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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 Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
  2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
  3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
  1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
  2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
  3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
Ergebnis:
Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
    Lösung zeigen
    1. In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
    2. Das Gift tötete vor allem die empfindlichen.
    3. Die Überlebenden gaben ihre Allele weiter; der Anteil resistenter Käfer stieg.
    Ergebnis:
    Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  2. ●2
    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
    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.
  3. ★3
    „Die Bakterien haben gelernt, sich gegen das Antibiotikum zu wehren.“ Was ist an diesem Satz fachlich falsch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz beschreibt einen Lernvorgang des Individuums.
    2. Tatsächlich waren resistente Varianten schon da.
    3. Das Antibiotikum hat sie ausgelesen, die Population hat sich verändert.
    Ergebnis:
    Bakterien lernen nicht; vorhandene resistente Varianten werden ausgelesen.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

Nein. Joshua und Esther Lederberg übertrugen Bakterienkolonien mit Samtstempeln auf mehrere Platten. Resistente Kolonien gab es schon, bevor die Bakterien das Antibiotikum je berührt hatten.

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

Träger günstiger Allele haben mehr Nachkommen. So wandelt sich die Population, nicht das Individuum.

BeispielEvolutionsfaktoren

Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
  2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
  3. Das ist eine Mutation.
  1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
  2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
  3. Das ist eine Mutation.
Ergebnis:
Mutation

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    Lösung zeigen
    1. Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    2. Die Unterschiede müssen erblich sein, sonst ändert sich die nächste Generation nicht.
    3. Erbliche Variation ist die Voraussetzung.
    Ergebnis:
    Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  2. ●5
    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. ★6
    Beim Stempelversuch der Lederbergs lagen resistente Kolonien an denselben Stellen, schon bevor die Bakterien das Antibiotikum berührten. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit Samt wurde das Muster der Kolonien auf mehrere Platten übertragen.
    2. Die resistenten Kolonien stammten von Stellen der Platte ohne Antibiotikum.
    3. Mutation ist ungerichtet, die Selektion folgt danach.
    Ergebnis:
    Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.

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
    Welche Selektionsform kann eine Population in zwei Gruppen aufspalten? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beide Extreme werden begünstigt.
    Lösung zeigen
    1. Beide Extreme werden begünstigt.
    2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
    3. Das ist disruptive Selektion.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion
  2. ●8
    Larven der Goldrutengallfliege leben in Pflanzengallen. Kleine Gallen öffnen Schlupfwespen, große öffnen Vögel; mittlere Gallen überleben am besten. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  3. ★9
    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

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

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

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

Auflösung

Geparde sind sich genetisch so ähnlich wie sonst nur eng verwandte Tiere. Vermutlich überlebten am Ende der letzten Eiszeit nur sehr wenige Tiere. Dieser Flaschenhals hat die Vielfalt im Genpool stark verringert.

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

Jedes Individuum trägt zwei Allele, deshalb zählt man durch 2 · N. Gendrift wirkt zufällig, stark in kleinen Populationen.

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 100 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 83 CC, 16 Cc und 1 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele c: 2 · 1 + 16 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 18 : 200 = 0,09.
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele c: 2 · 1 + 16 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 18 : 200 = 0,09.
Ergebnis:
q = 0,09

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 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 89 RR, 6 Rr und 5 rr. Welchen Anteil haben die Allele r 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 r: 2 · 5 + 6 = 16, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 16 : 200 = 0,08.
    Ergebnis:
    q = 0,08
  2. ●11
    In einer Population von 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 RR, 7 Rr und 1 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele R: 2 · 17 + 7 = 41, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 41 : 50 = 0,82.
    Ergebnis:
    p = 0,82
  3. ★12
    Für eine große Population von Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele C haben im Genpool den Anteil p = 0,6. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp Cc?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,6 = 0,4.
    2. Der Genotyp Cc hat den Anteil 2pq.
    3. 2pq = 2 · 0,6 · 0,4 = 0,48.
    Ergebnis:
    0,48

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

Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
  2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
  3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
  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

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
    Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●14
    Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist die Fortpflanzung, nicht das Aussehen.
    2. Der Gesang verhindert die Paarung.
    3. Ohne Genfluss sind es zwei Arten.
    Ergebnis:
    Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  3. ★15
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    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

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
    Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●17
    Ein Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★18
    Eine Kohlmeise verteidigt ein Revier. Bei sehr großem Revier sinkt ihr Fortpflanzungserfolg wieder. Warum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit der Reviergröße wächst der Aufwand für Grenzflüge und Kämpfe.
    2. Der Nahrungsgewinn wächst langsamer.
    3. Der Nettonutzen ist bei mittlerer Größe am höchsten.
    Ergebnis:
    Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

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

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

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

BeispielHomologie und Analogie

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

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    Lösung zeigen
    1. Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    2. Er geht auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück.
    3. Homologe Organe belegen Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  2. ●20
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Pferd: G D V K K G K K T F I Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3
  3. ★21
    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

Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
  2. Alle Nachfahren dieser Linie erben es.
  3. Es kennzeichnet die Gruppe der nächsten Verwandten.
  1. Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
  2. Alle Nachfahren dieser Linie erben es.
  3. Es kennzeichnet die Gruppe der nächsten Verwandten.
Ergebnis:
Gemeinsame abgeleitete Merkmale

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
    Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
    2. Jede Linie hat sich seitdem gleich lange entwickelt.
    3. Ein Stammbaum ist keine Leiter mit oben und unten.
    Ergebnis:
    Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. 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
    Welche Aussage über Wale ist naturwissenschaftlich prüfbar? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Aus der Abstammung von Landsäugern folgt eine Vorhersage.
    2. Fossile Wale mit Hinterbeinen wurden tatsächlich gefunden.
    3. Die Vorhersage hätte scheitern können. Das macht sie prüfbar.
    Ergebnis:
    Es müsste fossile Wale mit Hinterbeinen geben.
  2. ●26
    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
  3. ●27
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    2. Die Häufigkeit verschob sich zu einer Seite.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  4. ●28
    In einer Population von 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 1 GG, 21 Gg und 3 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele G: 2 · 1 + 21 = 23, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 23 : 50 = 0,46.
    Ergebnis:
    p = 0,46
  5. ●29
    Ein Allel geht in einer kleinen Population durch Zufall verloren. Was bedeutet das für die genetische Vielfalt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein verlorenes Allel fehlt im Genpool.
    2. Es kommt nur durch eine neue Mutation zurück.
    3. Die Vielfalt sinkt.
    Ergebnis:
    Die genetische Vielfalt nimmt ab.
  6. ●30
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    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.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Evolutionstheorie und Alltagsvorstellungen
Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.
Variation und Selektion
Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.
Formen der Selektion
Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.
Genpool und Gendrift
Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.
Isolation und Artbildung
Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.
Fitness und Verhalten
Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.
Homologie und Analogie
Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.
Stammbäume lesen
Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

So nicht
Das Auge ist so kompliziert, es muss geplant sein.
So richtig
Ein Planer lässt sich nicht prüfen. Zwischenstufen vom Lichtfleck zum Linsenauge gibt es bei heutigen Tieren.

Naturwissenschaft erklärt nur mit Ursachen, die man prüfen kann. Eine Erklärung, zu der jede Beobachtung passt, ist nicht prüfbar.

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

So nicht
Evolution ist nur eine Theorie, also unsicher.
So richtig
Eine Theorie ist ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet.

Im Alltag heißt Theorie Vermutung. In der Naturwissenschaft heißt es: gut geprüft und durch viele Befunde gestützt.

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

So nicht
Jeder Käfer wird mit jedem Spritzen etwas widerstandsfähiger.
So richtig
Die Käfer bleiben, wie sie sind. In der Population werden die resistenten häufiger.

Ein einzelnes Lebewesen evolviert nicht. Es ändert sich der Anteil der Varianten in der Population über Generationen.

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
    Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Rekombination

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

    33
    Ein harter Frost tötet vor allem Pflanzen mit dünner Rinde. Was ist der Frost? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist

  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, 8 Bb und 1 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,2

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

    35
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    In getrennten Gebieten

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

    36
    Blüten und ihre Bestäuber passen oft genau zueinander, etwa Kolibris und lange, rote Röhrenblüten. Wie ist das entstanden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.

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

    37
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Rhesusaffe: G D V E K G K K I F V M. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

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

    38
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.

Bei „unsicher“ oder „noch nicht“: Lies den Abschnitt zum Ziel noch einmal und rechne seine drei Aufgaben.

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

Lies deine Vermutung vom Anfang. Kannst du die Frage jetzt mit dem Kapitel beantworten?

Auflösung

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

Wörter

Ähnlich
gleiche Form, andere Größe
Mittelwert
alles zusammen, geteilt durch die Anzahl

Lösungen

  1. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  2. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  3. Bakterien lernen nicht; vorhandene resistente Varianten werden ausgelesen.
  4. Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  5. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  6. Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.
  7. Disruptive Selektion
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Disruptive Selektion
  10. q = 0,08
  11. p = 0,82
  12. 0,48
  13. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  14. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  15. In getrennten Gebieten
  16. Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation
  17. Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  18. Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.
  19. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  20. Unterschiede: 3
  21. Oberarm, Elle, Speiche und Finger liegen wie bei Landsäugern
  22. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  23. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Es müsste fossile Wale mit Hinterbeinen geben.
  26. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  27. Transformierende Selektion
  28. p = 0,46
  29. Die genetische Vielfalt nimmt ab.
  30. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  31. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  32. Rekombination
  33. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  34. q = 0,2
  35. In getrennten Gebieten
  36. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  37. Unterschiede: 1
  38. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.