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Biologie · Klasse 13 · Kapitel

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Vielfalt und Entwicklung des Lebens

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

Hat die Giraffe ihren langen Hals, weil sie sich gestreckt hat?

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: So erklärte es Lamarck 1809. Darwin erklärte es 1859 anders: Giraffen mit erblich längerem Hals hatten mehr Nachkommen. Die Genetik hat Lamarcks Mechanismus widerlegt. Quelle: Jean-Baptiste de Lamarck (1809): Philosophie zoologique; Charles Darwin (1859): On the Origin of Species

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

1Ich kann die synthetische Evolutionstheorie von nicht naturwissenschaftlichen Vorstellungen abgrenzen und zielgerichtete, lamarckistische und kreationistische Erklärungen beurteilen.

EntdeckenFrage

Hat die Giraffe ihren langen Hals, weil sie sich gestreckt hat?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

So erklärte es Lamarck 1809. Darwin erklärte es 1859 anders: Giraffen mit erblich längerem Hals hatten mehr Nachkommen. Die Genetik hat Lamarcks Mechanismus widerlegt.

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

Zielgerichtete Erklärungen nennen einen Zweck, lamarckistische die Vererbung erworbener Eigenschaften, kreationistische einen Schöpfer. Diese Vorstellungen sind widerlegt oder nicht prüfbar.

BeispielErklärungen einordnen

Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Virus vermehrt sich sehr schnell und mutiert dabei häufig.
  2. Varianten mit Resistenzmutation werden vom Medikament kaum gebremst.
  3. Diese Varianten vermehren sich stärker und werden häufiger.
  1. Das Virus vermehrt sich sehr schnell und mutiert dabei häufig.
  2. Varianten mit Resistenzmutation werden vom Medikament kaum gebremst.
  3. Diese Varianten vermehren sich stärker und werden häufiger.
Ergebnis:
Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.

AchtungErworbene Eigenschaften als vererbbar gedacht

So nicht
Der Schmied hat starke Arme, also bekommen seine Kinder starke Arme.
So richtig
Training ändert die Muskeln, nicht die DNA der Keimzellen. Vererbt wird nur, was in den Keimzellen steht.

Was ein Lebewesen im Leben erwirbt, steht nicht in seinen Keimzellen. Vererbt werden nur Allele, die es schon von Geburt an trägt.

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    Lösung zeigen
    1. Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    2. Das Gift tötete vor allem Ratten ohne dieses Allel.
    3. Die Überlebenden vermehrten sich, das Allel wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. ●2
    Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Flügelform war erblich verschieden.
    2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
    3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
    Ergebnis:
    Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  3. ★3
    Jemand erklärt die Ähnlichkeit der DNA von Mensch und Schimpanse mit einem gemeinsamen Bauplan eines Schöpfers. Warum ist das keine naturwissenschaftliche Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gemeinsame Abstammung sagt voraus, dass Ähnlichkeiten ein verschachteltes Muster bilden.
    2. Genau dieses Muster findet man in den Sequenzen.
    3. Ein Bauplan erlaubt jedes Muster und ist daher nicht prüfbar.
    Ergebnis:
    Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.

2Ich kann Mutation und Rekombination als Quellen der Variation und Selektion als Ursache für Artwandel erklären.

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Nein. Joshua und Esther Lederberg übertrugen Bakterienkolonien mit Samtstempeln auf mehrere Platten. Resistente Kolonien gab es schon, bevor die Bakterien das Antibiotikum je berührt hatten.

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

Träger günstiger Allele haben mehr Nachkommen. So wandelt sich die Population, nicht das Individuum.

BeispielEvolutionsfaktoren

Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
  2. Vererbt wird aber nur, was in Eizelle oder Spermienzelle steht.
  3. Für die Evolution zählen nur Keimbahnmutationen.
  1. Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
  2. Vererbt wird aber nur, was in Eizelle oder Spermienzelle steht.
  3. Für die Evolution zählen nur Keimbahnmutationen.
Ergebnis:
Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

So nicht
Das Antibiotikum löst in den Bakterien die Resistenzmutation aus.
So richtig
Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum. Das Antibiotikum liest nur aus.

