungen, Beschreibungen
• Rekonstruktions-Theorie: Retrodiktionen und Überprüfungen, empirische Untersuchungen (Experimente)
• Prozeß-Betrachtung (Vererbungs- und Reproduktionstheorie) Betrachtung der Mechanismen und Faktoren der Evolution
• Definition des Evolutionsprozesses (Was ist Evolution?) zur Unterscheidung von reversiblen und irreversiblen Veränderungen Mittwoch, 7. November 12
Die klassische(n) Evolutionstheorie(n)
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Darwin’sche Theorie der Evolution • Theorie von Charles Darwin: funktionalistischer Organismusbegriff (gem. Lamarck) Züchtung und natürliche Selektion als “Mechanismus” der Evolution
Darwinismus, Neodarwinismus • Alfred Russel Wallace, Gregor Mendel, August Weismann, Konkurrenzdruck, Beschränkung von Ressourcen, Survival of the fittest Überproduktion von Nachkommen, natürliche Selektion Anpassung an die Umwelt, Mutation des Erbgutes
Synthetische Theorie der Evolution • Mayr, Dobzkansky, Huxley, Rensch, Simpson, Stebbins Allopatrische & Sympatrische Artbildung Biologisches Artkonzept, Genotyp – Phänotyp Zufälligkeit der Mutation und Notwendigkeit der Selektion Mittwoch, 7. November 12
Ernst Mayr
„Die“ Evolutionstheorie Darwinismus, Synthetische Theorie Zentrale Aussagen der Evolutionstheorie: • Zufälligkeit von Mutation und Selektion
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Selektion
• Allopatrische & Sympatrische Artbildung • Anpassung an Umweltbedingungen • Konkurrenzdruck durch Ressourcen-Beschränkung • Überproduktion von Nachkommen
Mutation
Lebewesen sind passive Objekte, die Evolution “erleiden” und sich im Kampf ums Dasein an Umwelten anpassen müssen Mittwoch, 7. November 12
„Die“ Evolutionstheorie Darwinismus, Synthetische Theorie Zentrale Aussagen der Evolutionstheorie: • Zufälligkeit von Mutation und Selektion
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Selektion
• Allopatrische & Sympatrische Artbildung • Anpassung an Umweltbedingungen • Konkurrenzdruck durch Ressourcen-Beschränkung • Überproduktion von Nachkommen
Mutation
Lebewesen sind passive Objekte, die Evolution “erleiden” und sich im Kampf ums Dasein an Umwelten anpassen müssen Mittwoch, 7. November 12
„Die“ Evolutionstheorie Darwinismus, Synthetische Theorie Zentrale Aussagen der Evolutionstheorie: • Zufälligkeit von Mutation und Selektion
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Selektion
• Allopatrische & Sympatrische Artbildung • Anpassung an Umweltbedingungen • Konkurrenzdruck durch Ressourcen-Beschränkung • Überproduktion von Nachkommen
Mutation
Lebewesen sind passive Objekte, die Evolution “erleiden” und sich im Kampf ums Dasein an Umwelten anpassen müssen Mittwoch, 7. November 12
Darwinismus / Synthetische Theorie: MORPHISTO M MO einige Faktoren der Evolution
Evolutionsforschung und Anwendung GmbH Evolu
Homologien-Forschung
molekulare Phylogenetik Genom-Projekte
Mittwoch, 7. November 12
Anpassung & sexuelle Selektion
Evolution der Organismen:
Phylogenese – Anagenese – Kladogenese Bestimmung weiterer Begriffe: • Phylogenese – Phylogenetik (phylogenetische Systematik) Stammesgeschichte, Deutung morphologischer oder genetischer Unterschiede in Verwandtschafts-Beziehungen
• Anagenese – Anagenetik Veränderungen entlang einer Stammlinie del” “Bauplan-Evolution”, “Konstruktions-Wandel”
• Kladogenese – Kladogenetik Aufspaltung von Stammlinien
Mittwoch, 7. November 12
