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AbituraufgabenHerkunft des Menschen

Skelette vergleichen, einen Stammbaum der Homininen begründen und mit mtDNA und Kerngenom die Hypothesen zur Herkunft des Menschen prüfen.

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Schädel, Becken und Gehirn

AFB I–II

Welche Fossilien zur Menschenlinie gehören, wird vor allem an Merkmalen des Skeletts entschieden. M1 vergleicht ausgewählte Merkmale, M2 zeigt das mittlere Gehirnvolumen verschiedener Homininen in Abhängigkeit von ihrem Alter.

M1Skelettmerkmale im Vergleich (vereinfacht)
MerkmalSchimpanseA. afarensisH. erectusH. sapiens
Hinterhauptslochweit hintenfast mittigmittigmittig
Beckenlang, schmalkurz, breitkurz, breitkurz, schüsselförmig
ZahnbogenU-förmigzwischen U und Parabelparabelförmigparabelförmig
Eckzähnegroß, mit Lückeverkleinertkleinklein
Gehirnvolumen (Mittel)etwa 400 cm³etwa 450 cm³etwa 900 cm³etwa 1350 cm³
Beine im Verhältnis zu den Armenkurzmittellanglang
M2Gehirnvolumen und Alter (gerundete Mittelwerte)
4008001200160001234567Alter in Mio. Jahren vor heuteGehirnvolumen in cm³SahelanthropusA. afarensisH. habilisH. erectusNeandertalerH. sapiens
  1. Beschreiben Sie die Veränderungen von Skelett und Gehirnvolumen in der Menschenlinie (M1, M2).
  2. Erklären Sie, warum die Lage des Hinterhauptslochs und die Form des Beckens als Belege für den aufrechten Gang gelten.
  3. Erstellen Sie auf der Grundlage von M1 einen Stammbaum für Schimpanse, A. afarensis, H. erectus und H. sapiens, und begründen Sie jede Verzweigung mit mindestens einem Merkmal.
  4. Von Sahelanthropus (etwa 7 Mio. Jahre) sind nur ein stark verformter Schädel, Kieferteile und Zähne sowie ein umstrittener Oberschenkelknochen bekannt. Das Hinterhauptsloch liegt etwas weiter vorn als beim Schimpansen, die Eckzähne sind klein. Beurteilen Sie die Aussage, Sahelanthropus sei bereits aufrecht gegangen und der älteste Vorfahr des Menschen.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Unterscheiden Sie Merkmale des Gangs, des Gebisses und des Gehirns — und betrachten Sie die zeitliche Abfolge.
Hinweis zu Aufgabe b)
Überlegen Sie, wo der Kopf beim Gehen auf zwei Beinen getragen wird und was das Becken tragen muss.
Hinweis zu Aufgabe c)
Der Schimpanse dient als Außengruppe. Suchen Sie gemeinsame abgeleitete Merkmale.
Hinweis zu Aufgabe d)
Prüfen Sie getrennt: Wie sicher ist der Befund, und folgt aus einem Merkmal schon die Stellung im Stammbaum?Beurteilen: Zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Das Hinterhauptsloch rückt vom hinteren Schädelrand unter den Schädel, das Becken wird kurz, breit und schließlich schüsselförmig, die Beine werden im Verhältnis zu den Armen länger. Der Zahnbogen wandelt sich von der U-Form zur Parabel, die Eckzähne werden kleiner. Das Gehirnvolumen bleibt bis etwa 2,5 Mio. Jahre vor heute bei 350–450 cm³ und steigt dann mit Homo habilis und Homo erectus stark auf über 1300 cm³ bei Neandertaler und Homo sapiens. Die Merkmale des aufrechten Gangs sind also schon bei A. afarensis weitgehend ausgebildet, bevor das Gehirn wächst.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Beim aufrechten Gang balanciert der Kopf von oben auf der senkrechten Wirbelsäule. Das Rückenmark tritt deshalb unten aus dem Schädel aus; ein mittig liegendes Hinterhauptsloch ermöglicht das ohne große Nackenmuskeln. Beim Schimpansen hängt der Kopf vor der eher waagerechten Wirbelsäule, das Loch liegt hinten. Ein kurzes, breites, schüsselförmiges Becken trägt im Stehen die Eingeweide, verlagert den Schwerpunkt über die Hüftgelenke und bietet Ansatzflächen für die Muskeln, die den Körper beim Gehen seitlich stabilisieren.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Stammbaum: (Schimpanse, (A. afarensis, (H. erectus, H. sapiens))).

A. afarensis, H. erectus und H. sapiens teilen die abgeleiteten Merkmale des aufrechten Gangs: fast mittiges bis mittiges Hinterhauptsloch, kurzes, breites Becken, verkleinerte Eckzähne. H. erectus und H. sapiens teilen darüber hinaus ein deutlich vergrößertes Gehirn (900 bzw. 1350 cm³), einen parabelförmigen Zahnbogen und lange Beine. Merkmale, die A. afarensis mit dem Schimpansen teilt (kleines Gehirn), sind ursprünglich und begründen keine Gruppe.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Für eine Zugehörigkeit zur Menschenlinie sprechen die weiter vorn liegende Öffnung und die kleinen Eckzähne, beides abgeleitete Merkmale der Homininen. Die Aussagekraft ist aber begrenzt: Der Schädel ist verformt, die Lage des Hinterhauptslochs daher unsicher, und ein Becken oder Fuß fehlt; der Oberschenkelknochen ist in seiner Deutung umstritten. Aufrechter Gang ist deshalb möglich, aber nicht belegt. Noch weniger lässt sich sagen, ob Sahelanthropus ein direkter Vorfahr ist: Selbst als Hominine könnte er zu einem ausgestorbenen Seitenzweig gehören. Die Aussage ist in dieser Form zu stark; angemessen wäre „möglicherweise einer der frühesten Homininen“.

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Neandertaler in uns?

AFB II–III

Nachdem 1997 erstmals mitochondriale DNA aus einem Neandertaler-Knochen sequenziert worden war, gelang 2010 die Entschlüsselung des Kerngenoms. Die Befunde veränderten die Diskussion um die Herkunft des Menschen.

M1Unterschiede in einem Abschnitt der mtDNA (Mittelwerte, gerundet)
VergleichZahl unterschiedlicher Basenpositionen
heutiger Mensch — heutiger Mensch (weltweit)etwa 8
heutiger Mensch — Neandertaleretwa 27
heutiger Mensch — Schimpanseetwa 55
Europäer — Neandertaleretwa 27
Afrikaner — Neandertaleretwa 27
M2Anteil an Neandertaler-DNA im Kerngenom heutiger Menschen (gerundete Werte)
Herkunft der StichprobeNeandertaler-Anteil
Westafrikaunter 0,5 %
Europaetwa 2 %
Ostasienetwa 2 %, etwas höher als in Europa
Neuguineaetwa 2 %
M3Ein weiterer Befund

Keiner der heute lebenden Menschen trägt eine mtDNA oder ein Y-Chromosom, das vom Neandertaler stammt. Im Kerngenom sind Abschnitte mit Neandertaler-Allelen in Genen, die in den Hoden aktiv sind, und auf dem X-Chromosom deutlich seltener als im Rest des Genoms.

  1. Beschreiben Sie die Ergebnisse des mtDNA-Vergleichs (M1).
  2. Deuten Sie M1 im Hinblick auf die multiregionale Hypothese und die Out-of-Africa-Hypothese.
  3. Werten Sie M2 aus, und erklären Sie, wann und wo die Einkreuzung wahrscheinlich stattfand.
  4. In einem Zeitungsartikel heißt es: „Das Neandertaler-Genom hat die Out-of-Africa-Hypothese widerlegt.“ Nehmen Sie unter Einbeziehung von M1 bis M3 Stellung zu dieser Aussage.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Vergleichen Sie die Zahlen untereinander und achten Sie auf die letzten beiden Zeilen.
Hinweis zu Aufgabe b)
Welche Beziehung zwischen Europäern und Neandertalern sagt die multiregionale Hypothese voraus?
Hinweis zu Aufgabe c)
Wer trägt Neandertaler-DNA, wer kaum? Wo lebten die Neandertaler, und wann trennten sich die Wege der Menschen nach Europa und Asien?
Hinweis zu Aufgabe d)
Unterscheiden Sie zwischen dem Kern der Hypothese (Ursprung in Afrika) und der Zusatzannahme (Ersatz ohne Vermischung).Stellung nehmen: Zu einem Sachverhalt nach kritischer Prüfung und sorgfältiger Abwägung eine eigene begründete Position beziehen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Heutige Menschen unterscheiden sich untereinander im Mittel an etwa 8 Positionen, vom Neandertaler an etwa 27 und vom Schimpansen an etwa 55. Der Abstand zum Neandertaler ist also gut dreimal so groß wie die Variation innerhalb des heutigen Menschen, aber nur halb so groß wie der zum Schimpansen. Europäer und Afrikaner sind vom Neandertaler gleich weit entfernt.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Nach der multiregionalen Hypothese wären die Europäer zumindest teilweise aus den Neandertalern hervorgegangen; ihre mtDNA müsste der des Neandertalers näher stehen als die von Afrikanern. M1 zeigt das Gegenteil: Europäer sind vom Neandertaler genauso weit entfernt wie Afrikaner, und die Neandertaler-mtDNA liegt weit außerhalb der heutigen Variation. Das spricht dafür, dass die mütterlichen Linien aller heutigen Menschen auf eine gemeinsame, junge Ursprungspopulation zurückgehen, die nicht aus Neandertalern bestand — ein Befund im Sinne von Out-of-Africa. Aus dem Abstand lässt sich außerdem schließen, dass sich die Linien lange vor dem Auftreten des modernen Menschen trennten.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Alle untersuchten Menschen außerhalb Afrikas tragen einen ähnlichen Anteil von etwa 2 % Neandertaler-DNA, auch Menschen in Neuguinea, wo nie Neandertaler lebten. Westafrikaner tragen kaum Anteile. Die Einkreuzung muss also nach dem Auszug aus Afrika, aber vor der Aufspaltung in die Linien nach Europa, Asien und Ozeanien stattgefunden haben — am wahrscheinlichsten im Nahen Osten, wo Neandertaler und moderne Menschen aufeinandertrafen. Der etwas höhere Wert in Ostasien deutet auf zusätzliche, spätere Kontakte oder auf geringere Selektion gegen Neandertaler-Allele hin. Die geringen Werte in Afrika lassen sich durch spätere Rückwanderung von Menschen aus Eurasien erklären.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Widerlegt ist nur die strenge Zusatzannahme eines vollständigen Ersatzes ohne jede Vermischung: Die rund 2 % Neandertaler-DNA (M2) belegen Einkreuzung. Der Kern der Hypothese wird dagegen gestützt: Die mtDNA aller heutigen Menschen steht untereinander viel näher als zum Neandertaler (M1), mtDNA und Y-Chromosom der Neandertaler fehlen heute ganz, und der Anteil im Kerngenom ist klein (M2, M3). Die heutigen Menschen stammen also ganz überwiegend von einer afrikanischen Ursprungspopulation ab. Die Seltenheit von Neandertaler-Allelen in Hoden-Genen und auf dem X-Chromosom (M3) spricht zudem dafür, dass Mischlinge eine verringerte Fruchtbarkeit hatten und Neandertaler-Allele dort ausselektiert wurden — die Populationen waren also schon teilweise reproduktiv isoliert. Die Aussage ist daher zu pauschal; zutreffend ist: Das Genom hat die Out-of-Africa-Hypothese zu „Out-of-Africa mit Einkreuzung“ erweitert.