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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

Giraffen haben sehr lange Hälse. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Die Halslänge war erblich verschieden.
  2. Tiere mit längerem Hals hatten Vorteile und mehr Nachkommen.
  3. So stieg der Anteil der Allele für lange Hälse.
  1. Die Halslänge war erblich verschieden.
  2. Tiere mit längerem Hals hatten Vorteile und mehr Nachkommen.
  3. So stieg der Anteil der Allele für lange Hälse.
Ergebnis:
Tiere mit erblich längerem Hals erreichten mehr Laub und hatten mehr Junge.

AchtungEvolution als zielgerichtet gedacht

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○1
    Hunderassen unterscheiden sich stark. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Merkmale der Hunde waren erblich verschieden.
    Lösung zeigen
    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.
  2. ●2
    Nach einer Antibiotikatherapie sind viele Bakterien resistent. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Resistenzmutationen entstehen zufällig, auch ohne Antibiotikum.
    2. Das Antibiotikum tötet die empfindlichen Bakterien.
    3. Die resistenten bleiben übrig und vermehren sich.
    Ergebnis:
    Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  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 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
    Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
    Lösung zeigen
    1. Die Tiere beider Inseln können sich nicht mehr paaren.
    2. Der Genfluss ist unterbrochen.
    3. Das ist Isolation.
    Ergebnis:
    Isolation
  2. ●5
    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
  3. ★6
    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

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

EntdeckenFrage

Warum wurden Nachtfalter in Englands Industriestädten schwarz?

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

Auflösung

Um 1895 waren bei Manchester fast alle Birkenspanner dunkel. Auf rußigen Stämmen fraßen Vögel vor allem helle Falter. Michael Majerus ließ später fast 5000 Falter frei und bestätigte: Vögel fressen mehr der auffälligen Falter.

MerkenFormen der Selektion

Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.

Disruptive Selektion begünstigt beide Extreme und kann eine Population aufspalten.

BeispielSelektionsformen und Selektionsfaktoren

Beim afrikanischen Purpurastrild überleben Vögel mit kleinen oder großen Schnäbeln besser als mittlere, weil es weiche und harte Samen gibt. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Begünstigt werden beide Ränder.
  2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
  3. Das ist disruptive Selektion.
  1. Begünstigt werden beide Ränder.
  2. Die mittlere Schnabelgröße ist für keine Samenart gut.
  3. Das ist disruptive Selektion.
Ergebnis:
Disruptive Selektion

AchtungSelektionsformen verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Spatzen, die einen Wintersturm überlebt hatten, waren im Mittel weder besonders groß noch besonders klein. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Benachteiligt waren beide Extreme.
    Lösung zeigen
    1. Benachteiligt waren beide Extreme.
    2. Die mittlere Körpergröße hatte den Vorteil.
    3. Das ist stabilisierende Selektion.
    Ergebnis:
    Stabilisierende Selektion
  2. ●8
    Nach einer Dürre auf den Galapagosinseln überlebten vor allem Grundfinken mit großen Schnäbeln; der mittlere Schnabel wurde größer. Welche Selektionsform liegt vor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Begünstigt wird eine Seite der Verteilung.
    2. Der Mittelwert verschiebt sich.
    3. Das ist transformierende Selektion.
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion
  3. ★9
    In einem See fressen Stichlinge entweder Plankton im Freiwasser oder Bodentiere am Grund. Mittlere Formen sind in beiden Nischen schlechter. Was ist zu erwarten? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Beide spezialisierten Formen haben Vorteile.
    2. Die mittleren Formen sind benachteiligt.
    3. Disruptive Selektion trennt die Population in zwei Gruppen.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.

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

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

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

Auflösung

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

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

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

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 25 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 5 CC, 5 Cc und 15 cc. Welchen Anteil haben die Allele C im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele C: 2 · 5 + 5 = 15, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 15 : 50 = 0,3.
  1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
  2. Allele C: 2 · 5 + 5 = 15, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 15 : 50 = 0,3.
Ergebnis:
p = 0,3

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 100 Kartoffelkäfern (R für Resistenz gegen ein Insektengift) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 77 RR, 18 Rr und 5 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    So fängst du an:
    100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele R: 2 · 77 + 18 = 172, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 172 : 200 = 0,86.
    Ergebnis:
    p = 0,86
  2. ●11
    In einer Population von 100 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 34 CC, 60 Cc und 6 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 100 Individuen tragen 2 · 100 = 200 Allele.
    2. Allele c: 2 · 6 + 60 = 72, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 72 : 200 = 0,36.
    Ergebnis:
    q = 0,36
  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 = 0,4. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp gg?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,4 = 0,6.
    2. Der Genotyp gg hat den Anteil q².
    3. q² = 0,6 · 0,6 = 0,36.
    Ergebnis:
    0,36

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

EntdeckenFrage

Wie viele Arten können aus einem einzigen Vogelschwarm entstehen?

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

Auflösung

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

MerkenIsolation und Artbildung

Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.

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

BeispielIsolation und Artbildung

Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
  2. Selektion und Drift wirken verschieden.
  3. Ohne Genfluss gleichen sich die Unterschiede nicht aus.
  1. In jeder Teilpopulation entstehen andere Mutationen.
  2. Selektion und Drift wirken verschieden.
  3. Ohne Genfluss gleichen sich die Unterschiede nicht aus.
Ergebnis:
Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.

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. ○13
    Was gehört nach dem populationsgenetischen Artbegriff zu einer Art? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Der populationsgenetische Artbegriff stellt den Genpool in den Mittelpunkt.
    Lösung zeigen
    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
  2. ●14
    Pferd und Esel bekommen zusammen Maultiere, die unfruchtbar sind. Was folgt für den Artbegriff? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Für eine Art müssen die Nachkommen fruchtbar sein.
    2. Maultiere sind unfruchtbar.
    3. Pferd und Esel gehören zu zwei Arten.
    Ergebnis:
    Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  3. ★15
    Warum entstehen auf abgelegenen Inseln besonders viele Arten, die nur dort vorkommen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Wenige Gründer bringen nur einen Teil der Allele mit.
    2. Die Insel ist isoliert, Drift und neue Selektion wirken stark.
    3. So entstehen schnell eigene Arten.
    Ergebnis:
    Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen

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 Vogel verteidigt ein Revier. Was gehört in eine Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
  2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
  3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
  1. Kosten sind Energie, Zeit und Verletzungsrisiko.
  2. Nutzen sind Nahrung und Chancen auf Nachkommen.
  3. Beides wird in Fortpflanzungserfolg verglichen.
Ergebnis:
Energie und Risiko der Verteidigung gegen Nahrung und Paarungschancen

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. ○16
    Kuckuckseier ähneln den Eiern der Wirtsvögel, und die Wirtsvögel erkennen fremde Eier immer besser. Wie heißt dieser Vorgang? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Wirte, die Kuckuckseier erkennen, ziehen mehr eigene Junge groß.
    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
  2. ●17
    Welches Paar ist ein Beispiel für Koevolution? Begründe die Wahl.
    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
  3. ★18
    Ein Raubtier jagt nicht die größten Beutetiere, sondern meist mittelgroße. Wie erklärt die Kosten-Nutzen-Analyse das? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Große Beute bringt viel Energie, kostet aber viel Jagdzeit und Risiko.
    2. Kleine Beute bringt zu wenig.
    3. Den größten Nettogewinn bringt die mittlere Größe.
    Ergebnis:
    Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.

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

EntdeckenFrage

Wie viel Neandertaler steckt in uns?

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

Auflösung

Menschen außerhalb Afrikas tragen etwa 1 bis 4 Prozent Neandertaler-DNA. Das zeigte das Team von Svante Pääbo durch den Vergleich alter DNA aus Knochen. Pääbo erhielt dafür 2022 den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.

MerkenHomologie und Analogie

Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.

Ähnliche DNA- und Aminosäuresequenzen sind molekularbiologische Homologien. Je weniger Unterschiede, desto kürzer liegt der gemeinsame Vorfahr zurück.

BeispielHomologie und Analogie

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

AchtungHomologie und Analogie verwechselt

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○19
    Was zeigen homologe Organe? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    Lösung zeigen
    1. Homologe Organe haben denselben Grundbauplan.
    2. Er geht auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück.
    3. Homologe Organe belegen Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  2. ●20
    Was zeigen analoge Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Analoge Organe sind verschieden gebaut.
    2. Analoge Organe entstanden unabhängig durch ähnliche Selektion.
    3. Analogie zeigt Angepasstheit, keine Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  3. ★21
    Das Gen Pax6 steuert die Augenentwicklung bei Maus und Fliege; das Mausgen kann bei der Fliege Augen auslösen. Was folgt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Komplexauge und Linsenauge sind verschieden gebaut, also analog.
    2. Das Steuergen ist aber homolog und stammt von einem frühen Vorfahren.
    3. Molekulare Homologie reicht tiefer als die Organe.
    Ergebnis:
    Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.

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

EntdeckenFrage

Wie nah sind Mensch und Schimpanse wirklich verwandt?

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

Auflösung

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

MerkenStammbäume lesen

Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

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

BeispielStammbäume und Verwandtschaft

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
    Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
    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
  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. Schimpanse: K T E R V D L I A Y L K. Mensch: K T E R E D L I A Y L K. Gorilla: K S E R A D L V A Y L K. Welche Art ist nach diesen Daten enger mit der Art Schimpanse verwandt? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schimpanse und Mensch: 1 Unterschiede.
    2. Schimpanse und Gorilla: 3 Unterschiede.
    3. Weniger Unterschiede bedeuten einen jüngeren gemeinsamen Vorfahren, also Mensch.
    Ergebnis:
    Mensch, 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
    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.
  2. ●26
    Manche halten das Auge für zu kompliziert, um durch Evolution entstanden zu sein. Was spricht dagegen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Schon ein Lichtfleck hilft, hell und dunkel zu unterscheiden.
    2. Becheraugen, Lochaugen und Linsenaugen gibt es bei heutigen Tieren.
    3. Jede Stufe war für ihre Träger von Vorteil.
    Ergebnis:
    Heutige Tiere zeigen Zwischenstufen vom Lichtfleck bis zum Linsenauge.
  3. ●27
    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
  4. ●28
    In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 7 GG, 24 Gg und 19 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele G: 2 · 7 + 24 = 38, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 38 : 100 = 0,38.
    Ergebnis:
    p = 0,38
  5. ●29
    Was versteht man unter Gendrift? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Bei der Fortpflanzung wird nur eine Stichprobe der Allele weitergegeben.
    2. Welche Allele das sind, bestimmt teilweise der Zufall.
    3. Diese zufällige Änderung heißt Gendrift.
    Ergebnis:
    Zufällige Änderung der Allelfrequenzen von Generation zu Generation
  6. ●30
    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.

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.

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.

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
    Hunderassen unterscheiden sich stark. Welche Erklärung trifft zu? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.

  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
    Welche Selektionsform verschiebt den Mittelwert eines Merkmals in eine Richtung? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Transformierende Selektion

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

    34
    In einer Population von 100 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 49 RR, 36 Rr und 15 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,67

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

    35
    Wann ist aus zwei getrennten Populationen eine neue Art geworden? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können

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

    36
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen

  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. Rhesusaffe: G D V E K G K K I F V M. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

  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. Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.
  2. Resistente Mutanten gab es schon vorher; nur sie überlebten und vermehrten sich.
  3. Spechte mit erblich kräftigeren Schnäbeln fanden mehr Nahrung und hatten mehr Junge.
  4. Isolation
  5. Isolation
  6. Zufällig, auch wenn kein Antibiotikum da ist
  7. Stabilisierende Selektion
  8. Transformierende Selektion
  9. Disruptive Selektion kann zwei Formen hervorbringen, bis hin zu zwei Arten.
  10. p = 0,86
  11. q = 0,36
  12. 0,36
  13. Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können
  14. Es sind zwei Arten, weil die Nachkommen unfruchtbar sind.
  15. Kleine isolierte Gründerpopulationen, Drift und neue Selektionsbedingungen
  16. Koevolution zwischen Brutparasit und Wirt
  17. Orchidee mit langem Sporn und Falter mit langem Rüssel
  18. Mittelgroße Beute bringt am meisten Energie je Aufwand und Risiko.
  19. Gemeinsame Abstammung von einem Vorfahren
  20. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  21. Ein gemeinsames Steuergen ist älter als beide Augentypen.
  22. Das Flusspferd, wie Sequenzvergleiche und Fossilien zeigen
  23. Einen gemeinsamen Vorfahren, von dem sich zwei Linien trennten
  24. Mensch, weniger Unterschiede (1) heißen nähere Verwandtschaft
  25. Käfer mit erblicher Unempfindlichkeit überlebten das Spritzen und vermehrten sich.
  26. Heutige Tiere zeigen Zwischenstufen vom Lichtfleck bis zum Linsenauge.
  27. Transformierende Selektion
  28. p = 0,38
  29. Zufällige Änderung der Allelfrequenzen von Generation zu Generation
  30. Durch Koevolution: Jede Art war für die andere ein Selektionsfaktor.
  31. Züchter wählten Hunde mit erwünschten erblichen Merkmalen zur Paarung aus.
  32. Selektion
  33. Transformierende Selektion
  34. p = 0,67
  35. Sobald sie sich nicht mehr fruchtbar kreuzen können
  36. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  37. Unterschiede: 1
  38. Ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Säugetiere