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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 Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Flügelform war erblich verschieden.
  2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
  3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
  1. Die Flügelform war erblich verschieden.
  2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
  3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
Ergebnis:
Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.

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
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    Lösung zeigen
    1. Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    2. Das Gift tötete vor allem Ratten ohne dieses Allel.
    3. Die Überlebenden vermehrten sich, das Allel wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. ●2
    Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    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.
  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

Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
  2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
  3. Gerichtet wirkt die Selektion.
  1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
  2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
  3. Gerichtet wirkt die Selektion.
Ergebnis:
Selektion

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Was ist eine Population im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Evolution verändert Allelfrequenzen.
    Lösung zeigen
    1. Evolution verändert Allelfrequenzen.
    2. Allele werden nur innerhalb einer Fortpflanzungsgemeinschaft ausgetauscht.
    3. Diese Gemeinschaft in einem Gebiet ist die Population.
    Ergebnis:
    Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  2. ●5
    Welcher Evolutionsfaktor erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
    2. Rekombination mischt vorhandene Allele, Selektion wählt aus.
    3. Neue Allele entstehen durch Mutation.
    Ergebnis:
    Mutation
  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

Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
  2. Die Häufigkeit verschob sich zu einer Seite.
  3. Das ist transformierende Selektion.
  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

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
    Was bedeutet „Survival of the fittest“ fachlich? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    „Fit“ heißt hier: passend zur Umwelt.
    Lösung zeigen
    1. „Fit“ heißt hier: passend zur Umwelt.
    2. Gemessen wird am Fortpflanzungserfolg.
    3. Stärke allein zählt nicht.
    Ergebnis:
    Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  2. ●8
    Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
    2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
    3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Ein biotischer Selektionsfaktor
  3. ★9
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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

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

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

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

Auflösung

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

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

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

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 2 BB, 16 Bb und 7 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele B: 2 · 2 + 16 = 20, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 20 : 50 = 0,4.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele B: 2 · 2 + 16 = 20, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 20 : 50 = 0,4.
Ergebnis:
p = 0,4

AchtungIndividuen statt Allele gezählt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    In einer Population von 50 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 33 BB, 15 Bb und 2 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    So fängst du an:
    50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele B: 2 · 33 + 15 = 81, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 81 : 100 = 0,81.
    Ergebnis:
    p = 0,81
  2. ●11
    In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 45 GG, 4 Gg und 1 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele G: 2 · 45 + 4 = 94, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 94 : 100 = 0,94.
    Ergebnis:
    p = 0,94
  3. ★12
    Für eine große Population von Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele B haben im Genpool den Anteil p = 0,3. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp Bb?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,3 = 0,7.
    2. Der Genotyp Bb hat den Anteil 2pq.
    3. 2pq = 2 · 0,3 · 0,7 = 0,42.
    Ergebnis:
    0,42

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 der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
  2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
  3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
  1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
  2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
  3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
Ergebnis:
Eine geografische Barriere trennt die Population.

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. ○13
    Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Geografische Isolation trennt Gebiete.
    Lösung zeigen
    1. Geografische Isolation trennt Gebiete.
    2. Der Fluss verhindert, dass sich Käfer beider Ufer treffen.
    3. Unterschiedlicher Gesang wäre eine andere Form der Isolation, Fressen ist Selektion.
    Ergebnis:
    Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  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
    Warum entstehen auf abgelegenen Inseln besonders viele Arten, die nur dort vorkommen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wenige Gründer bringen nur einen Teil der Allele mit.
    2. Die Insel ist isoliert, Drift und neue Selektion wirken stark.
    3. So entstehen schnell eigene Arten.
    Ergebnis:
    Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen

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

Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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. ○16
    Ein Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das Rad kostet Energie und erhöht das Risiko.
    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.
  2. ●17
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    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
  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

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.
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

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 Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Rudimente sind zurückgebildete Organe.
    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
  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
    Das Gen Pax6 steuert die Augenentwicklung bei Maus und Fliege; das Mausgen kann bei der Fliege Augen auslösen. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Komplexauge und Linsenauge sind verschieden gebaut, also analog.
    2. Das Steuergen ist aber homolog und stammt von einem frühen Vorfahren.
    3. Molekulare Homologie reicht tiefer als die Organe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.

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

Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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 ist ein abgeleitetes Merkmal? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Abgeleitet heißt: gegenüber dem Vorfahren neu.
    Lösung zeigen
    1. Abgeleitet heißt: gegenüber dem Vorfahren neu.
    2. Ursprünglich heißt: schon beim Vorfahren vorhanden.
    3. Nur neue gemeinsame Merkmale grenzen eine Gruppe ab.
    Ergebnis:
    Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  2. ●23
    Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Haare entstanden einmal beim Vorfahren der Säugetiere.
    2. Alle Säugetiere erbten sie.
    3. Haare sind ein abgeleitetes Merkmal dieser Gruppe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Wal: E E L L K R H G T V V L. Thunfisch: E D L M R K H S S I V L. Flusspferd: E E L L K R H G T I V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Wal verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wal und Thunfisch: 7 Unterschiede.
    2. Wal 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
    Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
    3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
    Ergebnis:
    Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  2. ●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
    Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    2. Vererbt wird aber nur, was in Eizelle oder Spermienzelle steht.
    3. Für die Evolution zählen nur Keimbahnmutationen.
    Ergebnis:
    Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  4. ●28
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
    2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 GG, 1 Gg und 32 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele G: 2 · 17 + 1 = 35, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 35 : 100 = 0,35.
    Ergebnis:
    p = 0,35
  6. ●30
    Geparde sind genetisch sehr einheitlich. Welche Erklärung ist die übliche? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Am Ende der letzten Eiszeit schrumpfte die Gepardenpopulation stark.
    2. Viele Allele gingen dabei zufällig verloren.
    3. Heute sind Geparde genetisch sehr ähnlich.
    Ergebnis:
    Ein Flaschenhals, als vor etwa 10.000 Jahren nur wenige Tiere überlebten

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.

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.

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.

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
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.

  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
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 50 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 21 RR, 10 Rr und 19 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,52

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

    35
    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
    Ergebnis:
    Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.

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

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

    38
    Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen

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. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  3. Bakterien lernen nicht; vorhandene resistente Varianten werden ausgelesen.
  4. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  5. Mutation
  6. Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.
  7. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  8. Ein biotischer Selektionsfaktor
  9. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  10. p = 0,81
  11. p = 0,94
  12. 0,42
  13. Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  14. Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  15. Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen
  16. Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  17. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren
  20. Unterschiede: 3
  21. Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.
  22. Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  23. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  26. Arten verändern sich durch Variation und Selektion über viele Generationen.
  27. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  28. Transformierende Selektion
  29. p = 0,35
  30. Ein Flaschenhals, als vor etwa 10.000 Jahren nur wenige Tiere überlebten
  31. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  32. Mutation
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,52
  35. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  36. Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  37. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  38. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen