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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

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

BeispielErklärungen einordnen

Wale haben nur noch winzige Reste von Hinterbeinen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Größe der Hinterbeine war erblich verschieden.
  2. Kleinere Beine störten beim Schwimmen weniger.
  3. Über viele Generationen wurden sie immer kleiner.
  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.

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 Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    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. ●2
    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.
  3. ★3
    Wie ist dieser Satz einzuordnen: „Weil das Klima kälter wurde, bekamen die Mammuts ein dichteres Fell.“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz lässt das Fell entstehen, weil es gebraucht wird.
    2. Es fehlen erbliche Variation und unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg.
    3. Das ist eine zielgerichtete Erklärung.
    Ergebnis:
    Zielgerichtet: Das Bedürfnis wird als Ursache der Änderung genannt.

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

Was folgt aus dem Satz „Selektion wirkt auf Individuen, Evolution findet in Populationen statt“? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Selektion entscheidet, welche Individuen mehr Nachkommen haben.
  2. Das Erbgut eines Individuums ändert sich dadurch nicht.
  3. Es ändern sich die Anteile der Allele in der Population.
  1. Selektion entscheidet, welche Individuen mehr Nachkommen haben.
  2. Das Erbgut eines Individuums ändert sich dadurch nicht.
  3. Es ändern sich die Anteile der Allele in der Population.
Ergebnis:
Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.

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 bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Selektion erzeugt nichts Neues.
    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.
  2. ●5
    Was ist eine Population im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★6
    Ein Satz lautet: „Mutation schlägt vor, Selektion entscheidet.“ Was ist daran richtig? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutation liefert ungerichtet neue Varianten.
    2. Die Umwelt entscheidet über den Fortpflanzungserfolg ihrer Träger.
    3. Die Selektion ändert so die Häufigkeiten.
    Ergebnis:
    Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.

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

Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
  2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
  3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
  1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
  2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
  3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
Ergebnis:
Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen

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. ○7
    Larven der Goldrutengallfliege leben in Pflanzengallen. Kleine Gallen öffnen Schlupfwespen, große öffnen Vögel; mittlere Gallen überleben am besten. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    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
    1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
    2. Der Mittelwert verschiebt sich.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  3. ★9
    Warum wirkt bei gleichbleibender Umwelt meist stabilisierende Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch in stabiler Umwelt entstehen durch Mutation Abweichungen.
    2. Abweichende Varianten haben meist weniger Nachkommen.
    3. Die Selektion hält den Mittelwert fest.
    Ergebnis:
    Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.

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 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 22 GG, 1 Gg und 2 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele G: 2 · 22 + 1 = 45, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 45 : 50 = 0,9.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele G: 2 · 22 + 1 = 45, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 45 : 50 = 0,9.
Ergebnis:
p = 0,9

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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 25 RR, 15 Rr und 10 rr. Welchen Anteil haben die Allele R 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 R: 2 · 25 + 15 = 65, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 65 : 100 = 0,65.
    Ergebnis:
    p = 0,65
  2. ●11
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 8 CC, 23 Cc und 19 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele C: 2 · 8 + 23 = 39, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 39 : 100 = 0,39.
    Ergebnis:
    p = 0,39
  3. ★12
    Für eine große Population von Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele G haben im Genpool den Anteil p = 0,3. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp gg?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,3 = 0,7.
    2. Der Genotyp gg hat den Anteil q².
    3. q² = 0,7 · 0,7 = 0,49.
    Ergebnis:
    0,49

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

Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    Lösung zeigen
    1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
    3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
    Ergebnis:
    Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  2. ●14
    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
    Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.

