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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

Hunderassen unterscheiden sich stark. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Merkmale der Hunde waren erblich verschieden.
  2. Der Mensch wählte aus, wer sich fortpflanzte: künstliche Selektion.
  3. So wurden die erwünschten Allele in jeder Rasse häufiger.
  1. Die Merkmale der Hunde waren erblich verschieden.
  2. Der Mensch wählte aus, wer sich fortpflanzte: künstliche Selektion.
  3. So wurden die erwünschten Allele in jeder Rasse häufiger.
Ergebnis:
Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.

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
    Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Flügelform war erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    1. Die Flügelform war erblich verschieden.
    2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
    3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
    Ergebnis:
    Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  2. ●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
    „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

Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Es entstehen keine neuen Allele.
  2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
  3. Das ist Rekombination.
  1. Es entstehen keine neuen Allele.
  2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
  3. Das ist Rekombination.
Ergebnis:
Rekombination

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. ○4
    Was ist eine Population im Sinne der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Evolution verändert Allelfrequenzen.
    Lösung zeigen
    1. Evolution verändert Allelfrequenzen.
    2. Allele werden nur innerhalb einer Fortpflanzungsgemeinschaft ausgetauscht.
    3. Diese Gemeinschaft in einem Gebiet ist die Population.
    Ergebnis:
    Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  2. ●5
    Welcher Evolutionsfaktor erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  3. ★6
    Ein Satz lautet: „Mutation schlägt vor, Selektion entscheidet.“ Was ist daran richtig? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutation liefert ungerichtet neue Varianten.
    2. Die Umwelt entscheidet über den Fortpflanzungserfolg ihrer Träger.
    3. Die Selektion ändert so die Häufigkeiten.
    Ergebnis:
    Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.

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

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. ○7
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
    Lösung zeigen
    1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
    2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
    3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  2. ●8
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★9
    Ein Antibiotikum wird zu niedrig dosiert. Wie wirkt das auf die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine niedrige Dosis tötet nur die empfindlichsten Bakterien.
    2. Mäßig resistente überleben und vermehren sich.
    3. Das ist transformierende Selektion in Richtung Resistenz.
    Ergebnis:
    Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.

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 100 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 74 BB, 8 Bb und 18 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele B: 2 · 74 + 8 = 156, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 156 : 200 = 0,78.
  1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
  2. Allele B: 2 · 74 + 8 = 156, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 156 : 200 = 0,78.
Ergebnis:
p = 0,78

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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 5 RR, 16 Rr und 29 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 · 29 + 16 = 74, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 74 : 100 = 0,74.
    Ergebnis:
    q = 0,74
  2. ●11
    In einer Population von 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 2 BB, 15 Bb und 8 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele b: 2 · 8 + 15 = 31, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 31 : 50 = 0,62.
    Ergebnis:
    q = 0,62
  3. ★12
    Für eine große Population von Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele R haben im Genpool den Anteil p = 0,1. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp RR?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,1 = 0,9.
    2. Der Genotyp RR hat den Anteil p².
    3. p² = 0,1 · 0,1 = 0,01.
    Ergebnis:
    0,01

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

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

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

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

BeispielIsolation und Artbildung

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.

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○13
    Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    Lösung zeigen
    1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
    2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
    3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
    Ergebnis:
    Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  2. ●14
    Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
    2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
    3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
    Ergebnis:
    Eine geografische Barriere trennt die Population.
  3. ★15
    Warum 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.

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 Pfau trägt ein großes Rad, das Weibchen anzieht, aber auch Fressfeinde. Was zeigt das für die Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Rad kostet Energie und erhöht das Risiko.
  2. Es bringt aber deutlich mehr Paarungen.
  3. Fitness misst Nachkommen, nicht Lebensdauer.
  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.

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 Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    2. Sechs fortpflanzungsfähige Junge sind mehr als zwei.
    3. Die Körpergröße spielt dabei keine Rolle.
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  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

Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
  2. Der Hai ist ein Knorpelfisch.
  3. Die gleiche Form entstand unabhängig: Analogie.
  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

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
    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

Pferd, Fledermaus und Taube: Wer ist mit der Fledermaus am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★24
    In einem Stammbaum werden die Äste an einem Knoten vertauscht. Der Schimpanse steht jetzt außen neben dem Gorilla statt neben dem Menschen. Ändert sich die Verwandtschaft? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Stammbaum lässt sich an jedem Knoten drehen wie ein Mobile.
    2. Die Knoten und damit die gemeinsamen Vorfahren bleiben gleich.
    3. Die Verwandtschaft ändert sich nicht.
    Ergebnis:
    Nein, man liest sie an den Knoten, nicht an der Reihenfolge.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
    2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
    3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
    Ergebnis:
    Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  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
    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
  4. ●28
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln überlebten vor allem Grundfinken mit großen Schnäbeln; der mittlere Schnabel wurde größer. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
    2. Der Mittelwert verschiebt sich.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 40 CC, 5 Cc und 5 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele C: 2 · 40 + 5 = 85, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 85 : 100 = 0,85.
    Ergebnis:
    p = 0,85
  6. ●30
    Ein Allel geht in einer kleinen Population durch Zufall verloren. Was bedeutet das für die genetische Vielfalt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein verlorenes Allel fehlt im Genpool.
    2. Es kommt nur durch eine neue Mutation zurück.
    3. Die Vielfalt sinkt.
    Ergebnis:
    Die genetische Vielfalt nimmt ab.

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

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

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

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?

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
    Welcher Evolutionsfaktor erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutation

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

    33
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 20 GG, 3 Gg und 2 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,86

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

    35
    Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Austausch von Allelen zwischen Populationen

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

    36
    Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.

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

    37
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. 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
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

  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. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  2. Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Artgenossen in einem Gebiet, die sich miteinander fortpflanzen
  5. Mutation
  6. Mutation ist ungerichtet; Selektion bestimmt, welche Varianten häufiger werden.
  7. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  8. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  9. Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.
  10. q = 0,74
  11. q = 0,62
  12. 0,01
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Eine geografische Barriere trennt die Population.
  15. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  16. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  17. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  18. Die Kosten der Verteidigung steigen schneller als der Gewinn an Nahrung.
  19. Homologe Organe
  20. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  21. länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück
  22. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  23. Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  24. Nein, man liest sie an den Knoten, nicht an der Reihenfolge.
  25. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  26. Verwandte Arten haben ähnlichere DNA als entfernt verwandte Arten.
  27. Neutral oder nachteilig, selten vorteilhaft
  28. Transformierende Selektion
  29. p = 0,85
  30. Die genetische Vielfalt nimmt ab.
  31. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  32. Mutation
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,86
  35. Austausch von Allelen zwischen Populationen
  36. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  37. Unterschiede: 1
  38. Unterschiede: 1