Mutationen entstehen ungerichtet, unabhängig davon, ob sie nützen. Erst danach entscheidet die Selektion.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welcher Evolutionsfaktor erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
    Lösung zeigen
    1. Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
    2. Rekombination mischt vorhandene Allele, Selektion wählt aus.
    3. Neue Allele entstehen durch Mutation.
    Ergebnis:
    Mutation
  2. ●5
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  3. ★6
    Beim Stempelversuch der Lederbergs lagen resistente Kolonien an denselben Stellen, schon bevor die Bakterien das Antibiotikum berührten. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit Samt wurde das Muster der Kolonien auf mehrere Platten übertragen.
    2. Die resistenten Kolonien stammten von Stellen der Platte ohne Antibiotikum.
    3. Mutation ist ungerichtet, die Selektion folgt danach.
    Ergebnis:
    Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.

3Ich kann stabilisierende, transformierende und disruptive Selektion an Beispielen unterscheiden und Selektionsfaktoren erläutern.

EntdeckenFrage

Warum wurden Nachtfalter in Englands Industriestädten schwarz?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Um 1895 waren bei Manchester fast alle Birkenspanner dunkel. Auf rußigen Stämmen fraßen Vögel vor allem helle Falter. Michael Majerus ließ später fast 5000 Falter frei und bestätigte: Vögel fressen mehr der auffälligen Falter.

MerkenFormen der Selektion

Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.

Disruptive Selektion begünstigt beide Extreme und kann eine Population aufspalten.

BeispielSelektionsformen und Selektionsfaktoren

Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
  2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
  3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
  1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
  2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
  3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
Ergebnis:
Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen

AchtungSelektionsformen verwechselt

So nicht
Die Mitte wird begünstigt, also transformierende Selektion.
So richtig
Die Mitte wird begünstigt und die Streuung kleiner: stabilisierende Selektion.

Zeichne die Verteilung vorher und nachher: Bleibt der Mittelwert, wandert er, oder entstehen zwei Gipfel?

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Larven der Goldrutengallfliege leben in Pflanzengallen. Kleine Gallen öffnen Schlupfwespen, große öffnen Vögel; mittlere Gallen überleben am besten. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    Sehr leichte und sehr schwere Neugeborene haben geringere Überlebenschancen als mittelschwere. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird der Mittelwert.
    2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  3. ★9
    Ein Unkraut wird jedes Jahr mit demselben Herbizid behandelt. Nach zehn Jahren wirkt es kaum noch. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Resistente Pflanzen gab es zufällig schon vorher.
    2. Jedes Jahr überlebten vor allem sie.
    3. Über zehn Generationen stieg ihr Anteil stark: transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Das Herbizid begünstigte als Selektionsfaktor jedes Jahr resistente Pflanzen.

4Ich kann Gendrift und Genpool erklären und Allelfrequenzen in Populationen berechnen.

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Geparde sind sich genetisch so ähnlich wie sonst nur eng verwandte Tiere. Vermutlich überlebten am Ende der letzten Eiszeit nur sehr wenige Tiere. Dieser Flaschenhals hat die Vielfalt im Genpool stark verringert.

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

Jedes Individuum trägt zwei Allele, deshalb zählt man durch 2 · N. Gendrift wirkt zufällig, stark in kleinen Populationen.

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 20 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 16 RR, 2 Rr und 2 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
  2. Allele r: 2 · 2 + 2 = 6, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 6 : 40 = 0,15.
  1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
  2. Allele r: 2 · 2 + 2 = 6, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 6 : 40 = 0,15.
Ergebnis:
q = 0,15

AchtungIndividuen statt Allele gezählt

So nicht
40 von 100 Tieren sind AA, also p = 0,4.
So richtig
100 Tiere tragen 200 Allele. Die A-Allele kommen aus AA und Aa zusammen.

Du hast Tiere gezählt, gefragt sind Allele. Jedes Individuum trägt zwei Allele, und auch die Heterozygoten tragen eines davon.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 4 CC, 22 Cc und 24 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    So fängst du an:
    50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele C: 2 · 4 + 22 = 30, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 30 : 100 = 0,3.
    Ergebnis:
    p = 0,3
  2. ●11
    In einer Population von 100 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 11 CC, 30 Cc und 59 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele C: 2 · 11 + 30 = 52, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 52 : 200 = 0,26.
    Ergebnis:
    p = 0,26
  3. ★12
    Für eine große Population von Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,4. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp RR?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,4 = 0,6.
    2. Der Genotyp RR hat den Anteil p².
    3. p² = 0,4 · 0,4 = 0,16.
    Ergebnis:
    0,16

5Ich kann Isolation und allopatrische Artbildung mit dem populationsgenetischen Artbegriff erklären.

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Auf den Galapagosinseln leben heute über ein Dutzend Arten von Darwinfinken. Alle stammen von Vorfahren ab, die vom Festland kamen. Getrennt auf verschiedenen Inseln entwickelten sie verschiedene Schnäbel.

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

Bei allopatrischer Artbildung trennt eine Barriere den Genfluss, bis keine fruchtbare Kreuzung mehr gelingt.

BeispielIsolation und Artbildung

Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
  2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
  3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
  1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
  2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
  3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
Ergebnis:
Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.

AchtungEvolutionsfaktoren verwechselt

So nicht
Selektion erzeugt neue Allele.
So richtig
Mutation erzeugt neue Allele, Rekombination mischt sie, Selektion und Drift verändern ihre Häufigkeit, Isolation trennt Genpools.

Ordne jedem Faktor seine Wirkung zu: neu erzeugen, neu mischen, gerichtet auslesen, zufällig verschieben oder trennen.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    Lösung zeigen
    1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
    3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
    Ergebnis:
    Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  2. ●14
    Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wandern Tiere zwischen Populationen und pflanzen sich fort, nehmen sie Allele mit.
    2. Das gleicht Genpools an.
    3. Isolation unterbricht den Genfluss.
    Ergebnis:
    Austausch von Allelen zwischen Populationen
  3. ★15
    Am Grand Canyon leben auf Nord- und Südseite zwei verschiedene Hörnchenformen. Wie ist das zu deuten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Canyon ist eine geografische Barriere.
    2. Ohne Genfluss wandelten sich die Teilpopulationen getrennt.
    3. Ob schon zwei Arten vorliegen, zeigt erst die Fortpflanzung.
    Ergebnis:
    Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.

6Ich kann Fitness, Koevolution und den adaptiven Wert von Verhalten mit einer Kosten-Nutzen-Analyse erklären.

EntdeckenFrage

Warum warnt ein Erdhörnchen andere vor dem Fuchs, obwohl es sich damit selbst verrät?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Belding-Ziesel-Weibchen rufen vor allem dann, wenn Verwandte in der Nähe sind. Verwandte tragen viele gleiche Allele. So gibt die Rufende ihre Allele auch über das Überleben der anderen weiter.

MerkenFitness und Verhalten

Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.

Ein Verhalten setzt sich durch, wenn sein Nutzen die Kosten übersteigt. Koevolution heißt wechselseitige Selektion.

BeispielFitness, Koevolution und Verhalten

Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
  2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
  3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
  1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
  2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
  3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
Ergebnis:
Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

So nicht
Das Tier warnt, damit die Art erhalten bleibt.
So richtig
Das Warnen setzt sich durch, weil es die Weitergabe eigener Allele fördert, oft über Verwandte.

Selektion wirkt auf Individuen und ihre Allele, nicht auf das Wohl der Art. Frag: Was bringt das Verhalten dem Träger oder seinen Verwandten?

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Was ist mit dem adaptiven Wert eines Verhaltens gemeint? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
    Lösung zeigen
    1. Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
    2. Gemessen wird der Beitrag zur Weitergabe der eigenen Allele.
    3. Das ist die ultimate Erklärung eines Verhaltens.
    Ergebnis:
    Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  2. ●17
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
    2. Nur Falter mit langem Rüssel bestäuben die Orchidee und erreichen so ihren Nektar.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  3. ★18
    Pazifische Lachse sterben nach dem einzigen Laichen. Wie lässt sich das unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Wanderung zu den Laichplätzen kostet sehr viel Energie.
    2. Eine zweite Wanderung würde kaum gelingen.
    3. Alles in eine Fortpflanzung zu stecken, maximiert hier die Fitness.
    Ergebnis:
    Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.

7Ich kann Homologie und Analogie unterscheiden und molekularbiologische Homologien als Belege der Evolution auswerten.

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

Menschen außerhalb Afrikas tragen etwa 1 bis 4 Prozent Neandertaler-DNA. Das zeigte das Team von Svante Pääbo durch den Vergleich alter DNA aus Knochen. Pääbo erhielt dafür 2022 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

Ähnliche DNA- und Aminosäuresequenzen sind molekularbiologische Homologien. Je weniger Unterschiede, desto kürzer liegt der gemeinsame Vorfahr zurück.

BeispielHomologie und Analogie

Was ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
  2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
  1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
  2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
Ergebnis:
Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

So nicht
Vogelflügel und Insektenflügel dienen dem Fliegen, also sind sie homolog.
So richtig
Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie. Homolog ist ein gleicher Bauplan aus gemeinsamer Abstammung.

Frag nach dem Bau, nicht nach der Aufgabe: Gleicher Bauplan und gleiche Lage sprechen für Homologie, nur gleiche Funktion für Analogie.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    Lösung zeigen
    1. Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    2. Er geht auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück.
    3. Homologe Organe belegen Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  2. ●20
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Rhesusaffe: G D V E K G K K I F V M. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1
  3. ★21
    Die Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
    2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
    3. Die Grabbeine sind analog.
    Ergebnis:
    Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut

8Ich kann Stammbäume mit ursprünglichen und abgeleiteten Merkmalen deuten und Verwandtschaft begründen.

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

Was meinst du? Schreib deine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Auflösung

In vergleichbaren DNA-Abschnitten unterscheiden sich die Basen nur um etwa 1,2 Prozent. Der gemeinsame Vorfahr lebte vor rund 6 Millionen Jahren. Der Mensch stammt also nicht vom Schimpansen ab; beide sind Schwesterarten.

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

Verwandtschaft zeigt der jüngste gemeinsame Verzweigungspunkt. Belegt wird sie durch gemeinsame abgeleitete Merkmale.

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: K T E R E D L I A Y L K. Gorilla: K T E R A D L I A Y L K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
Ergebnis:
Unterschiede: 1

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

So nicht
Delfin und Hai sehen ähnlich aus, also sind sie eng verwandt.
So richtig
Der Delfin ist ein Säugetier. Seine Form ist analog zum Hai, entstanden durch ähnliche Selektion im Wasser.

Ähnlichkeit kann durch ähnliche Lebensweise entstehen. Verwandtschaft zeigen gemeinsame abgeleitete Merkmale und Sequenzen.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Schuppen sind ein ursprüngliches Merkmal und zeigen keine engere Verwandtschaft.
    Lösung zeigen
    1. Schuppen sind ein ursprüngliches Merkmal und zeigen keine engere Verwandtschaft.
    2. Krokodile und Vögel teilen abgeleitete Merkmale, etwa den Muskelmagen und Brutpflege.
    3. Krokodile und Vögel sind Schwestergruppen innerhalb der Archosaurier.
    Ergebnis:
    Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen
  2. ●23
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Sequenzvergleiche stellen sie neben die Flusspferde.
    3. Die Ähnlichkeit zum Thunfisch ist Analogie.
    Ergebnis:
    Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  3. ★24
    Fisch, Frosch und Mensch haben eine Wirbelsäule. Zeigt sie, dass Frosch und Mensch näher verwandt sind als mit dem Fisch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller drei.
    2. Die Wirbelsäule unterscheidet keine der drei Gruppen.
    3. Für Frosch und Mensch zeugen erst abgeleitete Merkmale wie vier Gliedmaßen.
    Ergebnis:
    Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stoßzahnlosigkeit ist erblich und kam schon vorher selten vor.
    2. Die Wilderei wirkte als Selektionsfaktor gegen Tiere mit Stoßzähnen.
    3. Der Anteil der stoßzahnlosen Kühe stieg.
    Ergebnis:
    Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  2. ●26
    Warum ist „Intelligent Design“ keine naturwissenschaftliche Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Naturwissenschaft arbeitet nur mit prüfbaren Ursachen.
    2. Ein Planer außerhalb der Natur lässt sich nicht messen und nicht widerlegen.
    3. Deshalb ist die Idee keine naturwissenschaftliche Theorie.
    Ergebnis:
    Ein übernatürlicher Planer lässt sich mit keinem Versuch prüfen.
  3. ●27
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sind ungerichtet.
    2. Viele ändern nichts am Protein, viele schaden.
    3. Selten ist eine Mutation von Vorteil, und auf diese wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  4. ●28
    In einer Population von 100 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 33 RR, 18 Rr und 49 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele R: 2 · 33 + 18 = 84, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 84 : 200 = 0,42.
    Ergebnis:
    p = 0,42
  5. ●29
    Ein Waldbrand tötet zufällig 90 Prozent einer Käferpopulation, unabhängig von der Farbe. Welcher Faktor verändert hier die Allelfrequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Überleben hängt nicht von der Farbe ab.
    2. Die Überlebenden sind eine zufällige Stichprobe.
    3. Das ist Gendrift durch einen Flaschenhals.
    Ergebnis:
    Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  6. ●30
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der populationsgenetische Artbegriff fragt nach dem gemeinsamen Genpool.
    2. In freier Natur fließen keine Allele zwischen Löwen und Tigern.
    3. Löwe und Tiger sind zwei Arten.
    Ergebnis:
    Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Evolutionstheorie und Alltagsvorstellungen
Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.
Variation und Selektion
Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.
Formen der Selektion
Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.
Genpool und Gendrift
Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.
Isolation und Artbildung
Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.
Fitness und Verhalten
Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.
Homologie und Analogie
Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.
Stammbäume lesen
Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

So nicht
Die Giraffe bekam einen langen Hals, um an das hohe Laub zu kommen.
So richtig
Giraffen mit erblich längerem Hals fanden mehr Futter und hatten mehr Junge.

Evolution hat kein Ziel. Frag nach der Ursache: Welche erblichen Unterschiede gab es schon vorher, und wer hatte mehr Nachkommen?

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

So nicht
Das Auge ist so kompliziert, es muss geplant sein.
So richtig
Ein Planer lässt sich nicht prüfen. Zwischenstufen vom Lichtfleck zum Linsenauge gibt es bei heutigen Tieren.

Naturwissenschaft erklärt nur mit Ursachen, die man prüfen kann. Eine Erklärung, zu der jede Beobachtung passt, ist nicht prüfbar.

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

So nicht
Evolution ist nur eine Theorie, also unsicher.
So richtig
Eine Theorie ist ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet.

Im Alltag heißt Theorie Vermutung. In der Naturwissenschaft heißt es: gut geprüft und durch viele Befunde gestützt.

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

So nicht
Jeder Käfer wird mit jedem Spritzen etwas widerstandsfähiger.
So richtig
Die Käfer bleiben, wie sie sind. In der Population werden die resistenten häufiger.

Ein einzelnes Lebewesen evolviert nicht. Es ändert sich der Anteil der Varianten in der Population über Generationen.

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

So nicht
Fit ist das stärkste Tier, das am längsten lebt.
So richtig
Fit ist, wer die meisten fortpflanzungsfähigen Nachkommen hinterlässt.

Fitness zählt Nachkommen, nicht Muskeln oder Lebensjahre. Ein starkes Tier ohne Nachkommen hat die Fitness 0.

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

So nicht
Bei der Drift setzt sich das bessere Allel durch.
So richtig
Bei der Drift entscheidet der Zufall. Auch nachteilige Allele können häufig werden, vor allem in kleinen Populationen.

Drift ist Zufall beim Weitergeben der Allele. Drift fragt nicht nach Nutzen und wirkt umso stärker, je kleiner die Population ist.

AchtungHeterozygote voll gezählt

So nicht
p = (AA + Aa) : N
So richtig
p = (2 · AA + Aa) : (2 · N). Ein heterozygotes Individuum trägt nur ein A.

Ein heterozygotes Individuum trägt ein A und ein a. Zähle es für jedes Allel nur einmal und teile durch die doppelte Zahl der Individuen.

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

So nicht
p = 0,7, also sind 70 Prozent AA.
So richtig
AA hat den Anteil p² = 0,49, Aa den Anteil 2pq = 0,42, aa den Anteil q² = 0,09.

Ein Genotyp entsteht aus zwei Allelen. AA hat den Anteil p · p. Aa entsteht auf zwei Wegen und hat den Anteil 2 · p · q.

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

So nicht
Chihuahua und Dogge sehen verschieden aus, also sind es zwei Arten.
So richtig
Beide gehören zu einer Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool. Es ist eine Art.

Nach dem populationsgenetischen Artbegriff entscheidet die fruchtbare Fortpflanzung, nicht das Aussehen.

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

So nicht
Der Mensch stammt vom Schimpansen ab.
So richtig
Mensch und Schimpanse haben einen gemeinsamen Vorfahren. Beide Linien haben sich seitdem verändert.

Heute lebende Arten sind Vettern, keine Vorfahren. Jede Linie hat gleich lange Evolution hinter sich.

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

So nicht
Frosch und Mensch haben beide eine Wirbelsäule, also sind sie eng verwandt.
So richtig
Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller Wirbeltiere. Die Wirbelsäule trennt Frosch und Mensch nicht von Fischen.

Ein Merkmal, das schon der gemeinsame Vorfahr aller hatte, ist ursprünglich. Nähere Verwandtschaft zeigen nur neu entstandene, gemeinsame Merkmale.

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

So nicht
Von 12 Positionen sind 9 gleich, also 9 Unterschiede.
So richtig
Von 12 Positionen sind 3 verschieden. Weniger Unterschiede bedeuten nähere Verwandtschaft.

Geh die Sequenzen Position für Position durch und zähle nur, wo die Buchstaben verschieden sind. Weniger Unterschiede heißt näher verwandt.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich kann die synthetische Evolutionstheorie von nicht naturwissenschaftlichen Vorstellungen abgrenzen und zielgerichtete, lamarckistische und kreationistische Erklärungen beurteilen.

    31
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.

  2. Ich kann Mutation und Rekombination als Quellen der Variation und Selektion als Ursache für Artwandel erklären.

    32
    Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Rekombination

  3. Ich kann stabilisierende, transformierende und disruptive Selektion an Beispielen unterscheiden und Selektionsfaktoren erläutern.

    33
    Was bedeutet „Survival of the fittest“ fachlich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.

  4. Ich kann Gendrift und Genpool erklären und Allelfrequenzen in Populationen berechnen.

    34
    In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 15 RR, 3 Rr und 7 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,34

  5. Ich kann Isolation und allopatrische Artbildung mit dem populationsgenetischen Artbegriff erklären.

    35
    Wann ist aus zwei getrennten Populationen eine neue Art geworden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können

  6. Ich kann Fitness, Koevolution und den adaptiven Wert von Verhalten mit einer Kosten-Nutzen-Analyse erklären.

    36
    Was versteht man unter Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion

  7. Ich kann Homologie und Analogie unterscheiden und molekularbiologische Homologien als Belege der Evolution auswerten.

    37
    Was zeigen analoge Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen

  8. Ich kann Stammbäume mit ursprünglichen und abgeleiteten Merkmalen deuten und Verwandtschaft begründen.

    38
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Huhn: G D I E K G K K I F V Q. Ente: G D V E K G K K I F V Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

Hat die Giraffe ihren langen Hals, weil sie sich gestreckt hat?

Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?

Auflösung

So erklärte es Lamarck 1809. Darwin erklärte es 1859 anders: Giraffen mit erblich längerem Hals hatten mehr Nachkommen. Die Genetik hat Lamarcks Mechanismus widerlegt.

Wörter

Ähnlich
gleiche Form, andere Größe
Mittelwert
alles zusammen, geteilt durch die Anzahl

Lösungen

  1. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  3. Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.
  4. Mutation
  5. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  6. Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Das Herbizid begünstigte als Selektionsfaktor jedes Jahr resistente Pflanzen.
  10. p = 0,3
  11. p = 0,26
  12. 0,16
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Austausch von Allelen zwischen Populationen
  15. Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.
  16. Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  17. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  18. Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.
  19. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  20. Unterschiede: 1
  21. Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut
  22. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen
  23. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  24. Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.
  25. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  26. Ein übernatürlicher Planer lässt sich mit keinem Versuch prüfen.
  27. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  28. p = 0,42
  29. Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  30. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  31. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  32. Rekombination
  33. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  34. q = 0,34
  35. Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können
  36. Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  37. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  38. Unterschiede: 1