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1.4.16.18: Evolution des Menschen - Biologie

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Lernziele

  • Beschreiben Sie die Evolutionsgeschichte des Menschen

Die Familie der Hominidae der Ordnung Primaten umfasst die Hominoide: die Menschenaffen (Abbildung 1). Beweise aus dem Fossilienbestand und einem Vergleich der DNA von Mensch und Schimpanse deuten darauf hin, dass Menschen und Schimpansen vor etwa 6 Millionen Jahren von einem gemeinsamen Vorfahren der Hominoiden abwichen. Mehrere Arten haben sich aus dem evolutionären Zweig entwickelt, der den Menschen einschließt, obwohl unsere Spezies das einzige überlebende Mitglied ist. Der Begriff Hominiden wird verwendet, um sich auf die Arten zu beziehen, die sich nach dieser Aufspaltung der Primatenlinie entwickelt haben, und bezeichnet damit Arten, die näher mit dem Menschen als mit Schimpansen verwandt sind. Hominine waren überwiegend zweibeinig und umfassen die Gruppen, die wahrscheinlich unsere Spezies hervorgebracht haben – einschließlich Australopithecus, Homo habilis, und Homo erectus– und jene nicht-vorfahrenden Gruppen, die als „Cousins“ des modernen Menschen angesehen werden können, wie zum Beispiel Neandertaler. Es ist schwierig, die wahren Abstammungslinien von Homininen zu bestimmen. In den vergangenen Jahren, als relativ wenige Hominin-Fossilien geborgen wurden, glaubten einige Wissenschaftler, dass die Reihenfolge, vom ältesten zum jüngsten, den Verlauf der Evolution von den frühen Homininen zum modernen Menschen zeigen würde. In den letzten Jahren wurden jedoch viele neue Fossilien gefunden, und es ist klar, dass oft mehr als eine Spezies gleichzeitig lebte und dass viele der gefundenen Fossilien (und benannten Arten) ausgestorbene Homininenarten darstellen und sind keine Vorfahren des modernen Menschen.

Sehr frühe Hominins

Drei Arten sehr früher Hominiden haben in den letzten Jahren Schlagzeilen gemacht. Der älteste von diesen, Sahelanthropus tchadensis, wurde vor fast 7 Millionen Jahren datiert. Es gibt ein einziges Exemplar dieser Gattung, einen Schädel, der im Tschad an der Oberfläche gefunden wurde. Das Fossil, das informell „Toumai“ genannt wird, ist ein Mosaik aus primitiven und weiterentwickelten Merkmalen, und es ist unklar, wie dieses Fossil mit dem Bild der molekularen Daten übereinstimmt, nämlich dass die Linie, die zu modernen Menschen und modernen Schimpansen führte, anscheinend etwa 6 Millionen teilte vor Jahren. Es wird zu dieser Zeit nicht angenommen, dass diese Art ein Vorfahre des modernen Menschen war.

Eine zweite, jüngere Art, Orrorin tugenensis, ist ebenfalls eine relativ neue Entdeckung, die im Jahr 2000 gefunden wurde. Es gibt mehrere Exemplare vonOrrorin. Es ist nicht bekannt, ob Orrorin war ein menschlicher Vorfahre, aber diese Möglichkeit wurde nicht ausgeschlossen. Einige Funktionen von Orrorinsind denen des modernen Menschen ähnlicher als die Australopithen, obwohl Orrorin ist viel älter.

Eine dritte Gattung, Ardipithecus, wurde in den 1990er Jahren entdeckt, und die Wissenschaftler, die das erste Fossil entdeckten, fanden heraus, dass einige andere Wissenschaftler den Organismus nicht für einen Zweibeiner hielten (daher würde er nicht als Hominide angesehen). In den dazwischenliegenden Jahren wurden mehrere weitere Exemplare von Ardipithecus, klassifiziert als zwei verschiedene Arten, zeigte, dass der Organismus zweibeinig war. Auch hier ist der Status dieser Gattung als menschlicher Vorfahre ungewiss.

Frühe Hominins: Gattung Australopithecus

Australopithecus („südlicher Affe“) ist eine Gattung von Homininen, die sich vor etwa 4 Millionen Jahren in Ostafrika entwickelt hat und vor etwa 2 Millionen Jahren ausgestorben ist. Diese Gattung ist für uns von besonderem Interesse, da angenommen wird, dass unsere Gattung, Gattung Homo, entwickelt aus Australopithecus vor etwa 2 Millionen Jahren (nachdem wahrscheinlich einige Übergangszustände passiert sind). Australopithecus hatte eine Reihe von Eigenschaften, die den Menschenaffen ähnlicher waren als den modernen Menschen. Zum Beispiel war der Sexualdimorphismus übertriebener als bei modernen Menschen. Männchen waren bis zu 50 Prozent größer als Weibchen, ein Verhältnis, das dem bei modernen Gorillas und Orang-Utans ähnelt. Im Gegensatz dazu sind moderne Männer etwa 15 bis 20 Prozent größer als Frauen. Die Gehirngröße von Australopithecus im Verhältnis zu seiner Körpermasse war auch kleiner als bei modernen Menschen und ähnlicher wie bei den Menschenaffen. Ein wichtiges Merkmal, das Australopithecus mit dem modernen Menschen gemeinsam hatte, war die Zweibeinigkeit, obwohl dies wahrscheinlich ist Australopithecus verbrachte auch Zeit in Bäumen. Hominin-Fußabdrücke, ähnlich denen des modernen Menschen, wurden in Laetoli, Tansania, gefunden und vor 3,6 Millionen Jahren datiert. Sie zeigten, dass Hominins zur Zeit von Australopithecus gingen aufrecht.

Es gab eine Reihe von Australopithecus Arten, die oft als Australopithe. Australopithecus anamensis lebte vor etwa 4,2 Millionen Jahren. Mehr ist über eine andere frühe Art bekannt, Australopithecus afarensis, die vor 3,9 bis 2,9 Millionen Jahren lebte. Diese Art zeigt einen Trend in der menschlichen Evolution: die Verkleinerung von Gebiss und Kiefer. EIN. afarensis (Abbildung 2) hatte im Vergleich zu Affen kleinere Eckzähne und Backenzähne, aber diese waren größer als die des modernen Menschen.

Seine Gehirngröße betrug 380–450 Kubikzentimeter, ungefähr die Größe eines modernen Schimpansenhirns. Es hatte auch prognathische Kiefer, die ein relativ längerer Kiefer ist als der des modernen Menschen. Mitte der 1970er Jahre das Fossil eines erwachsenen Weibchens EIN. afarensis wurde in der Afar-Region Äthiopiens gefunden und vor 3,24 Millionen Jahren datiert (Abbildung 3). Das Fossil, das informell "Lucy" genannt wird, ist von Bedeutung, da es das vollständigste gefundene Australopith-Fossil war, bei dem 40 Prozent des Skeletts gefunden wurden.

Australopithecus africanus lebte vor 2 bis 3 Millionen Jahren. Es hatte einen schlanken Körperbau und war zweibeinig, hatte aber robuste Armknochen und hatte wie andere frühe Hominiden möglicherweise viel Zeit in Bäumen verbracht. Sein Gehirn war größer als das von EIN. afarensis mit 500 Kubikzentimetern, was etwas weniger als ein Drittel der Größe des modernen menschlichen Gehirns ist. Zwei weitere Arten, Australopithecus bahrelghazaliund Australopithecus garhi, wurden in den letzten Jahren in die Liste der Australopithen aufgenommen.

Eine Sackgasse: Gattung Paranthropus

Die Australopiths hatten einen relativ schlanken Körperbau und Zähne, die für weiche Nahrung geeignet waren. In den letzten Jahren wurden Fossilien von Hominiden eines anderen Körpertyps gefunden und vor etwa 2,5 Millionen Jahren datiert. Diese Hominiden der Gattung Paranthropus, waren relativ groß und hatten große Mahlzähne. Ihre Backenzähne zeigten starke Abnutzung, was darauf hindeutet, dass sie eine grobe und faserige vegetarische Ernährung im Gegensatz zur teilweise fleischfressenden Ernährung der Australopithen hatten. Paranthropus beinhaltet Paranthropusrobust von Südafrika und Paranthropusaethiopicus und Paranthropusboisei von Ostafrika. Die Hominiden dieser Gattung starben vor mehr als 1 Million Jahren aus und gelten nicht als Vorfahren des modernen Menschen, sondern als Mitglieder eines evolutionären Zweigs des Homininbaums, der keine Nachkommen hinterließ.

Frühe Hominins: Gattung Homo

Die menschliche Gattung, Homo, erschien erstmals vor 2,5 bis 3 Millionen Jahren. Seit vielen Jahren Fossilien einer Art namens h. habiliswaren die ältesten Exemplare der Gattung Homo, aber im Jahr 2010 wurde eine neue Art namens Homo gautengensis wurde entdeckt und ist möglicherweise älter. Im Vergleich zu EIN. Afrikaner, h. habilis hatte eine Reihe von Merkmalen, die dem modernen Menschen ähnlicher waren. h. habilis hatte einen Kiefer, der weniger prognathisch war als die Australopithen und ein größeres Gehirn von 600–750 Kubikzentimetern. Jedoch, h. habilis behielt einige Merkmale älterer Hominin-Arten, wie z. B. lange Arme. Der Name h. habilis bedeutet „handwerklicher Mann“, was eine Anspielung auf die gefundenen Steinwerkzeuge mit seinen Überresten ist.

Sehen Sie sich dieses Video über die Smithsonian-Paläontologin Briana Pobiner an, die den Zusammenhang zwischen dem Fleischfressen der Homininen und evolutionären Trends erklärt.

Ein YouTube-Element wurde aus dieser Textversion ausgeschlossen. Sie können es hier online ansehen: pb.libretexts.org/bionm2/?p=482

h. erectus erschien vor etwa 1,8 Millionen Jahren (Abbildung 4). Es wird angenommen, dass es aus Ostafrika stammt und die erste Hominin-Art war, die aus Afrika auswanderte. Fossilien von h. erectus wurden in Indien, China, Java und Europa gefunden und waren in der Vergangenheit als „Java Man“ oder „Peking Man“ bekannt. h. erectus hatte eine Reihe von Merkmalen, die dem modernen Menschen ähnlicher waren als denen von h. habilis. erectus war größer als frühere Homininen, erreichte eine Höhe von bis zu 1,85 Metern und ein Gewicht von bis zu 65 Kilogramm, was Größen ähnlich denen moderner Menschen sind. Der Grad des Geschlechtsdimorphismus war geringer als bei früheren Arten, wobei die Männchen 20 bis 30 Prozent größer waren als die Weibchen, was dem Größenunterschied unserer Art nahe kommt. erectus hatte mit 775–1.100 Kubikzentimetern ein größeres Gehirn als frühere Arten, was im Vergleich zu den 1.130–1.260 Kubikzentimetern in modernen menschlichen Gehirnen vergleicht. erectus hatte auch eine Nase mit nach unten gerichteten Nasenlöchern, ähnlich wie bei modernen Menschen, und nicht wie bei anderen Primaten nach vorne gerichtete Nasenlöcher. Längere, nach unten gerichtete Nasenlöcher ermöglichen die Erwärmung der kalten Luft, bevor sie in die Lunge eintritt, und könnten eine Anpassung an kältere Klimate gewesen sein. Artefakte mit Fossilien von gefunden h. erectus vermuten, dass es der erste Hominin war, der Feuer benutzte, jagte und eine Heimatbasis hatte. erectus Es wird allgemein angenommen, dass sie bis vor etwa 50.000 Jahren gelebt haben.

Menschen: Homo sapiens

Eine Reihe von Arten, die manchmal als archaisch bezeichnet werden Homo sapiens, anscheinend entwickelt aus h. erectus begann vor etwa 500.000 Jahren. Zu diesen Arten gehören Homo heidelbergensis, Homo rhodesiensis, und Homo neanderthalensis. Diese archaischen h. sapiens hatte eine Gehirngröße ähnlich der des modernen Menschen, durchschnittlich 1.200-1.400 Kubikzentimeter. Sie unterschieden sich von modernen Menschen durch einen dicken Schädel, einen markanten Brauenwulst und ein fliehendes Kinn. Einige dieser Arten überlebten bis vor 30.000–10.000 Jahren und überlappten sich mit dem modernen Menschen (Abbildung 5).

Es gibt erhebliche Debatten über die Ursprünge des anatomisch modernen Menschen oder Homo sapiens sapiens. Wie vorhin besprochen, h. erectus in der ersten großen Migrationswelle vor etwa 1,5 Millionen Jahren aus Afrika nach Asien und Europa ausgewandert. Es wird angenommen, dass der moderne Mensch in Afrika aus h. erectus und wanderten vor etwa 100.000 Jahren in einer zweiten großen Migrationswelle aus Afrika aus. Dann ersetzte der moderne Mensch h. erectus Arten, die in der ersten Welle nach Asien und Europa eingewandert waren.

Diese evolutionäre Zeitachse wird durch molekulare Beweise gestützt. Ein Ansatz zur Erforschung der Ursprünge des modernen Menschen besteht darin, mitochondriale DNA (mtDNA) aus Populationen auf der ganzen Welt zu untersuchen. Da sich ein Fötus aus einem Ei entwickelt, das die Mitochondrien seiner Mutter enthält (die ihre eigene, nicht-nukleare DNA haben), wird mtDNA vollständig durch die mütterliche Linie weitergegeben. Mutationen in der mtDNA können nun verwendet werden, um den zeitlichen Verlauf der genetischen Divergenz abzuschätzen. Die resultierenden Beweise deuten darauf hin, dass alle modernen Menschen mtDNA von einem gemeinsamen Vorfahren geerbt haben, der vor etwa 160.000 Jahren in Afrika lebte. Ein weiterer Ansatz zum molekularen Verständnis der menschlichen Evolution ist die Untersuchung des Y-Chromosoms, das vom Vater an den Sohn weitergegeben wird. Dieser Beweis legt nahe, dass alle Männer heute ein Y-Chromosom von einem Mann geerbt haben, der vor etwa 140.000 Jahren in Afrika lebte.


Wegen vielen Gründen. Wir teilen fast 99 Prozent unserer genetischen Sequenz mit Schimpansen und Bonobos, was stark darauf hindeutet, dass wir einen gemeinsamen Vorfahren haben. Und es gibt Tausende von Fossilien, die nach und nach mehr menschenähnliche Arten in der Evolution unserer Abstammung dokumentieren, nachdem sie sich von den anderen Menschenaffen und später von Schimpansen und Bonobos getrennt hatte.

Biologen haben tatsächlich Evolution bei anderen Arten beobachtet, sowohl im Feld als auch im Labor – das jüngste Auftauchen antibiotikaresistenter Mikroben ist eine Form der Evolution. Und Tierzüchter sorgen ständig für Evolution – denken Sie an die enorme Vielfalt von Hunderassen, die aus Wölfen hervorgegangen sind.


1. Einführung: die großen Fragen der modernen menschlichen Ursprünge

Die erste Frage, die bei jeder Diskussion über den Ursprung und die Entwicklung von Homo sapiens ist, welche Diagnose der Art verwendet wird. Ein Papier mit dem klassischen multiregionalen Konzept von H. sapiens [1,2] müsste wahrscheinlich die gesamte pleistozäne Geschichte der menschlichen Gattung abdecken, während die viel eingeschränktere Verwendung von Autoren wie Tattersall & Schwartz [3] einen Fokus auf eine kleine Gruppe von mittleren –späten Fossilien aus dem Pleistozän. In dieser Arbeit verwende ich den Begriff H. sapiens für Material, das morphologisch näher mit existierenden Menschen verwandt erscheint als mit der Gruppe von Homo neanderthalensis, einer von zwei potenziell engsten fossilen Verwandten der existierenden H. sapiens (die anderen sind Denisovaner, die bisher aus fossilem Material praktisch unbekannt sind) [4]. Obwohl andere Forscher, insbesondere Archäologen, Verhaltensfaktoren in ihre Diagnosen moderner Menschen einbeziehen/H. sapiens, werde ich hier nicht tun.

Vorhanden H. sapiens teilen spezifische Merkmale wie ein hohes Neurokranium, abgerundet im seitlichen Profil, ein kleines Gesicht, das unter das Stirnbein zurückgezogen ist, ein echtes Kinn auch bei Säuglingen, kleine diskontinuierliche supraorbitale Tori, eine verlängerte postnatale Wachstumsphase und Lebensgeschichte und ein schmaler Rumpf und Becken mit kurzen oberen Schambeinästen. Anatomische Charakterisierung der H. sapiens Die Abstammung sollte daher anhand von Merkmalen wie kranialer Globularität, retrozessivem Gesicht, basicranialer Flexion, Entwicklung eines mentalen Osseums, dentaler Mikrostruktur und Beckenform möglich sein [5𠄸]. Darüber hinaus werden charakteristische Morphologien von Elementen der Innenohranatomie zunehmend besser charakterisiert in H. sapiens [9]. Im Schädelgewölbe die Form der Parietalregion in H. sapiens scheint besonders ausgeprägt zu sein [10�] und trägt sowohl in seitlichen als auch in okzipitalen Ansichten wesentlich zur Globularität bei. Die Basicranialflexion ist ein komplexeres Merkmal, aber H. sapiens scheint in verschiedenen Messungen davon sicherlich charakteristisch zu sein [6,13]. Die dentale Mikrostruktur, insbesondere mit dem Aufkommen der Mikro-CT- und Synchrotron-Technologie, zeigt nicht nur die erweiterte Ontogenese von H. sapiens, sondern zeigt auch deutliche Unterschiede zwischen H. sapiens und andere Hominin-Arten in Merkmalen wie der Schmelzdicke und der Form der Schmelz-Dentin-Grenze [14].