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Offene Fragen und Kritikpunkte an der Evolutionstheorie
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Mutation des Erbgutes als Motor der Evolution ? • Mutationen = Veränderungen des Erbgutes durch äußere Einflüsse (radioaktive Strahlung, chemische Einflüsse) Kopierfehler bei der ständigen Rekombination und Zellteilung Neuzusammensetzung des Erbgutes bei sexueller Fortpflanzung
• Probleme: Die gesamte “Information” wird auf den “Genen” vermutet •
Fortpflanzung: Nicht nur Chromosomensatz, sondern ganze Zellkonstruktion •
Gene enthalten nur Material-Information keine Bau-Information
Organismus ist immer ein funktionales Ganzes, eine Einheit •
Es wandelt sich immer das gesamte mechanische Gebilde des Organismus
Der bisherige Mutationsbegriff greift zu kurz, er erfasst NUR die chemischen Eigenschaften, NICHT aber die mechanischen. Mittwoch, 7. November 12
Offene Fragen und Kritikpunkte an der Evolutionstheorie
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Selektion und Anpassung • Selektion = Auswahl der am besten angepassten Die am besten angepassten haben die meisten Nachkommen Die Umwelt entscheidet über Fortbestehen und Sterben
• Probleme Anpassung erklärt alles! •
Aussage: “Die Überlebenden haben überlebt” – “Die Überlebenden sind angepasst”
•
Anpassung ist ursprünglich anti-evolutionär (Einpassung der Lebewesen durch Gott)
Selektion ist ein Begriff aus der Züchtungspraxis •
Natürliche Selektion ist eine Metapher, kein Mechanismus
•
Selektion wird in der STE negativ verstanden, in der Züchtung jedoch positiv
Der bisherige Selektions- und Anpassungsbegriff ist immer richtig und daher unbrauchbar. Mittwoch, 7. November 12
Offene Fragen und Kritikpunkte an der Evolutionstheorie
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Zufälligkeit • Zufallsbegriff in der Synthetischen Theorie Mutation und Selektion sind nicht ursächlich miteinander verknüpft, •
Überleben (durch Selektion) ist daher nicht kausal begründbar sondern zufällig
• Probleme Zufälligkeit öffnet das Tor zur “Beliebigkeit” Evolutionsverläufe werden auf Wahrscheinlichkeitsaussagen reduziert Zwangsführungen werden übersehen ==> der Zufallsbegriff ist Erkenntnisbehindernd, da kausale Ursachen nicht mehr gesucht werden
Der Zufallsbegriff ist mehr eine “faule Ausrede” als ein Evolutionsprinzip Mittwoch, 7. November 12
Entstehung der für Tiere typischen Körperkonstruktion
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Entstehung der vielzelligen Körperkonstruktion durch interne Kompartimentierung
sessile Lebensweise bei Intensivierung des Wasserstromes Mittwoch, 7. November 12
Die erste globale Umweltkatastrophe
Die Vorlesungsfolien wurden aus der Vorlesungspräsentation von Prof. Dr. Joachim Reitner und Dr. Mike Reich (beide GWDG Göttingen) konzipiert. Ergänzt wurde das Material mit Abbildungen aus dem Internet und verschiedenen Publikationen. Trotz aller an den Tag gelegten Sorgfalt, konnten nicht für alle Bilder die Originalquellen gefunden und benannt werden. Es ist somit davon auszugehen, dass alle Darstellungen mit Copyrights versehen sind. Der Autor übernimmt keinerlei Haftung für irgendwelche CopyrightVerletzungen, die sich aus der Bereitstellung der Vorlesungsfolien ergeben. Die Präsentation darf nur zur Vorbereitung auf die Modul-Abschlußprüfung Evolutionsforschung und Anwendung GmbH verwendet werden, jede darüber hinausgehende Nutzung ist untersagt.
Cyanobakterien produzieren Sauerstoff •
Sauerstoff ist ein hochreaktiven Gas und ein Zellgift
•
geringe Mengen können durch Oxybakterien kompensiert werden
•
große Mengen führen zur Anreicherung in Wasser und Atmosphäre
Globale Umweltkatastrophe •
Alle Organismen, die mit Sauerstoff nicht umgehen können sterben (außer in anaeroben Regionen)
Organismen gestalten die Erde •
Sauerstoff reagiert mit dem freien Eisen Organismen bilden Gesteine
•
Sauerstoff beginnt sich in der Atmosphäre anzureichern: vor ca. 1,4 Ga: etwa 0,2 % vor 0,4 GA: etwa 2 %
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Organismen verändern die Erde: Gebänderte Eisenerze
Die Vorlesungsfolien wurden aus der Vorlesungspräsentation von Prof. Dr. Joachim Reitner und Dr. Mike Reich (beide GWDG Göttingen) konzipiert. Ergänzt wurde das Material mit Abbildungen aus dem Internet und verschiedenen Publikationen. Trotz aller an den Tag gelegten Sorgfalt, konnten nicht für alle Bilder die Originalquellen gefunden und benannt werden. Es ist somit davon auszugehen, dass alle Darstellungen mit Copyrights versehen sind. Der Autor übernimmt keinerlei Haftung für irgendwelche CopyrightVerletzungen, die sich aus der Bereitstellung der Vorlesungsfolien ergeben. Die Präsentation darf nur zur Vorbereitung auf die Modul-Abschlußprüfung Evolutionsforschung und Anwendung GmbH verwendet werden, jede darüber hinausgehende Nutzung ist untersagt.
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BIF („banded iron formation“) •
Sauerstoff reagierte mit verschiedenen anderen Elementen in der Umgebung: Eisen oxidierte zu Eisenoxid, es entstehen stromatolithenartige Ablagerungen = gebänderte Eisenerze (BIF)
•
erst nachdem das oxidierbare Eisen aufgebraucht war reicherte sich Sauerstoff in Atmosphäre und Hydrosphäre an
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Mechanismen der Evolution Energiewandel Reproduktion Wachstum
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Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte
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Ziel der Evolutionsforschung: Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte • Voraussetzungen: Vorgegeben durch die Bedingungen • Ursache: Erklärbar durch die Mechanismen • Ablauf: Rekonstruierbar durch die Faktoren
Welche Faktoren sind geeignet? • episodische Faktoren Gestatten die Rekonstruktion von: •
Artenwandel, Rassenbildung, Populationsdynamik, Biogeographie
• kontinuierliche Faktoren Gestatten die Rekonstruktion von •
Konstruktionswandel / Bauplanwandel = ANAGENESE (i.e.S.)
