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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

Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
    Lösung zeigen
    1. In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
    2. Das Gift tötete vor allem die empfindlichen.
    3. Die Überlebenden gaben ihre Allele weiter; der Anteil resistenter Käfer stieg.
    Ergebnis:
    Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  2. ●2
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In der Population gab es Mutanten mit kleineren Augen.
    2. Im Dunkeln hatten sie keinen Nachteil, sparten vielleicht sogar Energie.
    3. Über viele Generationen wurde ihr Anteil größer.
    Ergebnis:
    Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  3. ★3
    „Die Natur hat den Specht mit einem Meißelschnabel ausgestattet.“ Welche Umformulierung ist fachlich korrekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Natur handelt nicht wie ein Planer.
    2. Fachlich richtig sind erbliche Variation und unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg.
    3. So wurde der kräftige Schnabel häufiger.
    Ergebnis:
    Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.

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

Welcher Evolutionsfaktor erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
  2. Rekombination mischt vorhandene Allele, Selektion wählt aus.
  3. Neue Allele entstehen durch Mutation.
  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

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
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    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
  2. ●5
    Welcher Evolutionsfaktor unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
    2. Wird er unterbrochen, sind die Genpools getrennt.
    3. Das bewirkt die Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation
  3. ★6
    Warum bringt sexuelle Fortpflanzung in einer sich ändernden Umwelt einen Vorteil? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bei sexueller Fortpflanzung werden die Allele zweier Eltern gemischt.
    2. So entstehen viele neue Kombinationen.
    3. Darunter sind eher welche, die zur neuen Umwelt passen.
    Ergebnis:
    Rekombination erzeugt in jeder Generation neue Allelkombinationen.

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

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.
Schritt für Schritt
  1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
  2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
  1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
  2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
Ergebnis:
Stabilisierende 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?

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Extreme werden benachteiligt.
    Lösung zeigen
    1. Die Extreme werden benachteiligt.
    2. Der Mittelwert bleibt, die Kurve wird schmaler.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    Welche Selektionsform kann eine Population in zwei Gruppen aufspalten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide Extreme werden begünstigt.
    2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
    3. Das ist disruptive Selektion.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion
  3. ★9
    Warum wirkt bei gleichbleibender Umwelt meist stabilisierende Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch in stabiler Umwelt entstehen durch Mutation Abweichungen.
    2. Abweichende Varianten haben meist weniger Nachkommen.
    3. Die Selektion hält den Mittelwert fest.
    Ergebnis:
    Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.

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 40 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 4 CC, 20 Cc und 16 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 40 Individuen tragen 2 · 40 = 80 Allele.
  2. Allele c: 2 · 16 + 20 = 52, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 52 : 80 = 0,65.
  1. 40 Individuen tragen 2 · 40 = 80 Allele.
  2. Allele c: 2 · 16 + 20 = 52, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 52 : 80 = 0,65.
Ergebnis:
q = 0,65

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 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 6 RR, 3 Rr und 16 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele R: 2 · 6 + 3 = 15, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 15 : 50 = 0,3.
    Ergebnis:
    p = 0,3
  2. ●11
    In einer Population von 50 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 40 RR, 6 Rr und 4 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele r: 2 · 4 + 6 = 14, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 14 : 100 = 0,14.
    Ergebnis:
    q = 0,14
  3. ★12
    Für eine große Population von Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,8. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp Rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,8 = 0,2.
    2. Der Genotyp Rr hat den Anteil 2pq.
    3. 2pq = 2 · 0,8 · 0,2 = 0,32.
    Ergebnis:
    0,32

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

Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Für eine Art müssen die Nachkommen fruchtbar sein.
  2. Maultiere sind unfruchtbar.
  3. Pferd und Esel gehören zu zwei Arten.
  1. Für eine Art müssen die Nachkommen fruchtbar sein.
  2. Maultiere sind unfruchtbar.
  3. Pferd und Esel gehören zu zwei Arten.
Ergebnis:
Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.

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. ○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
    Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist die Fortpflanzung, nicht das Aussehen.
    2. Der Gesang verhindert die Paarung.
    3. Ohne Genfluss sind es zwei Arten.
    Ergebnis:
    Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  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

Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
  2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
  3. Seine Fitness ist 0.
  1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
  2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
  3. Seine Fitness ist 0.
Ergebnis:
Null, weil er keine Allele weitergibt

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. ○16
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
    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
  2. ●17
    Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
    3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  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 Kartoffelknolle ist ein Spross, die Süßkartoffel eine Wurzel. Beide speichern Stärke. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Kartoffelknolle trägt Augen, also Knospen: ein Spross.
  2. Die Süßkartoffel ist eine verdickte Wurzel.
  3. Gleiche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
  1. Die Kartoffelknolle trägt Augen, also Knospen: ein Spross.
  2. Die Süßkartoffel ist eine verdickte Wurzel.
  3. Gleiche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
Ergebnis:
Analog, weil sie aus verschiedenen Organen entstanden

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
    Die Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
    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
  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. Pferd: G D V K K G K K T F I Q. 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 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3
  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

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

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Hund: A T N E K G K D L V E K. Thunfisch: A T S E K G K D L L Q K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3
  2. ●23
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Heutige Schimpansen sind keine Vorfahren, sondern Vettern.
    2. Beide Linien trennten sich vor etwa 5 bis 7 Millionen Jahren.
    3. Beide haben sich seitdem verändert.
    Ergebnis:
    Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  3. ★24
    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
    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

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●26
    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.
  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
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln überlebten vor allem Grundfinken mit großen Schnäbeln; der mittlere Schnabel wurde größer. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
    2. Der Mittelwert verschiebt sich.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 GG, 14 Gg und 1 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele G: 2 · 10 + 14 = 34, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 34 : 50 = 0,68.
    Ergebnis:
    p = 0,68
  6. ●30
    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.

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.

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.

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?

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.

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.

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 Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.

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

    32
    Was ist eine Population im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen

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

    33
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen

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

    34
    In einer Population von 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 3 RR, 18 Rr und 4 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,48

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

    35
    Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.

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

    36
    Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen

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

    37
    Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gleiche Lage im Bauplan des Körpers

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

    38
    Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.

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. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  2. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  5. Isolation
  6. Rekombination erzeugt in jeder Generation neue Allelkombinationen.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Disruptive Selektion
  9. Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.
  10. p = 0,3
  11. q = 0,14
  12. 0,32
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  15. Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.
  16. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  17. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Homologe Organe
  20. Unterschiede: 3
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Unterschiede: 3
  23. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  24. Unterschiede: 1
  25. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  26. Belege stützen eine Theorie, endgültig bewiesen wie in der Mathematik wird sie nie.
  27. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  28. Transformierende Selektion
  29. p = 0,68
  30. Die genetische Vielfalt nimmt ab.
  31. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  32. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  33. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  34. p = 0,48
  35. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  36. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  37. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  38. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.