Eine zweite große Frage betrifft den Evolutionsmodus der Art H. sapiens—ob dies relativ punktuell oder schrittweise war. Da die Aufzeichnungen von Homininen aus dem mittleren Pleistozän in Afrika noch spärlich und schlecht datiert sind, ist es noch nicht möglich zu sagen, ob Fossilien wie Omo Kibish 1 und Herto 1 und 2 einige der frühesten Verschmelzungen der meisten Merkmale darstellen, die wir mit unseren vorhandenen Arten in Verbindung bringen , oder ob noch ältere Beispiele gefunden oder datiert werden müssen. In Europa deutet die jüngste Umwertung der Fossilien von Sima de los Huesos auf mindestens 400 ka darauf hin, dass viele Neandertaler-Merkmale, insbesondere im Gesicht, im Kiefer und in den Zähnen, zu diesem Zeitpunkt bereits gut entwickelt waren [15,16], was mehr als die Altersschätzung für Omo Kibish 1 (McDougall) verdoppeln [17]. Die nachfolgende europäische Aufzeichnung hatte eine allmähliche, wenn auch nicht immer genau geordnete, Akkretion weiterer Neandertaler-Synapomorphien angezeigt [18], obwohl eine bessere absolute Chronologie erforderlich ist, um dies richtig zu überprüfen. Daher können wir nach unserem gegenwärtigen Kenntnisstand noch nicht sagen, ob es eine Asymmetrie zwischen Europa (früh) und Afrika (spät) beim Auftreten der diagnostischsten Merkmale der jeweiligen Neandertaler- und modernen Menschengruppen gab (und siehe weitere Diskussion auf der Ende dieses Absatzes). Weaver [19] diskutierte drei Beweismittel, die häufig verwendet werden, um einen interpunktuellen Ursprung für zu untermauern H. sapiens in Afrika (die scheinbare Unterscheidbarkeit von 𠆊rchaischen’ von ‘modern’ fossilen Morphologien in Afrika die Verschmelzung vorhandener mtDNAs zu ca. 200 ka in Afrika das Datum des ersten afrikanischen Auftretens der ‘modern’ Morphologie anscheinend lügt kurz vor diesem Datum). Er kritisierte diese Beweise und nutzte die Theorie der Populations- und quantitativen Genetik, um zu zeigen, dass auch langwierige Prozessmodelle mit diesen Daten übereinstimmen und eine praktikable Alternative für den modernen menschlichen Ursprung darstellen. Eine damit verbundene Überlegung ist, ob Unterschiede entlang der jeweiligen neanderthalensis und sapiens Linien entstanden zufällig, durch Drift oder durch Selektion. Mit kranialen Messungen hat Weaver et al. [20] zeigten, dass der Unterschied zwischen den beiden Arten über eine Zeitskala von etwa 400 kyr eher durch Drift als durch Selektion entstanden sein könnte, mit der zusätzlichen Möglichkeit, dass diese Divergenz aufgrund der kulturellen Pufferung im Vergleich zu der gezeigten morphologischen Divergenz relativ unbeschränkt war zwischen Schädel der Unterarten von Pan troglodytes [21]. Und schließlich fand Trinkaus [22] bei der Betrachtung der Evolutionsrate der Neandertaler und moderner menschlicher Merkmale, dass es eine Asymmetrie in der Menge der Veränderungen entlang der beiden Linien gab, wobei die moderne mehr abgeleitet war als die der Neandertaler. Begrenzte genetische Daten scheinen jedoch das Gegenteil nahe zu legen, d. h. die Neandertaler-Linie könnte die abgeleitetere sein [23].

Eine dritte Frage ist die Natur des letzten gemeinsamen Vorfahren (LCA) des sapiens und neanderthalensis Abstammungslinien und wann diese Ökobilanz gelebt hat. Seit 1983 habe ich den Fall aufgestellt, dass Formähnlichkeiten zwischen dem Broken Hill und Petralona crania auf die Existenz einer weit verbreiteten mittelpleistozänen Population hinweisen, die als bezeichnet werden kann Homo heidelbergensis wenn auch der Mauer-Unterkiefer enthalten ist, oder H. rhodesiensis wenn nicht [24,25] (siehe auch [26]). Darüber hinaus habe ich argumentiert, dass diese Art die vernünftigste Ökobilanz für die neanderthalensis und sapiens Linien, wobei ihr gemeinsamer Ursprung bei etwa 400 ka liegt, basierend auf dem geschätzten mtDNA-Koaleszenzdatum der beiden Linien [25,27]. Eine neue Studie, die geometrische Morphometrie verschiedener Schädel verwendet, um die Ökobilanz von Neandertalern und modernen Menschen virtuell zu rekonstruieren, ergab auch, dass eine afroeuropäische Spezies (H. heidelbergensis s.l.) näherte sich am ehesten der hypothetisch rekonstruierten Ökobilanz, mit dem zusätzlichen Hinweis, dass die Ökobilanz höchstwahrscheinlich in Afrika lebte [28]. Ein alternatives Modell hat eine viel ältere vorgeschlagene Ökobilanz für die neanderthalensis und sapiens Abstammungslinien, basierend auf der ‘modern’ Oberkiefer-Konformation des ATD6-69 H. Vorläufer Gesicht aus Gran Dolina, Atapuerca, ca. 850 ka datiert [29]. Ein solches Modell würde implizieren, dass diese Gesichtsmorphologie bei den Nachkommen beibehalten wurde sapiens Linie, ging aber in der der Neandertaler verloren. Es entstehen neue Daten, die für diese Modelle bezüglich der endgültigen Abstammung von . relevant sind H. sapiens und H. neanderthalensis (und damit auch der Denisovaner), und ich werde auf dieses Thema in ੵ zurückkommen.

Eine vierte Frage folgt aus den vorherigen. Als sich die Neandertaler und die modernen menschlichen Abstammungslinien zu entwickeln begannen, starben ältere (und vielleicht ‘Vorfahren’) Morphologien in Eurasien und Afrika bald ab, oder hätten sie für eine beträchtliche Zeit neben ihren ‘Nachkommen’ bestehen bleiben können? Und wenn letzteres, könnten die zeitgenössischen Abstammungslinien Gene ausgetauscht haben? Während eine solche Frage für jedes einfache kladistische, phylogenetische oder taxonomische Schema ernsthafte Probleme aufwirft, gibt es immer mehr Beweise für das Überleben dessen, was als frühere Morphologien des mittleren Pleistozäns angesehen werden könnte (vgl. H. heidelbergensis oder H. rhodesiensis) zumindest in das spätere mittlere Pleistozän Europas und Afrikas [8,25]. Darüber hinaus zeigen neuere Hinweise auf spätpleistozäne Introgressionsepisoden zwischen verschiedenen menschlichen Abstammungslinien in Eurasien [30] und vielleicht auch in Afrika [31], dass vergleichbare genetische Austausche auch im mittleren Pleistozän stattgefunden haben könnten.



Die Amerikanisches Journal für Humanbiologie wird ab 2020 auf seiner Website „Editor’s Choice Articles“ erscheinen. Der Chefredakteur William Leonard wird eine Arbeit pro Ausgabe hervorheben, die basierend auf der Wirkung des Themas und der wissenschaftlichen Qualität ausgewählt wurde. Jeder ausgewählte Artikel wird für einen Zeitraum von 2 Monaten nach der Veröffentlichung frei zum Download zur Verfügung stehen. Lesen Sie hier die Artikel von Editor’s Choice.

Die Amerikanisches Journal für Humanbiologie (AJHB) bietet ab sofort die folgenden drei Open Science-Abzeichen des Center for Open Science an – Open Materials, Open Data und Preregistred Research Designs. Die Autoren haben bei der Einreichung des Manuskripts die Möglichkeit, zu entscheiden, ob sie teilnehmen möchten. Die Beantragung und Qualifizierung für Open Science-Abzeichen ist keine Voraussetzung für die Veröffentlichung mit der Zeitschrift. Weitere Informationen zum Programm finden Sie in den Autorenrichtlinien.


Homologie

Unsere Redakteure prüfen, was Sie eingereicht haben, und entscheiden, ob der Artikel überarbeitet werden soll.

Homologie, in der Biologie, Ähnlichkeit der Struktur, Physiologie oder Entwicklung verschiedener Arten von Organismen basierend auf ihrer Abstammung von einem gemeinsamen evolutionären Vorfahren. Homologie wird der Analogie gegenübergestellt, die eine funktionale Ähnlichkeit der Struktur ist, die nicht auf gemeinsamen evolutionären Ursprüngen beruht, sondern auf bloßer Ähnlichkeit der Verwendung. Somit sind die Vorderbeine so unterschiedlicher Säugetiere wie Menschen, Fledermäuse und Hirsche homolog, die Bauform und die Anzahl der Knochen in diesen unterschiedlichen Gliedmaßen sind praktisch identisch und stellen adaptive Modifikationen der Vordergliedmaßenstruktur ihrer gemeinsamen frühen Säugetiervorfahren dar. Analoge Strukturen können dagegen durch die Flügel von Vögeln und Insekten dargestellt werden, die Strukturen werden bei beiden Organismentypen zum Fliegen verwendet, haben aber zu Beginn ihrer evolutionären Entwicklung keinen gemeinsamen Vorfahren. Ein britischer Biologe des 19. Jahrhunderts, Sir Richard Owen, war der erste, der sowohl Homologie als auch Analogie präzise definierte.

Wenn zwei oder mehr Organe oder Strukturen im Grunde einander ähnlich sind, aber modifiziert werden, um unterschiedliche Funktionen zu erfüllen, werden sie als seriell homolog bezeichnet. Ein Beispiel dafür ist der Flügel einer Fledermaus und die Flosse eines Wals. Beide stammen aus den Vorderbeinen früher Säugetiervorfahren, haben jedoch unterschiedliche evolutionäre Modifikationen durchlaufen, um die radikal unterschiedlichen Aufgaben des Fliegens bzw. Schwimmens zu erfüllen. Manchmal ist unklar, ob Ähnlichkeiten in der Struktur in verschiedenen Organismen analog oder homolog sind. Ein Beispiel dafür sind die Flügel von Fledermäusen und Vögeln. Diese Strukturen sind insofern homolog, als sie in beiden Fällen Modifikationen der Vordergliedmaßen-Knochenstruktur früher Reptilien sind. Aber die Flügel von Vögeln unterscheiden sich von denen von Fledermäusen in der Anzahl der Ziffern und darin, dass sie Federn zum Fliegen haben, während Fledermäuse keine haben. Und vor allem entstand die Flugkraft in diesen beiden verschiedenen Wirbeltierklassen unabhängig voneinander bei Vögeln, während sie sich aus frühen Reptilien entwickelten, und bei Fledermäusen, nachdem sich ihre Säugetiervorfahren bereits vollständig von Reptilien unterschieden hatten. Daher können die Flügel von Fledermäusen und Vögeln eher als analog denn als homolog angesehen werden, wenn ihre morphologischen Unterschiede und evolutionären Ursprünge genauer untersucht werden.


Mir wurde nie beigebracht, woher die Menschen kommen

Viele amerikanische Studenten, mich eingeschlossen, lernen nie den menschlichen Teil der Evolution.

Aus dem Biologieunterricht an meiner öffentlichen High School in Texas erinnere ich mich an folgendes: Wir haben alles über den Krebs-Zyklus gelernt. Wir sammelten Insekten in der Hitze und erstickten sie in Gläsern mit Nagellackentferner. Wir haben meiner Erinnerung nach nicht viel über die Entstehung der menschlichen Spezies erfahren.

Die meisten Wissenschaftler glauben, dass die Wesen, die Menschen werden würden, vor etwa 6 Millionen Jahren von dem gemeinsamen Vorfahren abstammen, den wir mit Schimpansen, unseren nächsten lebenden Verwandten, teilen. Wir haben diesen Teil nicht gelernt – den Affenteil. Das heißt, unsere gemeinsame Abstammung mit anderen Primaten. Da dies fast 20 Jahre her ist und Erinnerungen mit der Zeit verblassen, habe ich mich bei mehreren Freunden erkundigt, die zur gleichen Zeit dieselbe High School besucht haben. Keiner von ihnen erinnerte sich auch daran, etwas über die menschliche Evolution gelernt zu haben.

Der einzige Biologieunterricht an der High School, den ich besucht habe, war in der neunten Klasse, und es war anscheinend so uninteressant für mich, dass ich mich nicht mehr an den Namen meiner Lehrerin erinnere. (Mein ehemaliger Schulbezirk antwortete nicht auf eine Bitte um Stellungnahme.) Meine Lehrer waren größtenteils religiös, obwohl sie anscheinend fest im Rahmen des staatlich vorgeschriebenen Lehrplans blieben. In einer anderen Klasse zeigte uns meine Lehrerin Diagramme des menschlichen Auges und bemerkte dann, dass die Komplexität des Auges ein überzeugender Beweis dafür ist, dass es einen Schöpfer gibt.

Ich hatte nicht viele andere Gelegenheiten, etwas über den Ursprung der Menschheit zu erfahren. Die Pastoren der evangelischen Jugendgruppe, die ich – außerhalb der Schule – besuchte, sagten mir, dass es möglich ist, dass gleichzeitig Dinosaurier und Menschen auf der Erde lebten. Wir können es nicht genau wissen, sagten sie, weil man der Kohlenstoffdatierung nicht trauen kann.

Meine Erfahrung war alles andere als ungewöhnlich. Während nur 13 Prozent der Lehrer angaben, Kreationismus oder intelligentes Design im Klassenzimmer zu befürworten, befürwortet die Mehrheit laut einer Umfrage unter 926 Biologielehrern an öffentlichen High Schools, die 2007 durchgeführt wurde, die neuesten verfügbaren Daten, die Mehrheit weder Kreationismus noch Evolutionstheorie Biologie. Diese „vorsichtigen 60 Prozent“, schreiben die Politologen von Penn State Michael Berkman und Eric Plutzer in ihrem Artikel von 2011 zu diesem Thema, „sind weder starke Befürworter der Evolutionsbiologie noch ausdrückliche Befürworter nichtwissenschaftlicher Alternativen“. (Plutzer ist dabei, eine neue Umfrage durchzuführen, jetzt sagte er mir, vorläufige Daten deuten darauf hin, dass sich seit 2007 wenig geändert hat). Und es gibt jüngste Beispiele dafür, dass Schulverwaltungen den Wert des Unterrichts in der Evolution bezweifeln. Letztes Jahr in Arizona wollten drei der Kandidaten, die um den Superintendent der staatlichen Schule wetteiferten, dass den Schülern intelligentes Design beigebracht wird Arizona Daily Sun berichtet. Im Jahr 2017 fasste ein Schulratsmitglied aus Utah das Konzept des „Lehrens der Kontroverse“ gut zusammen, als sie vorschlug, „vielleicht nur Theorie zu lehren und beide Seiten des Arguments herauszubringen – sei es intelligentes Design oder der Ursprung von Darwin“. Abgesehen davon, dass Leute, die Evolution studieren, auch dazu neigen, daran zu glauben ist keine wissenschaftliche Kontroverse.

Einige Pädagogen in diesen ambivalenten 60 Prozent neigen dazu, Evolution nur in Bezug auf die Molekularbiologie zu lehren, sagte Plutzer, aber nicht die Makroevolution von Arten. (Das scheint mir passiert zu sein.) Andere distanzieren sich vom Material, auch wenn sie den Schülern sagen, dass es sich um einen standardisierten Test handelt. „Ihr Hauptanliegen ist es nicht, die Schüler oder ihre Eltern zu beleidigen, indem sie die Wissenschaft auf eine Weise charakterisieren, die den religiösen Glauben herauszufordern scheint“, sagte mir Plutzer. "Ich denke, dass in manchen Fällen die Lehrer selbst Zweifel haben."

Darüber hinaus setzen einige Lehrer die Schüler mit verschiedenen „Theorien“ über die Evolution aus und ermutigen sie, sich eine eigene Meinung zu bilden. „Aber hat ein 15-jähriger Student wirklich genug Informationen, um Tausende von begutachteten wissenschaftlichen Arbeiten abzulehnen?“ Berkman und Plutzer schreiben in ihrem Artikel.

Einige dieser Lehrer könnten sogar evolutionäre Ideen wie natürliche Selektion und Mikroevolution einführen. Aber sie überspringen den Teil, den wir übersprungen haben – den Affenteil. Der Grund ist vielleicht nicht überraschend: Kreationisten „sind nicht daran interessiert, ob die Evolution die Größe und Form der Finkenschnäbel auf den Galápagos-Inseln beeinflusst“, sagt Glenn Branch, der stellvertretende Direktor des National Center for Science Education, das den Evolutionsunterricht in Schulen unterstützt . „Sie machen sich Sorgen, ob die Menschen nach dem Bilde Gottes selbst geschaffen wurden.“

Der Grund dafür, dass der Unterricht in öffentlichen Klassenzimmern so unterschiedlich ist, sagt Branch, ist, dass Lehrer viele Möglichkeiten haben, ihren Unterricht zu personalisieren. Die staatlichen Standards unterscheiden sich, und die lokalen Schulbehörden entwickeln Lehrpläne, die diesen unterschiedlichen Standards gerecht werden. Die Lehrer nehmen diese Lehrpläne und entwickeln Unterrichtspläne. Dann gehen sie in ihre Klassenzimmer. Unterrichten sie genau das, was im Unterrichtsplan steht, oder optimieren sie ihn? Es ist schwer zu wissen.

Wenn Lehrer sich an den Werten der Gemeinschaft orientieren, beschweren sich die Eltern möglicherweise nicht über das, was die Schüler lernen, sagt Branch. Wenn sich Eltern beschweren – weil sie beispielsweise glauben, dass der Lehrer die Religion im Klassenzimmer unangemessen angesprochen hat – könnte der Schulleiter den Lehrer zwingen, sein Verhalten zu ändern. Wenn der Schulleiter den Lehrer unterstützt, könnte dies Futter für einen Rechtsstreit werden.

Die Gerichte waren bisher auf der Seite der Säkularen. Der Kreationismus hat in den letzten 40 Jahren alle wichtigen US-Bundesgerichtsverfahren verloren, schreiben Berkman und Plutzer. Und nicht einmal die bekanntesten Gegner der Evolution sprechen sich offen dagegen aus. Nehmen Sie das Discovery Institute, das sich selbst als „Bildungs- und Forschungsorganisation“ mit „mehr als 40 angeschlossenen Wissenschaftlern und Gelehrten“ bezeichnet, von denen viele glauben, dass Schlüsselmerkmale des Lebens und des Universums eher Beweise für intelligentes Design als einen ungelenkten Prozess widerspiegeln. Sein Vizepräsident John West teilte mir per E-Mail mit, dass der beste Ansatz zum Unterrichten der menschlichen Evolution an öffentlichen High Schools darin besteht, „den Schülern ein genaues Verständnis der aktuellen Wissenschaft zu vermitteln, einschließlich der Untersuchung ungelöster Probleme und Bereiche, in denen Wissenschaftler weiterhin anderer Meinung sind“. Dazu gehören, sagte er, „Debatten darüber, wie sich die einzigartigen Fähigkeiten des Menschen für Sprache, Mathematik, Ethik, Feuermachen und Kunst in der Geschichte des Lebens entwickelt haben.“ Sarah Chaffee, die Programmbeauftragte des Instituts für Bildung und öffentliche Ordnung, sagte mir: „Die Wissenschaftsstandards der nächsten Generation informieren die Wissenschaftsstandards der meisten Staaten. Diese Standards erwähnen viele Aspekte der Evolution, beziehen sich jedoch nicht speziell auf die menschliche Evolution.“ Wenn Lehrer keine menschliche Evolution unterrichten, sagte sie, "ist es sehr wahrscheinlich, dass der Hauptgrund nur die Tatsache ist, dass sie nicht den wissenschaftlichen Standards entspricht." (Branch sagt, dass die menschliche Evolution zwar nicht im NGSS enthalten ist, aber auch andere Faktoren könnten erklären, warum Lehrer sie nicht präsentieren.)

Wie wirkt sich diese Variation in der Evolutionspädagogik auf die Schüler aus? Plutzer schlug vor, dass „die Kontroverse lehren“ die Tür zu der Idee öffnet, dass Fragen der Wissenschaft von den Schülern selbst entschieden werden. „Die weiter gefasste Konsequenz ist, dass die Schüler die Idee haben, dass wichtige Elemente der Wissenschaft auf Werten und nicht auf Beweisen basieren, und das gibt ihnen die Erlaubnis, andere Arten von Wissenschaft abzulehnen“, sagte er.

Branch sagt, dass fehlende Kenntnisse über die menschliche Evolution es beispielsweise für Ärzte schwieriger machen könnten, Superbugs zu verstehen, oder für Landwirte, die Nuancen der Landwirtschaft zu verstehen. Ich stehe dieser Argumentation etwas skeptisch gegenüber. Es gibt großartige Ärzte in Texas und sicherlich auch viele großartige Farmer. Das Internet war zu meiner Schulzeit noch nicht so allgegenwärtig, aber es war immer noch möglich, selbst zu lesen und zu erkunden. Heute ist das noch einfacher.

Stattdessen könnte das eigentliche Problem, wenn man in der High School nichts über die menschliche Evolution lernt, die einfache Frustration sein, nicht zu wissen, was andere Leute wissen, wenn sie es wissen. Die öffentliche Schule soll den Amerikanern eine gleichmäßige Grundlage bieten, auf der sie unsere Realität aufbauen können. Sie soll uns unter anderem zeigen, wie wir dahin gekommen sind, wo wir heute stehen. Für viele Studenten bleiben die Ursprünge dieser Geschichte undurchsichtig.


Die Geschichte der Minderwertigkeitsgedanken der Frau in der Evolutionsbiologie

Ein Überblick über die bedeutenden biologischen Schriften des späten 19. Jahrhunderts zeigt, dass ein Hauptgrund der frühen Evolutionstheorie der Glaube war, dass Frauen Männern intellektuell und körperlich unterlegen waren. Weibliche Unterlegenheit war eine logische Schlussfolgerung aus dem darwinistischen Weltbild, weil man glaubte, dass Männer einem viel größeren Selektionsdruck ausgesetzt waren als Frauen, insbesondere im Krieg, im Wettbewerb um Partner, Nahrung und Kleidung. Umgekehrt wurden Frauen vor Selektion durch Normen geschützt, die von erwachsenen Männern verlangten, Frauen und Kinder zu versorgen und zu schützen. Darwinisten lehrten, dass als Ergebnis dieses Schutzes die natürliche Selektion bei Männern viel aktiver wirkt als bei Frauen, was zu einer männlichen Überlegenheit in praktisch allen intellektuellen und Fähigkeitenbereichen führt. Infolgedessen wurden Männer "weiter entwickelter" als Frauen. Die Doktrin der weiblichen Minderwertigkeit ist ein hervorragendes Beispiel dafür, dass die Sessellogik beim Aufbau des Darwinismus oft wichtiger war als fossile und andere empirische Beweise.


Human evolution is still happening – possibly faster than ever

Yes, we’re still evolving. Credit: watchara/Shutterstock

Modern medicine's ability to keep us alive makes it tempting to think human evolution may have stopped. Better healthcare disrupts a key driving force of evolution by keeping some people alive longer, making them more likely to pass on their genes. But if we look at the rate of our DNA's evolution, we can see that human evolution hasn't stopped – it may even be happening faster than before.

