Paleobiologisch Flashcards
1
Q
Frühes Devon
A
Euamerika und Gondwana nähern sich
390 Millionen Jahre
Paleozoikum
2
Q
Spätes Carbon
A
306 Millionen Jahre / paleozoikum
Euamerische Masse und Gondwana zum Superkontinent Pangaea, Tethys formt
sich, Vergletscherung am Südpol Ende des Karbons,
Marin wichtig: Großforaminiferen (Fusulinida), Bryozoa, Brachiopoda, Ammonoidea
Eiszeit am Ende Karbon
3
Q
Makro-Evolution
A
Veränderung oberhalb der Artgrenze
4
Q
Mikro-Evolution
A
Veränderung unterhalb der Artgrenze
5
Q
„Court Jester Theorie“
A
Mutation und Selektion durch
ökologischen Druck
6
Q
„Red Queen Theorie“
A
Mutation und Selektion durch
artlichen bzw. innerartlichen Druck
7
Q
Entstehung des Sonnensystems vor 4,6 Milliarden Jahren
Entstehung der Erde zur selben Zeit
A
Entstehung der Erde – zur selben Zeit
Rotierende Staubwolken vereinigen sich zu Aggregatskörper -
Massenzuwachs durch Meteoriten
Einschläge sorgen für die heutige Rotation und Neigung der Erde (Venus rotiert in die Gegenrichtung, Uranus stark gekippte Achse)
Erdachse nicht zeitlich variabel (siehe Milankovich)
Proto-Erde kollidiert mit Theia -
dadurch Entstehung der Erde und des Mondes – Ähnlichkeit und Alter der Gesteine als Beleg dafür
8
Q
Erde als System
A
Dichtes Material sinkt ab – Erdkern innerer Erdkern
äußerer Erdkern
Leichteres steigt auf – Erdmantel Konvektionsströmung
*Mohorovicic (= „Moho“)-Diskontinuität
Radioaktiver Zerfall als Wärmequelle Erdkruste – durch Abkühlung entstanden
*Diskontinuität: Grenze zwischen Schalen unterschiedlicher Dichte
Facts:
Ältesten Gesteine ca. 4 Milliarden Jahre
Temperatur im Erdkern bis 6000°C möglich – fast wie auf der Oberfläche der Sonne
9
Q
Das Magnetfeld-Schutzschild der Erde
A
Hauptsächlich durch Geodynamo im flüssigen äußeren Erdkern Form durch Sonnenwind beeinflusst (= magn. Plasma, Thema Polarlichter)
Magnetischer Nord-und Südpol zeitlich variabel - wechseln in unregelmäßigen Abständen
Polung wie heute = normal, Umgekehrte Polung = revers durch magnetisierte Mineralien seit 4 Milliarden Jahren belegt
10
Q
Erdkruste - variabel = Plattentektonik
A
Motor: Konvektionsströmung im Erdmantel
Kontinentale Gebirgsbildung und Tiefseegräben an Subduktionszonen, Absinken des schwereren Ozeanbodens, Auffaltung der leichteren Kontinente.
Unterseeische Gebirge bei sea floor spreading = Aufreißen und Neuentstehung des Ozeanbodens = mittelozeanische Rücken
Feuergürtel (neuseeland über Japan bis Peru)
11
Q
Evolution der Atmosphäre
A
- Atmosphäre Entgasungsprodukte der flüssigen Erde
weitgehend O2 frei
Wasserstoff H2
Helium - He
(Methan CH4, Ammoniak NH3) - Atmosphäre Entgasungsprodukte, UV-Strahlung &
große Hitze setzt O2 frei
Wasser - H2O Kohlenmonoxid - CO
Kohlendioxid - CO2 Schwefelige Säure - H2SO3 Schwefelsäure - H2SO4 Schwefeldioxid – SO2 Ammoniak – NH3 Salzsäure - HCl
Heutige Zusammensetzung
78% N2 – Stickstoff 21% O2 – Sauerstoff
0,9% Ar – Argon 0,03% CO2 – Kohlendioxid
Außerdem: Neon, Helium, Krypton, Xenon, Methan, Kohlenmonoxid, Wasserstoff, Ammoniak, etc
12
Q
Entstehung von Wasser
A
Entgasungsprodukte – aber möglicherweise zuwenig Kometen bestehen aus Eis, schmelzen beim Eintritt in die Atmosphäre.
13
Q
Biomoleküle - das Miller Experiment
A
Das Miller Experiment
Simulation der Ur-Atmosphäre: Methan, Ammoniak und Wasserstoff plus elektrischen Funken - einfachste Verbindungen:
Cyanide, Aldehde, Amine etc.
Man experimentierte mit unterschiedlichen Substanzen (plus Blausäure, Kohlendioxid, Stickstoff etc.): teilweise Entstehung von komplizierteren Verbindungen
Zusatzinformation: Urey-Effekt
Beginnende Ozonschicht absorbiert eine Wellenlänge von 260 bis 280 nm –u.a. sind hier Aminosäuren am anfälligsten.
14
Q
Biomoleküle - Yanagawa Experiment
A
Yanagawa-Experiment
Simuliert das Millerexperiment mit hohem Druck (130 bar) und großer Temperatur (260°C). Entstehung von Mikrosphären, können wachsen und knospen. (Größe: 0,002mm). Mit Proteinmembran, können z.B. ATP und Glucose selektiv aufnehmen und abgeben.
15
Q
Biomoleküle - Leben aus dem All?
A
Leben aus dem All?
Meteoriten enthalten geringe Mengen Biomoleküle.
Auf der Erde: – Anorganische Substanzen begünstigen Bildung von komplexeren Biomolekülen
Schichtsilikate haben abwechselnd negative und positive Ladungen in den Schichten; in Poren binden sie organische Substanzen und im Experiment lassen sich so Polypeptide und Aminosäuren bilden.
Smectit (=Schichtsilikat, auch Montmorillonit genannt
Zusatzinfo: Wächtershäuser – katalytisch wirkenden Mineralien bewirken eine stärkere Synthese. Es entstehen schneller langkettige Verbindungen, die oberflächen-gebunden sind und dadurch stabiler bleiben. Durch Oberflächen-Metabolismus entsteht ein Biofilm. Durch Katalyse werden aus Aminosäuren Enzyme.
16
Q
Biomoleküle - Vielschritthypothese
A
Vielschritt-Hypothese
Aus den zufällig gebildeten Molekülen finden sich einfachste RNA-Moleküle mit Enzymen; zusammen entsteht eine Quasispezies – selbstreproduzierende Moleküle, Weitergabe von Information – „Quasileben“. Bessere Kombinationen (Mutation und Selektion) verdrängen die ursprünglichen.
Hyperzyklen können entstehen (Molekül A erzeugt Molekül B, und B wieder A). Berechnungen: bevorzugt sind Guanin und Cytosin; diese zeigen die geringste Fehlerquote von 1% bei der Reproduktion.
Heute: rezente tRNA hat 80% Guanin-Cytosin Anteil
Wahrscheinlichkeit für ein katalysierendes Protein liegt bei 10-10 bis 10-14. Je mehr Hitze desto besser die anschließenden Reaktionen..
Einfache Doppelhelixstränge gehen bei Hitze auf und bei Kälte – Bausteinen redupliziern sich – replikasenfreie Reproduktion.
17
Q
Zusammenfassung - chemische Evolution, mögliches Modell
A
Zusammenfassung – chemische Evolution, mögliches Modell
1. Phase: zufällige abiotische Synthese und Akkumulation kleiner organischer Moleküle (Aminosäuren, Nukleoside)
2. Phase: Moleküle kondensieren zu Polymeren
3. Phase: Bildung von Kompartimenten = Mikrosphären
4. Phase: 1 bis 3 ergeben Eigenschaften der Vererbung – katalytische RNA (Ribozym).
Protobiont muss anaerob, hyperthermophil, halophil und chemoautotroph sein
Passende Strukturen in fast 4 Milliarden alten Gesteinen in Grönland gefunden
18
Q
Archaea
A
Thermoacidophile, Methanogene, extrem Halophile und extrem Thermophile
Einzellige Lebewesen, ohne Zellkern, die unter extremen Bedingungen heute leben
Thermoacidophile –in Geysiren des Yellowstone-Parks gefunden. Temperaturen über 90°C, Schwefelwasserstoff im Wasser
oder
Tiefsee um die Black Smoker (schwarze Raucher): austretendes Wasser 350°C, 300facher Atmosphärendruck, Schwefelwasserstoff, Metallsulfide (Pyrit eignet sich auch). Energiegewinnung - oxidieren Schwefelwasserstoff
19
Q
Archaea - Formen des Lebens
A
Halophile z.B.: in Salzseen, nutzen Sonnenlicht als Energiequelle
Methanogene u.a. im Verdauungstrack (Wiederkäuern, Termiten); Sümpfen etc.
20
Q
Three Domain System nach Woese
A
Prokaryonten
- Archaea
- Bakteria
Eukaryonten
- Eukarya
- Vielzellige Organismen
- Pflanzen
- Tiere
- Pilze
21
Q
Eukaryonta: Endosymbionten- Theorie
A
prokaryotischen Plasmamembran
1. Entwicklung des inneren Membransystems aus spezialisierten Einstülpungen der prokaryotischen Plasmamembran
2) Mitochondrien und Plastiden stammen von endosymbiontischen Bakterien ab
Das bezeichnet man als „Endosymbiontentheorie“
Anmerkung: alles unter Atmosphäre 1 - 2
22
Q
Atmosphäre 3
A
Archaean = Zeitalter(!)
Biologische Strukturen
3,8 Milliarden Jahre alt Isua Gesteine aus Grönland
Sauerstoff:
Cyanobakterien – erste Lebewesen mit Photosynthese
bilden Biofilm und fangen Sedimentpartikel ein wachsen dadurch lagenweise
Gebänderte Eisenerze ab ca 2,5 Milliarden
oxidierte Eisenerzlagen wechseln mit Hornsteinlagen
23
Q
Gabonionta
A
Erstes makroskopische mehrzellige Lebewesen 2,1 Milliarde Jahre
Fundort: Gabun, Westafrika
24
Q
Präkambrium
A
„Cryogenium“ – „Snowball Earth“ im Präkambrium
Snowball Earth (Einschnitt in der Fauna?)
Annahme: vor ca 840 bis 630 Millionen Superkontinent Rodinia zerbricht, und Pangea entstand.
Tillite* in niedrigen Breiten gefunden - Theorie einer globalen Vereisung
*fossile Gletscherreste(Moränen)
25
Präkambrium - Ediacara-Fauna
Erste höhere Organismen ohne mineralisiertes Skelett Ediacara
Snowball Earth
Ediacara-Fauna: 630 bis 545 Millionen vor heute
Bedeutende Funde aus Australien, Namibia, Russland und Kanada (ca. 25 Fundstellen)
Flachwasserbewohner – Fauna weltweit sehr ähnlich
Auftreten nach der Vereisungsperiode
Tribrachidium– triradiale Symetrie. Cnidaria oder Echinodermata?
Cyclomeduse – etwa 5 cm, Weißes Meer, Russland, häufig, Qualle
Dickinsonia – annelidenartige Form, oder doch Cnidaria (ähnlich Fungia?)
Spriggina – etwa 3 cm lang, Australien, Annelidae, oder Arthropode? Trilobitenvorfahre?
Charnia– bis zu 1 m, Weißes Meer, Russland, ähnlich Seefedern – koloniebildende Cnidaria
Wenig Bioturbation, einfache grabende Organismen (horizontal, oder einfach senkrecht)
26
Kambrium (540-490)
Kambrische Explosion - Auftreten von Organismen mit mineralisiertem Skeletten
zuerst „small shelly fauna“ 1-2 mm groß, langsam größere Formen
Porifera (Schwämme)
Archaeocyatha (fossile „Schwamm-Koralle“) Brachiopoda (Armfüßer)
Rückgang der Stromatolithen
Arthropoda (Gliederfüsser) Echinodermata (Stachelhäuter) Chordata-artig
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Material: Burgess-Shales (Kanada) oder auch Chengjiang (China)
Charles Doolittle Walcott, Sydney Sr. Walcott & Helen B. Walcott
Hallucigenia sparsa
Okenia hallucigenia
Anomalocaris briggsi
Opabinia
Wiwaxia
Burgess Shales:
Marella
Odontogriphus
Protozoa:
Foraminiferen: „Kammerlinge“ mit Gehäuse
Großforaminiferen werden mehrere cm groß
Ammonia, planktonisch
Heterostegina, benthisch
Quinceloculina,
porzellanschalig
27
Kambrische Explosion - Besonderheiten
! Archaeocyatha (Unter- bis Mittelkambrium) - Riffbilder Zwischenstufe Schwamm und Koralle
Septenbildung wie Koralle, Poren und zentraler Raum wie Schwamm, rein marin, Flachwasserbewohner, Trop.-subtropisch
Tentaculata
Brachiopoda häufiger als Bivalvia
2-klappiges Gehäuse, Klappen bilateral symetrisch - Unterschied zu Bivalven, ein Stilklappe (mit Stilloch) und eine Armklappe (mit Armgerüst), mit Stil am Untergrund befestigt, Lophophor mit Armgerüst im Inneren – Filtrierer, Blütezeit Paläozoikum
Mollusca – einfache Formen
Erste Echinodermata - mit unregelmäßigen Platten, beginnendes Ambulacralsystem (Eldonia – quallenartig)
Arthropoda
Trilobita – Dreilapper, rein fossil, im Paläozoikum ungemein formenreich, am Ende Perm ausgestorben (kleines Tier aus Film)
28
Radiokarbon-Methode = 14C-Methode (Altersdatierung)
Absolute Methode!!
• kosmische Strahlung (Neutronen) - aus 14N wird 14C – jeden Tag!
• mit Sauerstoff entsteht CO2 - Pflanzen - Tiere
Was kann gemessen werden?
Tierische Reste (Knochen, Schalen, Holz; gebrannte Dinge: Ton ect.)
Halbwertszeit: 5.730 Jahre
Zeitbereich: max. 50.000 Jahre
29
Argon-Argon-Methode (Altersdatierung)
Absolute Methode!!!
Eruptionsgestein aus Erdmantel (Basalt, Tuff etc.)
kommt an die Oberfläche – durch hohe Temperatur kommt es zur Ausgasung = „auf Null gestellt“, Zerfall beginnt: Kalium-40 (Isotop) zu Argon-40 (Edelgas,stabil)
Im Labor: Kalium-39 wird durch Neutronenbeschuss zu Argon-39 Vergleich der Menge Argon-39 zu Argon-40
Halbwertszeit: 1,3 Milliarden Jahre
Zeitbereich: 5.000 Jahre bis 4,5 Milliarden J.
30
Schutzschild Erde –
das Magnetfeld (Altersdatierung)
Relative Methode!!!
Nord-und Südpol wechseln in unregelmäßigen Abständen die Position.
Polung wie heute = normal Umgekehrte Polung = revers
Zusatzinfo:
Magnetische Mineralien (z.B. Hämatit, Magnetit) regeln sich nach dem jeweilig herrschenden Magentfeld ein und verharren in dieser Position = Remanenz
31
Biostratigraphie (Altersdatierung)
Relative Methode!!
= relative zeitliche Zuordnung von Sedimentpakten mittels Leitfossilen
32
Eigenschaften eines Leitfossils
1. sehr häufig (für Statistik)
2. möglichst weit verbreitet
3. merkmalsreich
4. rasche Evolution
5. Phylogenie bekannt
33
Milankovitch Kurve (Altersdatierung)
Relative Methode!!
Von Milutin Milankovitch (um 1920)
• Exzentrizität: Die Erdbahn wechselt zwischen fast rund und elliptisch ca. alle 100.000 Jahre.
• Ekliptik: Die Schräglage der Erde wechselt zwischen 22° und 25° alle 41.000 Jahre. Der Grund für die Jahreszeiten.
• Präzession: Wechselt durchschnittlich alle 26.000 Jahre.
34
Sauerstoffisotopen-Kurve (Altersdatierung)
Relative Methode!!
Glazial-Effekt: Wechsel der 16O/18O-Isotope http://en.wikipedia.org/wiki/Nicholas_Shackleton
Verhältnis von 16O zu 18O in Wasser bzw. Eis – 16O verdunstet leichter
Zeiten der Vergletscherung bleibt mehr 16O im Eis gebunden, mehr 18O im Meerwasser Warmzeiten – Verhältnis ändert sich wieder
35
Paläozoikum - Ordovizium
490-440
An Land – noch lebensfeindlich
Im Wasser – große Biodiversifikation
Meeresspiegelhochstand: Ozeane und Kontinentalmeere
Am Ende - Vereisung führt zum Aussterben von 50% aller marinen Gattungen: darunter Archaeocyathen- Riffe, teilweise Brachiopoden, Bryozoa, Trilobiten
36
Paläozoikum - Silur
440 - 420
Kollision Laurentia und Baltika = Kaledoniden und Appalachen
An Land – erstes Leben Pflanzen, Arthropoda
Im Wasser – neue Entwicklungen
Riffbildung durch Bryozoa, teilw. tabulate Korallen Entwicklung von Vertebrata mit Kiefer
Ersten Landpflanzen
Ersten Landtiere (z.B.: Arthropoda)
37
Paläozoikum - Devon
420 - 355
Euamerika und Gondwana nähern sich
An Land – erste Vertebrata
Im Wasser – Zeitalter der Fisch
Ammonitenentwicklung
Zeitalter der Fische
Landbesiedelung durch Vertebrata (Entwicklung der Amphibien
38
Paläozoikum - Arten
Tentaculata: Bryozoa (und Brachiopoda)
Riffbildung durch Bryozoa (und Schwämme)
Korallen – untergeordnete Rolle
Ordnung Rugosa - Ordov.-Perm, rein fossil! (Tetracorallia, Runzelkoralle)
Ordnung Tabulata („Bödenkorallen“): Ordovizium-Perm rein fossil!
sehr kleine Corallite (0,5 -4mm), meist 12 Septen, leistenartig oder in Dornen aufgelöst
Mollusca
Nautiloidea, Erstvorkommen im Ordovizium (bis heute)
Ökologie
Rezent Nautilus im indopazifischen Raum in tieferen Bereichen
Früher im Flachwasserbereich (100-400m) Nahrung: kleine Krebse und Aas
39
Mollusca - Paläoziokum
Mollusca
Ammonoidea ab Devon bis Kreide, Leitfossilien! vorwiegend eingerollt, keine gerade gestreckten Formen Randständiges Siphonalrohr
Kiefer - hornig mit Kalkauflage – Aptychen
Kammerwände komplizierte Lobenlinie
40
Echinodermata - Paläozoikum
Echinodermata
Crinoidea
Pentacrinus
„Seelilien“ mit Stiel (bis 18m lang!), Glieder mit typischer Form: Stern, rund, oval; am Ende oft mit Haftorgan („Wurzel“)
Ambulacralsytem auf den Armen = gelenkig
Keine Augenflecken oder Sinnesorgane, nur Tastsinn Blütezeit: Silur-Karbon; rezent meist zw. 200-1000m Tiefe
41
Arthropoda - Paläozoikum
! Trilobita - Dreilapper (Kambrium-Perm)
– Keine Mundwerkzeuge, 1 Paar Antennen
– Augen: einfache Facettenaugen bis augenlos
Leitfossilen!
– Panzer nur auf der Dorsalseite
42
Chelicerata - Paläozoikum
Ordnung Eurypteriden - Riesenskorpione (Ordovizium - Perm)
• Eurypterus - Verwandtschaft mit Asselspinnen
Xiphosuren (Silur - rezent)
Limulus: schwertförmiges Telson, lebendes Fossil, kaum verändert seit Perm
43
Vertebrata - Paläozoikum
„Agnatha“ (Ober-Kambrium-rezent) - Kieferlose Fische rezent Neunauge und den Schleimfisch (Inger)
fossil knöchernen Panzer
Gemeinsame Merkmale: Primäre Kieferlosigkeit
Placodermi (Silur – Karbon) - Panzerfische
Kiefertragende Wirbeltiere erscheinen das erste Mal im Untersilur Höhepunkt im Devon
Exoskelett: Kopf- und Rumpfteil des Panzers mit Gelenkes
statt echter Zähne Knochenplatten an den Kieferrändern
größte Form: Dunkelosteus mit 8m Länge
Chondrichtyes (Devon – rezent) - Knorpelfische
Echte Kiefer, Revolvergebiss bis zu Zahnplatten
Stützskelett aus Knorpel kann verkalken, aber nicht verknöchern Hautschuppen und die Zähne haben eine Basis aus echten Knochen
44
Actinopterygii - Paläozoikum
Actinopterygii – Strahlenflosser (Devon – rezent) Ältere Formen besaßen Hilfsatemorgane (Lungen),
dürften sich im Süßwasser/Brackwasser entwickelt haben
sekundär wieder voll aquatisch und die Lunge wurde zur Schwimmblase.
Ordnung Chondrostei: Blütezeit Paläozoikum; rezent: Flösselhecht (Polypterus), Stör (Acipenser)
Ordnung Holostei: Blütezeit Mesozoikum (Perm bis rezent); rezent: Schlammfisch (Amia), Knochenhecht (Lepisosteus)
Ordnung Telostei: Blütezeit Känozoikum (Trias-rezent); Mehrzahl der heute lebenden Fische
45
Dipnoi - Paläozoikum
Dipnoi - Lungefische (Devon - rezent)
heute auf Afrika, Australien und Südamerika verteilt
nur der australische Neoceratodus besitzt zahlreiche urtümliche Merkmale Schuppenkleid, Flossen
gemeinsam ist der Besitz von Lunge und Kiemen, wodurch sie auch kurze Aufenthalte an Land meistern und bei Trockenheit könne sie sich eingraben und überdauern
46
Crossopterygii - Paläozoikum
Crossopterygii – Quastenflosser (Devon – rezent)
kompliziert gebaute Schuppen, mit zahlreichen Porenkanälen durchsetzt
frühe Formen auch kleine Augen, aber große Riechsäcke (schlammiges Wasser?)
labyrinthodonte Zähne (mit komplizierter radialer Faltung), wie auch die späteren paläozoischen Amphibien, (die Labyrinthodontia)
Rezenter Vertreter: Latimeria columnae, abgewandert in tiefere Meeresbereiche und mit einigen Veränderungen zu ihren fossilen Verwandten.
47
Eroberung des Landes
Silur/Devon
48
Eroberung des Landes - Pflanzen
Lebermoose – als rezentes Beispiel für erste Landformen, thalloide Formen
Sporen aus dem Ordovizium ähnlich in der Mikrostruktur
durch Sporopollenin geschützt
Y-förmige Struktur (trilet) durch das Anpressen
der anderen drei Sporen in der Tetrade
Bleibt nur erhalten, wenn stabile Außenwand vorhanden - nur notwenig, wenn außerhalb des Wassers
Cuticula gegen Austrocknung, Stomata für Luftzirkulation, vaskuläres System
Cooksonia (England, Tschechien) – eine der ersten Landpflanzen
Dichotom gegabelt
endständige Sporangien mit
Tetraden von Sporen mit trileter Struktur Cuticula mit Stomata
Sporopollenin – chem. resistent ?Rhizome
Protostele mit zentralem Leitbündel? KEINE Blätter
Moose: Generationswechsel - begeißelte Geschlechtszellen brauchen Wasser um zu den Eizellen zu gelangen. Gametophytengeneration dominant
49
Eroberung des Landes - Evertebraten
Umstellungen von Wasser auf Land – ab Silur
Schutz gegen Austrockung, Beweglichkeit außerhalb des Wassers – Extremitäten verändert, Luftamung (Tracheen, Lungen)
Trigonotarbida = Tetrapulmonata – urtümliche Spinnentiere mit zwei Lungepaare
50
Eroberung des Landes - Amphibien
Metamorphose
Vom Wasser/Feuchtigkeit abhängig
| Tiktaalik – Ellesmere Island Kanada, Alter 375 Mill.
51
Amphibien - Ableitung Dipnoi oder Crossopterygii?
Unterklasse Labyrinthodon2a
Fischmerkmale: Fischschwanz, Schuppen am Körper, Seitenliniensystem, labyrinthodonte Zähne
Amphibienmerkmale: Kopf und Schultergürtel getrennt, Extremitäten gelenkig über Scapula/ Pelvis und diese fest mit der Wirbelsäule verbunden.
Genetik – eher Dipnoi
Acanthostega - Ichtyostega im Devon (Grönland) Connecting link zwischen Fischen und Amphibien?
Fischmerkmale: Fischschwanz, Schuppen am Körper, Seitenliniensystem, labyrinthodonte Zähne
Amphibienmerkmale: Kopf und Schultergürtel getrennt, Extremitäten gelenkig über Scapula/Pelvis und diese fest mit der Wirbelsäule verbunden.
Genetik – eher Dipnoi
52
Amphibien - Ohr
Das Ohr besitzt ein Gehörknöchelchen, den Stapes, der bei fossilen Formen oft eine Stützfunktion übernimmt und weniger eine schalleitende Funktion.
Primäres Kiefergelenk = Quadratum und Articulare
Zusatzinfo: moderene Amphibien erst ab Trias
53
Karbon (Paläozoikum)
359 – 300
Euamerische Masse und Gondwana zum Superkontinent Pangaea, Tethys formt sich, Vergletscherung am Südpol Ende des Karbons,
Marin wichtig: Großforaminiferen (Fusulinida), Bryozoa, Brachiopoda, Ammonoidea
Eiszeit am Ende Karbon
höhere Sauerstoffgehalt in Atmosphäre Steinkohle-Wälder, Evolution der Reptilien, Vielfalt und Riesenformen bei Arthropoda an Land
54
Perm (Paläozoikum)
290 – 250
Vereisung geht zurück, Kaltflora: Glossopteris, aber große Trockengürtel (Rotsedimente), Wüstenbildung, Gips- und Salzlagerstätten (Hallstatt).
Massenausterben am Ende des Perm: Fusulinida, tabulate und rugose Korallen, Trilobita, Einschränkung: Bryozoa, Brachiopoda, Ammonoidea, Therapsida
Massenausterben am Ende des Perm:
Fusulinida, tabulate und rugose Korallen, Trilobita, Einschränkung: Bryozoa, Brachiopoda, Ammonoidea, Therapsida
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55
Karbon - Steinkohlewälder
Farne (Pteridophyta)
Generationswechsel, Sporophyt und ein Gametophyt mit einem photosyntetischen Prothallus
Fossil Farne in Baumgröße, rezent Baumfarne noch auf der Südhemisphäre (Neuseeland, Australien)
Schachtelhalmgewächse (Equisetophyta)
Regelmäßig Nodien mit Blättchen und Internodien am Ende
können gut Wasser regulieren, in sumpfigen Arealen
am Ende der Pflanzen ein „Sporophyll“ mit den Sporangien
Fossil: z.B. Calamiten bis 30m hohe Bäume
Zusatzinfo: lagern Silikat ein und wurden als Scheuermittel verwendet (Zinnkraut)
Bärlappgewächse
Zusammen mit den Psilophyten die ersten Landpflanzen. Sporophyt die dominante Generation
Einfache nicht gegliederte Blätter, klein und schmal (Microphylle) bedecken die Pflanze.
Fossil: Sigillaria = Schuppenbaum
56
Spermatophyta
Ende Karbon erscheinen die ersten Vertreter der
Spermatophyta
Auftreten der Nacktsamer (Coniferophyta): Same = sessile Megaspore die bei Keimung noch in einem ernährungsphysiologischen Zusammenhang mit der Mutterpflanze bleibt (+ Embryosack, + Integumente = Hüllblätter)
Klasse Gingkoatae Perm – rezent (Blütezeit Jura)
Zusatzinfo: auch Ginkgo (und Cycas) haben begeißelte Geschlechtszellen. Dafür wird vom Baum ein Pollinations-Tröpfchen abgegeben.
Bei Ankunft bei der weiblichen Eizelle entwickelt sich ein Pollenschlauch. Könnte man einem Gametophyten gleichsetzen.
57
Coniferophyta
Coniferophyta Perm- rezent
Glossopteris - typisch für Gondwanaflora, kaltes Klima, Holz mit Jahresring
58
Arthropoda - Insecta
Im Karbon Riesenformen even. wegen hohem O2-Gehalt
Meganeura - Riesenlibelle Arthropleura - Millipedia
75cm Flügelspannweite, Libelle
2-3m Länge,Verwandter der Centi- bzw. Millipedia
59
Reptilien (Paläozoikum)
In der Entwicklung vom Wasser unabhängig!
Unterscheidung fossil nach dem Bau des Schädels bzw. der Schläfenfenster Sonst: primäres Kiefergelenk (Quadratum-Articulare)
Zähne einspitzig (homodont)
Körpertemperatur wechselnd
Erste Formen: Hylonomus: 30cm lang, eidechsenartig, Nova Scotia, Kanada
60
Synapsida (Paläozoikum)
Linie zu den Mammalia
Dimetrodon, Edaphosaurus (Pelycosaurier) – mit „Sonnensegel“
Linie zu den Mammalia
Therapsida - vorherrschende Wirbeltiergruppe an Land
Modifizierung der Zähne und des Kiefergelenks
61
Paläozoikum - Gandwana + Pangea
Vulkanismus – Treibhauseffekt
toxische Gase (z.B.: Zeichsteinmeer)
Pangea – Einschränkung des Shelfbereichs
Gondwanavereisung
62
Paläozoikum (Zusammenfassung)
Im Paläozoikum entwickeln sich alle wichtigen Organismengruppe. Ebenso werden alle Lebensräume im Wasser wie an Land besiedelt.
Riffe waren im Paläozoikum nur in einzelnen Phasen vorhanden mit heute untypischen Riffbildern wie
Archaeocyatha, Bryozoa, und Schwämme. Steinkorallen (Scleractina) hatten noch wenig Bedeutung.
Es gab zwei große Vereisungsphasen: Am Ende des Ordoviziums und am Ende des Karbons.
Der Sauerstoff in der Erdatmosphäre erreichte im Devon etwa den heutigen Stand und dürfte im Karbon höher gewesen sein.
Massenausterben am Ende des Perm, es verschwinden Fusulinida (Großforaminiferen), tabulate und rugose Korallen
30% aller Familien
Perm 70% aller Arten
Einschränkung: Bryozoa, Brachiopoda, Ammonoidea, Pelycosauria, Therapsida
63
Trias (Mesozoikum)
250 - 200
Regeneration der Fauna und Flora: mesophytische Flora mit Koniferen und Cycadeen. Riffbildner u.a. Steinkorallen (Scleractina), Erstauftreten der Dinosaurier, Flugsaurier und der „Säugetiere“. Weiterer Aussterbe-Event Ende Trias (u.a. Therapsida)
z.B.: Dachsteinmassiv oder Triassic Park – Tirol (Steinplatte)
64
Dinosauria
Trias
Diapsida – zwei Schläfenfenster Extremitäten unter dem Körper Primär biped – sekundär quadruped
Unterscheidung nach Beckentypen
65
Saurischia
Trias
| Eoraptor, Herrerasaurus - Argentinien Coelophysis
Ober-Trias (230-220 Mill. J.)
Kleine bipede Formen, dreizehig
66
Jura (Mesozoikum)
200-150
Aufbrechen der Nordatlantiks: Eurasien und Nordamerika trennen sich. Indien beginnt sich zu
lösen. Nord- und Südpol liegen im Meer. In Mitteleuropa: Posidonien-Schiefer (schwarz) mit reicher Ammonitenfauna und Meeresreptilien. Darüber Solnhofner Plattenkalke (weiß) mit Archaeopterix.
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67
Kreide (Mesozoikum)
150-65
Blütezeit der Foraminiferen und Bivalven (Hippuriten-Riffe) Blütezeit der Ammoniten und Belemniten, Höhepunkt der Dinosaurier-Entwicklung, reiche Vogel-Diversität, Monotremata, Marsupiala und Placentalia in der Kreide schon vorhanden; Zerbrechen der Kontinente und erste alpine Gebirgsbildung.
68
Evolution Evertebraten
Regeneration im Riffbereich ab Trias Neue Riffbildner: Hexacorallia
Klasse Anthozoa - Ökostratigraphie, Faziesfossil!
Wenn in Symbiose mit Zooxanthellen, geringe Wassertiefe (bis 50m)
Temperaturoptimum: 25°-28°C
Tag- und Nacht-Rhythmus und „Jahresringe“ - dadurch z.B. für Devon ein Jahr mit 400 Tagen errechnet
Zuwachs ca. 1 cm pro Jahr, Spitzen: 10cm/Jahr Ohne Zooxanthellen - auch in größere Meerestiefe
Ab Kreide neue Riffbildner - Bivalven Hippurites – Ende Kreide ausgestorben
linke Klappe zu Deckel umfunktioniert rechte Klappe festsitzend
Eigenwillige Großformen unter den Megalodonta
Diceras – „Kuhtrittmuscheln“ (Jura-Kreide)
69
Evolution Flora
Paläophytikum bis Mitte Perm
Mesophytikum bis Mitte Kreide
Neophytikum - Bis heute
Gymnosperma – Nacktsamer, seit Perm vorhanden (z.B.: Araucarien)
Dominant noch Baumfarne, Schachtelhalme, Cycadeen (ökologische Nische der Blütenpflanzen)
Neophytikum Grenze Mitte Kreide Angiospermae U.Kreide rezent
– Blütenpflanzen (auch Cyadeen und Gnetales (z.B.: Ephedra) haben farbige Strukturen
– Samenanlage verhüllt
– Echte Tracheen
– Blüte ein mit Sporophyllen besetzter Sproß mit begrenzten Wachstum
– Koevolution mit Bienen (?)
Ko-Evolution
Insekten – Blütenpflanzen?
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Evolution Dinosauria
Diapsida – zwei Schläfenfenster
Extremitäten unter dem Körper
Primär biped – sekundär quadruped
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Dinosauria - Saurischia
Carnosauria
Fleischfresser - Albertosaurus (Jura), Tyrannosaurus (Kreide), alle biped!
Reduktion der Vorderextremitäten
Coelurosaurier stellen noch Vertreter an der Kreide/Tertiär-
Grenze: z.B. Troodon Biped, Schwanz oft versteift
Raptoren mit vergrößerter Fußkralle (Velociraptor, Deinonychus, Kreide)
Sauropoda
Pflanzenfresser: Diplodocus, Brachiosaurus Jura - Kreide
Sekundär quadruped, Säulenbeine Kleiner Schädel, langer Hals
Hohle Wirbel, eventuell mit Luftsäcken
Zusatzinfo: Nasenöffnung - Verlagerung nach dorsal
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Dinosauria - Ornithischia
reine Pflanzenfresser
große Diversität
meisten sekundär quadruped manche mit Zahnbatterien
Iguanodontia (Jura-Kreide) Ceratopsia (Jura-Kreide) Pachycephalosauria (Oberkreide) Gepanzerte Formen
Stegosauria (Jura-Kreide) Ankylosauria (Jura-Kreide)
Iguanodon
Erste Rekonstruktionen Leguan-artig
Vierbeinig, aber Vorderextremitäten kleiner Ohne Panzerung
Daumenstachel zur Verteidigung (?)
Ceratopsia
Entwicklung zu Stirnwaffen
Einige mit Nackenschild
Augeprägte Zahnbatterien für Pflanzennahrung
Pachycephalosaurus mit verstärktem Stirnbereich
Parasaurolophus mit verlängertem Nasale und Frontale, für Lauterzeugung?
Maiasaurus
Nester gefunden
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Aquatische Reptilien
Ichtyosaurier
Sekundäre Anpassung an das Wasser Luftatmung
Umgestaltung des Skeletts
Ichtyosauria
Schwanzflosse senkrecht große Augen mit Skleralring, lebendgebärend (metapsider Schädel)
Plesiosauria
Umbildung der Flossen zu Paddel teilweise Landgang noch möglich (parapsider Schädel) ("Nessie")
Placodontia
Plumpe Formen im Flachwasser Pflasterzähne zum Schalen knacken
Mosasaurus
Bis 18 m Länge
Kreide
Nächster Verwandter - Eidechsen
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Pterosaurier
Flughaut zw. 4. Finger und Körper Dünne, hohle Knochen
Jura-Kreide
Pterosauria - Formen Große Formen
Kurzer Schwanz Flügelform ?
Ramphorynchus - Formen Kleine Pterosauria
Langer Schwanz
Trias - Jura
Fortbewegung am Boden
auf zwei Beinen hüpfend oder
auf vier Beinen gehend
Im Wasser?
Konnten riesige Flugsaurier fliegen?
Azhdarchidae (Quetzalcoatlus, Hatzegopteryx: ca 10m Flügelspannweite, 250 kg, Oberkreide)
Konkurrenz zu Vögel?
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Archaeopteryx
Fundort Solnhofen Plattenkalke (Deutschland), O-Jura.
Acht Exemplare, zwei Gattungen, vier Arten
Archaeopteryx lithographica und Wellnhoferia grandis
Reptilmerkmale: 3 voll entwickelte Finger, Ulna u. Radius unverändert, Zähne, Schwanzwirbel, kein Sternum; Metatarsale teilweise verwachsen
Vogelmerkmale: Federn (?), Anordnung und Anzahl der primären Schwungfedern bei Archaeopteryx und modernen Vögeln ident.
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Evolution der Federn
Federn:
wichtig für Temperaturregulation, sekundär zum Fliegen Federn bereits bei terrestrischen Räubern (Dinosauriern).
Hohlfeder
Vermutlich bereits vor 130 Mill. J.
Büschelfedern
Deckfeder – mit Federschaft
Deckfeder
symetrisch
Deckfeder
asymetrisch:
Archaeopteryx
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Gefiederte Formen
Microraptor – Dromaeosauridae, ca. 130 Mill. J.
Dilong – Emperor dragon ca. 130 Mill. J.
Confuciusornis, NHMWien, Pygostylia, ca. 120 Mill. J.
Hesperornis, Canada, Ornithurae, ca. 80 Mill. J.; sek. semi-aquatisch
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Aves
Rezent noch:
Palaeognathae: meist nicht-flugfähige Vögel (Strauße, Nandus, Emus, Kasuare, Kiwis,
Moas) mit starrem Gaumen.
Neognathae: flugfähige Vögel mit beweglichem Gaumen, zahnlos, meist mit gekieltem Brustbein; großeFormenfülle. Fossil gab es auch neognathe nicht-flugfähige Vögel.
Dodo (Dronte)– Madagaska Tauben-Verwandter
Phorusrhacus – SA, Pleistozän Cariamiformes
Gastornis – NA, Eu, Eozän Gänse-Verwandter
Paläognathe Vögel
Nandu - Rhea americana
Emu - Emus
Strauss - Struthio
Kasuar - Casuarius
Kiwi – Apteryx
Neuseeland
Kiwi – Apteryx Evolution auf Inseln
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Mammalia
Definition „Säugetier“ in der Paläontologie?
Sekundäres Kiefergelenk
Zwei Zahngenerationen (Milch- und Dauerzähne)
Heterodonte Zähne
Sekundäres Gaumendach
Fingerzahl (23333)
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Mammalia:
| Monotremata, Marsupialia
Split: Kreide
Steropodon galmani – Kreide, Verwandter des Schnabeltiers (Australien)
Sinodelphis – Kreide, Verwandter Marsupialia (China)
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Kreide-Paläogen Grenze
Aussterbe-Event vor ca. 65 Millionen Jahren
Etwa 15% aller Familien verschwinden an der K/ T-Grenze (etwa 60% aller Arten).
An der Perm/Trias Grenze dagegen 35% aller Familien (etwa 80% aller Arten).
Gründe
Meteoriteneinschlag (u.a. Chicxulub-Krater), größe des Asteroiden ca. 10 km
Unmittelbar: Feuer, Tsunami
Langfristig: Staub in der Atmosphäre (10-20% weniger Sonnenlicht), unterbrechung der Nahrungskette
Hinweis
Iridium – extrem selten in der Erdkruste, bis zu 160x mehr in Grenzton zw. Kreide und Paläogen
Gründe
starker Vulkanismus – Dekkan Traps (Indien): 2000m mächtig, ca. 500.000 km2 ökologischer Wandel/Klimaveränderung – Fall des Meerespiegels
Ausgestorben
Bivalven: (Megalodonta, Hippuriten) Ammonoidea, Belemnoidea
mesoz. marine Reptilien
Pterosaurier Dinosaurier kretazischen Vögel
Reduziert
Kalkiges Nannoplankton
Planktonische Foraminiferen
Shelfbewohner: Scleractinia, Bryozoa, Brachiopoden, Bivalven, Gastropoden
Angiospermen
Marsupialia
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Mesozoikum Zusammenfassung
Trias: Regeneration der Flora- und Fauna nach der Perm/Trias-Grenze: Riffkalke (Entstehung der Scleractina, neue Ammonoidea), Entstehung moderner Amphibien, Flug- und Fischsaurier, Obertrias Entstehung der Dinosaurier (Saurischia, Ornithischia), Aussterben der Therapsida. Aussterbe-Event Ende Trias.
Jura: Hippuriten-Riffe (Bivalven), Archäopterix („Urvogel“), Dinosaurier diversifizieren, erste Mammalia
Kreide: reiche Vogelentwicklung aus den Dromaesauriden, Marsupiala und Placentalia; Neophytikum: Entwicklung der Angiospermen (Blütenpflanzen). Ende Kreide: Etwa 15% aller Familien verschwinden an der K/T-Grenze (etwa 60% aller Arten). Zum Vergleich - Perm/Trias Grenze dagegen 35% aller Familien (etwa 80% aller Arten).
Gründe: Meteoriteneinschlag (Chicxulub-Krater, oder auch mehrere), starker Vulkanismus als Folge der Kontinentalverschiebung, ökologischer Wandel, Klimaveränderung
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Känozoikum
Quartär
-Holozän
-Pleistozän
„Tertiär“
-Paläogen
-Paläozän
- Eozän
- Oligozän
-Neogen
-Miozän
- Pliozän
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Paläogen
65 -23
Temperaturoptimum im Eozän
Reiche Angiospermenentwicklung
Vögel und Säugetiere differenzieren stark
Im marinen: v. a. Foraminifern- und Gastropodenentwicklung
Eozän:
zirkumäquatoriale Strömung
Paläoklimatisch tropisch bis subtropisch. Europa und Asien durch Meeresbereich getrennt.
Oligozän:
Marsupialia über Eurasien und Nordamerika verbereite
Tethys zerfällt
Paratethys und Mittelmeer entsteht
zirkumpolarer Strom
Öffnung der Drake-Passage
Paläoklimatisch kühler, erste Eisbildung in der Antarktis, Jahreszeiten.
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Neogen
23 - 2,5
Temperaturrückgang und Eisbildung in der Antarktis Zunehmend trockener
Entwicklung von Graslandschaften
Evolution u.a. der Pferde und Elefanten
Miozän - Pliozän:
Paratethys verschwindet, Panama-Brücke bildet sich, zunehmende trockener
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Evolution Wale
Tethys Ozean - Wiege der Wale
Entstehung Paläozän/Eozän
Terrestrische Formen, Artiodactyla (Paarhufer): Pakicetus (Eozän, Pakistan)
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Eozän – Messel (D)
Besonderheiten
Weichteilerhaltung
„Südamerikaner“: Ameisenbär und Alligator
„Asiaten und Afrikaner“: Schuppentier und Rüsselspringer Früher Formen der Wale, Raubtiere und Pferde
Darwinius masillae(ida)
Putzkralle auf der 2. Zehe?
Zahnkamm im Unterkiefer
Eusmilus & Entelodonta
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Evolution Pferde
Entwicklung des Pferdes in Nordamerika
Einwanderungen nach Europa und Asien
Entwicklung von 4/5-zehig zu 3 und zu 1-zehig
Größenzunahme
Zunahme der Zahnhöhe und – komplexität
Ende Pleistozän in NA ausgestorben und später wieder eingeführt
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Evolution Elefanten
Ursprünglich semi-aquatische Formen – Flusspferd-artig Größenzunahme (Körpergröße und Zähne)
Urtümliche Elefanten noch regulärer Zahnwechsel Besonderheiten mit Stoßzähnen bis zu 5m Länge
Entwicklung der modernen Elefanten mit horizontalem Zahnwechsel und Lamellenzähnen
Nebenlinien mit Stoßzähnen nur im Unterkiefer und mit 4m Schulterhöhe(!)
Horizontaler Zahnwechsel
Lamellenzahn bei Elephas und Loxodonta
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Evolution Cervidae
Geweihentwicklung erst am Miozän
Hormonelle Steuerung
Rückbildung von Eckzähnen, bei Größenzunahme des Geweihs
91
Evolution Carnivora
Moderne Formen erst ab Miozän
Fixierung der Brechschere P4/m1 (4. oberer Prämolar/ 1. unterer Molar)
Besonderheit Säbelzahn-Katzen
4x im Laufe der Evolution entstanden, darunter 1x innerhalb der Beuteltiere
92
Pleistozän
2,5 – 0,01
Starke Klimaschwankungen
Vereisungen auf der Nordhemispäre und der Antarktis Trockenphasen in Australien, Afrika und Südamerika
Ausbreitung der Hominiden Aussterbewelle am Ende des Eiszeitalters
Pleistozän 2,5 Mio - 10.000 Jahre vor heute
Höhepunkt der letzten Vereisung 20.000 a BP; 25% der Land- und 8% der Wasseroberfläche von Eis bedeckt (heute 10% bzw. 3%).
Starke Temperaturschwankungen zwischen Kalt- und Warmzeiten
In diversen Warmzeiten u.a. Säbelzahnkatzen, Waldelefanten und Flusspferden bis England In Kaltzeiten u.a. Mammut, Wollnashorn, Riesenhirsch, Höhlenlöwe, Hyänen in EuAs und NA
Wrangel Island:
Letzten Mammuts um 4,500 J. vor heute
93
Pleistozän: Regionen
```
NA und SA:
Mammut amerikan.Mastodont
Riesenfaultiere
Smilodon Säbelzahnkatze
Glyptodon, Riesengürteltier
Litopterna südam. Huftier
```
Australien:
Tylacoleo, Beutellöwe
Protemnodon Großform, bis 2m
Obdurodon, Schnabeltier mit Zähnen
94
Pleistozän Aussterbewelle
Aussterbewelle nach 18.000 J.v.H. - nach der letzten großen Vereisung
EUROPA: Mammut Wollhaarnashorn Höhlenbär Höhlenlöwe Höhlenhyäne Riesenhirsch
AMERIKA Mammut Säbelzahnkatzen amerikan. Löwe Riesenfaultiere Riesengürteltiere Mastodonten Kamele in NA Pferde in NA
AUSTRALIEN Riesenwarane große Kängurus Riesenwombats
95
Holozän
0,01 - heute
890-1170 Wärmeperiode des Mittelalters
1580-1850 kühlere Periode „Kleine Eiszeit“
