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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

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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 Erwachsene in Nordeuropa vertragen Milch. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
  2. Wo Milchvieh gehalten wurde, war es von Vorteil.
  3. Seine Träger hatten mehr Nachkommen, das Allel wurde häufig.
  1. Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
  2. Wo Milchvieh gehalten wurde, war es von Vorteil.
  3. Seine Träger hatten mehr Nachkommen, das Allel wurde häufig.
Ergebnis:
Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.

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
    Giraffen haben sehr lange Hälse. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Halslänge war erblich verschieden.
    2. Tiere mit längerem Hals hatten Vorteile und mehr Nachkommen.
    3. So stieg der Anteil der Allele für lange Hälse.
    Ergebnis:
    Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  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

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

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
    Wie wirken die meisten Mutationen auf ihren Träger? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Mutationen sind ungerichtet.
    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
  2. ●5
    Was bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion erzeugt nichts Neues.
    2. Selektion wirkt auf vorhandene erbliche Unterschiede.
    3. Varianten mit mehr Nachkommen werden häufiger.
    Ergebnis:
    Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  3. ★6
    Beim Stempelversuch der Lederbergs lagen resistente Kolonien an denselben Stellen, schon bevor die Bakterien das Antibiotikum berührten. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit Samt wurde das Muster der Kolonien auf mehrere Platten übertragen.
    2. Die resistenten Kolonien stammten von Stellen der Platte ohne Antibiotikum.
    3. Mutation ist ungerichtet, die Selektion folgt danach.
    Ergebnis:
    Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.

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
    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
    Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
    2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
    3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Ein biotischer Selektionsfaktor
  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 20 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 15 CC, 4 Cc und 1 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
  2. Allele C: 2 · 15 + 4 = 34, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 34 : 40 = 0,85.
  1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
  2. Allele C: 2 · 15 + 4 = 34, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 34 : 40 = 0,85.
Ergebnis:
p = 0,85

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 50 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 31 RR, 18 Rr und 1 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele R: 2 · 31 + 18 = 80, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 80 : 100 = 0,8.
    Ergebnis:
    p = 0,8
  2. ●11
    In einer Population von 20 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 16 RR, 2 Rr und 2 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 16 + 2 = 34, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 34 : 40 = 0,85.
    Ergebnis:
    p = 0,85
  3. ★12
    In einer Population von 40 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 20 RR, 4 Rr und 16 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 40 Individuen tragen 2 · 40 = 80 Allele.
    2. Allele R: 2 · 20 + 4 = 44, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 44 : 80 = 0,55.
    Ergebnis:
    p = 0,55

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
    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
    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.
  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

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
    Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
    3. Seine Fitness ist 0.
    Ergebnis:
    Null, weil er keine Allele weitergibt
  2. ●17
    Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
    3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  3. ★18
    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

Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
  2. Er geht auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Homologe Organe belegen Verwandtschaft.
  1. Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
  2. Er geht auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Homologe Organe belegen Verwandtschaft.
Ergebnis:
Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

So nicht
Vogelflügel und Insektenflügel dienen dem Fliegen, also sind sie homolog.
So richtig
Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie. Homolog ist ein gleicher Bauplan aus gemeinsamer Abstammung.

Frag nach dem Bau, nicht nach der Aufgabe: Gleicher Bauplan und gleiche Lage sprechen für Homologie, nur gleiche Funktion für Analogie.

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
    Lösung zeigen
    1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
    2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
    3. Die Grabbeine sind analog.
    Ergebnis:
    Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut
  2. ●20
    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
    Je mehr Aminosäuren sich in einem Protein zweier Arten unterscheiden, desto … Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sammeln sich nach der Trennung zweier Linien an.
    2. Je länger die Trennung, desto mehr Unterschiede.
    3. Viele Unterschiede bedeuten entfernte Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück

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. Hund: A T N E K G K D L V E K. Thunfisch: A T S E K G K D L L Q 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 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

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Was zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    Lösung zeigen
    1. Jeder Knoten steht für einen gemeinsamen Vorfahren.
    2. Von dort aus entwickelten sich zwei Linien getrennt.
    3. Keine Linie ist höher als die andere.
    Ergebnis:
    Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  2. ●23
    Pferd, Fledermaus und Taube: Wer ist mit der Fledermaus am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
    2. Haare und Milchdrüsen sind abgeleitete Merkmale der Säugetiere.
    3. Fledermaus und Pferd sind näher verwandt.
    Ergebnis:
    Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  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
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Virus vermehrt sich sehr schnell und mutiert dabei häufig.
    2. Varianten mit Resistenzmutation werden vom Medikament kaum gebremst.
    3. Diese Varianten vermehren sich stärker und werden häufiger.
    Ergebnis:
    Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  2. ●26
    Welche Aussage ist eine überprüfbare Hypothese im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine Hypothese muss an Befunden scheitern können.
    2. Die DNA-Ähnlichkeit lässt sich messen und vergleichen.
    3. Die Messungen bestätigen die Vorhersage.
    Ergebnis:
    Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  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 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 19 RR, 3 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele r: 2 · 3 + 3 = 9, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 9 : 50 = 0,18.
    Ergebnis:
    q = 0,18
  5. ●29
    Geparde sind genetisch sehr einheitlich. Welche Erklärung ist die übliche? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Am Ende der letzten Eiszeit schrumpfte die Gepardenpopulation stark.
    2. Viele Allele gingen dabei zufällig verloren.
    3. Heute sind Geparde genetisch sehr ähnlich.
    Ergebnis:
    Ein Flaschenhals, als vor etwa 10.000 Jahren nur wenige Tiere überlebten
  6. ●30
    Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
    2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
    3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
    Ergebnis:
    Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.

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
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.

  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
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen

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

    34
    In einer Population von 100 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 CC, 48 Cc und 35 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,41

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

    35
    Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Eine geografische Barriere trennt die Population.

  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
    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
    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.
    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. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  2. Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  3. Ein Bauplan sagt keine prüfbaren Muster voraus, gemeinsame Abstammung schon.
  4. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  5. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  6. Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.
  7. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  8. Ein biotischer Selektionsfaktor
  9. Die Selektion hat die Richtung gewechselt, weil die Stämme wieder hell sind.
  10. p = 0,8
  11. p = 0,85
  12. p = 0,55
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  15. Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen
  16. Null, weil er keine Allele weitergibt
  17. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  18. Koevolution mit wechselseitiger Selektion von Räuber und Beute
  19. Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut
  20. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  21. länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück
  22. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  23. Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  26. Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  27. Transformierende Selektion
  28. q = 0,18
  29. Ein Flaschenhals, als vor etwa 10.000 Jahren nur wenige Tiere überlebten
  30. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  31. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  32. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  33. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  34. p = 0,41
  35. Eine geografische Barriere trennt die Population.
  36. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  37. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  38. Unterschiede: 1