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 Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
  2. Sechs fortpflanzungsfähige Junge sind mehr als zwei.
  3. Die Körpergröße spielt dabei keine Rolle.
  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

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
    3. Seine Fitness ist 0.
    Ergebnis:
    Null, weil er keine Allele weitergibt
  2. ●17
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
    2. Verteidigung lohnt sich nur, wenn sie netto mehr Nachkommen bringt.
    3. Dann wird das Verhalten durch Selektion häufiger.
    Ergebnis:
    Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  3. ★18
    Pazifische Lachse sterben nach dem einzigen Laichen. Wie lässt sich das unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Wanderung zu den Laichplätzen kostet sehr viel Energie.
    2. Eine zweite Wanderung würde kaum gelingen.
    3. Alles in eine Fortpflanzung zu stecken, maximiert hier die Fitness.
    Ergebnis:
    Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

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

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

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

BeispielHomologie und Analogie

Die Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Rudimente sind zurückgebildete Organe.
  2. Das Walbecken liegt dort, wo bei Landsäugern das Becken liegt.
  3. Es ist homolog und belegt die Abstammung.
  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

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
    Was ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
    Lösung zeigen
    1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
    2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
    3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
    Ergebnis:
    Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung
  2. ●20
    Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
    2. Es kommt in Tieren, Pflanzen und Pilzen vor.
    3. Seine Sequenz ändert sich langsam, Unterschiede zeigen den Abstand.
    Ergebnis:
    Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  3. ★21
    Was zeigen analoge Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Analoge Organe sind verschieden gebaut.
    2. Analoge Organe entstanden unabhängig durch ähnliche Selektion.
    3. Analogie zeigt Angepasstheit, keine Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen

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

Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    Lösung zeigen
    1. Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    2. Alle Nachfahren dieser Linie erben es.
    3. Es kennzeichnet die Gruppe der nächsten Verwandten.
    Ergebnis:
    Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  2. ●23
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  3. ★24
    Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schuppen sind ein ursprüngliches Merkmal und zeigen keine engere Verwandtschaft.
    2. Krokodile und Vögel teilen abgeleitete Merkmale, etwa den Muskelmagen und Brutpflege.
    3. Krokodile und Vögel sind Schwestergruppen innerhalb der Archosaurier.
    Ergebnis:
    Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●26
    Warum ist „Intelligent Design“ keine naturwissenschaftliche Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Naturwissenschaft arbeitet nur mit prüfbaren Ursachen.
    2. Ein Planer außerhalb der Natur lässt sich nicht messen und nicht widerlegen.
    3. Deshalb ist die Idee keine naturwissenschaftliche Theorie.
    Ergebnis:
    Ein übernatürlicher Planer lässt sich mit keinem Versuch prüfen.
  3. ●27
    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
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    2. Die Häufigkeit verschob sich zu einer Seite.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 26 CC, 1 Cc und 23 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele c: 2 · 23 + 1 = 47, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 47 : 100 = 0,47.
    Ergebnis:
    q = 0,47
  6. ●30
    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

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.

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.

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?

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

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

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

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

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

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

AchtungHeterozygote voll gezählt

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

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

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

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

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

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

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

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

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

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

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

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Wale haben nur noch winzige Reste von Hinterbeinen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.

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

    32
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Selektion

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

    33
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen

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

    34
    In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 7 RR, 13 Rr und 5 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    q = 0,46

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

    35
    Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.

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

    36
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel

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

    37
    Die Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut

  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. Huhn: G D I E K G K K I F V Q. Ente: G D V E K G K K I F V Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

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. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  3. Zielgerichtet: Das Bedürfnis wird als Ursache der Änderung genannt.
  4. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  5. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  6. Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Transformierende Selektion
  9. Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.
  10. p = 0,65
  11. p = 0,39
  12. 0,49
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  15. Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  16. Null, weil er keine Allele weitergibt
  17. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  18. Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.
  19. Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung
  20. Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  21. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  22. Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  23. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  24. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen
  25. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  26. Ein übernatürlicher Planer lässt sich mit keinem Versuch prüfen.
  27. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  28. Transformierende Selektion
  29. q = 0,47
  30. Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  31. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  32. Selektion
  33. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  34. q = 0,46
  35. Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  36. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  37. Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut
  38. Unterschiede: 1