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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
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ 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

Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
  2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
  3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
  1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
  2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
  3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
Ergebnis:
Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.

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?

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
    3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. ●2
    Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Fellfarbe war erblich verschieden.
    2. Helle Bären wurden auf dem Eis von der Beute später bemerkt.
    3. Helle Bären hatten mehr Nachkommen, ihr Fell wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  3. ★3
    Wie ist dieser Satz einzuordnen: „Weil das Klima kälter wurde, bekamen die Mammuts ein dichteres Fell.“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz lässt das Fell entstehen, weil es gebraucht wird.
    2. Es fehlen erbliche Variation und unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg.
    3. Das ist eine zielgerichtete Erklärung.
    Ergebnis:
    Zielgerichtet: Das Bedürfnis wird als Ursache der Änderung genannt.

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

Wann entsteht eine Mutation, die Bakterien gegen ein Antibiotikum resistent macht? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Mutationen sind Fehler beim Kopieren oder Schäden der DNA.
  2. Mutationen entstehen ungerichtet, unabhängig vom Nutzen.
  3. Das Antibiotikum liest erst danach aus.
  1. Mutationen sind Fehler beim Kopieren oder Schäden der DNA.
  2. Mutationen entstehen ungerichtet, unabhängig vom Nutzen.
  3. Das Antibiotikum liest erst danach aus.
Ergebnis:
Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist

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.

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
    Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★6
    Warum genügt Selektion allein nicht, um Evolution über lange Zeit zu erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion verringert Variation, weil sie Varianten aussortiert.
    2. Neue Variation entsteht nur durch Mutation, neu gemischt durch Rekombination.
    3. Erst beides zusammen ermöglicht lange Evolution.
    Ergebnis:
    Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.

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

Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Benachteiligt waren beide Extreme.
  2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
  1. Benachteiligt waren beide Extreme.
  2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
Ergebnis:
Stabilisierende Selektion

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. ○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
    Ein harter Frost tötet vor allem Pflanzen mit dünner Rinde. Was ist der Frost? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektionsfaktoren sind alle Umweltfaktoren, die den Fortpflanzungserfolg beeinflussen.
    2. Frost gehört zur unbelebten Umwelt.
    3. Er ist ein abiotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  3. ★9
    Ein Antibiotikum wird zu niedrig dosiert. Wie wirkt das auf die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine niedrige Dosis tötet nur die empfindlichsten Bakterien.
    2. Mäßig resistente überleben und vermehren sich.
    3. Das ist transformierende Selektion in Richtung Resistenz.
    Ergebnis:
    Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.

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 100 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 91 RR, 6 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele R: 2 · 91 + 6 = 188, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 188 : 200 = 0,94.
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele R: 2 · 91 + 6 = 188, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 188 : 200 = 0,94.
Ergebnis:
p = 0,94

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 20 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 CC, 2 Cc und 8 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    So fängst du an:
    20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele C: 2 · 10 + 2 = 22, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 22 : 40 = 0,55.
    Ergebnis:
    p = 0,55
  2. ●11
    In einer Population von 50 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 18 RR, 23 Rr und 9 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele R: 2 · 18 + 23 = 59, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 59 : 100 = 0,59.
    Ergebnis:
    p = 0,59
  3. ★12
    Für eine große Population von Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele G haben im Genpool den Anteil p = 0,3. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp GG?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,3 = 0,7.
    2. Der Genotyp GG hat den Anteil p².
    3. p² = 0,3 · 0,3 = 0,09.
    Ergebnis:
    0,09

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

Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Geografische Isolation trennt Gebiete.
  2. Der Fluss verhindert, dass sich Käfer beider Ufer treffen.
  3. Unterschiedlicher Gesang wäre eine andere Form der Isolation, Fressen ist Selektion.
  1. Geografische Isolation trennt Gebiete.
  2. Der Fluss verhindert, dass sich Käfer beider Ufer treffen.
  3. Unterschiedlicher Gesang wäre eine andere Form der Isolation, Fressen ist Selektion.
Ergebnis:
Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.

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
    Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
    Lösung zeigen
    1. In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
    2. Selektion und Drift wirken verschieden.
    3. Ohne Genfluss gleichen sich die Unterschiede nicht aus.
    Ergebnis:
    Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  2. ●14
    Was gehört nach dem populationsgenetischen Artbegriff zu einer Art? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der populationsgenetische Artbegriff stellt den Genpool in den Mittelpunkt.
    2. Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft.
    3. Die Mitglieder haben gemeinsam fruchtbare Nachkommen.
    Ergebnis:
    Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können
  3. ★15
    Eine Barriere trennt zwei Populationen 100 Jahre lang, dann verschwindet sie. Die Tiere paaren sich wieder ohne Einschränkung. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Probe ist die fruchtbare Fortpflanzung.
    2. Die Tiere paaren sich wieder erfolgreich.
    3. Es bleibt eine Art mit gemeinsamem Genpool.
    Ergebnis:
    Es ist keine neue Art entstanden; der Genfluss setzt wieder ein.

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
    Blüten und ihre Bestäuber passen oft genau zueinander, etwa Kolibris und lange, rote Röhrenblüten. Wie ist das entstanden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Blüten mit passender Form wurden besser bestäubt.
    2. Kolibris mit passendem Schnabel erreichten mehr Nektar.
    3. Beide wirkten wechselseitig als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  3. ★18
    Ein Raubtier jagt nicht die größten Beutetiere, sondern meist mittelgroße. Wie erklärt die Kosten-Nutzen-Analyse das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Große Beute bringt viel Energie, kostet aber viel Jagdzeit und Risiko.
    2. Kleine Beute bringt zu wenig.
    3. Den größten Nettogewinn bringt die mittlere Größe.
    Ergebnis:
    Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.

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

Die Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
  2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
  3. Die Grabbeine sind analog.
  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

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 analoge Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Analoge Organe sind verschieden gebaut.
    Lösung zeigen
    1. Analoge Organe sind verschieden gebaut.
    2. Analoge Organe entstanden unabhängig durch ähnliche Selektion.
    3. Analogie zeigt Angepasstheit, keine Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  2. ●20
    Die Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
    2. Der Bauplan stammt von einem gemeinsamen Vorfahren.
    3. Die Organe sind homolog.
    Ergebnis:
    Homologe Organe
  3. ★21
    Die Augen von Tintenfisch und Mensch sind ähnlich gebaut, aber beim Tintenfisch liegen die Lichtsinneszellen vorn, ohne blinden Fleck. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Anordnung der Netzhaut ist grundverschieden.
    2. Tintenfische und Wirbeltiere sind nur sehr entfernt verwandt.
    3. Die Linsenaugen entstanden konvergent: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.

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

Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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
    Pferd, Fledermaus und Taube: Wer ist mit der Fledermaus am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
    Lösung zeigen
    1. Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
    2. Haare und Milchdrüsen sind abgeleitete Merkmale der Säugetiere.
    3. Fledermaus und Pferd sind näher verwandt.
    Ergebnis:
    Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  2. ●23
    Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    2. Alle Nachfahren dieser Linie erben es.
    3. Es kennzeichnet die Gruppe der nächsten Verwandten.
    Ergebnis:
    Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Wal: E E L L K R H G T V V L. Thunfisch: E D L M R K H S S I V L. Flusspferd: E E L L K R H G T I V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Wal verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wal und Thunfisch: 7 Unterschiede.
    2. Wal und Flusspferd: 1 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Flusspferd.
    Ergebnis:
    Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Was unterscheidet einen Beleg von einem Beweis in der Naturwissenschaft? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In der Mathematik gibt es Beweise aus Axiomen.
    2. Naturwissenschaftliche Theorien werden durch viele Belege gestützt.
    3. Solche Theorien bleiben offen für neue Befunde und sind trotzdem sehr sicher.
    Ergebnis:
    Belege stützen eine Theorie, endgültig bewiesen wie in der Mathematik wird sie nie.
  2. ●26
    Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    2. Die Unterschiede müssen erblich sein, sonst ändert sich die nächste Generation nicht.
    3. Erbliche Variation ist die Voraussetzung.
    Ergebnis:
    Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  3. ●27
    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
  4. ●28
    In einer Population von 20 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 9 RR, 6 Rr und 5 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 9 + 6 = 24, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 24 : 40 = 0,6.
    Ergebnis:
    p = 0,6
  5. ●29
    Ein Allel geht in einer kleinen Population durch Zufall verloren. Was bedeutet das für die genetische Vielfalt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein verlorenes Allel fehlt im Genpool.
    2. Es kommt nur durch eine neue Mutation zurück.
    3. Die Vielfalt sinkt.
    Ergebnis:
    Die genetische Vielfalt nimmt ab.
  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.

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.

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.

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?

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
    Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.

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

    32
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft

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

    33
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 20 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 BB, 4 Bb und 6 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,6

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

    35
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    In getrennten Gebieten

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

    36
    Ein Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.

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

    37
    Die Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homologe Organe

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

    38
    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
    Ergebnis:
    Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.

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. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  3. Zielgerichtet: Das Bedürfnis wird als Ursache der Änderung genannt.
  4. Mutation
  5. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  6. Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  9. Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.
  10. p = 0,55
  11. p = 0,59
  12. 0,09
  13. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  14. Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können
  15. Es ist keine neue Art entstanden; der Genfluss setzt wieder ein.
  16. Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  17. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  20. Homologe Organe
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  23. Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Belege stützen eine Theorie, endgültig bewiesen wie in der Mathematik wird sie nie.
  26. Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  27. Stabilisierende Selektion
  28. p = 0,6
  29. Die genetische Vielfalt nimmt ab.
  30. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  31. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  32. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,6
  35. In getrennten Gebieten
  36. Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  37. Homologe Organe
  38. Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.