Isabell K. Rösberg

Der Lauf der Geschichte

1: vereinfachte Darstellung eines phylogenetischen Stammbaums
1: vereinfachte Darstellung eines phylogenetischen Stammbaums, Grafik: © Science History Images/Alamy Stock Foto

Isabell K. Rösberg/Marc Rodemer/Birgit Heyduck

Modellierung phylogenetischer Stammbäume am Beispiel von Pflanzen

Früher oder später kommen alle Schülerinnen und Schüler mit phylogenetischen Stammbäumen in Kontakt. Diese richtig zu lesen und zu interpretieren ist jedoch nicht leicht und sollte geübt werden, um falsche Vorstellungen zu vermeiden. In dieser Unterrichtseinheit wird die Entwicklung phylogenetischer Stammbäume nachvollzogen sowie der Hypothesencharakter der Abstammungsmodelle verdeutlicht.

In der Phylogenetik werden Verwandtschaftsverhältnisse untersucht und in Form verästelter Zweige sichtbar gemacht (Abb.1 ). An den Zweigspitzen sind die Taxa angeordnet, die zur Betrachtung ausgewählt wurden. Die Äste, durch die sie verbunden sind, werden Entwicklungslinien genannt und symbolisieren die Entwicklungsgeschichte. Die Gabelungen (Knotenpunkte) stehen für den Zeitpunkt, an dem sich Populationen genetisch isoliert haben, und korrespondieren somit mit hypothetischen Lebewesen, die in der Vergangenheit existiert haben (Baum/DeWitt/Smith/Donovan 2005; eine detaillierte Einführung in das Thema findet sich bei van Waveren und Rathje im Artikel „Kohl verwandtes Gemüse UB 421.)
Vergleicht man die Taxa, sind diejenigen näher miteinander verwandt, deren letzter gemeinsamer Vorfahre, auf den sie zurückgeführt werden können, sich am nächsten an der Aktualität befindet.
Phylogenetische Stammbäume werden anhand ausgewählter homologer morphologischer oder molekularer Daten von verschiedenen Arten erstellt, die miteinander verglichen werden. So wird der Grad evolutionärer Verwandtschaft bestimmt (Rauhut 2001). Selbst wenn molekulare Daten heutzutage meist vorgezogen werden, ist die Morphologie keineswegs überflüssig: Sie kann wichtige Hinweise liefern, wenn molekulare Untersuchungen zu keinen eindeutigen Ergebnissen kommen oder kein genetisches Material vorhanden ist (Bokor/Landis/Crippen 2014).
Biologiedidaktische Bezüge
Konzeptuelles Wissen über phylogenetische Stammbäume (Stammbaum-Denken, engl. tree-thinking) trägt dazu bei, makroevolutionären Wandel (Bokor u.a. 2014) und die Entstehung von Biodiversität zu verstehen (Sandvik 2008). Die Evolutionsgeschichte in ihrer Gleichzeitigkeit und Komplexität abzubilden ist schwierig (OHara 1992). Daher braucht es Übung, bis sich ein Stammbaumdenken sowie der Gebrauch der Fachwörter bei den Lernenden etabliert. Durch den Fokus auf einen Endpunkt (OHara 1997) kann bei Lernenden der Eindruck einer linearen Evolution von einfachen zu komplexen Organismen entstehen. Lernende versuchen zudem häufig, den Verwandtschaftsgrad aus der Nähe der Taxa oder deren Reihenfolge an den Zweigenden abzulesen (Baum/Offner 2008) oder orientieren sich an äußeren Merkmalen, Habitaten oder Gruppen, wie Reptilien oder Bäume. Die Anzahl der Knotenpunkte wird oftmals als Maß für evolutionäre Distanz interpretiert und rezente Arten als Vorfahren bezeichnet. Solche Äußerungen lassen sich auf Fehlvorstellungen der Lernenden zur Abstammung zurückführen (Kattmann 2015), die durch das Üben von Stammbaumdenken verbessert werden sollen.
In der Lerneinheit erstellen die Schülerinnen und Schüler für fünf einheimische Pflanzen einen morphologischen Stammbaum und diskutieren ihre Ergebnisse. Durch den Zugang über die Morphologie sollen die Funktion und Bedeutung phylogenetischer Stammbäume greifbar gemacht werden. So werden kleine, sichtbare Datensets verwendet und die Lernenden sind an jedem Entwicklungs- und Rechenschritt beteiligt (Bokor u.a. 2014).
Blütenpflanzen kennenlernen
1. Unterrichtsabschnitt
Die Einheit beginnt mit einer kognitiven Aktivierung: Die Lehrkraft bringt fünf Blütenpflanzen (eingetopft oder als Strauß; Material 1) mit. Alternativ kann der Unterrichtsstunde eine Bestimmungsübung vorausgehen, in der die Lernenden eigene Blütenpflanzen sammeln und Begrifflichkeiten zu den Blütenorganen wiederholen. Die Lernenden sollen zunächst Mutmaßungen...

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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 455 / 2020

Pflanzenevolution

Friedrich+ Kennzeichnung Schuljahr 8-10
  • Thema: Evolution
  • Autor/in: Isabell K. Rösberg, Marc Rodemer, Birgit Heyduck