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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.

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. ○1
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    In der Population gab es Mutanten mit kleineren Augen.
    Lösung zeigen
    1. In der Population gab es Mutanten mit kleineren Augen.
    2. Im Dunkeln hatten sie keinen Nachteil, sparten vielleicht sogar Energie.
    3. Über viele Generationen wurde ihr Anteil größer.
    Ergebnis:
    Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  2. ●2
    Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.
  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

Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
  2. Der Genfluss ist unterbrochen.
  3. Das ist Isolation.
  1. Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
  2. Der Genfluss ist unterbrochen.
  3. Das ist Isolation.
Ergebnis:
Isolation

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. ○4
    Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    Lösung zeigen
    1. Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    2. Vererbt wird aber nur, was in Eizelle oder Spermienzelle steht.
    3. Für die Evolution zählen nur Keimbahnmutationen.
    Ergebnis:
    Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  2. ●5
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sind ungerichtet.
    2. Viele ändern nichts am Protein, viele schaden.
    3. Selten ist eine Mutation von Vorteil, und auf diese wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  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
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
    Lösung zeigen
    1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
    2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
    3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
    Ergebnis:
    Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  2. ●8
    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
    1. Begünstigt werden beide Ränder.
    2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
    3. Das ist disruptive Selektion.
    Ergebnis:
    Disruptive 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 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 46 RR, 1 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 3 + 1 = 7, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 7 : 100 = 0,07.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 3 + 1 = 7, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 7 : 100 = 0,07.
Ergebnis:
q = 0,07

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 100 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 31 GG, 52 Gg und 17 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    So fängst du an:
    100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele G: 2 · 31 + 52 = 114, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 114 : 200 = 0,57.
    Ergebnis:
    p = 0,57
  2. ●11
    In einer Population von 50 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 13 RR, 17 Rr und 20 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele r: 2 · 20 + 17 = 57, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 57 : 100 = 0,57.
    Ergebnis:
    q = 0,57
  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 = 0,4. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp cc?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,4 = 0,6.
    2. Der Genotyp cc hat den Anteil q².
    3. q² = 0,6 · 0,6 = 0,36.
    Ergebnis:
    0,36

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

Auf den Galapagosinseln leben heute über ein Dutzend Arten von Darwinfinken. Alle stammen von Vorfahren ab, die vom Festland kamen. Getrennt auf verschiedenen Inseln entwickelten sie verschiedene Schnäbel.

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

Bei allopatrischer Artbildung trennt eine Barriere den Genfluss, bis keine fruchtbare Kreuzung mehr gelingt.

BeispielIsolation und Artbildung

Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Für eine Art müssen die Nachkommen fruchtbar sein.
  2. Maultiere sind unfruchtbar.
  3. Pferd und Esel gehören zu zwei Arten.
  1. Für eine Art müssen die Nachkommen fruchtbar sein.
  2. Maultiere sind unfruchtbar.
  3. Pferd und Esel gehören zu zwei Arten.
Ergebnis:
Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.

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
    Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Geografische Isolation trennt Gebiete.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●14
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
    3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
    Ergebnis:
    Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  3. ★15
    Am Grand Canyon leben auf Nord- und Südseite zwei verschiedene Hörnchenformen. Wie ist das zu deuten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Canyon ist eine geografische Barriere.
    2. Ohne Genfluss wandelten sich die Teilpopulationen getrennt.
    3. Ob schon zwei Arten vorliegen, zeigt erst die Fortpflanzung.
    Ergebnis:
    Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.

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

EntdeckenFrage

Warum warnt ein Erdhörnchen andere vor dem Fuchs, obwohl es sich damit selbst verrät?

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

Auflösung

Belding-Ziesel-Weibchen rufen vor allem dann, wenn Verwandte in der Nähe sind. Verwandte tragen viele gleiche Allele. So gibt die Rufende ihre Allele auch über das Überleben der anderen weiter.

MerkenFitness und Verhalten

Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.

Ein Verhalten setzt sich durch, wenn sein Nutzen die Kosten übersteigt. Koevolution heißt wechselseitige Selektion.

