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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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  • Merken kommt ins Heft
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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

Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
  2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
  3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
  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.

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
    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.
  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

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
    Warum sind Mutationen in Körperzellen für die Evolution ohne Bedeutung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Auch Körperzellen können mutieren, etwa bei Krebs.
    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.
  2. ●5
    Welche Voraussetzung braucht Selektion, damit sich eine Population verändert? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion kann nur auswählen, was es gibt.
    2. Die Unterschiede müssen erblich sein, sonst ändert sich die nächste Generation nicht.
    3. Erbliche Variation ist die Voraussetzung.
    Ergebnis:
    Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  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

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
    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
    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 50 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 43 RR, 2 Rr und 5 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele R: 2 · 43 + 2 = 88, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 88 : 100 = 0,88.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele R: 2 · 43 + 2 = 88, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 88 : 100 = 0,88.
Ergebnis:
p = 0,88

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 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 6 BB, 7 Bb und 12 bb. Welchen Anteil haben die Allele b 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 b: 2 · 12 + 7 = 31, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 31 : 50 = 0,62.
    Ergebnis:
    q = 0,62
  2. ●11
    In einer Population von 20 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 1 GG, 16 Gg und 3 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele G: 2 · 1 + 16 = 18, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 18 : 40 = 0,45.
    Ergebnis:
    p = 0,45
  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 2pq.
    3. 2pq = 2 · 0,6 · 0,4 = 0,48.
    Ergebnis:
    0,48

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

Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
  2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
  3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
  1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
  2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
  3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
Ergebnis:
Eine geografische Barriere trennt die Population.

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
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Isolation unterbricht nur den Genfluss.
    Lösung zeigen
    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.
  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
    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

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

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Was ist mit dem adaptiven Wert eines Verhaltens gemeint? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
    Lösung zeigen
    1. Adaptiv heißt: durch Selektion begünstigt.
    2. Gemessen wird der Beitrag zur Weitergabe der eigenen Allele.
    3. Das ist die ultimate Erklärung eines Verhaltens.
    Ergebnis:
    Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  2. ●17
    Blüten und ihre Bestäuber passen oft genau zueinander, etwa Kolibris und lange, rote Röhrenblüten. Wie ist das entstanden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Blüten mit passender Form wurden besser bestäubt.
    2. Kolibris mit passendem Schnabel erreichten mehr Nektar.
    3. Beide wirkten wechselseitig als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  3. ★18
    Löwenmännchen töten nach der Übernahme eines Rudels oft die Jungen des Vorgängers. Wie lässt sich das evolutionsbiologisch erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Männchen hält ein Rudel nur wenige Jahre.
    2. Ohne Junge werden die Weibchen bald wieder paarungsbereit.
    3. Das Verhalten erhöht die Fitness des neuen Männchens, nicht das Wohl der Art.
    Ergebnis:
    Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.

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 Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
  2. Der Bauplan stammt von einem gemeinsamen Vorfahren.
  3. Die Organe sind homolog.
  1. Oberarm, Elle, Speiche, Handwurzel und Finger liegen gleich.
  2. Der Bauplan stammt von einem gemeinsamen Vorfahren.
  3. Die Organe sind homolog.
Ergebnis:
Homologe Organe

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Die Flügel von Vogel und Schmetterling dienen beide dem Fliegen, sind aber völlig verschieden gebaut. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●20
    Was ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    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
  3. ★21
    Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
    2. Es kommt in Tieren, Pflanzen und Pilzen vor.
    3. Seine Sequenz ändert sich langsam, Unterschiede zeigen den Abstand.
    Ergebnis:
    Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.

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

Krokodil, Eidechse und Vogel: Wer ist mit dem Krokodil näher verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Schuppen sind ein ursprüngliches Merkmal und zeigen keine engere Verwandtschaft.
  2. Krokodile und Vögel teilen abgeleitete Merkmale, etwa den Muskelmagen und Brutpflege.
  3. Krokodile und Vögel sind Schwestergruppen innerhalb der Archosaurier.
  1. Schuppen sind ein ursprüngliches Merkmal und zeigen keine engere Verwandtschaft.
  2. Krokodile und Vögel teilen abgeleitete Merkmale, etwa den Muskelmagen und Brutpflege.
  3. Krokodile und Vögel sind Schwestergruppen innerhalb der Archosaurier.
Ergebnis:
Der Vogel, mit gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen wie dem Muskelmagen

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
    Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
    Lösung zeigen
    1. Alle heute lebenden Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
    2. Jede Linie hat sich seitdem gleich lange entwickelt.
    3. Ein Stammbaum ist keine Leiter mit oben und unten.
    Ergebnis:
    Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  2. ●23
    Was zeigt eine Verzweigung in einem Stammbaum? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Delfin: M S L T D K E K A A V L. Hai: M S I T E Q E K S L I Q. Flusspferd: M S L T E K E K A A V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Delfin verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Delfin und Hai: 7 Unterschiede.
    2. Delfin und Flusspferd: 1 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Flusspferd.
    Ergebnis:
    Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    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.
  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
    Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Es entstehen keine neuen Allele.
    2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination
  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 25 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 20 RR, 4 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 · 20 + 4 = 44, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 44 : 50 = 0,88.
    Ergebnis:
    p = 0,88
  6. ●30
    Warum sind viele Hunderassen häufiger von Erbkrankheiten betroffen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Jede Rasse geht auf wenige Gründertiere zurück.
    2. Oft haben einzelne Rüden sehr viele Nachkommen.
    3. Seltene krankmachende Allele werden durch Drift und Inzucht häufiger.
    Ergebnis:
    Kleine Zuchtpopulationen: Drift und Inzucht machen seltene Allele häufig.

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?

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
    Eisbären haben ein helles Fell. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.

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

    32
    Was bewirkt die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.

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

    33
    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
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 CC, 12 Cc und 28 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,32

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

    35
    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
    Ergebnis:
    Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.

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

    36
    Löwenmännchen töten nach der Übernahme eines Rudels oft die Jungen des Vorgängers. Wie lässt sich das evolutionsbiologisch erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.

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

    37
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. Pferd: G D V K K G K K T F I Q. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 3

  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. Augenlose Mutanten hatten im Dunkeln keinen Nachteil und setzten sich durch.
  3. Lamarckistisch: Eine erworbene Eigenschaft soll vererbt werden.
  4. Nur Mutationen in Keimzellen gelangen zu den Nachkommen.
  5. Erbliche Unterschiede zwischen den Individuen
  6. Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.
  7. Transformierende Selektion
  8. Stabilisierende Selektion
  9. Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.
  10. q = 0,62
  11. p = 0,45
  12. 0,48
  13. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  14. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  15. Artbildung ist ein gradueller Vorgang mit Übergängen.
  16. Sein Beitrag zum Fortpflanzungserfolg seiner Träger
  17. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  18. Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.
  19. Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  20. Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung
  21. Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  22. Nein, beide Linien haben gleich lange Evolution hinter sich.
  23. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Mutanten mit kleineren Hinterbeinen schwammen besser und hatten mehr Junge.
  26. Ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet
  27. Rekombination
  28. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  29. p = 0,88
  30. Kleine Zuchtpopulationen: Drift und Inzucht machen seltene Allele häufig.
  31. Bären mit erblich hellerem Fell jagten erfolgreicher und hatten mehr Junge.
  32. Vorhandene Varianten werden unterschiedlich häufig weitergegeben.
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,32
  35. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  36. Die Weibchen werden schneller paarungsbereit; das Männchen zeugt eigene Junge.
  37. Unterschiede: 3
  38. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere