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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

Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
  2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
  3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
  1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
  2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
  3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
Ergebnis:
Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.

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
    Viele Erwachsene in Nordeuropa vertragen Milch. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
    2. Wo Milchvieh gehalten wurde, war es von Vorteil.
    3. Seine Träger hatten mehr Nachkommen, das Allel wurde häufig.
    Ergebnis:
    Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  3. ★3
    Wie ist diese Aussage einzuordnen: „Die im Training aufgebauten Muskeln des Vaters erben seine Kinder.“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Muskeln durch Training sind im Leben erworben.
    2. Training verändert nicht die DNA der Keimzellen.
    3. Die Aussage ist lamarckistisch und widerlegt.
    Ergebnis:
    Lamarckistisch: Eine erworbene Eigenschaft soll vererbt werden.

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

Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Mutationen sind ungerichtet.
    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
  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
    Eine Punktmutation ändert ein Basentriplett, aber nicht die Aminosäure. Wie wirkt die Selektion auf sie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der genetische Code ist redundant: Mehrere Tripletts codieren dieselbe Aminosäure.
    2. Das Protein ändert sich nicht.
    3. Die Selektion sieht diesen Unterschied nicht; er ist neutral.
    Ergebnis:
    Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.

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

Sehr leichte und sehr schwere Neugeborene haben geringere Überlebenschancen als mittelschwere. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Begünstigt wird der Mittelwert.
  2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
  1. Begünstigt wird der Mittelwert.
  2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
Ergebnis:
Stabilisierende 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
    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
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    2. Die Häufigkeit verschob sich zu einer Seite.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  3. ★9
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Extreme werden benachteiligt.
    2. Der Mittelwert bleibt, die Kurve wird schmaler.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 40 RR, 2 Rr und 8 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 8 + 2 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 18 : 100 = 0,18.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 8 + 2 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 18 : 100 = 0,18.
Ergebnis:
q = 0,18

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 20 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 4 RR, 8 Rr und 8 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 4 + 8 = 16, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 16 : 40 = 0,4.
    Ergebnis:
    p = 0,4
  2. ●11
    In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 2 RR, 15 Rr und 8 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele r: 2 · 8 + 15 = 31, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 31 : 50 = 0,62.
    Ergebnis:
    q = 0,62
  3. ★12
    Für eine große Population von Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,1. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,1 = 0,9.
    2. Der Genotyp rr hat den Anteil q².
    3. q² = 0,9 · 0,9 = 0,81.
    Ergebnis:
    0,81

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

Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Für eine Art müssen die Nachkommen fruchtbar sein.
  2. Maultiere sind unfruchtbar.
  3. Pferd und Esel gehören zu zwei Arten.
  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.

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
    Chihuahua und Dogge sehen sehr verschieden aus. Gehören sie zu einer Art? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Alle Haushunde können sich mit anderen Hunden fruchtbar kreuzen.
    2. Über Zwischengrößen gibt es Genfluss zwischen allen Rassen.
    3. Alle Haushunde bilden eine Art.
    Ergebnis:
    Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  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

Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
  2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
  3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
  1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
  2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
  3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
Ergebnis:
Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.

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
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
    2. Nur Falter mit langem Rüssel bestäuben die Orchidee und erreichen so ihren Nektar.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  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

Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    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.
    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 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1
  2. ●20
    Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Der Hai ist ein Knorpelfisch.
    3. Die gleiche Form entstand unabhängig: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  3. ★21
    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

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

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

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

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

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: K T E R E D L I A Y L K. Gorilla: K T E R A D L I A Y L K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
Ergebnis:
Unterschiede: 1

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
    Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  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
    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.
  2. ●26
    Welche Aussage ist eine naturwissenschaftliche Erklärung für die Vielfalt der Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Naturwissenschaftlich ist eine Erklärung mit prüfbaren Ursachen.
    2. Variation und Selektion lassen sich beobachten und messen.
    3. Ein Schöpfungsakt oder ein Ziel lässt sich nicht prüfen.
    Ergebnis:
    Arten verändern sich durch Variation und Selektion über viele Generationen.
  3. ●27
    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.
  4. ●28
    In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 43 GG, 2 Gg und 5 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele G: 2 · 43 + 2 = 88, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 88 : 100 = 0,88.
    Ergebnis:
    p = 0,88
  5. ●29
    Welcher Vorgang ist ein Flaschenhalseffekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beim Flaschenhals schrumpft eine bestehende Population stark.
    2. Wer überlebt, entscheidet vor allem der Zufall.
    3. Die Besiedlung einer Insel wäre ein Gründereffekt.
    Ergebnis:
    Eine Seuche lässt von einer großen Population nur wenige Tiere zufällig übrig.
  6. ●30
    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.

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.

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.

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
    Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.

  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 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 18 BB, 1 Bb und 6 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,26

  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
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt

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

    37
    Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser

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

    38
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Hund: A T N E K G K D L V E K. Thunfisch: A T S E K G K D L L Q K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  2. Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  3. Lamarckistisch: Eine erworbene Eigenschaft soll vererbt werden.
  4. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  5. Selektion
  6. Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.
  7. Disruptive Selektion
  8. Transformierende Selektion
  9. Stabilisierende Selektion
  10. p = 0,4
  11. q = 0,62
  12. 0,81
  13. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  14. Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  15. Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.
  16. Null, weil er keine Allele weitergibt
  17. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Unterschiede: 1
  20. Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  21. Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren
  22. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  23. Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  26. Arten verändern sich durch Variation und Selektion über viele Generationen.
  27. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  28. p = 0,88
  29. Eine Seuche lässt von einer großen Population nur wenige Tiere zufällig übrig.
  30. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  31. Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  32. Mutation
  33. Disruptive Selektion
  34. q = 0,26
  35. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  36. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  37. Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  38. Unterschiede: 3