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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

Ratten in manchen Städten werden von einem Rattengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
    2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
    3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
    Ergebnis:
    Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. ●2
    Wale haben nur noch winzige Reste von Hinterbeinen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★3
    Wie ist diese Aussage einzuordnen: „Die im Training aufgebauten Muskeln des Vaters erben seine Kinder.“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Muskeln durch Training sind im Leben erworben.
    2. Training verändert nicht die DNA der Keimzellen.
    3. Die Aussage ist lamarckistisch und widerlegt.
    Ergebnis:
    Lamarckistisch: Eine erworbene Eigenschaft soll vererbt werden.

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

Was bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Selektion erzeugt nichts Neues.
  2. Selektion wirkt auf vorhandene erbliche Unterschiede.
  3. Varianten mit mehr Nachkommen werden häufiger.
  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.

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welcher Evolutionsfaktor unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
    Lösung zeigen
    1. Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
    2. Wird er unterbrochen, sind die Genpools getrennt.
    3. Das bewirkt die Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation
  2. ●5
    Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    2. Vererbt wird aber nur, was in Eizelle oder Spermienzelle steht.
    3. Für die Evolution zählen nur Keimbahnmutationen.
    Ergebnis:
    Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  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
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Eine Seite der Verteilung hat mehr Nachkommen.
    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
  2. ●8
    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
  3. ★9
    Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Benachteiligt waren beide Extreme.
    2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

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

Auflösung

Geparde sind sich genetisch so ähnlich wie sonst nur eng verwandte Tiere. Vermutlich überlebten am Ende der letzten Eiszeit nur sehr wenige Tiere. Dieser Flaschenhals hat die Vielfalt im Genpool stark verringert.

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

Jedes Individuum trägt zwei Allele, deshalb zählt man durch 2 · N. Gendrift wirkt zufällig, stark in kleinen Populationen.

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 50 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 28 RR, 19 Rr und 3 rr. Welchen Anteil haben die Allele r im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 3 + 19 = 25, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 25 : 100 = 0,25.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele r: 2 · 3 + 19 = 25, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. q = 25 : 100 = 0,25.
Ergebnis:
q = 0,25

AchtungIndividuen statt Allele gezählt

So nicht
40 von 100 Tieren sind AA, also p = 0,4.
So richtig
100 Tiere tragen 200 Allele. Die A-Allele kommen aus AA und Aa zusammen.

Du hast Tiere gezählt, gefragt sind Allele. Jedes Individuum trägt zwei Allele, und auch die Heterozygoten tragen eines davon.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    In einer Population von 25 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 CC, 5 Cc und 3 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    So fängst du an:
    25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele c: 2 · 3 + 5 = 11, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 11 : 50 = 0,22.
    Ergebnis:
    q = 0,22
  2. ●11
    In einer Population von 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 12 BB, 2 Bb und 11 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele B: 2 · 12 + 2 = 26, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 26 : 50 = 0,52.
    Ergebnis:
    p = 0,52
  3. ★12
    In einer Population von 25 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 13 CC, 8 Cc und 4 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele C: 2 · 13 + 8 = 34, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 34 : 50 = 0,68.
    Ergebnis:
    p = 0,68

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

Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Entscheidend ist die Fortpflanzung, nicht das Aussehen.
  2. Der Gesang verhindert die Paarung.
  3. Ohne Genfluss sind es zwei Arten.
  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.

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
    Wann ist aus zwei getrennten Populationen eine neue Art geworden? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Barriere allein macht noch keine Art.
    Lösung zeigen
    1. Die Barriere allein macht noch keine Art.
    2. Entscheidend ist die Fortpflanzung beim Wiedertreffen.
    3. Ist sie nicht mehr fruchtbar möglich, sind es zwei Arten.
    Ergebnis:
    Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können
  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
    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 Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
  2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
  3. Seine Fitness ist 0.
  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

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
    Was versteht man unter Koevolution? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Bei Koevolution wirkt jede Art auf die andere als Selektionsfaktor.
    Lösung zeigen
    1. Bei Koevolution wirkt jede Art auf die andere als Selektionsfaktor.
    2. Eine Änderung bei der einen Art verändert die Selektion bei der anderen.
    3. So entstehen wechselseitige Angepasstheiten.
    Ergebnis:
    Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  2. ●17
    Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Weibchen rufen vor allem, wenn Verwandte in der Nähe sind.
    2. Verwandte tragen viele gleiche Allele.
    3. Über ihr Überleben gibt der Rufer auch eigene Allele weiter.
    Ergebnis:
    Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  3. ★18
    Pazifische Lachse sterben nach dem einzigen Laichen. Wie lässt sich das unter dem Aspekt der Fitnessmaximierung erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Wanderung zu den Laichplätzen kostet sehr viel Energie.
    2. Eine zweite Wanderung würde kaum gelingen.
    3. Alles in eine Fortpflanzung zu stecken, maximiert hier die Fitness.
    Ergebnis:
    Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.

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 Flügel von Vogel und Schmetterling dienen beide dem Fliegen, sind aber völlig verschieden gebaut. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
  2. Der Insektenflügel ist eine Ausstülpung der Körperwand ohne Knochen.
  3. Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie.
  1. Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
  2. Der Insektenflügel ist eine Ausstülpung der Körperwand ohne Knochen.
  3. Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie.
Ergebnis:
Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion

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
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●20
    Die Kartoffelknolle ist ein Spross, die Süßkartoffel eine Wurzel. Beide speichern Stärke. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Kartoffelknolle trägt Augen, also Knospen: ein Spross.
    2. Die Süßkartoffel ist eine verdickte Wurzel.
    3. Gleiche Funktion bei verschiedener Herkunft ist Analogie.
    Ergebnis:
    Analog, weil sie aus verschiedenen Organen entstanden
  3. ★21
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Champignon: A K D L T G N P V E M S. Mensch: A K D L S G N P I E M S. Mais: S R E L T A N P V D L T. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Champignon verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Champignon und Mensch: 2 Unterschiede.
    2. Champignon und Mais: 7 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Mensch.
    Ergebnis:
    Mensch, weniger Unterschiede (2) heißen nähere Verwandtschaft

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

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.

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    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.
    So fängst du an:
    Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    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
  2. ●23
    Was bedeutet es, wenn zwei Arten in einem Stammbaum Schwesterarten sind? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schwesterarten teilen sich einen Knoten im Stammbaum.
    2. Dieser Knoten ist ihr jüngster gemeinsamer Vorfahr.
    3. Keine der beiden stammt von der anderen ab.
    Ergebnis:
    Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  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
    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 Beobachtung zeigt Evolution, die in kurzer Zeit messbar ist? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Evolution ist die Änderung von Allelfrequenzen in einer Population.
    2. Muskeln und Wachstum ändern nur ein Individuum.
    3. Der steigende Anteil resistenter Bakterien ist Evolution.
    Ergebnis:
    Resistente Bakterien nehmen in einem Krankenhaus über wenige Jahre zu
  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
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    2. Die Häufigkeit verschob sich zu einer Seite.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  5. ●29
    In einer Population von 20 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 4 GG, 2 Gg und 14 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele G: 2 · 4 + 2 = 10, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 10 : 40 = 0,25.
    Ergebnis:
    p = 0,25
  6. ●30
    Was versteht man unter Gendrift? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bei der Fortpflanzung wird nur eine Stichprobe der Allele weitergegeben.
    2. Welche Allele das sind, bestimmt teilweise der Zufall.
    3. Diese zufällige Änderung heißt Gendrift.
    Ergebnis:
    Zufällige Änderung der Allelfrequenzen von Generation zu Generation

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.

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?

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

So nicht
Das Tier warnt, damit die Art erhalten bleibt.
So richtig
Das Warnen setzt sich durch, weil es die Weitergabe eigener Allele fördert, oft über Verwandte.

Selektion wirkt auf Individuen und ihre Allele, nicht auf das Wohl der Art. Frag: Was bringt das Verhalten dem Träger oder seinen Verwandten?

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

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

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

AchtungHeterozygote voll gezählt

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

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

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

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

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

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

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

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

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.

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
    Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.

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

    32
    Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen

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

    33
    Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 100 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 38 GG, 60 Gg und 2 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,68

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

    35
    Fitis und Zilpzalp sehen fast gleich aus, singen aber verschieden und paaren sich nicht miteinander. Sind es zwei Arten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.

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

    36
    Was versteht man unter Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion

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

    37
    Was zeigen analoge Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen

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

    38
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.
  2. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  3. Lamarckistisch: Eine erworbene Eigenschaft soll vererbt werden.
  4. Isolation
  5. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  6. Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.
  7. Transformierende Selektion
  8. Transformierende Selektion
  9. Stabilisierende Selektion
  10. q = 0,22
  11. p = 0,52
  12. p = 0,68
  13. Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können
  14. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  15. Es ist keine neue Art entstanden; der Genfluss setzt wieder ein.
  16. Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  17. Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  18. Alle Energie in eine einzige Fortpflanzung kann die meisten Nachkommen bringen.
  19. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  20. Analog, weil sie aus verschiedenen Organen entstanden
  21. Mensch, weniger Unterschiede (2) heißen nähere Verwandtschaft
  22. Unterschiede: 1
  23. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  24. Nein, man liest sie an den Knoten, nicht an der Reihenfolge.
  25. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  26. Resistente Bakterien nehmen in einem Krankenhaus über wenige Jahre zu
  27. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  28. Transformierende Selektion
  29. p = 0,25
  30. Zufällige Änderung der Allelfrequenzen von Generation zu Generation
  31. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  32. Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  33. Stabilisierende Selektion
  34. p = 0,68
  35. Ja, zwischen ihnen gibt es keinen Genfluss.
  36. Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  37. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  38. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.