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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
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  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
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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

In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Flügelform war erblich verschieden.
    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.
  2. ●2
    Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★3
    „Die Bakterien haben gelernt, sich gegen das Antibiotikum zu wehren.“ Was ist an diesem Satz fachlich falsch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz beschreibt einen Lernvorgang des Individuums.
    2. Tatsächlich waren resistente Varianten schon da.
    3. Das Antibiotikum hat sie ausgelesen, die Population hat sich verändert.
    Ergebnis:
    Bakterien lernen nicht; vorhandene resistente Varianten werden ausgelesen.

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

Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
  2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
  3. Das ist Rekombination.
  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

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. ○4
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    Lösung zeigen
    1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
    3. Gerichtet wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Selektion
  2. ●5
    Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
    2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
    3. Das ist eine Mutation.
    Ergebnis:
    Mutation
  3. ★6
    Ein Satz lautet: „Mutation schlägt vor, Selektion entscheidet.“ Was ist daran richtig? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutation liefert ungerichtet neue Varianten.
    2. Die Umwelt entscheidet über den Fortpflanzungserfolg ihrer Träger.
    3. Die Selektion ändert so die Häufigkeiten.
    Ergebnis:
    Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.

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

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
    Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Parasit ist ein Lebewesen.
    Lösung zeigen
    1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
    2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
    3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Ein biotischer Selektionsfaktor
  2. ●8
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    2. Die Häufigkeit verschob sich zu einer Seite.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  3. ★9
    In einem See fressen Stichlinge entweder Plankton im Freiwasser oder Bodentiere am Grund. Mittlere Formen sind in beiden Nischen schlechter. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide spezialisierten Formen haben Vorteile.
    2. Die mittleren Formen sind benachteiligt.
    3. Disruptive Selektion trennt die Population in zwei Gruppen.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.

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 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 97 CC, 2 Cc und 1 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele C: 2 · 97 + 2 = 196, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 196 : 200 = 0,98.
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele C: 2 · 97 + 2 = 196, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 196 : 200 = 0,98.
Ergebnis:
p = 0,98

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 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 18 BB, 6 Bb und 1 bb. Welchen Anteil haben die Allele B 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 B: 2 · 18 + 6 = 42, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 42 : 50 = 0,84.
    Ergebnis:
    p = 0,84
  2. ●11
    In einer Population von 50 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 6 BB, 2 Bb und 42 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele b: 2 · 42 + 2 = 86, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 86 : 100 = 0,86.
    Ergebnis:
    q = 0,86
  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 = 0,8. 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

Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
  2. Selektion und Drift wirken verschieden.
  3. Ohne Genfluss gleichen sich die Unterschiede nicht aus.
  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.

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. ○13
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    „allo“ heißt anders, „patria“ heißt Heimat.
    Lösung zeigen
    1. „allo“ heißt anders, „patria“ heißt Heimat.
    2. Die Populationen leben in verschiedenen Gebieten.
    3. Im selben Gebiet hieße es sympatrisch.
    Ergebnis:
    In getrennten Gebieten
  2. ●14
    Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★15
    Warum entstehen auf abgelegenen Inseln besonders viele Arten, die nur dort vorkommen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wenige Gründer bringen nur einen Teil der Allele mit.
    2. Die Insel ist isoliert, Drift und neue Selektion wirken stark.
    3. So entstehen schnell eigene Arten.
    Ergebnis:
    Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen

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

Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
  2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
  3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
  1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
  2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
  3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
Ergebnis:
Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●17
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    2. Sechs fortpflanzungsfähige Junge sind mehr als zwei.
    3. Die Körpergröße spielt dabei keine Rolle.
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  3. ★18
    Eine Kohlmeise verteidigt ein Revier. Bei sehr großem Revier sinkt ihr Fortpflanzungserfolg wieder. Warum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit der Reviergröße wächst der Aufwand für Grenzflüge und Kämpfe.
    2. Der Nahrungsgewinn wächst langsamer.
    3. Der Nettonutzen ist bei mittlerer Größe am höchsten.
    Ergebnis:
    Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.

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 Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Rudimente sind zurückgebildete Organe.
  2. Das Walbecken liegt dort, wo bei Landsäugern das Becken liegt.
  3. Es ist homolog und belegt die Abstammung.
  1. Rudimente sind zurückgebildete Organe.
  2. Das Walbecken liegt dort, wo bei Landsäugern das Becken liegt.
  3. Es ist homolog und belegt die Abstammung.
Ergebnis:
Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren

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
    Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Homologiekriterien sind Lage, spezifische Qualität und Übergangsformen.
    Lösung zeigen
    1. Homologiekriterien sind Lage, spezifische Qualität und Übergangsformen.
    2. Die Funktion kann sich ändern.
    3. Gleiche Lage im Bauplan spricht für Homologie.
    Ergebnis:
    Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  2. ●20
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★21
    Das Gen Pax6 steuert die Augenentwicklung bei Maus und Fliege; das Mausgen kann bei der Fliege Augen auslösen. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Komplexauge und Linsenauge sind verschieden gebaut, also analog.
    2. Das Steuergen ist aber homolog und stammt von einem frühen Vorfahren.
    3. Molekulare Homologie reicht tiefer als die Organe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.

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. 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.
Schritt für Schritt
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
  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

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
    Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
    2. Jede Linie hat sich seitdem gleich lange entwickelt.
    3. Ein Stammbaum ist keine Leiter mit oben und unten.
    Ergebnis:
    Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  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
    Giraffen haben sehr lange Hälse. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Halslänge war erblich verschieden.
    2. Tiere mit längerem Hals hatten Vorteile und mehr Nachkommen.
    3. So stieg der Anteil der Allele für lange Hälse.
    Ergebnis:
    Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  2. ●26
    Welche Beobachtung zeigt Evolution, die in kurzer Zeit messbar ist? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Evolution ist die Änderung von Allelfrequenzen in einer Population.
    2. Muskeln und Wachstum ändern nur ein Individuum.
    3. Der steigende Anteil resistenter Bakterien ist Evolution.
    Ergebnis:
    Resistente Bakterien nehmen in einem Krankenhaus über wenige Jahre zu
  3. ●27
    Was folgt aus dem Satz „Selektion wirkt auf Individuen, Evolution findet in Populationen statt“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion entscheidet, welche Individuen mehr Nachkommen haben.
    2. Das Erbgut eines Individuums ändert sich dadurch nicht.
    3. Es ändern sich die Anteile der Allele in der Population.
    Ergebnis:
    Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.
  4. ●28
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Extreme werden benachteiligt.
    2. Der Mittelwert bleibt, die Kurve wird schmaler.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 100 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 19 GG, 54 Gg und 27 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele G: 2 · 19 + 54 = 92, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 92 : 200 = 0,46.
    Ergebnis:
    p = 0,46
  6. ●30
    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

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?

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.

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
    Welcher Evolutionsfaktor unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Isolation

  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 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 14 GG, 2 Gg und 4 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,75

  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
    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
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3

  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. 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.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3

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. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  2. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  3. Bakterien lernen nicht; vorhandene resistente Varianten werden ausgelesen.
  4. Selektion
  5. Mutation
  6. Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.
  7. Ein biotischer Selektionsfaktor
  8. Transformierende Selektion
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. p = 0,84
  11. q = 0,86
  12. 0,32
  13. In getrennten Gebieten
  14. Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  15. Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen
  16. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  17. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  18. Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.
  19. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  20. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  21. Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.
  22. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen
  23. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  26. Resistente Bakterien nehmen in einem Krankenhaus über wenige Jahre zu
  27. Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.
  28. Stabilisierende Selektion
  29. p = 0,46
  30. Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  31. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  32. Isolation
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,75
  35. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  36. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  37. Unterschiede: 3
  38. Unterschiede: 3