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Biologie · Klasse 13 · Kapitel

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Vielfalt und Entwicklung des Lebens

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

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

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: So erklärte es Lamarck 1809. Darwin erklärte es 1859 anders: Giraffen mit erblich längerem Hals hatten mehr Nachkommen. Die Genetik hat Lamarcks Mechanismus widerlegt. Quelle: Jean-Baptiste de Lamarck (1809): Philosophie zoologique; Charles Darwin (1859): On the Origin of Species

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

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

BeispielErklärungen einordnen

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

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
    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
    Giraffen haben sehr lange Hälse. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Halslänge war erblich verschieden.
    2. Tiere mit längerem Hals hatten Vorteile und mehr Nachkommen.
    3. So stieg der Anteil der Allele für lange Hälse.
    Ergebnis:
    Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  3. ★3
    Jemand erklärt die Ähnlichkeit der DNA von Mensch und Schimpanse mit einem gemeinsamen Bauplan eines Schöpfers. Warum ist das keine naturwissenschaftliche Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gemeinsame Abstammung sagt voraus, dass Ähnlichkeiten ein verschachteltes Muster bilden.
    2. Genau dieses Muster findet man in den Sequenzen.
    3. Ein Bauplan erlaubt jedes Muster und ist daher nicht prüfbar.
    Ergebnis:
    Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.

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

Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Es entstehen keine neuen Allele.
  2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
  3. Das ist Rekombination.
  1. Es entstehen keine neuen Allele.
  2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
  3. Das ist Rekombination.
Ergebnis:
Rekombination

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
    Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    Lösung zeigen
    1. Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    2. Die Unterschiede müssen erblich sein, sonst ändert sich die nächste Generation nicht.
    3. Erbliche Variation ist die Voraussetzung.
    Ergebnis:
    Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  2. ●5
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sind ungerichtet.
    2. Viele ändern nichts am Protein, viele schaden.
    3. Selten ist eine Mutation von Vorteil, und auf diese wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  3. ★6
    Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
    2. Der Genfluss ist unterbrochen.
    3. Das ist Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation

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

Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln überlebten vor allem Grundfinken mit großen Schnäbeln; der mittlere Schnabel wurde größer. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
  2. Der Mittelwert verschiebt sich.
  3. Das ist transformierende Selektion.
  1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
  2. Der Mittelwert verschiebt sich.
  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
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
    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
  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
    Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Benachteiligt waren beide Extreme.
    2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
    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 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 22 RR, 1 Rr und 2 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele r: 2 · 2 + 1 = 5, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 5 : 50 = 0,1.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele r: 2 · 2 + 1 = 5, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 5 : 50 = 0,1.
Ergebnis:
q = 0,1

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 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 12 CC, 6 Cc und 7 cc. Welchen Anteil haben die Allele C 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 C: 2 · 12 + 6 = 30, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 30 : 50 = 0,6.
    Ergebnis:
    p = 0,6
  2. ●11
    In einer Population von 20 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 15 CC, 2 Cc und 3 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele C: 2 · 15 + 2 = 32, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 32 : 40 = 0,8.
    Ergebnis:
    p = 0,8
  3. ★12
    Für eine große Population von Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,8. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp RR?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,8 = 0,2.
    2. Der Genotyp RR hat den Anteil p².
    3. p² = 0,8 · 0,8 = 0,64.
    Ergebnis:
    0,64

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

Auf den Galapagosinseln leben heute über ein Dutzend Arten von Darwinfinken. Alle stammen von Vorfahren ab, die vom Festland kamen. Getrennt auf verschiedenen Inseln entwickelten sie verschiedene Schnäbel.

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

Bei allopatrischer Artbildung trennt eine Barriere den Genfluss, bis keine fruchtbare Kreuzung mehr gelingt.

BeispielIsolation und Artbildung

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

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
    Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
    Lösung zeigen
    1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
    2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
    3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
    Ergebnis:
    Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  2. ●14
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Isolation unterbricht nur den Genfluss.
    2. Mutation, Selektion und Drift verändern die Genpools getrennt.
    3. Erst wenn keine fruchtbare Kreuzung mehr möglich ist, sind es zwei Arten.
    Ergebnis:
    Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  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

Ein Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Rad kostet Energie und erhöht das Risiko.
  2. Es bringt aber deutlich mehr Paarungen.
  3. Fitness misst Nachkommen, nicht Lebensdauer.
  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.

