Monatsarchiv: Februar 2010

Kreationisten fragen – Äffchen antworten: Evolution von Kiemen und Lungen

nehmen wir doch einfach mal die fische,die ja im wasser leben und durch kiemen atmen.
wie sollen sich denn nun ,entweder aus den kiemen,oder aus irgendeinem anderen körperteilen,lungen werden,die man nun mal benötigt um an land atmen zu können.

Um das zu beantworten ist es eine gute Idee, sich zuerst klar zu machen was Tracheen, Kiemen und Lungen überhaupt sind.
Prinzipiell sind diese Strukturen nichts anderes als große, dünnhäutige und, bei Tieren die auch Blut besitzen, stark durchblutete Oberflächen. Diese Eigenschaften sind nötig um den Gasaustausch Sauerstoff-Kohlenstoffdioxid zu gewährleisten.

Nimmt man nun einen kleinen Wurm, zB. einen Nematoden oder einen Plathelminten, so ist das Verhältnis von Körperoberfläche zu Körpermasse groß genug, dass der Gasaustausch einfach über die Körperoberfläche geschehen kann. Verkleinert sich dieses Verhältnis, so ist irgendwann die Körpermasse so groß, dass der Gasaustausch über die Körperoberfläche nicht mehr alleine für die Versorgung des Organismus mit Sauerstoff ausreicht. Es gibt also eine natürliche Obergrenze für die Körpermasse eines solchen Wurms.
Stellen wir uns nun vor, dass dieser Wurm eine Allel an seine Nachkommen weiter gibt, dass zur Ausbildung eines Hautlappens führt. Das Verhältnis von Körperoberfläche zu Körpermasse ist dann also wieder größer und die Träger des entsprechenden Allels haben eine Vorteil gegenüber anderen Tieren in der Population. Das Allel wird dementsprechend immer weitergegeben und so in der Population fixiert. Irgendwann werden alle Tiere der Population diesen Hautlappen aufweisen. Durch weitere Mutationen können nun Allele auftauchen, die diesen Hautlappen immer größer und verästelter werden lassen. Das Verhältnis Körperoberfläche zu Körpermasse wird also immer größer und der Gasaustausch immer effizienter. Das führt dazu, dass die Tiere der entsprechenden Population auch immer größer werden können.
Über diesen Weg kommen wir zu fächerartigen Kiemen, wie wir sie zB. in Polychaeten finden. Hier ein besonders beeindruckendes Beispiel für diese:

 

Weihnachtsbaumwürmer besitzen besonders beeindruckende Kiemen. Author: Nhobgood Nick Hobgood unter CC BY-SA 3.0.

Weihnachtsbaumwürmer besitzen besonders beeindruckende Kiemen. Author: Nhobgood Nick Hobgood unter CC BY-SA 3.0.

 

Bei Kiemen die wir in Fischen finden ist es analog, nur, dass es von keinem Hautlappen, sondern einer Hauteinstülpung ausgehst. Jedoch findet auch hier eine Vergrößerung der Hautoberfläche statt.

Leider eignen sich die Kiemen von Fischen nur sehr schlecht dazu Luft zu atmen, da sie außerhalb des Wassers zusammen kleben. Die Lungen die wir in Wirbeltieren finden, sind nicht aus Kiemen entstanden, sondern höchst wahrscheinlich aus einer Einstülpung des Darms. Hier ist es wichtig daran zu denken, dass der Darm sowieso eine ähnliche Aufgabe hat wie Lungen und Kiemen. Hier soll zwar primär kein Gasaustasch stattfinden, aber Nährstoffe aufgenommen werden. Deshalb benötigt der Darm auch ähnliche Eigenschaften wie Lungen und Kiemen. Er muss ebenfalls eine große, dünnhäutige und, bei Tieren die auch Blut besitzen, stark durchblutete Oberfläche besitzen. Etwas lustig ausgedrückt, kann man also sagen, dass frühe luftatmende Wirbeltiere, und auch noch einige rezente Fische, Luft gefressen haben. Sie bildeten also Lungen aus und mussten deshalb trotzdem nicht auf ihre Kiemen verzichten. In sauerstoffarmen Gewässern oder solchen, die öfters trocken fallen, haben Tiere, die über beide Möglichkeiten der Atmung verfügen einen offensichtlichen Vorteil, so das auch diese Fähigkeit sich schließlich in einigen Populationen fixierte.
Wie jeder der sich schon mal beim Essen verschluckt hat weiß, ist es vorteilhaft Atemorgan und Gastralsystem möglichst getrennt zu haben. Jegliches Allel, welches zu einer stärkeren Trennung von Darm und Lunge führte, brachte also einen Vorteil mit sich. Es wurde also begünstigt und wurde in der Population fixiert. Dieses führte zu einer immer stärkeren Trennung und schließlich dazu, dass Lungen und Darm zu getrennten Organen wurden.

Ich hoffe, dass meine Erklärung die von Dir gestellte Frage genügend detailliert beantwortet.

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Skizze zur Evolution des Auges

Da die Erklärungen in meinem vorangegangenen Beitrag unter Umständen etwas unanschaulich sind, habe ich eine kleine Skizze dazu erstellt:

Dabei sind die weißen Balken Epithelzellen und die schwarzen lichtempfindliche Zellen. Die Pfeile stellen die einfallenden Lichtstrahlen dar.

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Kreationisten fragen – Äffchen antworten: Evolution des Auges

Es ist recht schwer auf einen dritten Einwand zu antworten… Wie konnte es möglich sein, dass ein so kompliziertes Organ plötzlich entstehen konnte, selbst wenn es Vorteile mit sich brachte? Wie konnten beispielsweise in den Wirbeltieren die Linse, Netzhaut, die optischen Nerven und all die anderen Teile, die eine Rolle im Sehen spielen, plötzlich entstehen? Natürliche Selektion kann nicht zwischen den visuellen Nerven und der Netzhaut unterscheiden. Durch die Abwesenheit der Netzhaut würde die Anwesenheit der Linse keinen Vorteil bieten. Die gleichzeitige Entwicklung aller Strukturen für das Sehen ist unvermeidlich. Da Teile, die sich isoliert entwickeln, vollends nutzlos sind, werden sie beide bedeutungslos sein und auch möglicherweise über die Zeit verschwinden. Zugleich erfordert ihre gleichzeitige Heranbildung das Eintreffen von unvorstellbar geringen Wahrscheinlichkeiten

Die Evolution des Auges ist jedoch sehr gut verstanden.

Anfangs waren wahrscheinlich einfach einige lichtempfindliche Nervenzellen. Diese formten bald flache Augenflecken – sogenannte Flachaugen. Diese Flachaugen können zwar noch kein Bild erzeugen, haben aber den Vorteil, dass die entsprechenden Organismen erkennen können, ob die gerade herrschenden Lichtbedingungen günstig für sie sind. Sind sie das nicht, so können sie den Ort wechseln. Diese Augenflecken können wir zB. noch bei einigen Quallen beobachten.

Liegt nun eine Mutation vor, die diese Flachaugen leicht absenkt, so entsteht ein Pigmentbecher- oder Grubenauge. Diese unterscheiden sich darin, wie die lichtempfindlichen Zellen ausgerichtet sind. Beim Pigmentbecherauge sind sie, wie auch bei uns, nach innen gerichtet, beim Grubenauge nach aussen. Dieses erlaubt den Organismen, die ein solches besitzen, die ungefähre Richtung des Lichtes zu bestimmen. Dadurch erhalten sie den Vorteil gezielter günstige Lichtbedingungen aufzusuchen als Lebewesen, die nur ein Flachauge besitzen. Wir können diese Pigmentbecheraugen noch bei Strudelwürmern sehen:

Abbildung 1: Dugesia subtentaculata. Von Eduard Solà unter CC-BY-SA-3.0

Es ist Leicht zu erkennen, dass, wenn ein Napfauge in einer immer tieferen Grube mit einer immer kleineren Öffnung zum Lichteinfall liegt, die Lichtstrahlen auch immer gerichteter auf die lichtempfindlichen Zellen fallen. Es entsteht dabei eine einfache Lochkamera, die bereits die Wahrnehmung von Schemen zulässt. Solche Lochkameraaugen findet man noch bei zB. den Perlbooten:

Abbildung 2: Nautilus in Berliner Zoo. Abbildung gemeinfrei.

Da ein solches Lochkameraauge natürlich ein idealer Lebensraum für Parasiten ist, bring eine dünne Haut über dem Auge einen Vorteil gegenüber Artgenossen, die eine solche Haut nicht besitzen. Die Hornhaut des Auges entsteht.
Diese erlaubt es erstmalig auch, das sich der Innenraum des Auges mit Flüssigkeit füllt. Dadurch können die einfallenden Lichtstrahlen besser gebündelt werden und das Auge ist in der Lage wiederum ein schärferes Bild wahrzunehmen.

“Fängt” sich nun etwas dieser Flüssigkeit zwischen zwei Schichten dieser dünnen Haut, so erhalten wir eine primitive Linse. Wiederum verbessert sich die Sehschärfe des Auges. Einige Seeschnecken besitzen heutzutage noch solche Augen. Der Rest, wie zB. Augenlider, Tränendrüsen und Muskeln zum Fokussieren der Linse kann dann problemlos und Schritt für Schritt hinzu kommen und gibt wiederum für jeden einzelnen Schritt einen Überlebensvorteil.

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