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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

Giraffen haben sehr lange Hälse. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Wale haben nur noch winzige Reste von Hinterbeinen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Größe der Hinterbeine war erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●2
    Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Resistenzallel gab es zufällig schon vor dem Gift.
    2. Das Gift tötete vor allem Ratten ohne dieses Allel.
    3. Die Überlebenden vermehrten sich, das Allel wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  3. ★3
    „Die Natur hat den Specht mit einem Meißelschnabel ausgestattet.“ Welche Umformulierung ist fachlich korrekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Natur handelt nicht wie ein Planer.
    2. Fachlich richtig sind erbliche Variation und unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg.
    3. So wurde der kräftige Schnabel häufiger.
    Ergebnis:
    Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

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

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

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

BeispielEvolutionsfaktoren

Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
  2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
  3. Das ist eine Mutation.
  1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
  2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
  3. Das ist eine Mutation.
Ergebnis:
Mutation

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Es entstehen keine neuen Allele.
    Lösung zeigen
    1. Es entstehen keine neuen Allele.
    2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination
  2. ●5
    Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
    2. Der Genfluss ist unterbrochen.
    3. Das ist Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation
  3. ★6
    Warum bringt sexuelle Fortpflanzung in einer sich ändernden Umwelt einen Vorteil? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bei sexueller Fortpflanzung werden die Allele zweier Eltern gemischt.
    2. So entstehen viele neue Kombinationen.
    3. Darunter sind eher welche, die zur neuen Umwelt passen.
    Ergebnis:
    Rekombination erzeugt in jeder Generation neue Allelkombinationen.

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

Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
  2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
  3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
  1. Der Parasit ist ein Lebewesen.
  2. Er verringert den Fortpflanzungserfolg mancher Varianten.
  3. Er ist ein biotischer Selektionsfaktor.
Ergebnis:
Ein biotischer Selektionsfaktor

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
    Larven der Goldrutengallfliege leben in Pflanzengallen. Kleine Gallen öffnen Schlupfwespen, große öffnen Vögel; mittlere Gallen überleben am besten. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  3. ★9
    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 25 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 21 CC, 3 Cc und 1 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele C: 2 · 21 + 3 = 45, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 45 : 50 = 0,9.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele C: 2 · 21 + 3 = 45, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 45 : 50 = 0,9.
Ergebnis:
p = 0,9

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 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 BB, 26 Bb und 7 bb. Welchen Anteil haben die Allele B 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 B: 2 · 17 + 26 = 60, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 60 : 100 = 0,6.
    Ergebnis:
    p = 0,6
  2. ●11
    In einer Population von 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 23 RR, 1 Rr und 1 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele R: 2 · 23 + 1 = 47, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 47 : 50 = 0,94.
    Ergebnis:
    p = 0,94
  3. ★12
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 14 CC, 19 Cc und 17 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele c: 2 · 17 + 19 = 53, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 53 : 100 = 0,53.
    Ergebnis:
    q = 0,53

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

Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Isolation unterbricht nur den Genfluss.
  2. Mutation, Selektion und Drift verändern die Genpools getrennt.
  3. Erst wenn keine fruchtbare Kreuzung mehr möglich ist, sind es zwei Arten.
  1. Isolation unterbricht nur den Genfluss.
  2. Mutation, Selektion und Drift verändern die Genpools getrennt.
  3. Erst wenn keine fruchtbare Kreuzung mehr möglich ist, sind es zwei Arten.
Ergebnis:
Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.

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
    Chihuahua und Dogge sehen sehr verschieden aus. Gehören sie zu einer Art? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle Haushunde können sich mit anderen Hunden fruchtbar kreuzen.
    Lösung zeigen
    1. Alle Haushunde können sich mit anderen Hunden fruchtbar kreuzen.
    2. Über Zwischengrößen gibt es Genfluss zwischen allen Rassen.
    3. Alle Haushunde bilden eine Art.
    Ergebnis:
    Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  2. ●14
    Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entscheidend ist die Fortpflanzung, nicht das Aussehen.
    2. Der Gesang verhindert die Paarung.
    3. Ohne Genfluss sind es zwei Arten.
    Ergebnis:
    Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  3. ★15
    Eine Barriere trennt zwei Populationen 100 Jahre lang, dann verschwindet sie. Die Tiere paaren sich wieder ohne Einschränkung. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Probe ist die fruchtbare Fortpflanzung.
    2. Die Tiere paaren sich wieder erfolgreich.
    3. Es bleibt eine Art mit gemeinsamem Genpool.
    Ergebnis:
    Es ist keine neue Art entstanden; der Genfluss setzt wieder ein.

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

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?

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
    Lösung zeigen
    1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
    2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
    3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
    Ergebnis:
    Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  2. ●17
    Kuckuckseier ähneln den Eiern der Wirtsvögel, und die Wirtsvögel erkennen fremde Eier immer besser. Wie heißt dieser Vorgang? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wirte, die Kuckuckseier erkennen, ziehen mehr eigene Junge groß.
    2. Kuckucke mit besser getarnten Eiern haben mehr Erfolg.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt
  3. ★18
    Ein Raubtier jagt nicht die größten Beutetiere, sondern meist mittelgroße. Wie erklärt die Kosten-Nutzen-Analyse das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Große Beute bringt viel Energie, kostet aber viel Jagdzeit und Risiko.
    2. Kleine Beute bringt zu wenig.
    3. Den größten Nettogewinn bringt die mittlere Größe.
    Ergebnis:
    Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.

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

Die Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Rudimente sind zurückgebildete Organe.
  2. Das Walbecken liegt dort, wo bei Landsäugern das Becken liegt.
  3. Es ist homolog und belegt die Abstammung.
  1. Rudimente sind zurückgebildete Organe.
  2. Das Walbecken liegt dort, wo bei Landsäugern das Becken liegt.
  3. Es ist homolog und belegt die Abstammung.
Ergebnis:
Rudimente, homolog zum Becken landlebender 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
    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
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Rhesusaffe: G D V E K G K K I F V M. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1
  3. ★21
    Das Gen Pax6 steuert die Augenentwicklung bei Maus und Fliege; das Mausgen kann bei der Fliege Augen auslösen. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Komplexauge und Linsenauge sind verschieden gebaut, also analog.
    2. Das Steuergen ist aber homolog und stammt von einem frühen Vorfahren.
    3. Molekulare Homologie reicht tiefer als die Organe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.

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. Huhn: G D I E K G K K I F V Q. Ente: G D V E K G K K I F V Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
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
    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
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★24
    Im Erbgut heutiger Menschen außerhalb Afrikas stammen etwa 1 bis 4 Prozent vom Neandertaler. Was zeigt das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Neandertaler und moderne Menschen hatten einen gemeinsamen Vorfahren.
    2. Später trafen sie sich in Eurasien wieder und mischten sich.
    3. Ein Stammbaum kann Äste haben, die sich wieder berühren.
    Ergebnis:
    Moderne Menschen und Neandertaler hatten gemeinsame Nachkommen.

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    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. ●26
    Was bedeutet das Wort „Theorie“ in der Biologie, etwa bei der Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Im Alltag heißt Theorie oft Vermutung.
    2. In der Naturwissenschaft verbindet eine Theorie viele geprüfte Befunde.
    3. Die Evolutionstheorie ist so gut belegt wie die Atomtheorie.
    Ergebnis:
    Ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet
  3. ●27
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  4. ●28
    Welche Selektionsform kann eine Population in zwei Gruppen aufspalten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide Extreme werden begünstigt.
    2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
    3. Das ist disruptive Selektion.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 100 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 40 RR, 34 Rr und 26 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele R: 2 · 40 + 34 = 114, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 114 : 200 = 0,57.
    Ergebnis:
    p = 0,57
  6. ●30
    Eine große Population schrumpft durch eine Katastrophe auf wenige Tiere und wächst dann wieder. Wie heißt dieser Effekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Population geht durch einen engen Engpass.
    2. Welche Allele übrig bleiben, entscheidet vor allem der Zufall.
    3. Das heißt Flaschenhalseffekt.
    Ergebnis:
    Flaschenhalseffekt

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.

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?

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.

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

So nicht
Bei der Drift setzt sich das bessere Allel durch.
So richtig
Bei der Drift entscheidet der Zufall. Auch nachteilige Allele können häufig werden, vor allem in kleinen Populationen.

Drift ist Zufall beim Weitergeben der Allele. Drift fragt nicht nach Nutzen und wirkt umso stärker, je kleiner die Population ist.

AchtungHeterozygote voll gezählt

So nicht
p = (AA + Aa) : N
So richtig
p = (2 · AA + Aa) : (2 · N). Ein heterozygotes Individuum trägt nur ein A.

Ein heterozygotes Individuum trägt ein A und ein a. Zähle es für jedes Allel nur einmal und teile durch die doppelte Zahl der Individuen.

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

So nicht
p = 0,7, also sind 70 Prozent AA.
So richtig
AA hat den Anteil p² = 0,49, Aa den Anteil 2pq = 0,42, aa den Anteil q² = 0,09.

Ein Genotyp entsteht aus zwei Allelen. AA hat den Anteil p · p. Aa entsteht auf zwei Wegen und hat den Anteil 2 · p · q.

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

So nicht
Chihuahua und Dogge sehen verschieden aus, also sind es zwei Arten.
So richtig
Beide gehören zu einer Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool. Es ist eine Art.

Nach dem populationsgenetischen Artbegriff entscheidet die fruchtbare Fortpflanzung, nicht das Aussehen.

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

So nicht
Der Mensch stammt vom Schimpansen ab.
So richtig
Mensch und Schimpanse haben einen gemeinsamen Vorfahren. Beide Linien haben sich seitdem verändert.

Heute lebende Arten sind Vettern, keine Vorfahren. Jede Linie hat gleich lange Evolution hinter sich.

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

So nicht
Frosch und Mensch haben beide eine Wirbelsäule, also sind sie eng verwandt.
So richtig
Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller Wirbeltiere. Die Wirbelsäule trennt Frosch und Mensch nicht von Fischen.

Ein Merkmal, das schon der gemeinsame Vorfahr aller hatte, ist ursprünglich. Nähere Verwandtschaft zeigen nur neu entstandene, gemeinsame Merkmale.

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

So nicht
Von 12 Positionen sind 9 gleich, also 9 Unterschiede.
So richtig
Von 12 Positionen sind 3 verschieden. Weniger Unterschiede bedeuten nähere Verwandtschaft.

Geh die Sequenzen Position für Position durch und zähle nur, wo die Buchstaben verschieden sind. Weniger Unterschiede heißt näher verwandt.

Kannst du das?

Je Ziel eine Aufgabe. Rechne sie ins Heft, dann kreuz ehrlich an. Keine Punkte, keine Note – der Test ist für dich.

ÜbenSelbsttest

  1. Ich kann die synthetische Evolutionstheorie von nicht naturwissenschaftlichen Vorstellungen abgrenzen und zielgerichtete, lamarckistische und kreationistische Erklärungen beurteilen.

    31
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.

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

    32
    Wann entsteht eine Mutation, die Bakterien gegen ein Antibiotikum resistent macht? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist

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

    33
    Ein Parasit befällt vor allem Schnecken mit dem häufigsten Schalenmuster. Was ist der Parasit? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein biotischer Selektionsfaktor

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

    34
    In einer Population von 100 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 68 GG, 18 Gg und 14 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,77

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

    35
    Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.

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

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  2. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Rekombination
  5. Isolation
  6. Rekombination erzeugt in jeder Generation neue Allelkombinationen.
  7. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.
  10. p = 0,6
  11. p = 0,94
  12. q = 0,53
  13. Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  14. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  15. Es ist keine neue Art entstanden; der Genfluss setzt wieder ein.
  16. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  17. Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  20. Unterschiede: 1
  21. Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.
  22. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  23. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  24. Moderne Menschen und Neandertaler hatten gemeinsame Nachkommen.
  25. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  26. Ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet
  27. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  28. Disruptive Selektion
  29. p = 0,57
  30. Flaschenhalseffekt
  31. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  32. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  33. Ein biotischer Selektionsfaktor
  34. p = 0,77
  35. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  36. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  37. Gleiche Lage im Bauplan des Körpers
  38. Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen