Evolution

7.1 Charles Darwin

Charles Darwin (1809-1882)

Charles Darwin udgav den 24. november 1859 bogen “The origin of species” eller på dansk “Arternes oprindelse”.

Denne bog anses som grundlaget for den moderne evolutionsteori.

Bogen beskriver, hvordan Darwin mener, arter formes gennem naturlig selektion. Natulig selektion betyder, at de individer, der har de bedste egenskaber, vil være de, der overlever og formerer sig. Derved vil deres egenskaber gå i arv og blive de fremherskende, når arten med tiden ændrer sig.

Charles Darwin og evolution

Evolution er den proces, der medfører, at arter ændre sig og tilpasser sig fra generation til generation. Når tilpasningen sker over lang tid, kan det resultere i nye arter.

I bogen “Arternes oprindelse” præsenterer Charles Darwin sine teorier, som han underbygger med de observationer, han har foretaget på sin 5-årige rejse med skibet HMS Beagle. Et vigtigt element var observationer af finker, han foretog på Galapagosøerne.

Hver ø havde finker med specielle træk, der gjorde, at de var tilpasset forholdene på netop den ø. Nogle finker havde stærke næb til at knække nødder, mens andre finker på andre øer havde små spidse næb, så de kunne fange insekter.

Darwin var overbevist om, at finkerne alle så ens ud, da de var kommet til øerne første gang, og at evolution havde formet de forskelle, han iagttog. Han fandt mange forskellige finker på Galapagosøerne.

7.2 Evolution og naturlig selektion

Naturlig selektion

Evolutionen er den proces, hvorved arter ændres gennem tid, sådan at de tilpasser sig omgivelserne gennem naturlig selektion. De individer, der er bedst egnede til at overleve og producere nyt afkom, vil fremme tilstedeværelsen af netop deres arvelige egenskaber i kommende generationer. De bedste arvelige egenskaber bliver mere og mere dominerende i en art, og over tid ændrer det genetiske materiale sig, og der sker evolution.

definitioner

Darwins finker

Darwin fandt 15 forskellige finkearter på Galapagos øerne. De havde meget forskellige næb og de vejede fra 8 g til 38 gram.

Finker med forskellige næb

7.3 Velbegrundet evolutionsteori

Evolotionsteorien er én af de bedst belyste naturvidenskabelige teorier.

Miljø og evolution

Moderne teknologi har hjulpet os til at opdage, at vi indeholder gener. Vores forståelse af gener og DNA giver os indblik i, hvordan vidt forskellige arter har en række fællestræk.

Hvis Darwin levede i dag, ville han være begejstret ved at se, hvordan den moderne naturvidenskab har underbygget hans hypoteser om arternes oprindelse og løftet evulotionsteorien til en naturlov, der forklarer livets mangfoldighed.

Evolution giver os en dybere forståelse af, hvem vi er, og hvor vi kommer fra. Evolutionsteorien forklarer, hvordan livet har udviklet sig gennem milliarder af år her på Jorden.

Èn stor familie

Vi ved nu, at alt liv er i familie med hinanden, hvis vi bare går langt nok tilbage i tiden. Det ved vi, fordi alt liv indeholder DNA.

Variation i en population

7.4 Evolution og tilfældige begivenheder

Evolution er ikke tilfældigt. Der er nøje sammenhæng, med det miljø dyr lever i og hvilke egenskaber, der ændres over tid. Der kan dog være stor tilfældighed i, hvad der sker med arterne.

Somme tider kan selv den bedst tilpassede art uddø på grund af naturkatastrofer. Det kan være at en stor meteor, et stort vulkanudbrud eller klimaforandringer, der ændrer på levevilkårene, så livet udvikler sig i en ny retning.

For 63 millioner år siden ændrede en meteor livets gang. Dinosauernes tid var forbi, og vejen var banet for pattedyrene og mennesket.

Vulkaner kan ændre miljøet

Når livsbetingelserne ændres, sker der evolution, så livet fortsat kan klare sig.

Massedød

Studier af fossiler viser, at der har været massedød flere gange på Jorden. Dinosaurerne uddøde på grund af de forandringer, der skete, som følge af et meteornedslag. Men vi har ikke en forklaring på, at cirka 90 procent af alle havdyr uddøde i afslutningen af tidsperioden Perm for cirka 250 millioner år siden.

7.5 Fremadrettet evolution

Evolutionens begrænsninger

Evolution har frembragt de mest forskelligartede og fantastiske organismer. Evolutionen har dog sine begrænsninger.

Evolution sker fremadrettet. Evolutionen retter ikke fejl eller uhensigtsmæssige ting, der er sket i fortiden.

Et berømt eksempel er den nerve, der sørger for, at vi ikke får noget galt i halsen, og at vi ånder normalt (laryngeal nerve). Det smarteste ville være, at den gik fra hjernen til svælget, hvilket er en afstand på cirka 20-30 cm for en giraf. Men hos giraffen er den lange hals udviklet efter nerven, og derfor er nerven cirka 5 meter lang. Den går ned langs halsen, vender om igen og går tilbage.

Et relativt dårligt design, men samtidig et bevis for, at evolutionen styrer udviklingen, og at den kun kan gå fremad. Der er ingen intelligent planlægning bag evolutionen.

7.6 Afvejning af følgevirkninger

Når nye egenskaber fremmes gennem evolution, er der sommetider negative følgevirkninger.

For eksempel har rovdyr typisk fremadrettede øjne, så de kan fokusere på byttet, mens byttedyr har øjne i siden for at have det bredest mulige synsfelt.

Hvis rovdyret selv bliver byttedyr, har det nu dårligere syn i forhold til at opdage trusler. De nye egenskaber har således både positive- og negative følgevirkninger.

Trade off, ved evolution

Rovdyr med syn fremad. Byttedyr med bredt synsfelt

Nogle dyr, som for eksempel en elefant, er ikke truet af rovdyr i kraft af sin størrelse.

Chimpanse

Klik på filmen nedenfor, og se cirka 5 minutter om, hvordan vi kom op på to ben, og hvad det har betydet for skelettet.

Filmen er fra Statens Naturhistoriske Museum.

Evolution SNM oprejst gang

Aktivitet: Menneskets evolution

Det er ikke altid, at evolutionen går den vej, man forventer. Print den pdf-fil nedenfor. Det er 5 billeder af kranier af menneskelignende væsener navngivet A-E. Det ene kranie tilhører et menneske.

Opstil bogstaverne i den rækkefølge, I mener, er den rigtige, i forhold til udviklingen af den menneskelige art.

Følgende arter er vist:

Australopithecus africanus, Homo habilis, Homo erectus, Homo neanderthalis, Homo sapiens.

Opgaven: EvolutionKranieHjerne.

Svar på hovedet:

Aktivitet: Resultatet af evolution

Gå sammen i par, og diskutér, hvorfor vi mennesker mon har så stor en tommelfingermuskel i forhold til musklerne ved de andre fingre.

Diskutér, hvorfor følgende dyr ser ud, som de gør, begrundet i evolutionsteorien:

Pingvin

Ugle

Gazelle

Struds

Aktivitet: Statens naturhistoriske Museum

Tag en tur på Statens Naturhistoriske museum.

Hvis I vil lære mere om evolution, er naturhistorisk museum et rigtigt godt sted at tage hen.

Vi har været så heldigt at få besøg fra Statens Naturhistoriske Museum’s “Viden på vej”, hvor vi fik lejlighed til at lære mere om evolution.

Læs mere om evolution

Evolution.dk fra Århus og Københavns universitet

Læringsmål

Færdighedsmål

Eleven kan forklare organismers tilpasning til levesteder, som reaktion på miljøforandringer
Eleven kan med modeller forklare organismers tilpasning

Vidensmål

Eleven har viden om organismers anatomiske tilpasninger
Eleven har viden om faktorer med betydning for arters opståen og udvikling
Eleven har viden om grundlæggende evolutionære mekanismer

Livet opstår

7.7 Den unge Jord

Jorden er cirka 4,6 milliarder år gammel. Der har været liv på Jorden i cirka 4 milliarder år.

På Jorden er der en række forhold, der gør, at livet trives. Der er flydende vand, en atmosfære, der er land, og der er de rigtige temperaturer, for at livet kan trives.

Jorden, flydende vand, atmosfære og fastland

Den unge Jord

I millioner år var den unge Jord for varm, til at livet kunne få fodfæste. Jorden var præget af store vulkanudbrud og hyppige meteornedslag.

Meteornedslag

Den unge Jord var dækket af en sur og svovlholdig suppe. Atmosfæren bestod blandt andet af Nitrogen(N₂), kuldioxid (CO₂), vand(H₂O), methangas(CH₄), svovlbrinte(H₂S) og ammoniak(NH₃). Atmosfæren var det rene gift for de fleste organismer, der lever på Jorden nu.

Den unge Jord havde ikke noget ozonlag, der beskyttede for Solens UV-stråling. Jorden var konstant præget af kraftige lyn og stråling.

Først da Jordens køler ned, kondenserer vandet i atmosfæren, og verdenshavene dannes igennem en periode med gigantiske mængder nedbør.

De første livsformer

Ved Isua i Grønland har man fundet bjergarter, der viser tegn på, at der har været liv på Jorden så tidligt som 800 millioner år efter Jordens dannelse. Det er spor af kulstof (carbon), der er aflejret i urhavet.

7.8 Det første liv

Det første liv

De første livsformer på Jorden bestod af simple små encellede organismer, som vi kalder prokaryoter. De havde ingen cellekerne og arvemassen(DNA) flød rundt i cellens cytoplasma (cytoplasma=væske i celle).

Senere blev Eukaryoter udviklet, som er en mere avanceret form for celler. Eukaryote celler har en cellekerne med DNA og organeller, der varetager forskellige processer i cellen.

For cirka 700 millioner år siden begyndte flercellet liv langsomt at udvikle sig. Det smarte ved flercellede organismer er, at der nu er celler, der hver for sig varetager sin helt specielle funktion.

Vi ved ikke, hvordan livet opstod

I 1953 gennemførte Stanley L. Miller eksperimenter, hvor han havde forsøgt at genskabe de forhold, der var på den unge Jord. Han viste, at der blev skabt organiske forbindelser og aminosyrer, som er byggesten til vores DNA. Det lykkedes dog aldrig at skabe liv i eksperimenter.

Vi ved den dag i dag ikke, hvordan livet opstod – men vi arbejder på at finde ud af det.

7.9 Oxygen i atmosfæren

Frit oxygen, ilt

For cirka 3,5 milliard år siden opstod de første bakterier, der kunne udnytte solens stråling til at opbygge organisk stof.

For cirka 2,8 milliard år siden udvikledes livsformer, der kunne foretage fotosyntese og udlede frit ilt (O₂).

Dansk bøgeskov

Det var først for 6-700 millioner år siden, at der blev produceret så meget oxygen, at koncentrationen begyndte at stige væsentligt. Med en øget koncentration af oxygen i atmosfæren, blev der langsomt dannet et ozonlag(O₃). Ozon dannes, når oxygen rammes af solens stråler.

Ozonlaget beskytter jordoverfladen mod UV-stråling, og nu var vejen banet for liv på Jorden.

UV-stråling stoppes af ozon

I takt med at iltkoncentrationen stiger i atmosfæren, udvikles bakterier, der forbruger ilt og organisk stof. Disse organismer foretager respiration. Næsten alle organismer, der lever på Jorden i dag, er i stand til at foretage respiration.

Når solens stråler rammer grønkorn i planterne, sker der dannelse af kemisk energi, og der frigives ilt (oxygen). Det kaldes fotosyntese.

Når dyr spiser den kemiske energi, der er ophobet i planterne, sker der en forbrænding, der bruger ilt og frigiver kuldioxid. Det kaldes respiration.

Fotosyntese og respiration

Oxygen (ilt)

Hvis man ser på Jorden som et økosystem, har det over milliarder af år gået igennem store forandringer. Ilten i atmosfæren er først kommet til, efter at der udvikledes liv, der kunne foretage fotosyntese.

7.10 Energi fra Solen

Jorden modtager energi fra Solen. Solen sørger for, at Jorden har en tilpas temperatur, men solenergien driver også havstrømmene på Jorden, og den er grundlaget for, at vinde blæser.

Solens energi og Jordens temperatur

I Jordens atmosfære er der drivhusgasser, som for eksempel vanddamp og kuldioxid.

Når Solens stråler opvarmer Jorden, udstråles infrarød stråling. Noget af denne infrarøde stråling fanges af drivhusgasser og giver Jorden en temperatur, der er 15 grader varmere, end hvis drivhusgasserne ikke var der.

Det betyder, at Jorden får et klima, hvor der er flydende vand over det meste af kloden. Flydende vand er afgørende for livet.

7.11 Liv er levende – men hvad er liv?

Hvad er liv

Der findes forskellige definitioner på, hvad liv er. Man kan definere liv som en organisme, der er i stand til at:

opbygge organiske molekyler
omsætte organiske molekyler (have et stofskifte)
formere sig.

Men det gælder også for liv, at liv kan dø.

Liv kan formere sig, som når planten sætter frø, eller mennesker får børn.

Levende organismer opretholder en indre ligevægt, for eksempel en bestemt saltkoncentration eller en temperatur på 37 grader.

Liv kræver også energi. Planter kræver sollys, og dyr og mennesker kræver mad (kemisk energi).

Virus

Ebola virus

Det er ikke alle, der definerer virus som levende, idet den ikke kan formere sig selvstændig.

En virus fungerer ved, at den overtager en celle og udnytter cellen til at producere flere vira, og så har en virus ikke et selvstændigt stofskifte.

Aktivitet: Er det levende?

Diskutér, hvordan I kan undersøge, om en organisme er levende.

Levende organismer udånder kuldioxid (CO₂), når de foretager respiration.

Planlæg et forsøg, hvor I undersøger, om gærceller fra en pakke gær er levende.

Aktivitet: Hvad betød atmosfæren for livet?

Studér udviklingen af iltkoncentrationen i atmosfæren i de sidste 800 millioner år.

I skal diskutere atmosfærens betydning for liv på Jorden og hvad fremtiden kan bringe.

I skal tage stilling til følgende spørgsmål:

1. Kan vi forvente, at iltkoncentrationen vil forblive med at være 21%, som den er i dag?

2. Insekter har et åndedrætssystem, der ikke er så effektivt, som vores lunger. Man mener, det har betydet, at det har været og er en begrænsning for, hvor store de bliver. Diskutér hvilke dyr, der har fordele af de varierende iltkoncentrationer, og hvilke der vil uddø.

3. Undersøg, om der har været kæmpeinsekter på Jorden. Hvad vil det betyde for forskellige dyrs evolution, hvis iltkoncentrationen ændres i atmosfæren?

Læringsmål

Færdighedsmål