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Biologie · Klasse 13 · Kapitel

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Vielfalt und Entwicklung des Lebens

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

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

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

Für die Lehrkraft: So erklärte es Lamarck 1809. Darwin erklärte es 1859 anders: Giraffen mit erblich längerem Hals hatten mehr Nachkommen. Die Genetik hat Lamarcks Mechanismus widerlegt. Quelle: Jean-Baptiste de Lamarck (1809): Philosophie zoologique; Charles Darwin (1859): On the Origin of Species

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○ mit Starthilfe, ● für alle, ★ zum Weiterdenken. Du wählst mindestens eine ★-Aufgabe. Du rechnest ins Heft.

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

Zielgerichtete Erklärungen nennen einen Zweck, lamarckistische die Vererbung erworbener Eigenschaften, kreationistische einen Schöpfer. Diese Vorstellungen sind widerlegt oder nicht prüfbar.

BeispielErklärungen einordnen

Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Flügelform war erblich verschieden.
  2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
  3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
  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.

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 Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Blattgröße war erblich verschieden.
    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. ●2
    Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Fellfarbe war erblich verschieden.
    2. Helle Bären wurden auf dem Eis von der Beute später bemerkt.
    3. Helle Bären hatten mehr Nachkommen, ihr Fell wurde häufiger.
    Ergebnis:
    Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  3. ★3
    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.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

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

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

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

BeispielEvolutionsfaktoren

Welcher Evolutionsfaktor unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
  2. Wird er unterbrochen, sind die Genpools getrennt.
  3. Das bewirkt die Isolation.
  1. Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
  2. Wird er unterbrochen, sind die Genpools getrennt.
  3. Das bewirkt die Isolation.
Ergebnis:
Isolation

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 erzeugt völlig neue Allele? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Neue Allele entstehen nur durch Veränderung der DNA.
    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
  2. ●5
    Was bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion erzeugt nichts Neues.
    2. Selektion wirkt auf vorhandene erbliche Unterschiede.
    3. Varianten mit mehr Nachkommen werden häufiger.
    Ergebnis:
    Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  3. ★6
    Eine Punktmutation ändert ein Basentriplett, aber nicht die Aminosäure. Wie wirkt die Selektion auf sie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der genetische Code ist redundant: Mehrere Tripletts codieren dieselbe Aminosäure.
    2. Das Protein ändert sich nicht.
    3. Die Selektion sieht diesen Unterschied nicht; er ist neutral.
    Ergebnis:
    Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.

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

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
    Im Industriegebiet um Manchester wurden im 19. Jahrhundert dunkle Birkenspanner immer häufiger. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Auf rußigen Stämmen waren dunkle Falter besser getarnt.
    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
  2. ●8
    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
  3. ★9
    Warum wirkt bei gleichbleibender Umwelt meist stabilisierende Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auch in stabiler Umwelt entstehen durch Mutation Abweichungen.
    2. Abweichende Varianten haben meist weniger Nachkommen.
    3. Die Selektion hält den Mittelwert fest.
    Ergebnis:
    Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.

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: 10 CC, 11 Cc und 4 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele C: 2 · 10 + 11 = 31, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 31 : 50 = 0,62.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele C: 2 · 10 + 11 = 31, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 31 : 50 = 0,62.
Ergebnis:
p = 0,62

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: 4 BB, 38 Bb und 8 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 · 4 + 38 = 46, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 46 : 100 = 0,46.
    Ergebnis:
    p = 0,46
  2. ●11
    In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 40 GG, 7 Gg und 3 gg. Welchen Anteil haben die Allele g im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele g: 2 · 3 + 7 = 13, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 13 : 100 = 0,13.
    Ergebnis:
    q = 0,13
  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 = 0,6. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp RR?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,6 = 0,4.
    2. Der Genotyp RR hat den Anteil p².
    3. p² = 0,6 · 0,6 = 0,36.
    Ergebnis:
    0,36

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

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

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

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

BeispielIsolation und Artbildung

Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

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. ○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
    Wann ist aus zwei getrennten Populationen eine neue Art geworden? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★15
    Grünlaubsänger leben in einem Ring um das tibetische Hochland. Benachbarte Populationen kreuzen sich, die beiden Enden in Sibirien nicht mehr. Was zeigt das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Entlang des Rings ändern sich die Populationen schrittweise.
    2. An den Enden ist keine Fortpflanzung mehr möglich.
    3. Man sieht Artbildung gleichsam im Raum ausgebreitet.
    Ergebnis:
    Artbildung ist ein gradueller Vorgang mit Übergängen.

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

Kuckuckseier ähneln den Eiern der Wirtsvögel, und die Wirtsvögel erkennen fremde Eier immer besser. Wie heißt dieser Vorgang? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

So nicht
Fit ist das stärkste Tier, das am längsten lebt.
So richtig
Fit ist, wer die meisten fortpflanzungsfähigen Nachkommen hinterlässt.

Fitness zählt Nachkommen, nicht Muskeln oder Lebensjahre. Ein starkes Tier ohne Nachkommen hat die Fitness 0.

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    Lösung zeigen
    1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
    2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
    3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
    Ergebnis:
    Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  2. ●17
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    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
  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

Was ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
  2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
  1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
  2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
Ergebnis:
Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung

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
    Igel und Kakteen haben beide Stacheln. Welche Beziehung liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Igelstacheln sind umgebildete Haare.
    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
  2. ●20
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    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
  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. Hund: A T N E K G K D L V E K. Thunfisch: A T S E K G K D L L Q K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
  1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
  2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
  3. Es gibt 3 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
Ergebnis:
Unterschiede: 3

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Was ist ein abgeleitetes Merkmal? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Abgeleitet heißt: gegenüber dem Vorfahren neu.
    Lösung zeigen
    1. Abgeleitet heißt: gegenüber dem Vorfahren neu.
    2. Ursprünglich heißt: schon beim Vorfahren vorhanden.
    3. Nur neue gemeinsame Merkmale grenzen eine Gruppe ab.
    Ergebnis:
    Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  2. ●23
    Pferd, Fledermaus und Taube: Wer ist mit der Fledermaus am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
    2. Haare und Milchdrüsen sind abgeleitete Merkmale der Säugetiere.
    3. Fledermaus und Pferd sind näher verwandt.
    Ergebnis:
    Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. 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
    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

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
    3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
    Ergebnis:
    Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  2. ●26
    Woran erkennt man, dass eine Aussage naturwissenschaftlich ist? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine naturwissenschaftliche Aussage muss prüfbar sein.
    2. Prüfbar heißt: Es gibt Beobachtungen, die ihr widersprechen würden.
    3. Eine Aussage, zu der alles passt, erklärt nichts.
    Ergebnis:
    Aus ihr folgen Vorhersagen, die an Befunden scheitern könnten
  3. ●27
    Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
    2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
    3. Das ist eine Mutation.
    Ergebnis:
    Mutation
  4. ●28
    Was bedeutet „Survival of the fittest“ fachlich? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „Fit“ heißt hier: passend zur Umwelt.
    2. Gemessen wird am Fortpflanzungserfolg.
    3. Stärke allein zählt nicht.
    Ergebnis:
    Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  5. ●29
    In einer Population von 100 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 89 CC, 4 Cc und 7 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele c: 2 · 7 + 4 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 18 : 200 = 0,09.
    Ergebnis:
    q = 0,09
  6. ●30
    Kann Gendrift ein nachteiliges Allel häufiger machen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Drift fragt nicht nach dem Nutzen.
    2. Ist die Selektion schwach und die Population klein, entscheidet oft der Zufall.
    3. So kann auch ein nachteiliges Allel häufig werden.
    Ergebnis:
    Ja, in kleinen Populationen kann der Zufall es anreichern.

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.

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.

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
    Höhlenfische in Mexiko haben keine funktionsfähigen Augen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.

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

    32
    Was folgt aus dem Satz „Selektion wirkt auf Individuen, Evolution findet in Populationen statt“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.

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

    33
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? 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: 13 GG, 7 Gg und 5 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,66

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

    35
    Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.

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

    36
    Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen

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

    37
    Die Flügel von Vogel und Schmetterling dienen beide dem Fliegen, sind aber völlig verschieden gebaut. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion

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

    38
    Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere

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. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  2. Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  3. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  4. Mutation
  5. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  6. Kaum, das Protein bleibt gleich, die Mutation ist neutral.
  7. Transformierende Selektion
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Gut angepasste Mittelwerte sind im Vorteil, Abweichungen werden seltener.
  10. p = 0,46
  11. q = 0,13
  12. 0,36
  13. Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung
  14. Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können
  15. Artbildung ist ein gradueller Vorgang mit Übergängen.
  16. Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen
  17. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Analogie: verschiedene Herkunft, ähnliche Schutzfunktion
  20. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  21. Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.
  22. Ein neues Merkmal, das erst in einer Linie entstanden ist
  23. Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.
  24. Unterschiede: 1
  25. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  26. Aus ihr folgen Vorhersagen, die an Befunden scheitern könnten
  27. Mutation
  28. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  29. q = 0,09
  30. Ja, in kleinen Populationen kann der Zufall es anreichern.
  31. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  32. Einzelne Tiere ändern sich nicht, die Allelfrequenzen der Population schon.
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,66
  35. Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  36. Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  37. Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  38. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere