Von der Entstehung der Erde bis zur Existenz des Menschen

National Museum of Nature and Science

Evolution des Lebens

Schätzung des Erdalters
Die Erde besteht aus festen Partikeln, die durch den Raum treiben. Wie können wir wissen, wie alt die Erde ist? Die ursprünglichen festen Partikel, also die Minerale, haben sich im Laufe der Zeit durch die konstante Aktivität der Erde verändert. Meteoriten sind dieser Aktivität jedoch nicht ausgesetzt, weshalb sie sich vermutlich am besten für die Schätzung des Erdalters eignen. Aufgrund der radiometrischen Datierung von Meteoriten wird geschätzt, dass die Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden ist.
Fossilien
In jeder Region der Erde entstehen fortlaufend Sedimentschichten. Anhand der Fossilien in diesen Schichten kann die Geschichte dieser Naturräume und die Evolution des Lebens nachvollzogen werden. Aus den Veränderungen der fossilen Arten in den Sedimentschichten kann die Evolutionsgeschichte von Lebewesen abgeleitet werden, so zum Beispiel der Ursprung, die Vielfalt und das Aussterben bestimmter Arten. Die weltweit bekannte geologische Gliederung der Erdgeschichte basiert auf den Übergängen fossiler Funde.
Belege für weltweite Veränderungen der Naturräume
Periodische Veränderungen in den Naturräumen zeigen sich häufig in wechselnden Laminae klastischen Gesteins, aber auch in jährlichen Wachstumsstreifen in der Schale oder im Skelett einiger Organismen. So können wir anhand von Veränderungen in der Zusammensetzung der Kieselalgenarten in fein geschichteten Seesedimenten jährliche Veränderungen im Naturraum eines Sees ableiten. Schwankungen des stabilen Sauerstoffisotop-Anteils in Carbonatschalen und -skeletten von Mollusken und Korallen lassen hingegen Schlüsse auf die jährlichen und täglichen Veränderungen der Meeresumgebung zu. Solche Funde sind wichtig, um die Wechselwirkung zwischen der Umwelt und den darin lebenden Organismen verstehen zu können.
Massenaussterben
In den letzten 600 Millionen Jahren hat sich die Anzahl an biologischen Arten mindestens fünfmal drastisch reduziert. Vor 65 Millionen Jahren fand zum Ende der Kreidezeit ein Massenaussterben statt. Ursache war wahrscheinlich eine Kollision der Erde mit einem Objekt in Asteroidgröße und die damit einhergehende globale Abkühlung. Das größte Massenaussterben der Erdgeschichte fand vor 250 Millionen Jahren am Ende des Perms statt. Es wurde mit hoher Wahrscheinlichkeit durch massive Vulkanausbrüche, die aufgrund des Zerfalls des Superkontinents Pangea auftraten, und einer darauf folgenden Oxidierung der Meere herbeigeführt.
Wechselwirkung von Geosphäre und Biosphäre
Frühere Veränderungen der Naturräume haben eine wichtige Rolle bei der Evolution, dem Aussterben und der Verbreitung von Organismen gespielt. Kollisionen der Erde mit Objekten in Asteroidgröße wirkten sich über Jahrmillionen stark auf die Ökosysteme aus. Die tektonische Neuordnung der Meere und Kontinente hat die Strömungssysteme sowohl in der Hydrosphäre als auch in der Atmosphäre verändert. Wiederholte eustatische Absenkungen des Meeresspiegels während der Eiszeiten wirkten sich auf marine Ökosysteme mit geringer Tiefe aus und bereiteten den Weg für das Entstehen von Leben an Land.
Mikrofossilien
Sedimentgestein, das sich am Grund von Meeren und Seen gebildet hat, enthält oft winzige Fossilien. Diese Mikrofossilien bestehen aus den Resten kleiner Plankton- und Benthalorganismen, den Zähnen und Schuppen von Fischen sowie Pollen und Sporen. Solche Mikrofossilien sind in vielen Steinen zu finden und werden dazu genutzt, Sedimentgestein zeitlich einzuordnen und frühere Naturräume der Erde zu rekonstruieren.
Präkambrische Mikroorganismen
Im Präkambrium, also vor etwa drei Milliarden Jahren, dominierten in der Biosphäre vor allem Bakterien und andere Mikroorganismen. Aufgrund der Photosyntheseaktivität dieser Mikroorganismen haben sich Stromatolithen entwickelt, wodurch Sauerstoff in den Meeren freigesetzt wurde. Der freigesetzte Sauerstoff reagierte mit Eisen und bildete Bändererzformationen. Die meisten weichen Gründe im Präkambrium waren von Mikrobenmatten bedeckt. Spuren davon sind heute noch auf den Oberflächen von Steinen erkennbar.
Leben im Vendium
Makroskopische Organismen tauchten erstmals im letzten Abschnitt des Präkambriums auf, dem Vendium (vor 650 bis 540 Millionen Jahren). Diese fossilen Organismen wurden überall auf der Welt gefunden, beispielsweise in den Ediacara-Hügeln in Australien, und weisen eine seltsame Form auf. Einige Paläontologen haben dargelegt, dass viele Organismen aus dem Vendium einzigartige Körperstrukturen haben und zu einer unabhängigen Gruppe von Organismen zählen, die Vendobionten genannt werden und nicht mit heute bekannten Organismen verwandt sind.
Seltsame Tiere im Burgess-Schiefer und der Chengjiang-Faunengemeinschaft
Bemerkenswerte Fossilien des Kambriums (etwa 520 Millionen Jahre alt) wurden unter anderem im Burgess-Schiefer von British Columbia in Kanada und in Sedimentschichten der Region Chengjiang, in der chinesischen Provinz Yúnnán, gefunden. Viele davon, etwa Anomalocaris, weisen Körperstrukturen auf, die sich stark von denen heutiger Tiere unterscheiden. Solche fossilen Funde machen uns die Evolution verständlicher und zeigen, dass dabei auch viel nach der "Tri­al-and-Er­ror-Me­tho­de" passierte.
Wirbellose Tiere im Paläozoikum
Am Anfang des Kambriums (Paläozoikum), also vor etwa 540 Millionen Jahren, fand im Tierreich eine explosionsartige Entwicklung statt, bei der die meisten heute bekannten Gruppen von Lebewesen entstanden. Während des Paläozoikums entwickelten sie sich ganz unterschiedlich und so bewohnten viele seltsam geformte Wesen wie das Tullimonstrum das Meer. Allerdings starben die meisten dieser Tiere am Ende des Paläozoikums aus.
Trilobiten im Meer während des Paläozoikums
Der Trilobit, der zur Gruppe der Gliederfüßer zählt, hat sich im Meer des frühen Paläozoikums stark divergent entwickelt. Die morphologischen Merkmale der Trilobiten können sehr unterschiedlich ausfallen. Einige sind äußerst skurril und haben beispielsweise gabelähnliche Kopffortsätze. Aufgrund dieser großen Vielfalt im Vergleich zu anderen wirbellosen Tieren und der sehr unterschiedlichen morphologischen Merkmale könnte man sie als die Könige des paläozoischen Meeres bezeichnen. Leider sind wir noch weit entfernt davon, wirklich zu verstehen, wie solche Merkmale mit bestimmten Lebensgewohnheiten in Zusammenhang stehen. Nach dem Ende des Paläozoikums vor etwa 250 Millionen Jahren ist die Klasse der Trilobiten vollständig ausgestorben.
Die Evolution und der Siegeszug der Fische
Wir wissen durch fossile Funde, dass die primitivsten Fischarten, die bereits Wirbel aufwiesen, aus dem frühen Kambrium stammen (vor etwa 530 Millionen Jahren). Anfangs hatten Fische noch keine Kiefer. Nachdem diese sich aber entwickelt hatten, entstanden schnell viele verschiedene Arten. Im Devon traten nicht nur sämtliche wichtigen Klassen der Fische zum ersten Mal auf, sondern auch Amphibien. Im Laufe der Evolution entwickelten Fische Kiefer, Skelette und Lungen, die es nachkommenden Arten ermöglichten, auf dem Land zu leben.
Entstehung der Säugetiere
Während des späten Karbonzeitalters (vor ca. 320 Millionen Jahren) entstanden Synapsiden und Reptilien aus einer höher entwickelten Gruppe von Amphibien, die deren gemeinsame Vorfahren waren. Pelycosaurier, eine primitive Form der Synapsiden, gelten als Vorfahren der Säugetiere, da Pelycosaurier eine Öffnung hinter der Augenhöhle im Schädel besaßen und dieses Merkmal auch im Schädel von Säugetieren zu sehen ist. Die Synapsiden entwickelten sich weiter, bis in der späten Trias (vor ca. 230 Millionen) echte Säugetiere entstanden.
Säugetiere im Mesozoikum
Die meisten mesozoischen Säugetiere hatten die Größe einer Maus oder Ratte, waren nachtaktiv und ernährten sich von Würmern und Insekten. In der frühen Kreidezeit (vor ca. 130 Millionen Jahren) entstanden die ersten Blütenpflanzen. Es gab immer mehr Insekten, die Blüten bevorzugten, und es entstanden primitive Beutel- und Plazentatiere mit Zähnen, die zur Zerkleinerung von Insekten bestens geeignet waren. Zum Ende der Kreidezeit (vor 65 Millionen Jahren) tauchten primitive Huftiere und Primaten auf, die das Känozoikum (die Erdneuzeit) bestimmten.
Die ersten Säugetiere in den Wäldern
Zu Beginn des Känozoikums breiteten sich weltweit tropische und subtropische Wälder aus. Die nach dem Aussterben der Dinosaurier frei gewordenen Nischen in diesen Wäldern wurden von den überlebenden Säugetieren besetzt, die rasch größer und vielfältiger wurden. Auf dem Boden entwickelten sich primitive Huftiere, die sich von Blättern und Wurzeln ernährten, während auf den Bäumen vielfältige Arten von primitiven Primaten und Nagetieren entstanden. In den späteren Phasen wurde die Erde kälter und neue Arten von Waldbewohnern traten hervor.
Die ersten Säugetiere auf Grasland und in Trockengebieten
Die Erdtemperatur fiel schlagartig ab. Nach Beginn des Oligozäns (vor ca. 34 Millionen Jahren) wurde das kontinentale Gebiet in den mittleren Breitengraden nach und nach zu Grasland mit trockenerem Klima. Dies führte dazu, dass aus einigen Unpaarhufern, Paarhufern und Nagern Gruppen entstanden, die sich an das Grasland anpassten. In den trockeneren Gebieten entstanden Säugetiere wie Kamele, die in der Trockenheit überleben konnten, und Säugetiere, die Nester unter dem Boden bauten.
Säugetiere auf Inselkontinenten
In Südamerika, das lange Zeit von anderen Kontinenten isoliert war, entstanden einzigartige Säugetiere. Beutel- und primitive Plazentatiere, die es bereits Ende der Kreidezeit (vor 65 Millionen Jahren) in Südamerika gab, sowie Nagetiere und Primaten, die Ende des Eozäns (vor ca. 34 Millionen Jahren) eingedrungen waren, entwickelten sich in Südamerika auf ganz besondere Weise. Die meisten dieser Säugetiere starben jedoch unter dem Einfluss der Säugetiere aus, die vor ca. 3 Millionen Jahren aus dem mit Südamerika verbundenen Nordamerika kamen.
Graviportale Säugetiere
Die pflanzenfressenden Säugetiere entwickelten verschiedene Methoden, um sich vor Fleischfressern zu schützen, zum Beispiel schnelles Laufen, auf Bäume klettern und Bildung von Panzern. Eine Form war auch die Entwicklung eines riesigen Körpers. Das charakteristischste Merkmal der Evolution von Elefanten ist, dass sie groß und schwer wurden. Das Skelett und die Zähne passten sich dem mächtigen Körper an. In der geologischen Vergangenheit wurden alle Kontinente, außer Australien und der Antarktis, von verschiedenartigen fossilen Elefanten besiedelt.
Fleischfressende Säugetiere
Da sich die pflanzenfressenden Säugetiere nach Ende der Kreidezeit rasch diversifizierten, entwickelten sich auch die fleischfressenden Säugetiere schnell weiter. Typische Fleischfresser sind die rezenten Raubtiere. Während des frühen Känozoikums waren jedoch eher die mittlerweile ausgestorbenen Urraubtiere vorherrschend. Die Mesonychia, die den Vorfahren der Wale sehr ähnelten, waren ebenfalls Fleischfresser. In Südamerika wurden einige Beuteltiere zu Fleischfressern und entwickelten sich konvergent zu echten Fleischfressern.
Sekundäre Anpassung von Landwirbeltieren an das Leben im Wasser
Sauropsiden und Synapsiden, die sich im späten Paläozoikum aus Amphibien entwickelt hatten, erweiterten ihre Lebensbereiche bald auf das Land, obwohl einige wieder zum Leben im Wasser zurückkehrten. Wasserreptilien aus dem Mesozoikum und Wassersäugetiere aus dem Känozoikum entwickelten sich auf ganz verschiedenen Wegen zu einem ähnlichen äußerlichen Erscheinungsbild. Über einen Zeitraum von zweihundert Millionen Jahren in Unterwasserumgebungen fand eine konvergente Evolution im großen Stil statt.
Die Vorläufer der Wassersäugetiere
Zu Beginn des Känozoikums entstanden Säugetiere, die sich am Rande von Gewässern niederließen und ins Meer zurückkehrten. Gründe für diese Umstellung waren das hohe Nahrungsangebot an den seichten Ufern des durch die Kontinentalverschiebung entstandenen Tethysmeers sowie die frei gewordenen Nischen nach dem massenhaften Aussterben der großen Wasserreptilien zum Ende der Kreidezeit.
Anpassung an das Leben im Wasser
Während sich Reptilien und Säugetiere auf dem Land diversifizierten und Nachwuchs aus ähnlich geformten Vorfahren bildeten, fand im Wasser eine konvergente Evolution statt, bei der ähnlich geformter Nachwuchs aus verschieden geformten Vorfahren entstand. Gründe für diese Entwicklung waren die angepasste Ernährung und Fortbewegung. Wasserreptilien aus dem Mesozoikum und Wassersäugetiere aus dem Känozoikum weisen eine überraschend ähnliche Körperform auf.
Ein gigantisches Meeresreptil
In der Galerie auf dem Boden direkt vor Ihnen sehen Sie einen Teil des Schädels des riesigen Ichthyosauriers. Der Schädel wurde 1997 von Paläontologen des National Science Museum zusammen mit einem internationalen Team freigelegt. Erst nach vier Sommern waren die Fossilien vollständig ausgegraben. Dieser insgesamt 21 Meter lange Ichthyosaurier lebte vor etwa 220 Millionen Jahren im Meer. Damit ist er nicht nur der größte Ichtyosaurier, sondern auch das größte der Wissenschaft bekannte Meeresreptil. Wissenschaftler untersuchen derzeit die ökologischen und umweltbezogenen Faktoren, die es möglich machten, dass Ichtyosaurier eine solche Körpergröße erlangen konnten.
Tauchvögel
Im späten Jurazeitalter entwickelten sich aus Dinosauriern Vögel. Während der Kreidezeit gaben einige Vögel das Fliegen vollständig auf und lebten nur noch im Meer. Diese Vögel besaßen einen torpedoartigen Körper mit verkürzten Vordergliedmaßen. Sie schwammen mit ihren Füßen. Ende der Kreidezeit starb diese Gruppe aus, es entstanden jedoch viele andere Wasservögel aus verschiedenen Linien des Känozoikums. Obwohl die Meeresvögel unterschiedliche Ursprünge haben, wurden sie sich im Lauf der Zeit immer ähnlicher. Ein lebendes Beispiel dieser Evolution sind die Pinguine.
Fliegende Landwirbeltiere
Im Laufe der verschiedenen prähistorischen Phasen gelang mindestens drei Gruppen von Landwirbeltieren das Fliegen. In der Reihenfolge ihres Auftretens sind dies: Flugsaurier, Vögel und Fledermäuse. Jede Gruppe entwickelte einen großen Flügel mit unterschiedlicher Struktur. Die Flugsaurier stützten ihren großen Flügel zum Beispiel mit einem stark verlängerten vierten Finger. Vögel hingegen stützen ihre Flügel mit einem Finger, der aus den Knochen dreier einzelner Finger zusammengewachsen ist. Die Flügel von Fledermäusen werden von vier oder fünf verlängerten Fingern getragen.
Human Evolution
Evolution der Primaten
Nach dem Aussterben der Dinosaurier vor ungefähr 65 Millionen Jahren begann eine Blütezeit der Säugetiere. Eine Gruppe von ihnen, die Primaten, lebten im Wald auf Bäumen. Wir Menschen sind ebenfalls Primaten und viele unserer Merkmale, etwa das stereoskopische Sehen (das Sehen in drei Dimensionen), zum Greifen geeignete Hände und ein sehr großes, komplexes Gehirn, zeugen alle davon, dass unsere Vorfahren auf das Leben im Wald spezialisiert waren.
Die Evolution der Australopithecina und zeitgenössischer Arten
Vor ungefähr sechs Millionen Jahren haben sich die Vorfahren des Menschen von einer Art abgespalten, aus der sich später auch die Schimpansen entwickeln sollten. Die ersten Menschen, die Australopithecina oder auch "Vormenschen", entwickelten einen aufrechten Gang und verließen die Bäume, um ihren Lebensraum auf einträglichere Landgebiete auszudehnen. Zu diesem Zeitpunkt waren die Beine jedoch noch kurz und die Gehirne klein. Die nächsten vier Millionen Jahre menschlicher Evolution sollten ebenfalls auf dem afrikanischen Kontinent stattfinden.
Evolution der ersten Homo-Arten
Rekonstruktion der ersten Menschen
Wie können wir die Körper und Gesichter früherer Menschen rekonstruieren, denen wir niemals begegnet sind? Fossilien und Werkzeuge, die über viele Jahre bei Ausgrabungen gesammelt wurden, werden aufgrund des anatomischen und archäologischen Wissens miteinander verglichen, was dann die Grundlage für Schätzungen im Hinblick auf körperliche Merkmale und kulturelle Fertigkeiten bildet. Mit etwas Vorstellungskraft können wir dadurch brauchbare Rekonstruktionen erstellen.
Evolution und weltweite Ausbreitung des modernen Menschen
Homo sapiens, die Art, zu der wir alle gehören, entwickelte sich aus der ersten Homo-Art in Afrika im Laufe von 200.000 Jahren. Aus den komplexen kognitiven Fähigkeiten des Homo sapiens ergaben sich immer wieder technologische Fortschritte, die ihm die Eroberung von kalten, trockenen und anderen lebensfeindlichen Naturräumen ermöglichte. So verbreitete er sich schnell auf der ganzen Welt. In diesem Abschnitt können Sie die Geschichte des Homo sapiens vor der Entwicklung städtischer Zivilisationen erleben.
Die Ausbreitung des modernen Menschen: eine erneute Auswanderung aus Afrika
Mit seinem stark ausgeprägten Einfallsreichtum entwickelte Homo sapiens sehr schnell ein fortschrittliches Lebensumfeld, das darauf basierte, Entdeckungen und Erfindungen an nachfolgende Generationen weiterzugeben. Wann und wie sind diese Fertigkeiten, die alle modernen Menschen gemein haben, das erste Mal in der menschlichen Evolution aufgetreten? Die Ergebnisse bisheriger Forschung weisen darauf hin, dass sie sich zunächst vor 200.000 bis 50.000 Jahren in Afrika entwickelten.
Die Ausbreitung des modernen Menschen: nach Eurasien
Menschen wanderten bereits vor 1,8 Millionen Jahren von Afrika nach Eurasien, lange Zeit besiedelten sich jedoch nur niedere und mittlere Breiten. Ganz im Gegensatz zu den Wanderungen von Homo sapiens, die vor etwa 500.000 Jahren begannen und sich hinsichtlich des Ausmaßes und der Geschwindigkeit deutlich davon abhoben. Wie haben sich unsere Vorfahren an die verschiedenen Naturräume angepasst?
Die Ausbreitung des modernen Menschen: nach Ozeanien
Große Meeresgebiete liegen zwischen dem Festland von Eurasien und Ozeanien. Vor ungefähr 500.000 Jahren begann Homo sapiens, dieses Meer zu überqueren, wahrscheinlich in floßartigen Booten. Die Seefahrt entwickelte sich im Laufe der Zeit technologisch weiter und es war nun möglich, weite Strecken über das Meer zurückzulegen, wodurch sich der Mensch 13.000 km über den gesamten Südpazifik ausbreitete.
Die Ausbreitung des modernen Menschen: nach Nordeurasien
Vor ungefähr 40.000 Jahren erwärmte sich das Glazialklima vorübergehend und das nutzte Homo sapiens, um auch nördliche Regionen zu besiedeln, die noch nicht von Menschen bewohnt waren. Trotz der späteren Wiederabkühlung des Klimas stieß der Mensch weit nach Sibirien und vor weit mehr als 10.000 Jahren über Alaska auch in den amerikanischen Kontinent vor.
Die Ausbreitung des modernen Menschen: nach Amerika
Der amerikanische Kontinent erstreckt sich von Norden nach Süden über 14.000 km und beherbergt viele verschiedene Naturräume, darunter die Polregionen, Prärien, Wüsten, hohe Berge, Wälder sowie gemäßigte und tropische Regenwälder. Diese unterschiedlichen Umgebungen stellten für die Menschen, die vor mehr als 10.000 Jahren in Nordamerika einwanderten und sich schnell bis ganz in den Süden Südamerikas ausbreiteten, jedoch anscheinend kein Problem dar.
Mitwirkende: Geschichte

Diese Ausstellung basiert auf Global Gallery B2F: Evolution des Lebens – Von der Entstehung der Erde über die Evolution des Lebens bis zur Existenz des Menschen

Foto: NAKAJIMA Yusuke

Quelle: Alle Medien
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