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Biologie · Klasse 13 · Kapitel

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Vielfalt und Entwicklung des Lebens

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

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

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

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

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

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

BeispielErklärungen einordnen

Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
  2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
  3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
  1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
  2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
  3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
Ergebnis:
Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In der Population gab es Mutanten mit kleineren Augen.
    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.
  2. ●2
    Wale haben nur noch winzige Reste von Hinterbeinen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Größe der Hinterbeine war erblich verschieden.
    2. Kleinere Beine störten beim Schwimmen weniger.
    3. Über viele Generationen wurden sie immer kleiner.
    Ergebnis:
    Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  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

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

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
    Was ist eine Population im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Evolution verändert Allelfrequenzen.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●5
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
    3. Gerichtet wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Selektion
  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

Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
  2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
  3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
  1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
  2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
  3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
Ergebnis:
Ein biotischer Selektionsfaktor

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
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    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
  2. ●8
    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
    1. Begünstigt werden beide Ränder.
    2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
    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 50 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 27 RR, 7 Rr und 16 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 16 + 7 = 39, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 39 : 100 = 0,39.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 16 + 7 = 39, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 39 : 100 = 0,39.
Ergebnis:
q = 0,39

AchtungIndividuen statt Allele gezählt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    In einer Population von 50 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 20 RR, 12 Rr und 18 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele R: 2 · 20 + 12 = 52, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 52 : 100 = 0,52.
    Ergebnis:
    p = 0,52
  2. ●11
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 8 CC, 19 Cc und 23 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele C: 2 · 8 + 19 = 35, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 35 : 100 = 0,35.
    Ergebnis:
    p = 0,35
  3. ★12
    In einer Population von 20 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 11 CC, 4 Cc und 5 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele C: 2 · 11 + 4 = 26, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 26 : 40 = 0,65.
    Ergebnis:
    p = 0,65

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

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

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

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

BeispielIsolation und Artbildung

Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Isolation unterbricht nur den Genfluss.
  2. Mutation, Selektion und Drift verändern die Genpools getrennt.
  3. Erst wenn keine fruchtbare Kreuzung mehr möglich ist, sind es zwei Arten.
  1. Isolation unterbricht nur den Genfluss.
  2. Mutation, Selektion und Drift verändern die Genpools getrennt.
  3. Erst wenn keine fruchtbare Kreuzung mehr möglich ist, sind es zwei Arten.
Ergebnis:
Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.

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 ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●14
    Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
    2. Selektion und Drift wirken verschieden.
    3. Ohne Genfluss gleichen sich die Unterschiede nicht aus.
    Ergebnis:
    Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  3. ★15
    Grünlaubsänger leben in einem Ring um das tibetische Hochland. Benachbarte Populationen kreuzen sich, die beiden Enden in Sibirien nicht mehr. Was zeigt das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entlang des Rings ändern sich die Populationen schrittweise.
    2. An den Enden ist keine Fortpflanzung mehr möglich.
    3. Man sieht Artbildung gleichsam im Raum ausgebreitet.
    Ergebnis:
    Artbildung ist ein gradueller Vorgang mit Übergängen.

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

Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
  2. Verteidigung lohnt sich nur, wenn sie netto mehr Nachkommen bringt.
  3. Dann wird das Verhalten durch Selektion häufiger.
  1. Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
  2. Verteidigung lohnt sich nur, wenn sie netto mehr Nachkommen bringt.
  3. Dann wird das Verhalten durch Selektion häufiger.
Ergebnis:
Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt

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 Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●17
    Blüten und ihre Bestäuber passen oft genau zueinander, etwa Kolibris und lange, rote Röhrenblüten. Wie ist das entstanden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Blüten mit passender Form wurden besser bestäubt.
    2. Kolibris mit passendem Schnabel erreichten mehr Nektar.
    3. Beide wirkten wechselseitig als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  3. ★18
    Ein Raubtier jagt nicht die größten Beutetiere, sondern meist mittelgroße. Wie erklärt die Kosten-Nutzen-Analyse das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Große Beute bringt viel Energie, kostet aber viel Jagdzeit und Risiko.
    2. Kleine Beute bringt zu wenig.
    3. Den größten Nettogewinn bringt die mittlere Größe.
    Ergebnis:
    Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

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

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

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

BeispielHomologie und Analogie

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

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
    Lösung zeigen
    1. Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
    2. Es kommt in Tieren, Pflanzen und Pilzen vor.
    3. Seine Sequenz ändert sich langsam, Unterschiede zeigen den Abstand.
    Ergebnis:
    Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  2. ●20
    Die Flügel von Vogel und Schmetterling dienen beide dem Fliegen, sind aber völlig verschieden gebaut. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
    2. Der Insektenflügel ist eine Ausstülpung der Körperwand ohne Knochen.
    3. Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie.
    Ergebnis:
    Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  3. ★21
    Wale und Fische haben Flossen. Woran zeigt der Knochenbau der Walflosse die Abstammung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In der Walflosse liegen die Knochen eines Säugetierarms.
    2. Die Walflosse ist homolog zum Arm der Landsäuger.
    3. Zur Fischflosse ist sie nur analog.
    Ergebnis:
    Oberarm, Elle, Speiche und Finger liegen wie bei Landsäugern

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

Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Pferd, Fledermaus und Taube: Wer ist mit der Fledermaus am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
    Lösung zeigen
    1. Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
    2. Haare und Milchdrüsen sind abgeleitete Merkmale der Säugetiere.
    3. Fledermaus und Pferd sind näher verwandt.
    Ergebnis:
    Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  2. ●23
    Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Haare entstanden einmal beim Vorfahren der Säugetiere.
    2. Alle Säugetiere erbten sie.
    3. Haare sind ein abgeleitetes Merkmal dieser Gruppe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Delfin: M S L T D K E K A A V L. Hai: M S I T E Q E K S L I Q. Flusspferd: M S L T E K E K A A V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Delfin verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Delfin und Hai: 7 Unterschiede.
    2. Delfin 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
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    2. Das Gift tötete vor allem Ratten ohne dieses Allel.
    3. Die Überlebenden vermehrten sich, das Allel wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. ●26
    Manche halten das Auge für zu kompliziert, um durch Evolution entstanden zu sein. Was spricht dagegen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schon ein Lichtfleck hilft, hell und dunkel zu unterscheiden.
    2. Becheraugen, Lochaugen und Linsenaugen gibt es bei heutigen Tieren.
    3. Jede Stufe war für ihre Träger von Vorteil.
    Ergebnis:
    Heutige Tiere zeigen Zwischenstufen vom Lichtfleck bis zum Linsenauge.
  3. ●27
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  4. ●28
    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
  5. ●29
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 22 CC, 6 Cc und 22 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele C: 2 · 22 + 6 = 50, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 50 : 100 = 0,5.
    Ergebnis:
    p = 0,5
  6. ●30
    Warum sind viele Hunderassen häufiger von Erbkrankheiten betroffen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Rasse geht auf wenige Gründertiere zurück.
    2. Oft haben einzelne Rüden sehr viele Nachkommen.
    3. Seltene krankmachende Allele werden durch Drift und Inzucht häufiger.
    Ergebnis:
    Kleine Zuchtpopulationen: Drift und Inzucht machen seltene Allele häufig.

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.

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.

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.

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
    Hunderassen unterscheiden sich stark. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.

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

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

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

    33
    Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 16 BB, 4 Bb und 5 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,28

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

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

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

    36
    Löwenmännchen töten nach der Übernahme eines Rudels oft die Jungen des Vorgängers. Wie lässt sich das evolutionsbiologisch erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.

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

    37
    Igel und Kakteen haben beide Stacheln. Welche Beziehung liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion

  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. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  2. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  5. Selektion
  6. Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.
  7. Transformierende Selektion
  8. Disruptive Selektion
  9. Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.
  10. p = 0,52
  11. p = 0,35
  12. p = 0,65
  13. Eine geografische Barriere trennt die Population.
  14. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  15. Artbildung ist ein gradueller Vorgang mit Übergängen.
  16. Null, weil er keine Allele weitergibt
  17. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  20. Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  21. Oberarm, Elle, Speiche und Finger liegen wie bei Landsäugern
  22. Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  23. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  26. Heutige Tiere zeigen Zwischenstufen vom Lichtfleck bis zum Linsenauge.
  27. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  28. Disruptive Selektion
  29. p = 0,5
  30. Kleine Zuchtpopulationen: Drift und Inzucht machen seltene Allele häufig.
  31. Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.
  32. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  33. Stabilisierende Selektion
  34. q = 0,28
  35. Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können
  36. Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.
  37. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  38. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.