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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

Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Flügelform war erblich verschieden.
    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. ●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
    „Der Gepard ist schnell geworden, um Gazellen zu fangen.“ Was fehlt dieser Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz nennt einen Zweck, keine Ursache.
    2. Die Ursache ist: Schnellere Geparde fingen mehr Beute und hatten mehr Junge.
    3. So wurde Schnelligkeit über Generationen häufiger.
    Ergebnis:
    Die Ursache: erbliche Variation und mehr Nachkommen schnellerer Tiere.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

Nein. Joshua und Esther Lederberg übertrugen Bakterienkolonien mit Samtstempeln auf mehrere Platten. Resistente Kolonien gab es schon, bevor die Bakterien das Antibiotikum je berührt hatten.

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

Träger günstiger Allele haben mehr Nachkommen. So wandelt sich die Population, nicht das Individuum.

BeispielEvolutionsfaktoren

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

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
    Welcher Evolutionsfaktor erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
    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
  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
    Eine Punktmutation ändert ein Basentriplett, aber nicht die Aminosäure. Wie wirkt die Selektion auf sie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der genetische Code ist redundant: Mehrere Tripletts codieren dieselbe Aminosäure.
    2. Das Protein ändert sich nicht.
    3. Die Selektion sieht diesen Unterschied nicht; er ist neutral.
    Ergebnis:
    Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.

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
    Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Parasit ist ein Lebewesen.
    Lösung zeigen
    1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
    2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
    3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Ein biotischer Selektionsfaktor
  2. ●8
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
    2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
    3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  3. ★9
    Nach Gesetzen zur Luftreinhaltung in England wurden helle Birkenspanner wieder häufiger. Welche Aussage trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf hellen, flechtenbewachsenen Stämmen fallen dunkle Falter auf.
    2. Vögel fressen jetzt mehr dunkle Falter.
    3. Die transformierende Selektion wirkt in die andere Richtung.
    Ergebnis:
    Die Selektion hat die Richtung gewechselt, weil die Stämme wieder hell sind.

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: 5 GG, 8 Gg und 12 gg. Welchen Anteil haben die Allele g im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele g: 2 · 12 + 8 = 32, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 32 : 50 = 0,64.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele g: 2 · 12 + 8 = 32, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 32 : 50 = 0,64.
Ergebnis:
q = 0,64

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: 16 CC, 7 Cc und 2 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 · 16 + 7 = 39, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 39 : 50 = 0,78.
    Ergebnis:
    p = 0,78
  2. ●11
    In einer Population von 20 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 2 CC, 6 Cc und 12 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele C: 2 · 2 + 6 = 10, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 10 : 40 = 0,25.
    Ergebnis:
    p = 0,25
  3. ★12
    Für eine große Population von Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele B haben im Genpool den Anteil p = 0,4. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp bb?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,4 = 0,6.
    2. Der Genotyp bb hat den Anteil q².
    3. q² = 0,6 · 0,6 = 0,36.
    Ergebnis:
    0,36

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

Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Entscheidend ist die Fortpflanzung, nicht das Aussehen.
  2. Der Gesang verhindert die Paarung.
  3. Ohne Genfluss sind es zwei Arten.
  1. Entscheidend ist die Fortpflanzung, nicht das Aussehen.
  2. Der Gesang verhindert die Paarung.
  3. Ohne Genfluss sind es zwei Arten.
Ergebnis:
Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.

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. ○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
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    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
  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

Was ist mit dem adaptiven Wert eines Verhaltens gemeint? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
  2. Gemessen wird der Beitrag zur Weitergabe der eigenen Allele.
  3. Das ist die ultimate Erklärung eines Verhaltens.
  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

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
    Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
    Lösung zeigen
    1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
    2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
    3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
    Ergebnis:
    Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  2. ●17
    Löwenmännchen töten nach der Übernahme eines Rudels oft die Jungen des Vorgängers. Wie lässt sich das evolutionsbiologisch erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  3. ★18
    Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
    3. Seine Fitness ist 0.
    Ergebnis:
    Null, weil er keine Allele weitergibt

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

Was ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
  2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
  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

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

Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

So nicht
Delfin und Hai sehen ähnlich aus, also sind sie eng verwandt.
So richtig
Der Delfin ist ein Säugetier. Seine Form ist analog zum Hai, entstanden durch ähnliche Selektion im Wasser.

Ähnlichkeit kann durch ähnliche Lebensweise entstehen. Verwandtschaft zeigen gemeinsame abgeleitete Merkmale und Sequenzen.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Was zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    Lösung zeigen
    1. Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    2. Von dort aus entwickelten sich zwei Linien getrennt.
    3. Keine Linie ist höher als die andere.
    Ergebnis:
    Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  2. ●23
    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
    Im Erbgut heutiger Menschen außerhalb Afrikas stammen etwa 1 bis 4 Prozent vom Neandertaler. Was zeigt das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Neandertaler und moderne Menschen hatten einen gemeinsamen Vorfahren.
    2. Später trafen sie sich in Eurasien wieder und mischten sich.
    3. Ein Stammbaum kann Äste haben, die sich wieder berühren.
    Ergebnis:
    Moderne Menschen und Neandertaler hatten gemeinsame Nachkommen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Virus vermehrt sich sehr schnell und mutiert dabei häufig.
    2. Varianten mit Resistenzmutation werden vom Medikament kaum gebremst.
    3. Diese Varianten vermehren sich stärker und werden häufiger.
    Ergebnis:
    Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  2. ●26
    Ein Satz im Netz lautet: „Evolution ist nur eine Theorie.“ Welche Antwort ist fachlich stimmig? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz verwechselt Alltagssprache und Fachsprache.
    2. Evolution ist durch Fossilien, Sequenzvergleiche und direkte Beobachtung belegt.
    3. Bei Bakterien und Darwinfinken wurde Evolution sogar gemessen.
    Ergebnis:
    Theorie heißt hier: gut belegt durch Fossilien, Genvergleiche und Beobachtung.
  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
    Was bedeutet „Survival of the fittest“ fachlich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „Fit“ heißt hier: passend zur Umwelt.
    2. Gemessen wird am Fortpflanzungserfolg.
    3. Stärke allein zählt nicht.
    Ergebnis:
    Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  5. ●29
    In einer Population von 20 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 GG, 2 Gg und 1 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele G: 2 · 17 + 2 = 36, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 36 : 40 = 0,9.
    Ergebnis:
    p = 0,9
  6. ●30
    Bei den Amish in Pennsylvania ist das seltene Ellis-van-Creveld-Syndrom viel häufiger als anderswo. Was ist die wahrscheinlichste Ursache? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Gemeinschaft geht auf wenige Gründer zurück und heiratet meist untereinander.
    2. Ein Gründer trug das seltene Allel.
    3. Durch Gründereffekt und Drift wurde es häufig.
    Ergebnis:
    Gründereffekt, weil einer der wenigen Gründer das Allel trug

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.

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.

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

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

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

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

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

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

AchtungHeterozygote voll gezählt

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

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

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

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

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

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

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

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

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

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

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

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

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

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

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.

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

    32
    Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutation

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

    33
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. 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 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 2 GG, 9 Gg und 14 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,26

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

    35
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.

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

    36
    Was 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
    Was zeigen analoge Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen

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

    38
    Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere

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. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  2. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  3. Die Ursache: erbliche Variation und mehr Nachkommen schnellerer Tiere.
  4. Mutation
  5. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  6. Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.
  7. Ein biotischer Selektionsfaktor
  8. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  9. Die Selektion hat die Richtung gewechselt, weil die Stämme wieder hell sind.
  10. p = 0,78
  11. p = 0,25
  12. 0,36
  13. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  14. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  15. Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.
  16. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  17. Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.
  18. Null, weil er keine Allele weitergibt
  19. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  20. Unterschiede: 1
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  23. Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  24. Moderne Menschen und Neandertaler hatten gemeinsame Nachkommen.
  25. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  26. Theorie heißt hier: gut belegt durch Fossilien, Genvergleiche und Beobachtung.
  27. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  28. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  29. p = 0,9
  30. Gründereffekt, weil einer der wenigen Gründer das Allel trug
  31. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  32. Mutation
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,26
  35. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  36. Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation
  37. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  38. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere