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Biologie · Klasse 13 · Kapitel

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Vielfalt und Entwicklung des Lebens

EntdeckenDie Frage zum Kapitel

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

Schreib eine Vermutung auf, bevor du weiterliest.

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

  • Entdecken Frage, Vorstellung, Bild
  • Merken kommt ins Heft
  • Beispiel vorgerechnet, Schritt für Schritt
  • Üben selbst rechnen
  • Achtung typischer Fehler
  • Weiterdenken zum Knobeln und Vernetzen

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

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

EntdeckenFrage

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

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

Auflösung

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

MerkenEvolutionstheorie und Alltagsvorstellungen

Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.

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

BeispielErklärungen einordnen

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

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

So nicht
Die Giraffe bekam einen langen Hals, um an das hohe Laub zu kommen.
So richtig
Giraffen mit erblich längerem Hals fanden mehr Futter und hatten mehr Junge.

Evolution hat kein Ziel. Frag nach der Ursache: Welche erblichen Unterschiede gab es schon vorher, und wer hatte mehr Nachkommen?

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Viele Pinguine haben kurze, steife Flügel, mit denen sie nicht fliegen, aber gut tauchen. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Flügelform war erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    1. Die Flügelform war erblich verschieden.
    2. Im Wasser jagten Tiere mit flossenartigen Flügeln erfolgreicher.
    3. Über viele Generationen wurde diese Flügelform häufiger.
    Ergebnis:
    Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  2. ●2
    Viele Erwachsene in Nordeuropa vertragen Milch. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Ein Allel, das die Laktase auch bei Erwachsenen aktiv lässt, entstand zufällig.
    2. Wo Milchvieh gehalten wurde, war es von Vorteil.
    3. Seine Träger hatten mehr Nachkommen, das Allel wurde häufig.
    Ergebnis:
    Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  3. ★3
    „Die Natur hat den Specht mit einem Meißelschnabel ausgestattet.“ Welche Umformulierung ist fachlich korrekt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Natur handelt nicht wie ein Planer.
    2. Fachlich richtig sind erbliche Variation und unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg.
    3. So wurde der kräftige Schnabel häufiger.
    Ergebnis:
    Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

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

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

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

BeispielEvolutionsfaktoren

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    Lösung zeigen
    1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
    2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
    3. Gerichtet wirkt die Selektion.
    Ergebnis:
    Selektion
  2. ●5
    Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
    2. Der Genfluss ist unterbrochen.
    3. Das ist Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation
  3. ★6
    Warum genügt Selektion allein nicht, um Evolution über lange Zeit zu erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Selektion verringert Variation, weil sie Varianten aussortiert.
    2. Neue Variation entsteht nur durch Mutation, neu gemischt durch Rekombination.
    3. Erst beides zusammen ermöglicht lange Evolution.
    Ergebnis:
    Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.

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

Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Benachteiligt waren beide Extreme.
  2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
  1. Benachteiligt waren beide Extreme.
  2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
  3. Das ist stabilisierende Selektion.
Ergebnis:
Stabilisierende 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
    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.
    So fängst du an:
    Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    Lösung zeigen
    1. Kleine und große Gallen werden benachteiligt.
    2. Begünstigt wird die mittlere Größe.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    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
  3. ★9
    Nach Gesetzen zur Luftreinhaltung in England wurden helle Birkenspanner wieder häufiger. Welche Aussage trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Auf hellen, flechtenbewachsenen Stämmen fallen dunkle Falter auf.
    2. Vögel fressen jetzt mehr dunkle Falter.
    3. Die transformierende Selektion wirkt in die andere Richtung.
    Ergebnis:
    Die Selektion hat die Richtung gewechselt, weil die Stämme wieder hell sind.

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 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 6 BB, 12 Bb und 7 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele B: 2 · 6 + 12 = 24, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 24 : 50 = 0,48.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele B: 2 · 6 + 12 = 24, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 24 : 50 = 0,48.
Ergebnis:
p = 0,48

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 20 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 8 RR, 8 Rr und 4 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 8 + 8 = 24, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 24 : 40 = 0,6.
    Ergebnis:
    p = 0,6
  2. ●11
    In einer Population von 20 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 15 BB, 2 Bb und 3 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele b: 2 · 3 + 2 = 8, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 8 : 40 = 0,2.
    Ergebnis:
    q = 0,2
  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 = 0,3. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp rr?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,3 = 0,7.
    2. Der Genotyp rr hat den Anteil q².
    3. q² = 0,7 · 0,7 = 0,49.
    Ergebnis:
    0,49

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

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

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

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

BeispielIsolation und Artbildung

Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
  2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
  3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
  1. Der Artbegriff verlangt fruchtbare Fortpflanzung.
  2. Bei ausgestorbenen Lebewesen lässt sie sich nicht beobachten.
  3. Man stützt sich dann auf Merkmale des Körperbaus.
Ergebnis:
Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.

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
    Löwe und Tiger können im Zoo Nachkommen haben, in freier Natur paaren sie sich nicht. Was ist für den Artbegriff entscheidend? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der populationsgenetische Artbegriff fragt nach dem gemeinsamen Genpool.
    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.
  2. ●14
    Warum ist Isolation allein noch keine Artbildung? Begründe die Wahl.
    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.
  3. ★15
    Zwei lange getrennte Populationen treffen wieder aufeinander. Die Mischlinge sind wenig fruchtbar. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mischlinge haben wenige Nachkommen.
    2. Tiere, die nur mit der eigenen Gruppe paaren, haben mehr Erfolg.
    3. Die Trennung wird stärker, die Artbildung schreitet fort.
    Ergebnis:
    Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.

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

Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
  2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
  3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
  1. Fitness bezieht sich auf die Weitergabe der eigenen Allele.
  2. Gemessen wird sie an fortpflanzungsfähigen Nachkommen.
  3. Kraft oder Alter zählen nur, wenn sie zu mehr Nachkommen führen.
Ergebnis:
Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation

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
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
    Lösung zeigen
    1. Koevolution braucht eine enge Wechselwirkung zweier Arten.
    2. Nur Falter mit langem Rüssel bestäuben die Orchidee und erreichen so ihren Nektar.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  2. ●17
    Geparde und Gazellen sind beide sehr schnell. Wie lässt sich das erklären? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Langsame Gazellen werden häufiger gefressen.
    2. Langsame Geparde fangen weniger Beute.
    3. Jede Art wirkt auf die andere als Selektionsfaktor: Koevolution.
    Ergebnis:
    Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  3. ★18
    Arbeiterinnen der Honigbiene bekommen keine eigenen Nachkommen. Warum kann sich dieses Verhalten trotzdem halten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Arbeiterinnen ziehen Geschwister groß, darunter neue Königinnen.
    2. Geschwister tragen viele gleiche Allele.
    3. So geben die Arbeiterinnen indirekt eigene Allele weiter.
    Ergebnis:
    Die Arbeiterinnen fördern Schwestern, die viele ihrer Allele tragen.

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
    Delfin und Hai haben eine ähnliche Stromlinienform. Wie ist das einzuordnen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    Lösung zeigen
    1. Der Delfin ist ein Säugetier mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Der Hai ist ein Knorpelfisch.
    3. Die gleiche Form entstand unabhängig: Analogie.
    Ergebnis:
    Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  2. ●20
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: G D V E K G K K I F I M. 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
    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
  3. ★21
    Wale und Fische haben Flossen. Woran zeigt der Knochenbau der Walflosse die Abstammung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In der Walflosse liegen die Knochen eines Säugetierarms.
    2. Die Walflosse ist homolog zum Arm der Landsäuger.
    3. Zur Fischflosse ist sie nur analog.
    Ergebnis:
    Oberarm, Elle, Speiche und Finger liegen wie bei Landsäugern

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

In vergleichbaren DNA-Abschnitten unterscheiden sich die Basen nur um etwa 1,2 Prozent. Der gemeinsame Vorfahr lebte vor rund 6 Millionen Jahren. Der Mensch stammt also nicht vom Schimpansen ab; beide sind Schwesterarten.

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

Verwandtschaft zeigt der jüngste gemeinsame Verzweigungspunkt. Belegt wird sie durch gemeinsame abgeleitete Merkmale.

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

Pferd, Fledermaus und Taube: Wer ist mit der Fledermaus am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
  2. Haare und Milchdrüsen sind abgeleitete Merkmale der Säugetiere.
  3. Fledermaus und Pferd sind näher verwandt.
  1. Flügel von Fledermaus und Taube sind unabhängig entstanden.
  2. Haare und Milchdrüsen sind abgeleitete Merkmale der Säugetiere.
  3. Fledermaus und Pferd sind näher verwandt.
Ergebnis:
Das Pferd, beide sind Säugetiere mit Haaren und Milchdrüsen.

