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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

Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Virus vermehrt sich sehr schnell und mutiert dabei häufig.
  2. Varianten mit Resistenzmutation werden vom Medikament kaum gebremst.
  3. Diese Varianten vermehren sich stärker und werden häufiger.
  1. Das Virus vermehrt sich sehr schnell und mutiert dabei häufig.
  2. Varianten mit Resistenzmutation werden vom Medikament kaum gebremst.
  3. Diese Varianten vermehren sich stärker und werden häufiger.
Ergebnis:
Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●2
    Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Fellfarbe war erblich verschieden.
    2. Helle Bären wurden auf dem Eis von der Beute später bemerkt.
    3. Helle Bären hatten mehr Nachkommen, ihr Fell wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  3. ★3
    „Der Gepard ist schnell geworden, um Gazellen zu fangen.“ Was fehlt dieser Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz nennt einen Zweck, keine Ursache.
    2. Die Ursache ist: Schnellere Geparde fingen mehr Beute und hatten mehr Junge.
    3. So wurde Schnelligkeit über Generationen häufiger.
    Ergebnis:
    Die Ursache: erbliche Variation und mehr Nachkommen schnellerer Tiere.

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

Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

So nicht
Das Antibiotikum löst in den Bakterien die Resistenzmutation aus.
So richtig
Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum. Das Antibiotikum liest nur aus.

Mutationen entstehen ungerichtet, unabhängig davon, ob sie nützen. Erst danach entscheidet die Selektion.

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    Lösung zeigen
    1. Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    2. Vererbt wird aber nur, was in Eizelle oder Spermienzelle steht.
    3. Für die Evolution zählen nur Keimbahnmutationen.
    Ergebnis:
    Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  2. ●5
    Wann entsteht eine Mutation, die Bakterien gegen ein Antibiotikum resistent macht? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★6
    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

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 kann eine Population in zwei Gruppen aufspalten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Beide Extreme werden begünstigt.
  2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
  3. Das ist disruptive Selektion.
  1. Beide Extreme werden begünstigt.
  2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
  3. Das ist disruptive Selektion.
Ergebnis:
Disruptive 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
    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.
    So fängst du an:
    Begünstigt werden beide Ränder.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt werden beide Ränder.
    2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
    3. Das ist disruptive Selektion.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion
  2. ●8
    Was bedeutet „Survival of the fittest“ fachlich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „Fit“ heißt hier: passend zur Umwelt.
    2. Gemessen wird am Fortpflanzungserfolg.
    3. Stärke allein zählt nicht.
    Ergebnis:
    Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  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 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 19 BB, 5 Bb und 1 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele b: 2 · 1 + 5 = 7, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 7 : 50 = 0,14.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele b: 2 · 1 + 5 = 7, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 7 : 50 = 0,14.
Ergebnis:
q = 0,14

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: 16 RR, 32 Rr und 2 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 · 16 + 32 = 64, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 64 : 100 = 0,64.
    Ergebnis:
    p = 0,64
  2. ●11
    In einer Population von 20 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 11 BB, 4 Bb und 5 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele B: 2 · 11 + 4 = 26, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 26 : 40 = 0,65.
    Ergebnis:
    p = 0,65
  3. ★12
    Für eine große Population von Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele B haben im Genpool den Anteil p = 0,6. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp bb?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,6 = 0,4.
    2. Der Genotyp bb hat den Anteil q².
    3. q² = 0,4 · 0,4 = 0,16.
    Ergebnis:
    0,16

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 der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
  2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
  3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
  1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
  2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
  3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
Ergebnis:
Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der populationsgenetische Artbegriff fragt nach dem gemeinsamen Genpool.
    Lösung zeigen
    1. Der populationsgenetische Artbegriff fragt nach dem gemeinsamen Genpool.
    2. In freier Natur fließen keine Allele zwischen Löwen und Tigern.
    3. Löwe und Tiger sind zwei Arten.
    Ergebnis:
    Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  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
    Zwei lange getrennte Populationen treffen wieder aufeinander. Die Mischlinge sind wenig fruchtbar. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mischlinge haben wenige Nachkommen.
    2. Tiere, die nur mit der eigenen Gruppe paaren, haben mehr Erfolg.
    3. Die Trennung wird stärker, die Artbildung schreitet fort.
    Ergebnis:
    Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.

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

EntdeckenFrage

Warum warnt ein Erdhörnchen andere vor dem Fuchs, obwohl es sich damit selbst verrät?

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

Auflösung

Belding-Ziesel-Weibchen rufen vor allem dann, wenn Verwandte in der Nähe sind. Verwandte tragen viele gleiche Allele. So gibt die Rufende ihre Allele auch über das Überleben der anderen weiter.

MerkenFitness und Verhalten

Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.

Ein Verhalten setzt sich durch, wenn sein Nutzen die Kosten übersteigt. Koevolution heißt wechselseitige Selektion.

BeispielFitness, Koevolution und Verhalten

Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
  2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
  3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
  1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
  2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
  3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
Ergebnis:
Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

So nicht
Das Tier warnt, damit die Art erhalten bleibt.
So richtig
Das Warnen setzt sich durch, weil es die Weitergabe eigener Allele fördert, oft über Verwandte.

Selektion wirkt auf Individuen und ihre Allele, nicht auf das Wohl der Art. Frag: Was bringt das Verhalten dem Träger oder seinen Verwandten?

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Kuckuckseier ähneln den Eiern der Wirtsvögel, und die Wirtsvögel erkennen fremde Eier immer besser. Wie heißt dieser Vorgang? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Wirte, die Kuckuckseier erkennen, ziehen mehr eigene Junge groß.
    Lösung zeigen
    1. Wirte, die Kuckuckseier erkennen, ziehen mehr eigene Junge groß.
    2. Kuckucke mit besser getarnten Eiern haben mehr Erfolg.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt
  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

Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Homologiekriterien sind Lage, spezifische Qualität und Übergangsformen.
  2. Die Funktion kann sich ändern.
  3. Gleiche Lage im Bauplan spricht für Homologie.
  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

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
    Lösung zeigen
    1. Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
    2. Der Bauplan stammt von einem gemeinsamen Vorfahren.
    3. Die Organe sind homolog.
    Ergebnis:
    Homologe Organe
  2. ●20
    Die Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  3. ★21
    Die Augen von Tintenfisch und Mensch sind ähnlich gebaut, aber beim Tintenfisch liegen die Lichtsinneszellen vorn, ohne blinden Fleck. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Anordnung der Netzhaut ist grundverschieden.
    2. Tintenfische und Wirbeltiere sind nur sehr entfernt verwandt.
    3. Die Linsenaugen entstanden konvergent: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

In vergleichbaren DNA-Abschnitten unterscheiden sich die Basen nur um etwa 1,2 Prozent. Der gemeinsame Vorfahr lebte vor rund 6 Millionen Jahren. Der Mensch stammt also nicht vom Schimpansen ab; beide sind Schwesterarten.

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

Verwandtschaft zeigt der jüngste gemeinsame Verzweigungspunkt. Belegt wird sie durch gemeinsame abgeleitete Merkmale.

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Haare entstanden einmal beim Vorfahren der Säugetiere.
  2. Alle Säugetiere erbten sie.
  3. Haare sind ein abgeleitetes Merkmal dieser Gruppe.
  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

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
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Hund: A T N E K G K D L V E K. Thunfisch: A T S E K G K D L L Q K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3
  2. ●23
    Was ist ein abgeleitetes Merkmal? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Abgeleitet heißt: gegenüber dem Vorfahren neu.
    2. Ursprünglich heißt: schon beim Vorfahren vorhanden.
    3. Nur neue gemeinsame Merkmale grenzen eine Gruppe ab.
    Ergebnis:
    Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  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
    Welche Aussage ist eine überprüfbare Hypothese im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Hypothese muss an Befunden scheitern können.
    2. Die DNA-Ähnlichkeit lässt sich messen und vergleichen.
    3. Die Messungen bestätigen die Vorhersage.
    Ergebnis:
    Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  2. ●26
    Was bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion erzeugt nichts Neues.
    2. Selektion wirkt auf vorhandene erbliche Unterschiede.
    3. Varianten mit mehr Nachkommen werden häufiger.
    Ergebnis:
    Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  3. ●27
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
    2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  4. ●28
    In einer Population von 25 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 1 CC, 15 Cc und 9 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele C: 2 · 1 + 15 = 17, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 17 : 50 = 0,34.
    Ergebnis:
    p = 0,34
  5. ●29
    Nördliche See-Elefanten wurden um 1890 bis auf wenige Dutzend Tiere bejagt. Heute gibt es wieder viele. Was ist für ihren Genpool zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Nur wenige Tiere überlebten die Jagd.
    2. Viele Allele gingen dabei zufällig verloren.
    3. Die heutige große Population trägt nur Kopien der übrigen Allele.
    Ergebnis:
    Geringe genetische Vielfalt durch den Flaschenhals
  6. ●30
    Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wandern Tiere zwischen Populationen und pflanzen sich fort, nehmen sie Allele mit.
    2. Das gleicht Genpools an.
    3. Isolation unterbricht den Genfluss.
    Ergebnis:
    Austausch von Allelen zwischen Populationen

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.

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.

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.

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

So nicht
Fit ist das stärkste Tier, das am längsten lebt.
So richtig
Fit ist, wer die meisten fortpflanzungsfähigen Nachkommen hinterlässt.

Fitness zählt Nachkommen, nicht Muskeln oder Lebensjahre. Ein starkes Tier ohne Nachkommen hat die Fitness 0.

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

So nicht
Bei der Drift setzt sich das bessere Allel durch.
So richtig
Bei der Drift entscheidet der Zufall. Auch nachteilige Allele können häufig werden, vor allem in kleinen Populationen.

Drift ist Zufall beim Weitergeben der Allele. Drift fragt nicht nach Nutzen und wirkt umso stärker, je kleiner die Population ist.

AchtungHeterozygote voll gezählt

So nicht
p = (AA + Aa) : N
So richtig
p = (2 · AA + Aa) : (2 · N). Ein heterozygotes Individuum trägt nur ein A.

Ein heterozygotes Individuum trägt ein A und ein a. Zähle es für jedes Allel nur einmal und teile durch die doppelte Zahl der Individuen.

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

So nicht
p = 0,7, also sind 70 Prozent AA.
So richtig
AA hat den Anteil p² = 0,49, Aa den Anteil 2pq = 0,42, aa den Anteil q² = 0,09.

Ein Genotyp entsteht aus zwei Allelen. AA hat den Anteil p · p. Aa entsteht auf zwei Wegen und hat den Anteil 2 · p · q.

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 erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutation

  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 20 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 RR, 4 Rr und 6 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,4

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

    35
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.

  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
    Die Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren

  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. Huhn: G D I E K G K K I F V Q. Ente: G D V E K G K K I F V Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

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. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  2. Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  3. Die Ursache: erbliche Variation und mehr Nachkommen schnellerer Tiere.
  4. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  5. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  6. Selektion
  7. Disruptive Selektion
  8. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. p = 0,64
  11. p = 0,65
  12. 0,16
  13. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  14. Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  15. Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.
  16. Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt
  17. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Homologe Organe
  20. Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Unterschiede: 3
  23. Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  24. Huhn, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  26. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  27. Transformierende Selektion
  28. p = 0,34
  29. Geringe genetische Vielfalt durch den Flaschenhals
  30. Austausch von Allelen zwischen Populationen
  31. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  32. Mutation
  33. Disruptive Selektion
  34. q = 0,4
  35. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  36. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  37. Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren
  38. Unterschiede: 1