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 Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    Lösung zeigen
    1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
    3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  2. ●17
    Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Weibchen rufen vor allem, wenn Verwandte in der Nähe sind.
    2. Verwandte tragen viele gleiche Allele.
    3. Über ihr Überleben gibt der Rufer auch eigene Allele weiter.
    Ergebnis:
    Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  3. ★18
    In Kalifornien gilt: Je giftiger die Molche eines Gebiets, desto unempfindlicher sind die Strumpfbandnattern dort gegen das Gift. Was liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Giftigere Molche werden seltener gefressen.
    2. Unempfindlichere Nattern finden mehr Nahrung.
    3. Beide Arten treiben sich gegenseitig an: Koevolution.
    Ergebnis:
    Koevolution mit wechselseitiger Selektion von Räuber und Beute

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

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

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

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

BeispielHomologie und Analogie

Die Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
  2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
  3. Die Grabbeine sind analog.
  1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
  2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
  3. Die Grabbeine sind analog.
Ergebnis:
Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut

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
    Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Homologiekriterien sind Lage, spezifische Qualität und Übergangsformen.
    Lösung zeigen
    1. Homologiekriterien sind Lage, spezifische Qualität und Übergangsformen.
    2. Die Funktion kann sich ändern.
    3. Gleiche Lage im Bauplan spricht für Homologie.
    Ergebnis:
    Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  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
    Die Augen von Tintenfisch und Mensch sind ähnlich gebaut, aber beim Tintenfisch liegen die Lichtsinneszellen vorn, ohne blinden Fleck. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Anordnung der Netzhaut ist grundverschieden.
    2. Tintenfische und Wirbeltiere sind nur sehr entfernt verwandt.
    3. Die Linsenaugen entstanden konvergent: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

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

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

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

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

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.

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.

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
    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
    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. ★24
    Was zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    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

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
    3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. ●26
    Welche Aussage ist eine überprüfbare Hypothese im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Hypothese muss an Befunden scheitern können.
    2. Die DNA-Ähnlichkeit lässt sich messen und vergleichen.
    3. Die Messungen bestätigen die Vorhersage.
    Ergebnis:
    Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  3. ●27
    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
  4. ●28
    In einer Population von 20 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 7 BB, 6 Bb und 7 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele b: 2 · 7 + 6 = 20, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 20 : 40 = 0,5.
    Ergebnis:
    q = 0,5
  5. ●29
    Ein Waldbrand tötet zufällig 90 Prozent einer Käferpopulation, unabhängig von der Farbe. Welcher Faktor verändert hier die Allelfrequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Überleben hängt nicht von der Farbe ab.
    2. Die Überlebenden sind eine zufällige Stichprobe.
    3. Das ist Gendrift durch einen Flaschenhals.
    Ergebnis:
    Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  6. ●30
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der populationsgenetische Artbegriff fragt nach dem gemeinsamen Genpool.
    2. In freier Natur fließen keine Allele zwischen Löwen und Tigern.
    3. Löwe und Tiger sind zwei Arten.
    Ergebnis:
    Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

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.

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.

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

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

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

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.

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

    32
    Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Isolation

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

    33
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln überlebten vor allem Grundfinken mit großen Schnäbeln; der mittlere Schnabel wurde größer. Welche Selektionsform liegt vor? 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 40 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 26 CC, 8 Cc und 6 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,25

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

    35
    Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.

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

    36
    Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation

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

    37
    Die Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homologe Organe

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

    38
    Fisch, Frosch und Mensch haben eine Wirbelsäule. Zeigt sie, dass Frosch und Mensch näher verwandt sind als mit dem Fisch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.

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. Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  3. Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.
  4. Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  5. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  6. Isolation
  7. Transformierende Selektion
  8. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  9. Stabilisierende Selektion
  10. p = 0,6
  11. p = 0,8
  12. 0,64
  13. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  14. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  15. Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.
  16. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  17. Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  18. Koevolution mit wechselseitiger Selektion von Räuber und Beute
  19. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  20. Unterschiede: 1
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  23. Unterschiede: 3
  24. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  25. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  26. Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  27. Mutation
  28. q = 0,5
  29. Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  30. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  31. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  32. Isolation
  33. Transformierende Selektion
  34. q = 0,25
  35. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  36. Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation
  37. Homologe Organe
  38. Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.