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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

Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln hatten Grundfinken im Mittel größere Schnäbel. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
  2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
  3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
  1. Die Schnabelgröße war erblich verschieden.
  2. In der Dürre blieben vor allem große, harte Samen übrig.
  3. Finken mit großen Schnäbeln überlebten häufiger, ihre Nachkommen hatten größere Schnäbel.
Ergebnis:
Vor allem Finken mit erblich großen Schnäbeln knackten die harten Samen.

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
    Kartoffelkäfer werden von einem Insektengift kaum noch getötet. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. In der Population gab es erblich unempfindliche Käfer.
    2. Das Gift tötete vor allem die empfindlichen.
    3. Die Überlebenden gaben ihre Allele weiter; der Anteil resistenter Käfer stieg.
    Ergebnis:
    Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  3. ★3
    „Der Gepard ist schnell geworden, um Gazellen zu fangen.“ Was fehlt dieser Erklärung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Satz nennt einen Zweck, keine Ursache.
    2. Die Ursache ist: Schnellere Geparde fingen mehr Beute und hatten mehr Junge.
    3. So wurde Schnelligkeit über Generationen häufiger.
    Ergebnis:
    Die Ursache: erbliche Variation und mehr Nachkommen schnellerer Tiere.

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 verändert Allelfrequenzen gerichtet, weil Träger mancher Allele mehr Nachkommen haben? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
  2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
  3. Gerichtet wirkt die Selektion.
  1. Gerichtet heißt: abhängig vom Merkmal.
  2. Gendrift ist zufällig, Mutation erzeugt nur Variation.
  3. Gerichtet wirkt die Selektion.
Ergebnis:
Selektion

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
    Geschwister haben dieselben Eltern und sehen doch verschieden aus. Welcher Evolutionsfaktor erklärt das vor allem? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    Lösung zeigen
    1. Jede Keimzelle erhält eine neue Mischung der elterlichen Chromosomen.
    2. Bei der Befruchtung kommen zwei solche Mischungen zusammen.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  2. ●5
    Wann entsteht eine Mutation, die Bakterien gegen ein Antibiotikum resistent macht? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sind Fehler beim Kopieren oder Schäden der DNA.
    2. Mutationen entstehen ungerichtet, unabhängig vom Nutzen.
    3. Das Antibiotikum liest erst danach aus.
    Ergebnis:
    Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  3. ★6
    Welcher Evolutionsfaktor unterbricht den Genfluss zwischen zwei Teilpopulationen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Genfluss ist der Austausch von Allelen durch Fortpflanzung.
    2. Wird er unterbrochen, sind die Genpools getrennt.
    3. Das bewirkt die Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation

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

Welche Selektionsform kann eine Population in zwei Gruppen aufspalten? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Beide Extreme werden begünstigt.
  2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
  3. Das ist disruptive Selektion.
  1. Beide Extreme werden begünstigt.
  2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
  3. Das ist disruptive Selektion.
Ergebnis:
Disruptive Selektion

AchtungSelektionsformen verwechselt

So nicht
Die Mitte wird begünstigt, also transformierende Selektion.
So richtig
Die Mitte wird begünstigt und die Streuung kleiner: stabilisierende Selektion.

Zeichne die Verteilung vorher und nachher: Bleibt der Mittelwert, wandert er, oder entstehen zwei Gipfel?

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Extreme werden benachteiligt.
    Lösung zeigen
    1. Die Extreme werden benachteiligt.
    2. Der Mittelwert bleibt, die Kurve wird schmaler.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    Ist Konkurrenz um Nahrung zwischen Artgenossen ein biotischer oder ein abiotischer Selektionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Biotisch sind Einflüsse durch Lebewesen.
    2. Konkurrenten sind Artgenossen, also Lebewesen.
    3. Konkurrenz ist ein biotischer Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  3. ★9
    Sehr leichte und sehr schwere Neugeborene haben geringere Überlebenschancen als mittelschwere. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird der Mittelwert.
    2. Beide Ränder der Verteilung werden seltener.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

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

Auflösung

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

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

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

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 25 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 20 RR, 3 Rr und 2 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele R: 2 · 20 + 3 = 43, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 43 : 50 = 0,86.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele R: 2 · 20 + 3 = 43, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 43 : 50 = 0,86.
Ergebnis:
p = 0,86

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 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 13 RR, 2 Rr und 10 rr. Welchen Anteil haben die Allele r 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 r: 2 · 10 + 2 = 22, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 22 : 50 = 0,44.
    Ergebnis:
    q = 0,44
  2. ●11
    In einer Population von 25 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 16 GG, 2 Gg und 7 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele G: 2 · 16 + 2 = 34, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 34 : 50 = 0,68.
    Ergebnis:
    p = 0,68
  3. ★12
    Für eine große Population von Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele G haben im Genpool den Anteil p = 0,1. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp gg?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,1 = 0,9.
    2. Der Genotyp gg hat den Anteil q².
    3. q² = 0,9 · 0,9 = 0,81.
    Ergebnis:
    0,81

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 gehört nach dem populationsgenetischen Artbegriff zu einer Art? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Der populationsgenetische Artbegriff stellt den Genpool in den Mittelpunkt.
  2. Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft.
  3. Die Mitglieder haben gemeinsam fruchtbare Nachkommen.
  1. Der populationsgenetische Artbegriff stellt den Genpool in den Mittelpunkt.
  2. Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft.
  3. Die Mitglieder haben gemeinsam fruchtbare Nachkommen.
Ergebnis:
Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können

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
    Welcher Vorgang ist ein Beispiel für geografische Isolation? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Geografische Isolation trennt Gebiete.
    Lösung zeigen
    1. Geografische Isolation trennt Gebiete.
    2. Der Fluss verhindert, dass sich Käfer beider Ufer treffen.
    3. Unterschiedlicher Gesang wäre eine andere Form der Isolation, Fressen ist Selektion.
    Ergebnis:
    Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  2. ●14
    Was ist Genfluss? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wandern Tiere zwischen Populationen und pflanzen sich fort, nehmen sie Allele mit.
    2. Das gleicht Genpools an.
    3. Isolation unterbricht den Genfluss.
    Ergebnis:
    Austausch von Allelen zwischen Populationen
  3. ★15
    Chihuahua und Dogge sehen sehr verschieden aus. Gehören sie zu einer Art? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Alle Haushunde können sich mit anderen Hunden fruchtbar kreuzen.
    2. Über Zwischengrößen gibt es Genfluss zwischen allen Rassen.
    3. Alle Haushunde bilden eine Art.
    Ergebnis:
    Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.

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
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
    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
  2. ●17
    Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
    2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
    3. Seine Fitness ist 0.
    Ergebnis:
    Null, weil er keine Allele weitergibt
  3. ★18
    Kuckuckseier ähneln den Eiern der Wirtsvögel, und die Wirtsvögel erkennen fremde Eier immer besser. Wie heißt dieser Vorgang? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wirte, die Kuckuckseier erkennen, ziehen mehr eigene Junge groß.
    2. Kuckucke mit besser getarnten Eiern haben mehr Erfolg.
    3. Beide wirken aufeinander als Selektionsfaktor.
    Ergebnis:
    Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt

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
    Warum eignet sich Cytochrom c für Verwandtschaftsvergleiche über große Abstände? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Cytochrom c ist Teil der Atmungskette.
    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.
  2. ●20
    Die Beckenknochen von Walen sind winzig und nicht mit der Wirbelsäule verbunden. Was zeigen sie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Rudimente sind zurückgebildete Organe.
    2. Das Walbecken liegt dort, wo bei Landsäugern das Becken liegt.
    3. Es ist homolog und belegt die Abstammung.
    Ergebnis:
    Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren
  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

Ist ein Bakterium „weniger entwickelt“ als ein Mensch? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  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.
  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.

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○22
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: K T E R E D L I A Y L K. Gorilla: K T E R A D L I A Y L K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    Lösung zeigen
    1. Beide Sequenzen haben 12 Positionen.
    2. Position für Position vergleichen und jede Abweichung markieren.
    3. Es gibt 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1
  2. ●23
    Was bedeutet es, wenn zwei Arten in einem Stammbaum Schwesterarten sind? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schwesterarten teilen sich einen Knoten im Stammbaum.
    2. Dieser Knoten ist ihr jüngster gemeinsamer Vorfahr.
    3. Keine der beiden stammt von der anderen ab.
    Ergebnis:
    Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  3. ★24
    Hund, Maus und Mensch haben Haare, die Eidechse nicht. Was ist das Merkmal „Haare“ im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Haare entstanden einmal beim Vorfahren der Säugetiere.
    2. Alle Säugetiere erbten sie.
    3. Haare sind ein abgeleitetes Merkmal dieser Gruppe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Stoßzahnlosigkeit ist erblich und kam schon vorher selten vor.
    2. Die Wilderei wirkte als Selektionsfaktor gegen Tiere mit Stoßzähnen.
    3. Der Anteil der stoßzahnlosen Kühe stieg.
    Ergebnis:
    Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen 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
    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
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    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
  5. ●29
    In einer Population von 20 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 15 CC, 4 Cc und 1 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele c: 2 · 1 + 4 = 6, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 6 : 40 = 0,15.
    Ergebnis:
    q = 0,15
  6. ●30
    Wenige Siedler gründen auf einer Insel eine neue Population. Wie heißt die Wirkung auf den Genpool? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die wenigen Gründer tragen nur einen kleinen Teil der Allele der Ursprungspopulation.
    2. Die Allelfrequenzen weichen zufällig ab.
    3. Das heißt Gründereffekt.
    Ergebnis:
    Gründereffekt

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.

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

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

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

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

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

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

AchtungHeterozygote voll gezählt

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

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

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

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

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

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

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

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

AchtungÄhnlichkeit im Aussehen mit Verwandtschaft gleichgesetzt

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

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

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

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

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

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.

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

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

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

    33
    Welche Selektionsform verringert die Streuung um den Mittelwert, ohne ihn zu verschieben? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 20 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 10 BB, 2 Bb und 8 bb. Welchen Anteil haben die Allele B im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,55

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

    35
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    In getrennten Gebieten

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

    36
    Was misst die reproduktive Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation

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

    37
    Die Vordergliedmaßen von Mensch, Wal und Fledermaus haben denselben Knochenbauplan, aber verschiedene Funktionen. Wie heißen solche Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Homologe Organe

  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. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  3. Die Ursache: erbliche Variation und mehr Nachkommen schnellerer Tiere.
  4. Rekombination bei Meiose und Befruchtung
  5. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  6. Isolation
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Biotisch, weil andere Lebewesen ihn ausmachen
  9. Stabilisierende Selektion
  10. q = 0,44
  11. p = 0,68
  12. 0,81
  13. Ein neuer Flusslauf teilt den Lebensraum einer Käferpopulation.
  14. Austausch von Allelen zwischen Populationen
  15. Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  16. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  17. Null, weil er keine Allele weitergibt
  18. Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt
  19. Fast alle Lebewesen mit Zellatmung haben es, und es wandelt sich langsam.
  20. Rudimente, homolog zum Becken landlebender Vorfahren
  21. Oberarm, Elle, Speiche und Finger liegen wie bei Landsäugern
  22. Unterschiede: 1
  23. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.
  24. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere
  25. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  26. Ein vielfach geprüftes Erklärungsgebäude, das viele Befunde verbindet
  27. Mutation
  28. Transformierende Selektion
  29. q = 0,15
  30. Gründereffekt
  31. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  32. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  33. Stabilisierende Selektion
  34. p = 0,55
  35. In getrennten Gebieten
  36. Den Beitrag eines Individuums an Nachkommen zur nächsten Generation
  37. Homologe Organe
  38. Beide gehen auf denselben jüngsten gemeinsamen Vorfahren zurück.