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26.05.2023 Biologie

Informationen und Materialien zum Fach Biologie in allen Schulformen und für alle Schulstufen

Unterricht: Stammesgeschichte und Verwandtschaft

Anregungen für den Unterricht "Stammesgeschichte und Verwandtschaft (Sek. 2)"

Die Evolution verlief nur einmal. Daher kann es auch nur einen "richtigen Stammbaum" geben. Aber der fällt nicht vom Himmel und kann auch nicht intuitiv "erspürt" werden. Zunächst sind alle möglichen Aufspaltungsmuster von Arten gleich wahrscheinlich. Beispielsweise gäbe es für die vier Gruppen von Menschenaffen (Orang-Utans, Gorillas, Schimpansen, Mensch) 15 mögliche Stammbäume (Verzweigungs- oder Aufspaltungsmuster). Forschende benötigen objektive Test, um aus diesen 15 gleichberechtigten Stammbaumhypothesen die wahrscheinlichsten zu ermitteln. Damit folgt die Verwandtschaftsforschung dem hypothetisch-deduktiven Verfahren der Naturwissenschaften. 

Die Nutzung dieser Testverfahren im Unterricht eröffnet die Möglichkeit, die Bearbeitung von Stammbäumen mit den Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung zu verknüpfen. Die nachfolgend verlinkten Materialien verknüpfen daher Kompetenzen aus dem  Bereich Erkenntnisgewinnung mit dem inhaltsbezogenen Standard

(8)...ursprüngliche und abgeleitete Merkmale identifizieren und zur Prüfung von Stammbaumhypothesen nutzen (homologe morphologische Merkmale, homologe DNA-Sequenzen)

Zentrale inhaltliche Begriffe sind ursprünglich, abgeleitet, Außengruppenvergleich, Sparsamkeitsprinzip.  Das Arbeitsverfahren ist gleichermaßen anwendbar auf morphologische Daten und auf DNA- Sequenzvergleiche. Andere Verfahren (Aminosäuresequenzen, immunologische Vergleich) spielen wissenschaftlich und folglich auch unterrichtlich keine Rolle mehr. 

Downloads der Materialien mit Kurzkommentaren

Übersichtsfolien "Deszendenztheorie: Hypothesengeleitetes Arbeiten zur  Rekonstruktion der Stammesgeschichte"
  • Vortragsfolien (fachliche Grundlagen; unkommentierte Folien; nicht für den Unterricht) .pptx
Arbeitsmaterialien "Verwandtschaftshypothesen prüfen am Beispiel der Menschenaffen" (Sek 2)
  • Materialien mit Kommentaren: "Computergestützte Verwandtschaftsanalyse mit Mesquite" .docx  .pdf
Diese Materialien verbinden die Bearbeitung von Stammbäumen mit dem Kompetenzbereich Erkenntnisgewinnung. Dabei werden Stammbäume konsequent durch Prüfung von konkurrierenden Stammbaumhypothesen erhalten. Die Sequenz wird am Beispiel der Verwandtschaft der Menschenaffen entwickelt. Mit dem einführenden Arbeitsmaterial wird das Prüfungsverfahren anhand weniger morphologischer Merkmale papiergestützt bearbeitet. Darauf aufbauend wird für größere Datenmengen die software Mesquite eingeführt. Mit ihr werden Stammbaumhypothesen basierend auf 19 morphologischen Merkmalen und Stammbaumhypothesen basierend auf DNA-Sequenzen geprüft. Die Sequenzen werden in einem für die Software Mesquite lesbaren Format (.nxs-Format) unten zum download für den Unterricht bereitgestellt. Sie finden außerdem den Link zum download der Software Mesquite selbst. SuS können damit innerhalb einer Lernphase konkurrierende Stammbaumhypothesen auf der Basis der gesamten mtDNA der vier Hominidenarten testen  (Detail s. Materialien mit Kommentaren). 
 
  • Datenmatrix 19 morphologische Merkmale  (.nxs-Format): Zur Prüfung von konkurrierenden Stammbaumhypothesen mit der Software Mesquite anhand 19 morphologischer Merkmale. 
  • 70bp alignierte Sequenz (.nxs-Format): Zur Prüfung von konkurrierenden Stammbaumhypothesen mit der Software Mesquite anhand einer alignierten mtDNA-Sequenz von 70 Basenpaaren. 
  • 1000bp alignierte Sequenz (.nxs-Format): Zur Prüfung von konkurrierenden Stammbaumhypothesen mit der Software Mesquite anhand einer alignierten mtDNA-Sequenz von 1000 Basenpaaren. Bei dieser phylogenetischen Analyse ergibt sich ein robusterer Stammbaum als bei der Sequenz mit nur 70bp.
  • 16688bp alignierte Sequenz (.nxs-Format): Hier ist die komplette mtDNA-Sequenz mit 16688 Nukleotiden (16688 bp) hinterlegt. Gegenüber 70bp bzw 1000bp ergibt sich abermals ein deutlich robusterer Stammbaum. 
  • Link zum download der freeware Mesquite (bitte den Angaben zum download auf der Webseite folgen; eine Einführung zur Nutzung der software ist in "Materialien mit Kommentaren" [siehe oben] enthalten)
  • 70bp unalignierte Sequenz (.nxs-Format): Die Datei wird nur benötigt, wenn die Bedeutung der Alignierung unterrichtlich aufgegriffen werden soll. Diese Daten sind nicht aligniert, d.h. Deletionen und Insertionen sind unberücksichtigt, so dass sich ein verzerrtes Bild von den stammesgeschichtlichen Abläufen ergibt. 
Anregungen und Materialien "Verwandtschaftshypothesen prüfen" (Sek 2)
Bei diesen Materialien handelt es sich nicht um Unterrichtsmaterial, sondern um eine Sammlung von Anregungen und Aufgaben, die für den jeweiligen Unterrichtszweck (einführendes Beispiel, Übungsaufgabe, Klausuraufgabe) angepasst werden müssen. Die Materialien berücksichtigen sowohl morphologische Merkmale als auch DNA- Sequenzvergleiche. 
 
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Herausgeber: Landesbildungsserver Baden-Württemberg
Quelle: https://www.schule-bw.de

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