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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

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
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    Lösung zeigen
    1. Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    2. Das Gift tötete vor allem Ratten ohne dieses Allel.
    3. Die Überlebenden vermehrten sich, das Allel wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. ●2
    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.
  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 bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Selektion erzeugt nichts Neues.
  2. Selektion wirkt auf vorhandene erbliche Unterschiede.
  3. Varianten mit mehr Nachkommen werden häufiger.
  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.

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
    Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    Lösung zeigen
    1. Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    2. Die Unterschiede müssen erblich sein, sonst ändert sich die nächste Generation nicht.
    3. Erbliche Variation ist die Voraussetzung.
    Ergebnis:
    Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  2. ●5
    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
  3. ★6
    Warum genügt Selektion allein nicht, um Evolution über lange Zeit zu erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion verringert Variation, weil sie Varianten aussortiert.
    2. Neue Variation entsteht nur durch Mutation, neu gemischt durch Rekombination.
    3. Erst beides zusammen ermöglicht lange Evolution.
    Ergebnis:
    Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.

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

EntdeckenFrage

Warum wurden Nachtfalter in Englands Industriestädten schwarz?

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

Auflösung

Um 1895 waren bei Manchester fast alle Birkenspanner dunkel. Auf rußigen Stämmen fraßen Vögel vor allem helle Falter. Michael Majerus ließ später fast 5000 Falter frei und bestätigte: Vögel fressen mehr der auffälligen Falter.

MerkenFormen der Selektion

Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.

Disruptive Selektion begünstigt beide Extreme und kann eine Population aufspalten.

BeispielSelektionsformen und Selektionsfaktoren

Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
  2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
  3. Das ist transformierende Selektion.
  1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
  2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
  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 harter Frost tötet vor allem Pflanzen mit dünner Rinde. Was ist der Frost? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Selektionsfaktoren sind alle Umweltfaktoren, die den Fortpflanzungserfolg beeinflussen.
    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
  2. ●8
    Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Benachteiligt waren beide Extreme.
    2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  3. ★9
    In einem See fressen Stichlinge entweder Plankton im Freiwasser oder Bodentiere am Grund. Mittlere Formen sind in beiden Nischen schlechter. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide spezialisierten Formen haben Vorteile.
    2. Die mittleren Formen sind benachteiligt.
    3. Disruptive Selektion trennt die Population in zwei Gruppen.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.

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 50 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 36 BB, 3 Bb und 11 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele b: 2 · 11 + 3 = 25, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 25 : 100 = 0,25.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele b: 2 · 11 + 3 = 25, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 25 : 100 = 0,25.
Ergebnis:
q = 0,25

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 20 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 RR, 6 Rr und 4 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 10 + 6 = 26, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 26 : 40 = 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: 37 CC, 2 Cc und 11 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele C: 2 · 37 + 2 = 76, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 76 : 100 = 0,76.
    Ergebnis:
    p = 0,76
  3. ★12
    Für eine große Population von Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,8. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp Rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,8 = 0,2.
    2. Der Genotyp Rr hat den Anteil 2pq.
    3. 2pq = 2 · 0,8 · 0,2 = 0,32.
    Ergebnis:
    0,32

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

Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Geografische Isolation trennt Gebiete.
  2. Der Fluss verhindert, dass sich Käfer beider Ufer treffen.
  3. Unterschiedlicher Gesang wäre eine andere Form der Isolation, Fressen ist Selektion.
  1. Geografische Isolation trennt Gebiete.
  2. Der Fluss verhindert, dass sich Käfer beider Ufer treffen.
  3. Unterschiedlicher Gesang wäre eine andere Form der Isolation, Fressen ist Selektion.
Ergebnis:
Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.

AchtungEvolutionsfaktoren verwechselt

So nicht
Selektion erzeugt neue Allele.
So richtig
Mutation erzeugt neue Allele, Rekombination mischt sie, Selektion und Drift verändern ihre Häufigkeit, Isolation trennt Genpools.

Ordne jedem Faktor seine Wirkung zu: neu erzeugen, neu mischen, gerichtet auslesen, zufällig verschieben oder trennen.

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Isolation unterbricht nur den Genfluss.
    Lösung zeigen
    1. Isolation unterbricht nur den Genfluss.
    2. Mutation, Selektion und Drift verändern die Genpools getrennt.
    3. Erst wenn keine fruchtbare Kreuzung mehr möglich ist, sind es zwei Arten.
    Ergebnis:
    Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  2. ●14
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „allo“ heißt anders, „patria“ heißt Heimat.
    2. Die Populationen leben in verschiedenen Gebieten.
    3. Im selben Gebiet hieße es sympatrisch.
    Ergebnis:
    In getrennten Gebieten
  3. ★15
    Was gehört nach dem populationsgenetischen Artbegriff zu einer Art? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der populationsgenetische Artbegriff stellt den Genpool in den Mittelpunkt.
    2. Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft.
    3. Die Mitglieder haben gemeinsam fruchtbare Nachkommen.
    Ergebnis:
    Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können

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

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
    Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Weibchen rufen vor allem, wenn Verwandte in der Nähe sind.
    Lösung zeigen
    1. Weibchen rufen vor allem, wenn Verwandte in der Nähe sind.
    2. Verwandte tragen viele gleiche Allele.
    3. Über ihr Überleben gibt der Rufer auch eigene Allele weiter.
    Ergebnis:
    Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  2. ●17
    Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
    3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  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 Flügel von Vogel und Schmetterling dienen beide dem Fliegen, sind aber völlig verschieden gebaut. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
  2. Der Insektenflügel ist eine Ausstülpung der Körperwand ohne Knochen.
  3. Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie.
  1. Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
  2. Der Insektenflügel ist eine Ausstülpung der Körperwand ohne Knochen.
  3. Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie.
Ergebnis:
Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion

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
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Pferd: G D V K K G K K T F I Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3
  3. ★21
    Das Gen Pax6 steuert die Augenentwicklung bei Maus und Fliege; das Mausgen kann bei der Fliege Augen auslösen. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Komplexauge und Linsenauge sind verschieden gebaut, also analog.
    2. Das Steuergen ist aber homolog und stammt von einem frühen Vorfahren.
    3. Molekulare Homologie reicht tiefer als die Organe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

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

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

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

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

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.
Schritt für Schritt
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
Ergebnis:
Unterschiede: 1

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
    Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
    Lösung zeigen
    1. Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
    2. Jede Linie hat sich seitdem gleich lange entwickelt.
    3. Ein Stammbaum ist keine Leiter mit oben und unten.
    Ergebnis:
    Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  2. ●23
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Wal: E E L L K R H G T V V L. Thunfisch: E D L M R K H S S I V L. Flusspferd: E E L L K R H G T I V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Wal verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wal und Thunfisch: 7 Unterschiede.
    2. Wal und Flusspferd: 1 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Flusspferd.
    Ergebnis:
    Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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
    Welche Rolle spielt die Genetik in der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Darwin konnte nicht erklären, woher die Variation stammt.
    2. Die Genetik zeigt: Mutation erzeugt neue Allele, Rekombination mischt sie neu.
    3. Beides geschieht ungerichtet.
    Ergebnis:
    Mutation und Rekombination erklären, woher Variation kommt.
  3. ●27
    Sehr leichte und sehr schwere Neugeborene haben geringere Überlebenschancen als mittelschwere. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird der Mittelwert.
    2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  4. ●28
    In einer Population von 20 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 8 GG, 8 Gg und 4 gg. Welchen Anteil haben die Allele g im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele g: 2 · 4 + 8 = 16, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 16 : 40 = 0,4.
    Ergebnis:
    q = 0,4
  5. ●29
    Eine große Population schrumpft durch eine Katastrophe auf wenige Tiere und wächst dann wieder. Wie heißt dieser Effekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Population geht durch einen engen Engpass.
    2. Welche Allele übrig bleiben, entscheidet vor allem der Zufall.
    3. Das heißt Flaschenhalseffekt.
    Ergebnis:
    Flaschenhalseffekt
  6. ●30
    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

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.

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

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

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

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
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.

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

    32
    Welcher Evolutionsfaktor unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Isolation

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

    33
    Beim afrikanischen Purpurastrild überleben Vögel mit kleinen oder großen Schnäbeln besser als mittlere, weil es weiche und harte Samen gibt. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion

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

    34
    In einer Population von 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 RR, 14 Rr und 1 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,68

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

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

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

    36
    Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Null, weil er keine Allele weitergibt

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

    37
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Pferd: G D V K K G K K T F I Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3

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

    38
    Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  2. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  3. Zielgerichtet: Das Bedürfnis wird als Ursache der Änderung genannt.
  4. Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  5. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  6. Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.
  7. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. p = 0,65
  11. p = 0,76
  12. 0,32
  13. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  14. In getrennten Gebieten
  15. Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können
  16. Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  17. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  18. Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.
  19. Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut
  20. Unterschiede: 3
  21. Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.
  22. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  23. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  26. Mutation und Rekombination erklären, woher Variation kommt.
  27. Stabilisierende Selektion
  28. q = 0,4
  29. Flaschenhalseffekt
  30. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  31. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  32. Isolation
  33. Disruptive Selektion
  34. p = 0,68
  35. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  36. Null, weil er keine Allele weitergibt
  37. Unterschiede: 3
  38. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.