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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
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  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
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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

Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Flügelform war erblich verschieden.
  2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
  3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
  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.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    Lösung zeigen
    1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
    3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
    Ergebnis:
    Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  2. ●2
    Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
    2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
    3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
    Ergebnis:
    Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  3. ★3
    Jemand erklärt die Ähnlichkeit der DNA von Mensch und Schimpanse mit einem gemeinsamen Bauplan eines Schöpfers. Warum ist das keine naturwissenschaftliche Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gemeinsame Abstammung sagt voraus, dass Ähnlichkeiten ein verschachteltes Muster bilden.
    2. Genau dieses Muster findet man in den Sequenzen.
    3. Ein Bauplan erlaubt jedes Muster und ist daher nicht prüfbar.
    Ergebnis:
    Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

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

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

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

BeispielEvolutionsfaktoren

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
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    Lösung zeigen
    1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  2. ●5
    Was 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
    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

Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
  2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
  3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
  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

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
    Sehr leichte und sehr schwere Neugeborene haben geringere Überlebenschancen als mittelschwere. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Begünstigt wird der Mittelwert.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird der Mittelwert.
    2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    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
  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: 14 GG, 1 Gg und 10 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele G: 2 · 14 + 1 = 29, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 29 : 50 = 0,58.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele G: 2 · 14 + 1 = 29, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 29 : 50 = 0,58.
Ergebnis:
p = 0,58

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 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 4 RR, 8 Rr und 8 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 · 4 + 8 = 16, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 16 : 40 = 0,4.
    Ergebnis:
    p = 0,4
  2. ●11
    In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 13 RR, 6 Rr und 6 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele R: 2 · 13 + 6 = 32, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 32 : 50 = 0,64.
    Ergebnis:
    p = 0,64
  3. ★12
    Für eine große Population von Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,9. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,9 = 0,1.
    2. Der Genotyp rr hat den Anteil q².
    3. q² = 0,1 · 0,1 = 0,01.
    Ergebnis:
    0,01

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.

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
    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
    Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
    2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
    3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
    Ergebnis:
    Eine geografische Barriere trennt die Population.
  3. ★15
    Warum entstehen auf abgelegenen Inseln besonders viele Arten, die nur dort vorkommen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wenige Gründer bringen nur einen Teil der Allele mit.
    2. Die Insel ist isoliert, Drift und neue Selektion wirken stark.
    3. So entstehen schnell eigene Arten.
    Ergebnis:
    Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen

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

Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
  2. Nur Falter mit langem Rüssel bestäuben die Orchidee und erreichen so ihren Nektar.
  3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
  1. Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
  2. Nur Falter mit langem Rüssel bestäuben die Orchidee und erreichen so ihren Nektar.
  3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
Ergebnis:
Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel

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. ○16
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    Lösung zeigen
    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
  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
    In Kalifornien gilt: Je giftiger die Molche eines Gebiets, desto unempfindlicher sind die Strumpfbandnattern dort gegen das Gift. Was liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Giftigere Molche werden seltener gefressen.
    2. Unempfindlichere Nattern finden mehr Nahrung.
    3. Beide Arten treiben sich gegenseitig an: Koevolution.
    Ergebnis:
    Koevolution mit wechselseitiger Selektion von Räuber und Beute

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

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

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

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

BeispielHomologie und Analogie

Igel und Kakteen haben beide Stacheln. Welche Beziehung liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Igelstacheln sind umgebildete Haare.
  2. Kakteendornen sind umgebildete Blätter.
  3. Ähnliche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
  1. Igelstacheln sind umgebildete Haare.
  2. Kakteendornen sind umgebildete Blätter.
  3. Ähnliche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
Ergebnis:
Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion

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
    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.
    So fängst du an:
    Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    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
  2. ●20
    Die Kartoffelknolle ist ein Spross, die Süßkartoffel eine Wurzel. Beide speichern Stärke. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Kartoffelknolle trägt Augen, also Knospen: ein Spross.
    2. Die Süßkartoffel ist eine verdickte Wurzel.
    3. Gleiche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
    Ergebnis:
    Analog, weil sie aus verschiedenen Organen entstanden
  3. ★21
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Champignon: A K D L T G N P V E M S. Mensch: A K D L S G N P I E M S. Mais: S R E L T A N P V D L T. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Champignon verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Champignon und Mensch: 2 Unterschiede.
    2. Champignon und Mais: 7 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Mensch.
    Ergebnis:
    Mensch, weniger Unterschiede (2) heißen nähere Verwandtschaft

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

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

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

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

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
  2. Jede Linie hat sich seitdem gleich lange entwickelt.
  3. Ein Stammbaum ist keine Leiter mit oben und unten.
  1. Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
  2. Jede Linie hat sich seitdem gleich lange entwickelt.
  3. Ein Stammbaum ist keine Leiter mit oben und unten.
Ergebnis:
Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.

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
    Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Haare entstanden einmal beim Vorfahren der Säugetiere.
    Lösung zeigen
    1. Haare entstanden einmal beim Vorfahren der Säugetiere.
    2. Alle Säugetiere erbten sie.
    3. Haare sind ein abgeleitetes Merkmal dieser Gruppe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  2. ●23
    Fisch, Frosch und Mensch haben eine Wirbelsäule. Zeigt sie, dass Frosch und Mensch näher verwandt sind als mit dem Fisch? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller drei.
    2. Die Wirbelsäule unterscheidet keine der drei Gruppen.
    3. Für Frosch und Mensch zeugen erst abgeleitete Merkmale wie vier Gliedmaßen.
    Ergebnis:
    Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Delfin: M S L T D K E K A A V L. Hai: M S I T E Q E K S L I Q. Flusspferd: M S L T E K E K A A V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Delfin verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Delfin und Hai: 7 Unterschiede.
    2. Delfin 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
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
    3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. ●26
    Manche halten das Auge für zu kompliziert, um durch Evolution entstanden zu sein. Was spricht dagegen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schon ein Lichtfleck hilft, hell und dunkel zu unterscheiden.
    2. Becheraugen, Lochaugen und Linsenaugen gibt es bei heutigen Tieren.
    3. Jede Stufe war für ihre Träger von Vorteil.
    Ergebnis:
    Heutige Tiere zeigen Zwischenstufen vom Lichtfleck bis zum Linsenauge.
  3. ●27
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
    3. Gerichtet wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Selektion
  4. ●28
    In einer Population von 40 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 14 GG, 4 Gg und 22 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 40 Individuen tragen 2 · 40 = 80 Allele.
    2. Allele G: 2 · 14 + 4 = 32, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 32 : 80 = 0,4.
    Ergebnis:
    p = 0,4
  5. ●29
    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
  6. ●30
    Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wandern Tiere zwischen Populationen und pflanzen sich fort, nehmen sie Allele mit.
    2. Das gleicht Genpools an.
    3. Isolation unterbricht den Genfluss.
    Ergebnis:
    Austausch von Allelen zwischen Populationen

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.

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.

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 Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.

  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
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen

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

    34
    In einer Population von 50 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 47 RR, 2 Rr und 1 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,96

  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
    Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen

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

    37
    Was ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung

  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. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  2. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  3. Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.
  4. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  5. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  6. Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Transformierende Selektion
  9. Die Selektion hat die Richtung gewechselt, weil die Stämme wieder hell sind.
  10. p = 0,4
  11. p = 0,64
  12. 0,01
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Eine geografische Barriere trennt die Population.
  15. Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen
  16. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  17. Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.
  18. Koevolution mit wechselseitiger Selektion von Räuber und Beute
  19. Unterschiede: 3
  20. Analog, weil sie aus verschiedenen Organen entstanden
  21. Mensch, weniger Unterschiede (2) heißen nähere Verwandtschaft
  22. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  23. Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  26. Heutige Tiere zeigen Zwischenstufen vom Lichtfleck bis zum Linsenauge.
  27. Selektion
  28. p = 0,4
  29. Gründereffekt, weil einer der wenigen Gründer das Allel trug
  30. Austausch von Allelen zwischen Populationen
  31. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  32. Isolation
  33. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  34. p = 0,96
  35. Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  36. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  37. Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung
  38. Unterschiede: 1