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Fisch, Frosch und Mensch haben eine Wirbelsäule. Zeigt sie, dass Frosch und Mensch näher verwandt sind als mit dem Fisch? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller drei.
    Lösung zeigen
    1. Die Wirbelsäule hatte schon der Vorfahr aller drei.
    2. Die Wirbelsäule unterscheidet keine der drei Gruppen.
    3. Für Frosch und Mensch zeugen erst abgeleitete Merkmale wie vier Gliedmaßen.
    Ergebnis:
    Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.
  2. ●23
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
    2. Sequenzvergleiche stellen sie neben die Flusspferde.
    3. Die Ähnlichkeit zum Thunfisch ist Analogie.
    Ergebnis:
    Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Wal: E E L L K R H G T V V L. Thunfisch: E D L M R K H S S I V L. Flusspferd: E E L L K R H G T I V L. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Wal verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wal und Thunfisch: 7 Unterschiede.
    2. Wal 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
    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.
  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
    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.
  4. ●28
    In einer Population von 20 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 5 GG, 14 Gg und 1 gg. Welchen Anteil haben die Allele g im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele g: 2 · 1 + 14 = 16, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 16 : 40 = 0,4.
    Ergebnis:
    q = 0,4
  5. ●29
    Ein Waldbrand tötet zufällig 90 Prozent einer Käferpopulation, unabhängig von der Farbe. Welcher Faktor verändert hier die Allelfrequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Das Überleben hängt nicht von der Farbe ab.
    2. Die Überlebenden sind eine zufällige Stichprobe.
    3. Das ist Gendrift durch einen Flaschenhals.
    Ergebnis:
    Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  6. ●30
    Was ist der erste Schritt der allopatrischen Artbildung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Allopatrisch heißt: in getrennten Gebieten.
    2. Zuerst unterbricht eine Barriere den Genfluss.
    3. Dann wandeln sich die Teilpopulationen getrennt.
    Ergebnis:
    Eine geografische Barriere trennt die Population.

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.

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.

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

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
    Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.

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

    32
    Welcher Evolutionsfaktor verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Selektion

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

    33
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen

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

    34
    In einer Population von 50 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 23 RR, 8 Rr und 19 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,54

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

    35
    Warum ist der populationsgenetische Artbegriff bei Fossilien schwer anwendbar? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.

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

    36
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt

  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
    Was bedeutet es, wenn zwei Arten in einem Stammbaum Schwesterarten sind? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.

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

Die Frage vom Anfang

EntdeckenRückschau

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

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

Auflösung

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

Wörter

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

Lösungen

  1. Vögel mit erblich kürzeren, steiferen Flügeln tauchten besser und hatten mehr Junge.
  2. Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Selektion
  5. Isolation
  6. Ohne Mutation würde die Variation aufgebraucht, die Selektion braucht.
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Transformierende Selektion
  9. Die Selektion hat die Richtung gewechselt, weil die Stämme wieder hell sind.
  10. p = 0,6
  11. q = 0,2
  12. 0,49
  13. Ob in der Natur Genfluss stattfindet; ohne ihn sind es zwei Arten.
  14. Erst getrennte Veränderungen der Genpools verhindern später die Kreuzung.
  15. Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.
  16. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  17. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  18. Die Arbeiterinnen fördern Schwestern, die viele ihrer Allele tragen.
  19. Analogie durch ähnliche Selektion im Wasser
  20. Unterschiede: 3
  21. Oberarm, Elle, Speiche und Finger liegen wie bei Landsäugern
  22. Nein, alle drei haben sie; hier ist sie ursprünglich.
  23. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  24. Flusspferd, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Ratten mit einem Resistenzallel überlebten das Gift und gaben es weiter.
  26. Resistente Bakterien nehmen in einem Krankenhaus über wenige Jahre zu
  27. Die am besten passenden Varianten haben die meisten Nachkommen.
  28. q = 0,4
  29. Gendrift, weil der Zufall entscheidet, wer überlebt
  30. Eine geografische Barriere trennt die Population.
  31. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  32. Selektion
  33. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  34. p = 0,54
  35. Bei Fossilien lässt sich die Fortpflanzung nicht prüfen.
  36. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  37. Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  38. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.