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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

Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Fellfarbe war erblich verschieden.
  2. Helle Bären wurden auf dem Eis von der Beute später bemerkt.
  3. Helle Bären hatten mehr Nachkommen, ihr Fell wurde häufiger.
  1. Die Fellfarbe war erblich verschieden.
  2. Helle Bären wurden auf dem Eis von der Beute später bemerkt.
  3. Helle Bären hatten mehr Nachkommen, ihr Fell wurde häufiger.
Ergebnis:
Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    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. ●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
    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.

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

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    Lösung zeigen
    1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  2. ●5
    Was bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion erzeugt nichts Neues.
    2. Selektion wirkt auf vorhandene erbliche Unterschiede.
    3. Varianten mit mehr Nachkommen werden häufiger.
    Ergebnis:
    Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  3. ★6
    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

Sehr leichte und sehr schwere Neugeborene haben geringere Überlebenschancen als mittelschwere. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Begünstigt wird der Mittelwert.
  2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
  1. Begünstigt wird der Mittelwert.
  2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
Ergebnis:
Stabilisierende Selektion

AchtungSelektionsformen verwechselt

So nicht
Die Mitte wird begünstigt, also transformierende Selektion.
So richtig
Die Mitte wird begünstigt und die Streuung kleiner: stabilisierende Selektion.

Zeichne die Verteilung vorher und nachher: Bleibt der Mittelwert, wandert er, oder entstehen zwei Gipfel?

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    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.
    So fängst du an:
    Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
    2. Der Mittelwert verschiebt sich.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  2. ●8
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Extreme werden benachteiligt.
    2. Der Mittelwert bleibt, die Kurve wird schmaler.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  3. ★9
    Ein Unkraut wird jedes Jahr mit demselben Herbizid behandelt. Nach zehn Jahren wirkt es kaum noch. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Resistente Pflanzen gab es zufällig schon vorher.
    2. Jedes Jahr überlebten vor allem sie.
    3. Über zehn Generationen stieg ihr Anteil stark: transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Das Herbizid begünstigte als Selektionsfaktor jedes Jahr resistente Pflanzen.

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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 12 RR, 8 Rr und 5 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele r: 2 · 5 + 8 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 18 : 50 = 0,36.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele r: 2 · 5 + 8 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 18 : 50 = 0,36.
Ergebnis:
q = 0,36

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: 5 GG, 10 Gg und 10 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 · 5 + 10 = 20, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 20 : 50 = 0,4.
    Ergebnis:
    p = 0,4
  2. ●11
    In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 16 RR, 1 Rr und 8 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele R: 2 · 16 + 1 = 33, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 33 : 50 = 0,66.
    Ergebnis:
    p = 0,66
  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 = 0,3. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp Rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,3 = 0,7.
    2. Der Genotyp Rr 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

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

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
    Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Wandern Tiere zwischen Populationen und pflanzen sich fort, nehmen sie Allele mit.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●14
    Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★15
    Zwei lange getrennte Populationen treffen wieder aufeinander. Die Mischlinge sind wenig fruchtbar. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mischlinge haben wenige Nachkommen.
    2. Tiere, die nur mit der eigenen Gruppe paaren, haben mehr Erfolg.
    3. Die Trennung wird stärker, die Artbildung schreitet fort.
    Ergebnis:
    Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenFitness und Verhalten

Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.

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

BeispielFitness, Koevolution und Verhalten

Löwenmännchen töten nach der Übernahme eines Rudels oft die Jungen des Vorgängers. Wie lässt sich das evolutionsbiologisch erklären? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Ein Männchen hält ein Rudel nur wenige Jahre.
  2. Ohne Junge werden die Weibchen bald wieder paarungsbereit.
  3. Das Verhalten erhöht die Fitness des neuen Männchens, nicht das Wohl der Art.
  1. Ein Männchen hält ein Rudel nur wenige Jahre.
  2. Ohne Junge werden die Weibchen bald wieder paarungsbereit.
  3. Das Verhalten erhöht die Fitness des neuen Männchens, nicht das Wohl der Art.
Ergebnis:
Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.

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?

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Was ist mit dem adaptiven Wert eines Verhaltens gemeint? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
    Lösung zeigen
    1. Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
    2. Gemessen wird der Beitrag zur Weitergabe der eigenen Allele.
    3. Das ist die ultimate Erklärung eines Verhaltens.
    Ergebnis:
    Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  2. ●17
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
    2. Nur Falter mit langem Rüssel bestäuben die Orchidee und erreichen so ihren Nektar.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  3. ★18
    Ein Raubtier jagt nicht die größten Beutetiere, sondern meist mittelgroße. Wie erklärt die Kosten-Nutzen-Analyse das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Große Beute bringt viel Energie, kostet aber viel Jagdzeit und Risiko.
    2. Kleine Beute bringt zu wenig.
    3. Den größten Nettogewinn bringt die mittlere Größe.
    Ergebnis:
    Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

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

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

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

BeispielHomologie und Analogie

Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Homologiekriterien sind Lage, spezifische Qualität und Übergangsformen.
  2. Die Funktion kann sich ändern.
  3. Gleiche Lage im Bauplan spricht für Homologie.
  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

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 Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●20
    Igel und Kakteen haben beide Stacheln. Welche Beziehung liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Igelstacheln sind umgebildete Haare.
    2. Kakteendornen sind umgebildete Blätter.
    3. Ähnliche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  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

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
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Heutige Schimpansen sind keine Vorfahren, sondern Vettern.
    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.
  2. ●23
    Was ist ein abgeleitetes Merkmal? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★24
    In einem Stammbaum werden die Äste an einem Knoten vertauscht. Der Schimpanse steht jetzt außen neben dem Gorilla statt neben dem Menschen. Ändert sich die Verwandtschaft? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Stammbaum lässt sich an jedem Knoten drehen wie ein Mobile.
    2. Die Knoten und damit die gemeinsamen Vorfahren bleiben gleich.
    3. Die Verwandtschaft ändert sich nicht.
    Ergebnis:
    Nein, man liest sie an den Knoten, nicht an der Reihenfolge.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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.
  2. ●26
    Was verbindet die synthetische Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Darwin kannte noch keine Gene.
    2. Im 20. Jahrhundert kamen Selektion, Vererbungslehre und Populationsgenetik zusammen.
    3. Daher der Name synthetische Theorie.
    Ergebnis:
    Darwins Selektion mit Genetik und Populationsgenetik
  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
    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
  5. ●29
    In einer Population von 100 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 12 RR, 82 Rr und 6 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele R: 2 · 12 + 82 = 106, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 106 : 200 = 0,53.
    Ergebnis:
    p = 0,53
  6. ●30
    Im Modellversuch werden aus einem Beutel mit 10 roten und 10 weißen Perlen blind 10 Perlen gezogen. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Ziehung ist zufällig.
    2. Bei nur 10 Perlen sind Abweichungen wie 7 zu 3 häufig.
    3. Genau so entsteht Gendrift.
    Ergebnis:
    Das Verhältnis weicht oft zufällig von 1 zu 1 ab.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungErworbene Eigenschaften als vererbbar gedacht

So nicht
Der Schmied hat starke Arme, also bekommen seine Kinder starke Arme.
So richtig
Training ändert die Muskeln, nicht die DNA der Keimzellen. Vererbt wird nur, was in den Keimzellen steht.

Was ein Lebewesen im Leben erwirbt, steht nicht in seinen Keimzellen. Vererbt werden nur Allele, die es schon von Geburt an trägt.

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

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.

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
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.

  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 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 2 BB, 45 Bb und 3 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,51

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

    35
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.

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

    36
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen

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

    37
    Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.

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

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

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  2. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  3. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  4. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  5. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  6. Isolation
  7. Transformierende Selektion
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Das Herbizid begünstigte als Selektionsfaktor jedes Jahr resistente Pflanzen.
  10. p = 0,4
  11. p = 0,66
  12. 0,42
  13. Austausch von Allelen zwischen Populationen
  14. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  15. Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.
  16. Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  17. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut
  20. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  23. Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  24. Nein, man liest sie an den Knoten, nicht an der Reihenfolge.
  25. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  26. Darwins Selektion mit Genetik und Populationsgenetik
  27. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  28. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  29. p = 0,53
  30. Das Verhältnis weicht oft zufällig von 1 zu 1 ab.
  31. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  32. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  33. Stabilisierende Selektion
  34. q = 0,51
  35. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  36. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  37. Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  38. Unterschiede: 3