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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

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 Erwachsene in Nordeuropa vertragen Milch. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
    Lösung zeigen
    1. Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
    2. Wo Milchvieh gehalten wurde, war es von Vorteil.
    3. Seine Träger hatten mehr Nachkommen, das Allel wurde häufig.
    Ergebnis:
    Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  2. ●2
    Hunderassen unterscheiden sich stark. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Merkmale der Hunde waren erblich verschieden.
    2. Der Mensch wählte aus, wer sich fortpflanzte: künstliche Selektion.
    3. So wurden die erwünschten Allele in jeder Rasse häufiger.
    Ergebnis:
    Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.
  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

Was ist eine Population im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Evolution verändert Allelfrequenzen.
  2. Allele werden nur innerhalb einer Fortpflanzungsgemeinschaft ausgetauscht.
  3. Diese Gemeinschaft in einem Gebiet ist die Population.
  1. Evolution verändert Allelfrequenzen.
  2. Allele werden nur innerhalb einer Fortpflanzungsgemeinschaft ausgetauscht.
  3. Diese Gemeinschaft in einem Gebiet ist die Population.
Ergebnis:
Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen

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
    Wann entsteht eine Mutation, die Bakterien gegen ein Antibiotikum resistent macht? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Mutationen sind Fehler beim Kopieren oder Schäden der DNA.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●5
    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.
  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

Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
  2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
  3. Das ist transformierende Selektion.
  1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
  2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
  3. Das ist transformierende Selektion.
Ergebnis:
Transformierende 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
    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
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
    2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
    3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  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 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 16 RR, 6 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele R: 2 · 16 + 6 = 38, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 38 : 50 = 0,76.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele R: 2 · 16 + 6 = 38, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 38 : 50 = 0,76.
Ergebnis:
p = 0,76

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 100 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 12 GG, 26 Gg und 62 gg. Welchen Anteil haben die Allele g im Genpool?
    So fängst du an:
    100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele g: 2 · 62 + 26 = 150, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 150 : 200 = 0,75.
    Ergebnis:
    q = 0,75
  2. ●11
    In einer Population von 50 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 18 BB, 1 Bb und 31 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele B: 2 · 18 + 1 = 37, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 37 : 100 = 0,37.
    Ergebnis:
    p = 0,37
  3. ★12
    In einer Population von 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 4 GG, 3 Gg und 18 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele G: 2 · 4 + 3 = 11, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 11 : 50 = 0,22.
    Ergebnis:
    p = 0,22

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

Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
  2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
  3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
  1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
  2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
  3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
Ergebnis:
Eine geografische Barriere trennt die Population.

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
    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
    Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★15
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    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

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
    Ein Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das Rad kostet Energie und erhöht das Risiko.
    Lösung zeigen
    1. Das Rad kostet Energie und erhöht das Risiko.
    2. Es bringt aber deutlich mehr Paarungen.
    3. Fitness misst Nachkommen, nicht Lebensdauer.
    Ergebnis:
    Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  2. ●17
    Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
    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.
  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 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
    Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    Lösung zeigen
    1. Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Der Hai ist ein Knorpelfisch.
    3. Die gleiche Form entstand unabhängig: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  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
    Je mehr Aminosäuren sich in einem Protein zweier Arten unterscheiden, desto … Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sammeln sich nach der Trennung zweier Linien an.
    2. Je länger die Trennung, desto mehr Unterschiede.
    3. Viele Unterschiede bedeuten entfernte Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück

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
    Was bedeutet es, wenn zwei Arten in einem Stammbaum Schwesterarten sind? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Schwesterarten teilen sich einen Knoten im Stammbaum.
    Lösung zeigen
    1. Schwesterarten teilen sich einen Knoten im Stammbaum.
    2. Dieser Knoten ist ihr jüngster gemeinsamer Vorfahr.
    3. Keine der beiden stammt von der anderen ab.
    Ergebnis:
    Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  2. ●23
    Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Krokodil: V H W T A E E K Q L I T. Eidechse: V H L S G E E K N A I S. Huhn: V H W T A E E K Q L I S. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Krokodil verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Krokodil und Eidechse: 6 Unterschiede.
    2. Krokodil und Huhn: 1 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Huhn.
    Ergebnis:
    Huhn, 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
    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.
  2. ●26
    Woran erkennt man, dass eine Aussage naturwissenschaftlich ist? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine naturwissenschaftliche Aussage muss prüfbar sein.
    2. Prüfbar heißt: Es gibt Beobachtungen, die ihr widersprechen würden.
    3. Eine Aussage, zu der alles passt, erklärt nichts.
    Ergebnis:
    Aus ihr folgen Vorhersagen, die an Befunden scheitern könnten
  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 20 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 15 RR, 2 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele r: 2 · 3 + 2 = 8, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 8 : 40 = 0,2.
    Ergebnis:
    q = 0,2
  6. ●30
    Geparde sind genetisch sehr einheitlich. Welche Erklärung ist die übliche? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Am Ende der letzten Eiszeit schrumpfte die Gepardenpopulation stark.
    2. Viele Allele gingen dabei zufällig verloren.
    3. Heute sind Geparde genetisch sehr ähnlich.
    Ergebnis:
    Ein Flaschenhals, als vor etwa 10.000 Jahren nur wenige Tiere überlebten

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.

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.

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
    In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen 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
    Beim afrikanischen Purpurastrild überleben Vögel mit kleinen oder großen Schnäbeln besser als mittlere, weil es weiche und harte Samen gibt. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion

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

    34
    In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 8 RR, 16 Rr und 1 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,64

  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 Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen

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

    37
    Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.

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

    38
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen

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. Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  2. Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  5. Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.
  6. Rekombination erzeugt in jeder Generation neue Allelkombinationen.
  7. Ein biotischer Selektionsfaktor
  8. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  9. Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.
  10. q = 0,75
  11. p = 0,37
  12. p = 0,22
  13. In getrennten Gebieten
  14. Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  15. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  16. Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  17. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  18. Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.
  19. Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  20. Homologe Organe
  21. länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück
  22. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  23. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen
  24. Huhn, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  26. Aus ihr folgen Vorhersagen, die an Befunden scheitern könnten
  27. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  28. Transformierende Selektion
  29. q = 0,2
  30. Ein Flaschenhals, als vor etwa 10.000 Jahren nur wenige Tiere überlebten
  31. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  32. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  33. Disruptive Selektion
  34. p = 0,64
  35. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  36. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  37. Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  38. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen