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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

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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

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

BeispielErklärungen einordnen

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

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. ○1
    Viele Erwachsene in Nordeuropa vertragen Milch. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
    Lösung zeigen
    1. Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
    2. Wo Milchvieh gehalten wurde, war es von Vorteil.
    3. Seine Träger hatten mehr Nachkommen, das Allel wurde häufig.
    Ergebnis:
    Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  2. ●2
    Wale haben nur noch winzige Reste von Hinterbeinen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Größe der Hinterbeine war erblich verschieden.
    2. Kleinere Beine störten beim Schwimmen weniger.
    3. Über viele Generationen wurden sie immer kleiner.
    Ergebnis:
    Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  3. ★3
    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

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. ○4
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    Lösung zeigen
    1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
    3. Gerichtet wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Selektion
  2. ●5
    Was folgt aus dem Satz „Selektion wirkt auf Individuen, Evolution findet in Populationen statt“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion entscheidet, welche Individuen mehr Nachkommen haben.
    2. Das Erbgut eines Individuums ändert sich dadurch nicht.
    3. Es ändern sich die Anteile der Allele in der Population.
    Ergebnis:
    Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.
  3. ★6
    Warum genügt Selektion allein nicht, um Evolution über lange Zeit zu erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion verringert Variation, weil sie Varianten aussortiert.
    2. Neue Variation entsteht nur durch Mutation, neu gemischt durch Rekombination.
    3. Erst beides zusammen ermöglicht lange Evolution.
    Ergebnis:
    Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.

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

Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
  2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
  3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
  1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
  2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
  3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
Ergebnis:
Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen

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
    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.
    So fängst du an:
    Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    Ein harter Frost tötet vor allem Pflanzen mit dünner Rinde. Was ist der Frost? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektionsfaktoren sind alle Umweltfaktoren, die den Fortpflanzungserfolg beeinflussen.
    2. Frost gehört zur unbelebten Umwelt.
    3. Er ist ein abiotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  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 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 11 CC, 9 Cc und 30 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele c: 2 · 30 + 9 = 69, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 69 : 100 = 0,69.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele c: 2 · 30 + 9 = 69, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 69 : 100 = 0,69.
Ergebnis:
q = 0,69

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 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 GG, 1 Gg und 7 gg. Welchen Anteil haben die Allele g im Genpool?
    So fängst du an:
    25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele g: 2 · 7 + 1 = 15, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 15 : 50 = 0,3.
    Ergebnis:
    q = 0,3
  2. ●11
    In einer Population von 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 19 RR, 3 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele R: 2 · 19 + 3 = 41, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 41 : 50 = 0,82.
    Ergebnis:
    p = 0,82
  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 = 0,6. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp Rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,6 = 0,4.
    2. Der Genotyp Rr 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

Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Wandern Tiere zwischen Populationen und pflanzen sich fort, nehmen sie Allele mit.
  2. Das gleicht Genpools an.
  3. Isolation unterbricht den Genfluss.
  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

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. ○13
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    Lösung zeigen
    1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
    3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
    Ergebnis:
    Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  2. ●14
    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
  3. ★15
    Am Grand Canyon leben auf Nord- und Südseite zwei verschiedene Hörnchenformen. Wie ist das zu deuten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Canyon ist eine geografische Barriere.
    2. Ohne Genfluss wandelten sich die Teilpopulationen getrennt.
    3. Ob schon zwei Arten vorliegen, zeigt erst die Fortpflanzung.
    Ergebnis:
    Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenFitness und Verhalten

Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.

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

BeispielFitness, Koevolution und Verhalten

Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
  2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
  3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
  1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
  2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
  3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
Ergebnis:
Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    2. Sechs fortpflanzungsfähige Junge sind mehr als zwei.
    3. Die Körpergröße spielt dabei keine Rolle.
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  2. ●17
    Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★18
    Pazifische Lachse sterben nach dem einzigen Laichen. Wie lässt sich das unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Wanderung zu den Laichplätzen kostet sehr viel Energie.
    2. Eine zweite Wanderung würde kaum gelingen.
    3. Alles in eine Fortpflanzung zu stecken, maximiert hier die Fitness.
    Ergebnis:
    Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.

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

Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
  2. Der Hai ist ein Knorpelfisch.
  3. Die gleiche Form entstand unabhängig: Analogie.
  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

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
    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
    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
  3. ★21
    Je mehr Aminosäuren sich in einem Protein zweier Arten unterscheiden, desto … Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sammeln sich nach der Trennung zweier Linien an.
    2. Je länger die Trennung, desto mehr Unterschiede.
    3. Viele Unterschiede bedeuten entfernte Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

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

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

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

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
  2. Sequenzvergleiche stellen sie neben die Flusspferde.
  3. Die Ähnlichkeit zum Thunfisch ist Analogie.
  1. Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
  2. Sequenzvergleiche stellen sie neben die Flusspferde.
  3. Die Ähnlichkeit zum Thunfisch ist Analogie.
Ergebnis:
Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen

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 zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    Lösung zeigen
    1. Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    2. Von dort aus entwickelten sich zwei Linien getrennt.
    3. Keine Linie ist höher als die andere.
    Ergebnis:
    Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  2. ●23
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Heutige Schimpansen sind keine Vorfahren, sondern Vettern.
    2. Beide Linien trennten sich vor etwa 5 bis 7 Millionen Jahren.
    3. Beide haben sich seitdem verändert.
    Ergebnis:
    Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  3. ★24
    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.
    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

Vermischte Übungen

Alles durcheinander – wie in der Arbeit. Überleg bei jeder Aufgabe zuerst: Welches Ziel ist das?

Üben

  1. ●25
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●26
    Warum ist „Intelligent Design“ keine naturwissenschaftliche Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Naturwissenschaft arbeitet nur mit prüfbaren Ursachen.
    2. Ein Planer außerhalb der Natur lässt sich nicht messen und nicht widerlegen.
    3. Deshalb ist die Idee keine naturwissenschaftliche Theorie.
    Ergebnis:
    Ein übernatürlicher Planer lässt sich mit keinem Versuch prüfen.
  3. ●27
    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
  4. ●28
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
    2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
    3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
    Ergebnis:
    Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  5. ●29
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 48 CC, 1 Cc und 1 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele c: 2 · 1 + 1 = 3, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 3 : 100 = 0,03.
    Ergebnis:
    q = 0,03
  6. ●30
    Was versteht man unter Gendrift? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bei der Fortpflanzung wird nur eine Stichprobe der Allele weitergegeben.
    2. Welche Allele das sind, bestimmt teilweise der Zufall.
    3. Diese zufällige Änderung heißt Gendrift.
    Ergebnis:
    Zufällige Änderung der Allelfrequenzen von Generation zu Generation

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.

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

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

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

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

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

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

AchtungHeterozygote voll gezählt

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

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

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

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

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

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

So nicht
Chihuahua und Dogge sehen verschieden aus, also sind es zwei Arten.
So richtig
Beide gehören zu einer Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool. Es ist eine Art.

Nach dem populationsgenetischen Artbegriff entscheidet die fruchtbare Fortpflanzung, nicht das Aussehen.

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

So nicht
Der Mensch stammt vom Schimpansen ab.
So richtig
Mensch und Schimpanse haben einen gemeinsamen Vorfahren. Beide Linien haben sich seitdem verändert.

Heute lebende Arten sind Vettern, keine Vorfahren. Jede Linie hat gleich lange Evolution hinter sich.

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

So nicht
Frosch und Mensch haben beide eine Wirbelsäule, also sind sie eng verwandt.
So richtig
Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller Wirbeltiere. Die Wirbelsäule trennt Frosch und Mensch nicht von Fischen.

Ein Merkmal, das schon der gemeinsame Vorfahr aller hatte, ist ursprünglich. Nähere Verwandtschaft zeigen nur neu entstandene, gemeinsame Merkmale.

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

So nicht
Von 12 Positionen sind 9 gleich, also 9 Unterschiede.
So richtig
Von 12 Positionen sind 3 verschieden. Weniger Unterschiede bedeuten nähere Verwandtschaft.

Geh die Sequenzen Position für Position durch und zähle nur, wo die Buchstaben verschieden sind. Weniger Unterschiede heißt näher verwandt.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.

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

    32
    Wann entsteht eine Mutation, die Bakterien gegen ein Antibiotikum resistent macht? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist

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

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

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

    34
    In einer Population von 50 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 25 RR, 1 Rr und 24 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,49

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

    35
    Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.

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

    36
    Was versteht man unter Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion

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

    37
    Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gleiche Lage im Bauplan des Körpers

  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. Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  2. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  3. Lamarckistisch: Eine erworbene Eigenschaft soll vererbt werden.
  4. Selektion
  5. Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.
  6. Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. q = 0,3
  11. p = 0,82
  12. 0,48
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. In getrennten Gebieten
  15. Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.
  16. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  17. Null, weil er keine Allele weitergibt
  18. Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.
  19. Homologe Organe
  20. Unterschiede: 1
  21. länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück
  22. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  23. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  24. Unterschiede: 1
  25. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  26. Ein übernatürlicher Planer lässt sich mit keinem Versuch prüfen.
  27. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  28. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  29. q = 0,03
  30. Zufällige Änderung der Allelfrequenzen von Generation zu Generation
  31. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  32. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  33. Stabilisierende Selektion
  34. q = 0,49
  35. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  36. Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  37. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  38. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.