Evolution is a gradual change to the DNA of a species over many generations. It can occur by natural selection, when certain traits created by genetic mutations help an organism survive or reproduce. Such mutations are thus more likely to be passed on to the next generation, so they increase in frequency in a population. Gradually, these mutations and their associated traits become more common among the whole group.

By looking at global studies of our DNA, we can see evidence that natural selection has recently made changes and continues to do so. Though modern healthcare frees us from many causes of death, in countries without access to good healthcare, populations are continuing to evolve. Survivors of infectious disease outbreaks drive natural selection by giving their genetic resistance to offspring. Our DNA shows evidence for recent selection for resistance of killer diseases like Lassa fever and malaria. Selection in response to malaria is still ongoing in regions where the disease remains common.

Humans are also adapting to their environment. Mutations allowing humans to live at high altitudes have become more common in populations in Tibet, Ethiopia, and the Andes. The spread of genetic mutations in Tibet is possibly the fastest evolutionary change in humans, occurring over the last 3,000 years. This rapid surge in frequency of a mutated gene that increases blood oxygen content gives locals a survival advantage in higher altitudes, resulting in more surviving children.

Diet is another source for adaptations. Evidence from Inuit DNA shows a recent adaptation that allows them to thrive on their fat-rich diet of Arctic mammals. Studies also show that natural selection favouring a mutation allowing adults to produce lactase – the enzyme that breaks down milk sugars – is why some groups of people can digest milk after weaning. Over 80% of north-west Europeans can, but in parts of East Asia, where milk is much less commonly drunk, an inability to digest lactose is the norm. Like high altitude adaptation, selection to digest milk has evolved more than once in humans and may be the strongest kind of recent selection.

We may well be adapting to unhealthy diets too. One study of family genetic changes in the US during the 20th century found selection for reduced blood pressure and cholesterol levels, both of which can be lethally raised by modern diets.

Yet, despite these changes, natural selection only affects about 8% of our genome. According to the neutral evolution theory, mutations in the rest of the genome may freely change frequency in populations by chance. If natural selection is weakened, mutations it would normally purge aren't removed as efficiently, which could increase their frequency and so increase the rate of evolution.

Evolution explains why we can still drink milk. Credit: Valerii__Dex/Shutterstock

But neutral evolution can't explain why some genes are evolving much faster than others. We measure the speed of gene evolution by comparing human DNA with that of other species, which also allows us to determine which genes are fast-evolving in humans alone. One fast-evolving gene is human accelerated region 1 (HAR1), which is needed during brain development. A random section of human DNA is on average more than 98% identical to the chimp comparator, but HAR1 is so fast evolving that it's only around 85% similar.

Though scientists can see these changes are happening – and how quickly – we still don't fully understand why fast evolution happens to some genes but not others. Originally thought to be the result of natural selection exclusively, we now know this isn't always true.

Recently attention has focused on the process of biased gene conversion, which occurs when our DNA is passed on via our sperm and eggs. Making these sex cells involves breaking DNA molecules, recombining them, then repairing the break. However, molecular repairs tend to happen in a biased manner.

DNA molecules are made with four different chemical bases known as C, G, A and T. The repair process prefers to make fixes using C and G bases rather than A or T. While unclear why this bias exists, it tends to cause G and C to become more common.

Increases in G and C at DNA's regular repair sites causes ultrafast evolution of parts of our genome, a process easily mistaken for natural selection, since both cause rapid DNA change at highly localised sites. About a fifth of our fastest evolving genes, including HAR1, have been affected by this process. If the GC changes are harmful, natural selection would normally oppose them. But with selection weakened, this process could largely go unchecked and could even help speed up our DNA's evolution.

The human mutation rate itself may also be changing. The main source of mutations in human DNA is the cell division process that creates sperm cells. The older males get, the more mutations occur in their sperm. So if their contribution to the gene pool changes – for example, if men delay having children – the mutation rate will change too. This sets the rate of neutral evolution.

Realising evolution doesn't only happen by natural selection makes it clear the process isn't likely to ever stop. Freeing our genomes from the pressures of natural selection only opens them up to other evolutionary processes – making it even harder to predict what future humans will be like. However, it's quite possible that with modern medicine's protections, there will be more genetic problems in store for future generations.

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What is evolutionary psychology?

Research shows that females and males – including girls and boys, as well as women and men – have many psychological differences. The field of evolutionary psychology attempts to explain these differences in terms of biological adaptations. In essence, this means examining the differing reproductive challenges faced by the sexes throughout our species’ history, and linking these with psychological and behavioural characteristics.

For instance, evolutionary psychologists claim that males are more aggressive than females because they can gain greater access to females by competing violently with other males. Males are thought to be more willing to engage in casual sex because they can greatly increase their reproductive output by doing so, whereas females benefit more from being choosy due to the demands of pregnancy and breastfeeding.

Females are more likely to prefer a partner who is taller and of higher status, because such males are better protectors and providers. Males are more likely to prefer a physically attractive partner, where the features considered most attractive in females are signals of higher fertility, such as youth and physical health.

It is quite possible that psychological, behavioural, and physical sex differences make men more likely to dominate women, and women less likely to resist domination from men.

Sex differences are, of course, a matter of degree rather than kind. For example: yes, more men than women are tall, but that’s not to say that women can’t be tall, and men can’t be short. It’s just that when calculated as an average, men are taller and women are shorter. The same principle applies to the differences described above.

Not all men and women fit the average characteristics of men and women. von www.shutterstock.com


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[Editor’s Note: This article is Casey Luskin’s chapter, “The Top Ten Scientific Problems with Biological and Chemical Evolution,” contributed to the volume More than Myth (Chartwell Press, 2014). It has been posted with permission of the book’s editors, Robert Stackpole and Paul Brown. A PDF of this article can be downloaded here.]

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