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Episodische und kontinuierliche Faktoren der Evolution
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Episodische Faktoren = klassische Evolutionsprinzipien • Situations- und zustandsbedingtes Wirkungspotential Mutationen des Erbgutes, genetische Selektion Mechanismen der Embryonalentwicklung, zelluläre Vorgänge Expressionsmuster von spezifischen Genen, Apoptose, Nekrose, Gewebewachstum Umwelteinflüsse (externe Faktoren), Selektion
• Gestatten die Rekonstruktion von: Artenwandel, Rassenbildung, Populationsdynamik, Biogeographie
Kontinuierliche Faktoren • Material- und funktionstechnisch bedingtes Wirkungspotential Naturgesetze (Thermodynamik, Energieerhaltung, Mechanik) Materialeigenschaften (Hydraulik, Steifigkeit, Belastbarkeit) Expressionsmuster von “Housekeeping Genes” (= metabolismus- und materialspezifische Gene) Funktions-/Konstruktionsgefüge des Körperbaus (Muskelantagonismus, kausale Histogenese)
• Gestatten die Rekonstruktion von Konstruktionswandel / Bauplanwandel = ANAGENESE Mittwoch, 7. November 12
Morphoprozess-Theorie der Evolution
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Geltungsbereiche der Evolutionstheorien im Morphoprozess: • Darwin’sche Theorie: Bestimmung der nötigen Teilkomponenten organismische Bedingungen des Evolutionsprozesses (sensu Lamarck)
• Darwinismus / Neodarwinismus episodische Faktoren des Evolutionsprozesses
• Synthetische Theorie der Evolution episodische Faktoren des Evolutionsprozesses ==> Rekonstruktion von Populationsdynamik Teilmechanismen des Evolutionsprozesses
• Frankfurter Evolutionstheorie Bedingungen des Evolutionsprozesses Mechanismen des Evolutionsprozesses kontinuierliche Faktoren des Evolutionsprozesses ==> Rekonstruktion der Evolutionsgeschichte Mittwoch, 7. November 12
Evolution als kontinuierlicher Morphoprozeß
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(ISTOGENETISCHE&AKTOREN
%NTWICKLUNGSKINETISCHE&AKTOREN
'EWEBEDIFFERENZIERUNG 'ENEXPRESSION !POPTOSE (ERANWACHSENDES%MBRYO
(YDRAULISCHES7ACHSTUM &ORMBILDUNG KONSTRUKTIONELLE3ELEKTION )NTERN 3ELEKTION@
-ORPHODYNAMISCHEUND FUNKTIONSTECHNISCHE&AKTOREN
!UFSPALTUNG 2ADIATION
3TRUKTUR %RHALTUNGINTERNE&EHLFUNKTION %RHALTUNGFUNKTIONALER%INHEITEN !UTODESTRUKTIONDYSFUNKTIONALER%INHEITEN %NTWICKLUNG
:ELLBIOLOGISCHEUNDMOLEKULARE&AKTOREN
GEWANDELTER -ORPHOPROZESS
7IDERSTËNDIGKEIT DES-EDIUMS !BGABEDER%NERGIEINS-EDIUM
&RàHENTWICKLUNG "EGINNDERNEUEN'ENERATION
%NERGIE )NPUT
%NTSOR GUNG 2EPRODUKTION
:ELLBIOLOGISCHE&AKTOREN 3PERMIEN 3ELEKTION :YGOTEN "ILDUNG "EFRUCHTUNG
2EPRODUKTIONSTECHNISCHE&AKTOREN SEXUELLE+OMPATIBILITËT CHEMISCHEMECHANISCHE)SOLATION &ORTPFLANZUNG
«KOLOGISCHEUNDGEOLOGISCHE&AKTOREN 2EPRODUKTION
3CHEITERNIN,EBENSRËUMEN 5MWELT 3ELEKTION @%XTERN 3ELEKTION 'ESCHLECHTSZELLEN
«KOLOGISCHEUNDSOZIOLOGISCHE&AKTOREN +ONKURRENZ SEXUELLE3ELEKTION 0OPULATIONSDYNAMIK
,EISTUNGS UNDFUNKTIONSBEZOGENE&AKTOREN %RSCHLIEUNGVON,EBENSRËUMEN %INKLINKENIN%NERGIESTRÚME @!NPASSUNG
:ELLBIOLOGISCHE MOLEKULAREUND GENETISCHE&AKTOREN !BGLIEDERUNGENTWICKLUNGSFËHIGER5NTEREINHEITEN UA'ESCHLECHTSZELLEN
"AUTECHNISCHE'RUNDLAGEN 3YSTEM $ETERMINANTEN /RGANISMISCH BIOTECHNISCHE 3YSTEM $ETERMINANTEN
-ECHANISCHGESCHLOSSENE%NTITËTEN HYDRAULISCHE&ORMBILDUNGSPRINZIPIEN /SMOSE
"IONOMIE -ETABOLISMUS 3PIELRAUMORGANISMISCHER )NTERAKTIONUNDKONSTRUKTIONELLER6ARIANZ ORGANISMISCH FUNKTIONELLER2AHMEN
-ATERIALTECHNISCHE'RUNDLAGEN 3YSTEM $ETERMINANTEN &IBRILLËRE/RGANISATION -USKELANTAGONISMUS KAUSALE(ISTOGENESE
+ONTINUIERLICHWIRKENDE&AKTOREN (YDRAULIK +OHËRENZ 6ERËNDERLICHKEITDER0ROZESSE /PTIMIERUNGSZWANG ORGANISMISCHKONSTRUKTIONELLE"ASIS
0HYSIKALISCH CHEMISCHENATURGESETZLICHE "ASIS 4HERMODYNAMISCHE(AUPTSËTZE%NERGIEWANDLUNG %NTROPIE 0RINZIP
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Weitere Kritikpunkte
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Fragwürdige Prozesstheorie • Mutation, Selektion, Vererbungsgesetze und Populationsdynamik sind nur episodische Faktoren im Morphoprozess
Fehlende Definition des Evolutionsprozesses • Alle Veränderungen werden als “Evolution” bezeichnet.
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Evolutionsfeld der Deuterostomier
Chordata Craniota
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Ambulacraria
“Peribranchialia”
Hydrauliken liefern weitere Invarianzen für den Körperbau
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Der Schritt an Land
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Quastenflosser Amphibien
Reptilien
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Evolution des Schultergürtels
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p Trapezius Rhomboid Rhomboideus
Muskelschlinge
mu muscular sling: ng: trägt dastheKörpercarr body carrying weight wei gewicht Serratu Serratus
Pectoralis
limbs the body the ground (like stilts) Beinelift heben den over Körper vom Grund Mittwoch, 7. November 12
Beispiele für Schultergürtel bei Vierbeinern
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Verschiedene Typen von Schultergürteln
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(1)
Shoulder girdles (fin girdle) that separate lateral undulation of the trunk from vertical mouth opening (fishes)
(3)
Shoulder girdles that provide a high degree of movability to the arms (hominids)
(2 Shoulder girdles (2) that carry the body weight in muscular slings (tetrapods)
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Heben des Armes durch Verstellung des Schulterblattes
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Schultergürtel der Primaten: Warum der Mensch aufrecht geht
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Dank der Schulterkonstruktion können wir Bier trinken
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Vom Totalpropulsor zum “fraktalen” Organismus
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Entstehung der vielzelligen Körperkonstruktion durch interne Kompartimentierung
sessile Lebensweise bei Intensivierung des Wasserstromes Mittwoch, 7. November 12
Vom Totalpropulsor zum “fraktalen” Organismus
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Sessile Lebensweise eröffnet den modularen Körperbau: Redundanz funktionsgleicher Einheiten (”Module”)
“Polypen” als Teile des Ganzen
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Polypen der Koralle sind Teile des Ganzen
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Beispiele für Oktokorallen
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Fotos: G. Bargibant Mittwoch, 7. November 12
Vom Totalpropulsor zum überindividuellen Organismus
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Übergang zur sessilen Lebensweise auf der Basis einer weiteren Körperkonstruktion Tunikaten (Manteltiere)
Übergang zur sessilen Lebensweise durch Vergrößerung des Filtrierapparates
“Siamesische Mehrlinge” sind bei sessiler Lebensweise nicht dysfunktional Mittwoch, 7. November 12
Extremformen der “überindividuellen” Kohärenz
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Entstehung funktioneller Autositen (”Kolonien”)
sekundäre Individualisierung einzelner “Module” Mittwoch, 7. November 12
Evolution ohne Anpassung: Frankfurter Evolutionstheorie
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Organismischer Wandel als Ersatz für den Darwinismus • Lebewesen sind hydraulische, energiewandelnde Konstruktionen, ihr Körperbau und ihr Funktionieren ist daher mit einer Maschine vergleichbar
• Evolution ist eine notwendige Konsequenz der Thermodynamik, die Konstruktion des Organismus, nicht die DNA ist für den Wandel verantwortlich
• Evolution ist irreversibel und kanalisiert, sie verläuft nicht zufällig, sondern in naturgesetzlich determinierten Richtungen
• Evolution ist Ökonomisierung, Optimierung oder Differenzierung, Effizienzsteigerung und Energiebilanzierung geben die Richtung der Evolution vor
• Lebewesen passen sich nicht an die Umwelten an, sie dringen nach ihren Möglichkeiten in Umwelten ein und gestalten diese
• Lebewesen sind Träger und Bestandteil eines Morphoprozesses Organismen sind daher “künstliche Momentaufnahmen” aus dem Fluss der Evolution Mittwoch, 7. November 12
Gegenstandsbereiche einer Evolutionstheorie
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Bedingungen der Evolution • physikalische, chemische und materialtechnische Rahmenbedingungen die sich aus der Natur und dem Aufbau der Organismen ergeben.
Mechanismen der Evolution • Das Zusammenspiel des organismischen Gefüges über die Generationen hinweg (= generationenübergreifende Reproduktion, ”generative Kontinuität”).
Faktoren der Evolution • situationsbezogene Aspekte, die auf das konkrete Ergebnis der Interaktion im Evolutionsmechanismus Einfluss nehmen. Unterscheidung: kontinuierliche Faktoren vs. episodische Faktoren Mittwoch, 7. November 12
Komponenten des evolutionären Wandels (”Morphoprozess”)
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Bedingungen der Evolution: • Was sind Organismen ? • Wie funktionieren Organismen ? • Welche Materialien stehen zur Verfügung ? • Welche Besonderheiten weisen Organismen auf ?
Mechanismen der Evolution • Wodurch wird der Evolutionsprozess angetrieben ?
Faktoren der Evolution • Welche Faktoren nehmen auf den konkreten Verlauf Einfluss ? • Welche Faktoren sind zur Rekonstruktion des Evolutionsverlaufs geeignet ?
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Komponenten einer Evolutionstheorie
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• Arbeitsgegenstand (Organismusbegriff) Was sind Lebewesen? Wie werden sie beschrieben? Geltungsbereich von Forschungsergebnissen und Aussagen
• Rekonstruktionstheorie Anweisung zur Bestimmung der Lesrichtung von Evolutionslinien. Kriterien zur Rekonstruktion und Retrodiktion
• Vererbungstheorie Mechanismen der Weitergabe von Eigenschaften an die Nachkommen = Abgliederung von Keimbahnen und Vererbung von Merkmalen.
• Reproduktionstheorie / Populationstheorie Beziehung der Individuen aufeinander folgender Generationen untereinander Mechanismen der Generationen übergreifenden Kontinuität.
• Definition des Evolutionsbegriffes Unterscheidung von evolutionären und nicht-evolutionären Vorgängen Mittwoch, 7. November 12
Transdisziplinäre Evolutionstheorie
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Eine Evolutionstheorie für alles? • • • •
Kosmische Evolution Biologische Evolution Technische Evolution Kulturelle Evolution
Komponenten einer allgemeinen Evolutionstheorie: • Gegenstands-Theorie [Organismusbegriff]
• “Retrodiktions-Theorie” [Rekonstruktionstheorie]
• “Prozess-Theorie” [Reproduktions- und Vererbungstheorie]
• Definition des Evolutionsprozesses Mittwoch, 7. November 12
Redundanz und Irreversibilität als Evolutionsprinzipien
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Warum ist Evolution redundant? • Wandel ist “Naturgesetz”, weil niemals ein Vorgang genauso abläuft wie ein vorheriger. • evolutiver Wandel verläuft im Rahmen chemo-mechanischer Naturgesetze. • Körperkonstruktion gibt einen vergleichsweise engen Wandlungsspielraum vor (”Morphospace”).
Warum ist Evolution irreversibel • konstruktionelle Veränderung sind Optimierung, Ökonomisierungen oder Differenzierungen. • Evolution entgegen diesen Prinzipien widerspricht den Hauptsätzen der Thermodynamik. • Strukturen entstehen durch Innendifferenzierung, nicht durch Addition Mittwoch, 7. November 12
Teleonomie des Evolutionsprozesses
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Kontinuität des evolutiven Wandels • Evolution verläuft im naturgesetzlichen Rahmen (”Teleonomie”) Vorkonstruktion (Antezedenz) bestimmt Nachfolgekonstruktion (Deszendenz)
Prinzipien des evolutiven Wandels • Verbesserung einer Struktur Optimierung (z.B. von Bewegungen)
• Verbesserung der Energiebilanz Ökonomisierung (z.B. Formerhaltung)
• Konstruktions-Varianten Differenzierung (z.B. Schlängeln oder Kriechen)
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Bedingungen, Mechanismen und Faktoren der Evolution
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Bedingungen der Evolution • Bedingungen der Evolution sind die physikalischen, chemischen und materialtechnischen Rahmenbedingungen die sich aus der Natur und dem speziellen Aufbau der Organismen ergeben.
Hierzu zählen: • Naturgesetze der Physik und Chemie: Beide Hauptsätze der Thermodynamik Prinzipien der hydraulischen Formbildung
• Materialeigenschaften mechanische Eigenschaften der Bauteile der Organismen chemische Eigenschaften der Bauteile der Organismen
• Spezielle biologische Eigenschaften Omnis cellula e cellula (generative Kontinuität)
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Bedingungen, Mechanismen und Faktoren der Evolution Evolutionsmechanismus • Ein Mechanismus ist die Konfiguration miteinander agierender Teile deren Zusammenspiel die evolutionäre Veränderung zur Folge hat. • Im Falle der Evolution ist damit der Vorgang der generationenübergreifenden Reproduktion inkl. Keimbahnabtrennung gemeint (”generative Kontinuität”).
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Bedingungen, Mechanismen und Faktoren der Evolution Evolutionsfaktoren • Evolutionsfaktoren sind situationsbezogene Aspekte, die auf das konkrete Ergebnis der Interaktion im Evolutionsmechanismus Einfluss nehmen. • Wir unterscheiden: kontinuierliche Faktoren •
Hydraulische Formbildung
•
Materialeigenschaften
•
Konstruktionsprinzipien
episodische Faktoren •
Genetik, zelluläre Vorgänge
•
Mutation, Selektion, Konkurrenz
•
Umwelt, Klima
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&AKTORENIM3CHUL UND,ERNALLTAG )NTELLIGENZ
,ERNBEREITSCHAFT
,OGISCHES$ENKVERMÚGEN 'EDËCHTNIS 0HANTASIE .EUGIER
!NSTRENGUNGSWILLE 3ELBSTËNDIGKEIT $URCHHALTEVERMÚGEN +ONZENTRATIONSFËHIGKEIT !USDAUER )NTERESSEN &LEISS
+ÚRPERLICHE6ERFASSUNG
3EELISCHE'RUNDSTIMMUNG
7IDERSTANDSKRAFT (ÚREN 3EHEN "ELASTBARKEIT
!NGST "ELASTBARKEIT 3ELBSTKONZEPT !UFGESCHLOSSENHEIT
Der Organismus als operational offenes System in der Umwelt
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Steuerung und Koordination Steuerungseinheiten sind auf die Erfordernisse der Köperkonstruktion abgestimmt • Steuerungseinheiten stehen in Wechselwirkung mit Antriebseinheiten • Der Organismus ist vollständig autonom (eigenverantwortlich)
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