BeispielFitness, Koevolution und Verhalten

Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
  2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
  3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
  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

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
    Löwenmännchen töten nach der Übernahme eines Rudels oft die Jungen des Vorgängers. Wie lässt sich das evolutionsbiologisch erklären? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein Männchen hält ein Rudel nur wenige Jahre.
    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.
  2. ●17
    Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
    2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
    3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
    Ergebnis:
    Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation
  3. ★18
    Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
    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

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

Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
  2. Es kommt in Tieren, Pflanzen und Pilzen vor.
  3. Seine Sequenz ändert sich langsam, Unterschiede zeigen den Abstand.
  1. Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
  2. Es kommt in Tieren, Pflanzen und Pilzen vor.
  3. Seine Sequenz ändert sich langsam, Unterschiede zeigen den Abstand.
Ergebnis:
Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.

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
    Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    Lösung zeigen
    1. Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Der Hai ist ein Knorpelfisch.
    3. Die gleiche Form entstand unabhängig: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  2. ●20
    Igel und Kakteen haben beide Stacheln. Welche Beziehung liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Igelstacheln sind umgebildete Haare.
    2. Kakteendornen sind umgebildete Blätter.
    3. Ähnliche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  3. ★21
    Erbgut von Mensch und Schimpanse stimmt in vergleichbaren Abschnitten zu etwa 98,8 Prozent überein. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wenige Sequenzunterschiede zeigen eine kurze Zeit seit der Trennung.
    2. Beide Linien haben sich seitdem verändert.
    3. Mensch und Schimpanse sind Schwesterarten mit gemeinsamem Vorfahren.
    Ergebnis:
    Beide haben einen recht jungen gemeinsamen Vorfahren.

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. Mensch: K T E R E D L I A Y L K. Gorilla: K T E R A D L I A Y L K. 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
    Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    Lösung zeigen
    1. Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    2. Alle Nachfahren dieser Linie erben es.
    3. Es kennzeichnet die Gruppe der nächsten Verwandten.
    Ergebnis:
    Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  2. ●23
    Was zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    2. Von dort aus entwickelten sich zwei Linien getrennt.
    3. Keine Linie ist höher als die andere.
    Ergebnis:
    Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  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
    Darwin und Wallace kamen 1858 unabhängig zur selben Erklärung. Welche? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide beobachteten große Variation innerhalb von Arten.
    2. Nicht alle Nachkommen überleben und pflanzen sich fort.
    3. Erbliche Merkmale der Erfolgreichen werden häufiger: natürliche Auslese.
    Ergebnis:
    Natürliche Auslese unter erblich verschiedenen Individuen
  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 verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Extreme werden benachteiligt.
    2. Der Mittelwert bleibt, die Kurve wird schmaler.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  4. ●28
    In einer Population von 100 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 39 RR, 32 Rr und 29 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele R: 2 · 39 + 32 = 110, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 110 : 200 = 0,55.
    Ergebnis:
    p = 0,55
  5. ●29
    In welcher Population wirkt Gendrift am stärksten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Zufällige Abweichungen gleichen sich bei vielen Individuen aus.
    2. Bei wenigen Individuen fallen sie stark ins Gewicht.
    3. Drift wirkt in kleinen Populationen am stärksten.
    Ergebnis:
    In einer kleinen Population
  6. ●30
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

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.

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
    Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.

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

    32
    Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Rekombination

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

    33
    Ein harter Frost tötet vor allem Pflanzen mit dünner Rinde. Was ist der Frost? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist

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

    34
    In einer Population von 50 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 44 BB, 4 Bb und 2 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,92

  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
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen

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

    37
    Welches Kriterium spricht für Homologie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Gleiche Lage im Bauplan des Körpers

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

    38
    Was zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten

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. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  2. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  3. Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.
  4. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  5. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  6. Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.
  7. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  8. Disruptive Selektion
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. p = 0,57
  11. q = 0,57
  12. 0,36
  13. Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  14. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  15. Der Canyon trennte den Genpool; getrennt entstanden zwei Formen.
  16. Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.
  17. Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation
  18. Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  19. Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  20. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  21. Beide haben einen recht jungen gemeinsamen Vorfahren.
  22. Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  23. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Natürliche Auslese unter erblich verschiedenen Individuen
  26. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  27. Stabilisierende Selektion
  28. p = 0,55
  29. In einer kleinen Population
  30. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  31. Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  32. Rekombination
  33. Ein abiotischer Selektionsfaktor, weil er unbelebt ist
  34. p = 0,92
  35. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  36. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  37. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  38. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten