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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Evolution der Wirbeltiere (Vögel, Säugetiere) Gruppe: Deuterostomia

3.1 Vögel: Evolution und Evolution des Vogelflugs Aves (Vögel) ⎯ ca. 10.000 Arten ⎯ nahezu alle terrestrischen Lebensräume ⎯ 1.6 g (Kolibri) bis 150 kg (Strauß)

Evolution der Vögel ⎯ offensichtliche gemeinsame Merkmale der Vögel (keine Synapomorphien): ⎯ Federn ⎯ Endothermie (Gleichwarm) ⎯ Fliegen

Parallele Evolution des aktiven Fluges bei Wirbeltieren → das Fliegen ist dreimal unabhängig voneinander bei den Wirbeltieren entstanden ist: 1.

bei den Terosaurien

2.

bei den Vögeln

3.

bei den Fledermäusen und Flughunden

Der Ursprung der Vögel … Vergleichender Skelettaufbau Archaeopteryx und Vogel → Archaeopteryx kein direkter Vorfahre der modernen Vögel

1

Basismodul Zoologie & Evolution VL3 ABER: Konnte der Archaeopteryx fliegen? ⎯

maximale Laufgeschwindigkeit von Archaeopteryx: 2 m/s → Nötige Geschwindigkeit zum Flug: >6 m/s

⎯

kein echtes Sternum = kein Ansatz für die Flugmuskulatur

⎯

keine Feder beta-Keratin (=eines der Proteine, aus denen Feder entstehen) → zu schwache Federkiele

⎯ Analyse der Flügelknochen mit Phasenkontrast Synchroton Microtomographie ⎯ Flügelknochenarchitektur ähnlich zu Vögeln → Archaeopteryxe konnten nicht richtig fliegen aber sich kurzeitig vom Boden abheben

3.2 Vögel: Merkmale und Anpassung an den Flug Der moderne Vogel: Anpassung an den Flug

Reduktion der „Finger“ und der „Vogelhand“ ⎯ nur noch 2. bis 4. Fingerknochen erhalten (1. und 5. aber embryonal angelegt) ⎯ tragen Schwingen

Knochen ⎯ Vögel haben sehr leichte Knochen → gewichtsreduzierte Knochen ⎯ Knochen sind luftdicht (= Röhrenknochen) ⎯ durch Quer- und Längsstreben sehr gut abgesichert + sehr stark mineralisiert

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Federn ⎯ Isolation ⎯ Flug ⎯ Schmuck? (Balzverhalten)

Vogellunge mit Luftsäcken ⎯ Luftsäcke sind luftdicht; ABER ermöglich, dass über die Parabronchien die Luftbewegung nur über eine Richtung geschieht

Der Luftweg in der Vogellunge

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Langstreckenvogelzug ⎯ Orientierung * mit unterschiedlichen Sinnen ⎯ hohe Ventilation mit Lungen ⎯ „Schlafen“ während des Fluges?

* Orientierung beim Vogelzug ⎯ Sonnen- und Sternenkompass ⎯ Magnetkompass ⎯ Olfaktorische Merkmale ⎯ visuelle Merkmale

3.3 Säugetiere: Evolution und Systematik Schädelformen der Amniota

→ Schläfenfenster Funktion: Gewichtsreduktion und Flexibilität der Schädel

Evolution der Säugetiere (Synapsiden) ⎯ Moderne Synapsiden: Beuteltiere, Plazentale Säugetiere, Eierlegende Säugetiere ⎯ Ausgestorbene Synapsiden: Pelycosaurier, Frühe Therapsiden, Cynodontier

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Therapsida: Cynodonten (Hundezähner) ⎯ moderne Therapisda: säugetierähnliche ⎯ lebten zur gleichen Zeit wie Dinosaurier ⎯ schnelle, kleine Raubtiere ⎯ warmblütig mit Fell ⎯ aber Eier legend → Wahrscheinlich gehen aus den Cynodontia am Ende des Trias die Säugetiere hervor

Mammalia (Säugetiere) sind monophyletisch

Kloakentiere (Monotremata) ⎯ einzige Vertreter der Ursäuger ⎯ Australien und Neuguinea ⎯ nur 5 rezente Arten ⎯ legen Eier

Marsupialia (Beuteltiere) ⎯ ca. 240 Arten ⎯ australischer Raum, Südamerika, Nordamerika (1 Art: Nord Opposum) ⎯ 4 g (Beutelmaus) bis 90 kg (rotes Riesenkänguru) ⎯ Entwicklung im Beutel

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Eutheria (=Placentalia, Placentatiere)

⎯ besitzen Placenta (haben einige Beuteltiere jedoch auch schon) ⎯ lange Embryonalentwicklung im Uterus ⎯ seit ca. 110 Mio. J. (Untere Kreide), Schwestergruppe: Beuteltiere ⎯ wesentlich artenreicher als Kloakentiere und Beuteltiere (94% aller Säugetier-Arten) ⎯ alle Lebensräume, auch Wasser (Wale, Seekühe) und Luft (Fledermäuse) ⎯ ca. 4000 Arten, 18 Ordnungen → artenreichste Ordnungen: Nagetiere, Fledertiere, Insektenfresser und Raubtiere

Primaten ⎯

233 Arten

⎯

seit ca. 60 Mio. J. (ältestes Primaten-Fossil auf 56 Mio. J. datiert)

⎯

Vorfahren: ähnlich heutigen Spitzhörnchen (Tupaias)

3.4 Säugetiere: Merkmale

Apomorphien der Säugetiere ⎯

sekundäres Kiefergelenk und 3 Gehörknöchelchen

⎯

sekundärer Gaumen

⎯

heterodontes und diphydontes Gebiss

⎯

4-kammriges Herz (nur linke Aortenbogen)

⎯

Milchdrüsen

⎯

Haare

⎯

Enzephalisation (Vergrößerung des Gehirns)

⎯

7 Halswirbel

⎯

Zwerchfell

Umformungen des Säugerschädels ⎯ das Temporalfenster (Schäfelfenster) wird größer ⎯ das Foramen parietale (= Öffnung auf dem Schädel, durch die Licht auf die Zirbeldrüse hindurchtreten kann; Zierbeldrüse reguliert Tag-Nacht-Rhythmus) wird geschlossen ⎯ ein sekundäres Kiefergelenk entsteht ⎯ ein dreigliedriges Mittelohr entsteht

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Evolution von Kiefer und Gehör

→ Amphibien, “Reptilien”, Vögel: Columella bzw. Stapes → Säugetiere beziehen den 2. Kiemenbogen mit ins Gehör ein (3 Gehörknöchelchen!) und bilden ein sekundäres Kiefergelenk neu! → das primäre Kiefergelenk „wandert“ ins Mittelohr

Mittelohre mit drei Gehörknöchelchen

Hammer (Malleus), Amboss (Inkus), Steigbügel (Stapes) ⎯

Gehörknöchelchen als Impedanzwandler

⎯

Ermöglicht das Hören von Frequenzen > 8-10 kHz  Unterschied zu Amphibien, Reptilien und Vögeln 7

Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Spezialisierung der Sinnesorgane: Echoortung der Fledermäuse ⎯ Gehörknöchelchen ermöglichen das Hören von hohen Frequenzen (> 10 kHz) → ermöglicht Spezialanpassung der Sinnesorgane wie z.B. Echoortung → neue Lebensräume durch Nachtaktivität

Sekundärer Gaumen → weitere Kiemenbögen werden zum Knorpel des Stimmbildungsapparats ⎯ ermöglicht gleichzeitiges Kauen und Atmen ⎯ weicher Gaumen (=Gaumenengel) schließt den oberen Atemweg beim Schlucken gegen den Nahrungsweg ⎯ gefährliche Überkreuzung von Atem- und Speiseweg → Kehlkopf mit Kehldeckel zur Absicherung der unteren Atemwege!

Heterodontes Gebiss der Säugetiere Heterodont = setzt sich aus verschiedenen Zähnen zusammen Schneidezähne (Incisivi=I) Eckzähne (Canini=C) Vorbackzähne (Praemolares=P) Backenzähne (Molares=M) Diphyodont (nur Plazentatiere) = Milch- und Dauerzähne

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Spezialisierung der Gebisse

Konstante Anzahl von Halswirbeln ⎯ 7 Halswirbel (wenige Ausnahmen) ⎯ reguliert über Expression von Hox Genen ⎯ evolutionäre Vorteil ? → führt zur frühen Krebserkrankungen;

Getrennter Lungen- und Körperkreislauf bei Säugern und Vögeln ⎯ vollständig getrennter Lungen- und Körperkreislauf bei Säugern und Vögeln ⎯ ermöglicht unterschiedliche Druckverhältnisse in Lunge und Körper → Blutdruck im Körper kann erhöht werden ⎯ Gehirnentwicklung

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Haare und Fell ⎯ Haare: Verhornung von Epithelzellen ⎯ Haarbälgen mit Drüsen ⎯ Muskelansatz → Körpersprache

Milchdrüsen → aus den Haardrüsen sind Milchdrüsen entstanden ⎯ intensive Brutpflege ⎯ differenzierte Hautmuskulatur ermöglicht Pumpsaugen (=Andocken) der Jungtiere

Gehirn: generalisierter Aufbau bei Wirbeltieren

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Basismodul Zoologie & Evolution VL3 Vergleichende Gehirnentwicklung ⎯ enorme Vergrößerung der Großhirnrinde (Neocortex) bei Säugern ⎯ Furchung der Großhirnrinde nur bei hochentwickelten Säugern ⎯ Verbindung der beiden Großhirnhälften über Balken (bei Plazentatieren)

Enzephalisation = Vergrößerung des Gehirns im Vergleich zur Körpergröße (= in Relation zur Muskelmasse; Muskel müssen vom Gehirn angesteuert werden; je mehr Muskeln angesteuert werden müssen desto mehr Neurone benötigt das Gehirn, um die Muskeln anzusteuern)

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