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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

Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
  2. Das Gift tötete vor allem die empfindlichen.
  3. Die Überlebenden gaben ihre Allele weiter; der Anteil resistenter Käfer stieg.
  1. In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
  2. Das Gift tötete vor allem die empfindlichen.
  3. Die Überlebenden gaben ihre Allele weiter; der Anteil resistenter Käfer stieg.
Ergebnis:
Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
    3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. ●2
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★3
    „Die Natur hat den Specht mit einem Meißelschnabel ausgestattet.“ Welche Umformulierung ist fachlich korrekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Natur handelt nicht wie ein Planer.
    2. Fachlich richtig sind erbliche Variation und unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg.
    3. So wurde der kräftige Schnabel häufiger.
    Ergebnis:
    Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.

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 erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
  2. Rekombination mischt vorhandene Allele, Selektion wählt aus.
  3. Neue Allele entstehen durch Mutation.
  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

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 unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
    Lösung zeigen
    1. Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
    2. Wird er unterbrochen, sind die Genpools getrennt.
    3. Das bewirkt die Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation
  2. ●5
    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
  3. ★6
    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.

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

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.
Schritt für Schritt
  1. Begünstigt werden beide Ränder.
  2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
  3. Das ist disruptive Selektion.
  1. Begünstigt werden beide Ränder.
  2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
  3. Das ist disruptive Selektion.
Ergebnis:
Disruptive 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
    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
    Larven der Goldrutengallfliege leben in Pflanzengallen. Kleine Gallen öffnen Schlupfwespen, große öffnen Vögel; mittlere Gallen überleben am besten. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 22 RR, 16 Rr und 12 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 12 + 16 = 40, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 40 : 100 = 0,4.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 12 + 16 = 40, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 40 : 100 = 0,4.
Ergebnis:
q = 0,4

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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 9 RR, 10 Rr und 6 rr. Welchen Anteil haben die Allele R 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 R: 2 · 9 + 10 = 28, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 28 : 50 = 0,56.
    Ergebnis:
    p = 0,56
  2. ●11
    In einer Population von 20 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 RR, 2 Rr und 8 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 10 + 2 = 22, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 22 : 40 = 0,55.
    Ergebnis:
    p = 0,55
  3. ★12
    Für eine große Population von Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele C haben im Genpool den Anteil p = 0,3. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp CC?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,3 = 0,7.
    2. Der Genotyp CC hat den Anteil p².
    3. p² = 0,3 · 0,3 = 0,09.
    Ergebnis:
    0,09

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
    Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
    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.
  2. ●14
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    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.
  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

Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

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
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
    Lösung zeigen
    1. Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
    2. Verteidigung lohnt sich nur, wenn sie netto mehr Nachkommen bringt.
    3. Dann wird das Verhalten durch Selektion häufiger.
    Ergebnis:
    Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  2. ●17
    Ein Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Rad kostet Energie und erhöht das Risiko.
    2. Es bringt aber deutlich mehr Paarungen.
    3. Fitness misst Nachkommen, nicht Lebensdauer.
    Ergebnis:
    Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  3. ★18
    Eine Kohlmeise verteidigt ein Revier. Bei sehr großem Revier sinkt ihr Fortpflanzungserfolg wieder. Warum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit der Reviergröße wächst der Aufwand für Grenzflüge und Kämpfe.
    2. Der Nahrungsgewinn wächst langsamer.
    3. Der Nettonutzen ist bei mittlerer Größe am höchsten.
    Ergebnis:
    Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.

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

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

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 Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
    Lösung zeigen
    1. Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
    2. Der Bauplan stammt von einem gemeinsamen Vorfahren.
    3. Die Organe sind homolog.
    Ergebnis:
    Homologe Organe
  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

Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Heutige Schimpansen sind keine Vorfahren, sondern Vettern.
  2. Beide Linien trennten sich vor etwa 5 bis 7 Millionen Jahren.
  3. Beide haben sich seitdem verändert.
  1. Heutige Schimpansen sind keine Vorfahren, sondern Vettern.
  2. Beide Linien trennten sich vor etwa 5 bis 7 Millionen Jahren.
  3. Beide haben sich seitdem verändert.
Ergebnis:
Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
    Lösung zeigen
    1. Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Sequenzvergleiche stellen sie neben die Flusspferde.
    3. Die Ähnlichkeit zum Thunfisch ist Analogie.
    Ergebnis:
    Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  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
    Was bedeutet es, wenn zwei Arten in einem Stammbaum Schwesterarten sind? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schwesterarten teilen sich einen Knoten im Stammbaum.
    2. Dieser Knoten ist ihr jüngster gemeinsamer Vorfahr.
    3. Keine der beiden stammt von der anderen ab.
    Ergebnis:
    Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Woran erkennt man, dass eine Aussage naturwissenschaftlich ist? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine naturwissenschaftliche Aussage muss prüfbar sein.
    2. Prüfbar heißt: Es gibt Beobachtungen, die ihr widersprechen würden.
    3. Eine Aussage, zu der alles passt, erklärt nichts.
    Ergebnis:
    Aus ihr folgen Vorhersagen, die an Befunden scheitern könnten
  2. ●26
    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. ●27
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
    2. Der Mittelwert wandert in diese Richtung.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  4. ●28
    In einer Population von 100 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 39 GG, 20 Gg und 41 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele G: 2 · 39 + 20 = 98, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 98 : 200 = 0,49.
    Ergebnis:
    p = 0,49
  5. ●29
    Wenige Siedler gründen auf einer Insel eine neue Population. Wie heißt die Wirkung auf den Genpool? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die wenigen Gründer tragen nur einen kleinen Teil der Allele der Ursprungspopulation.
    2. Die Allelfrequenzen weichen zufällig ab.
    3. Das heißt Gründereffekt.
    Ergebnis:
    Gründereffekt
  6. ●30
    Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
    2. Selektion und Drift wirken verschieden.
    3. Ohne Genfluss gleichen sich die Unterschiede nicht aus.
    Ergebnis:
    Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungErworbene Eigenschaften als vererbbar gedacht

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

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

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

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
    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
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft

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

    33
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 7 RR, 2 Rr und 16 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,32

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

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

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

    36
    Blüten und ihre Bestäuber passen oft genau zueinander, etwa Kolibris und lange, rote Röhrenblüten. Wie ist das entstanden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.

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

    37
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren

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

    38
    Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Isolation
  5. Selektion
  6. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. p = 0,56
  11. p = 0,55
  12. 0,09
  13. Eine geografische Barriere trennt die Population.
  14. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  15. Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen
  16. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  17. Mehr Paarungen können höhere Risiken mehr als ausgleichen.
  18. Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.
  19. Homologe Organe
  20. Unterschiede: 1
  21. Analogie: Die Linsenaugen entstanden unabhängig voneinander.
  22. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  23. Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.
  24. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  25. Aus ihr folgen Vorhersagen, die an Befunden scheitern könnten
  26. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  27. Transformierende Selektion
  28. p = 0,49
  29. Gründereffekt
  30. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  31. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  32. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  33. Stabilisierende Selektion
  34. p = 0,32
  35. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  36. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  37. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  38. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen