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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
    In einem Nationalpark in Mosambik wurden nach einem Bürgerkrieg mit viel Wilderei stoßzahnlose Elefantenkühe häufiger. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Stoßzahnlosigkeit ist erblich und kam schon vorher selten vor.
    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. ●2
    Viele Kakteen haben Dornen statt Blätter. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Blattgröße war erblich verschieden.
    2. Kleine Blätter verdunsten weniger Wasser.
    3. Über viele Generationen wurden aus Blättern Dornen.
    Ergebnis:
    Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  3. ★3
    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.

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

EntdeckenFrage

Werden Bakterien resistent, weil sie das Antibiotikum kennenlernen?

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

Auflösung

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

MerkenVariation und Selektion

Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.

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

BeispielEvolutionsfaktoren

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

AchtungMutation als gezielte Antwort auf Bedarf

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○4
    Durch eine Verwechslung eines Basenpaars entsteht ein neues Allel für die Fellfarbe. Welcher Evolutionsfaktor liegt vor? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
    Lösung zeigen
    1. Die Basenfolge der DNA hat sich verändert.
    2. Dadurch ist ein neues Allel entstanden.
    3. Das ist eine Mutation.
    Ergebnis:
    Mutation
  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
    Beim Stempelversuch der Lederbergs lagen resistente Kolonien an denselben Stellen, schon bevor die Bakterien das Antibiotikum berührten. Was folgt daraus? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mit Samt wurde das Muster der Kolonien auf mehrere Platten übertragen.
    2. Die resistenten Kolonien stammten von Stellen der Platte ohne Antibiotikum.
    3. Mutation ist ungerichtet, die Selektion folgt danach.
    Ergebnis:
    Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.

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

EntdeckenFrage

Warum wurden Nachtfalter in Englands Industriestädten schwarz?

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

Auflösung

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

MerkenFormen der Selektion

Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.

Disruptive Selektion begünstigt beide Extreme und kann eine Population aufspalten.

BeispielSelektionsformen und Selektionsfaktoren

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

AchtungErworbene Eigenschaften als vererbbar gedacht

So nicht
Der Schmied hat starke Arme, also bekommen seine Kinder starke Arme.
So richtig
Training ändert die Muskeln, nicht die DNA der Keimzellen. Vererbt wird nur, was in den Keimzellen steht.

Was ein Lebewesen im Leben erwirbt, steht nicht in seinen Keimzellen. Vererbt werden nur Allele, die es schon von Geburt an trägt.

ÜbenJetzt du

  1. ○7
    Welche Selektionsform kann eine Population in zwei Gruppen aufspalten? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Beide Extreme werden begünstigt.
    Lösung zeigen
    1. Beide Extreme werden begünstigt.
    2. Es entstehen zwei Gipfel in der Verteilung.
    3. Das ist disruptive Selektion.
    Ergebnis:
    Disruptive Selektion
  2. ●8
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Farbe ist erblich, Ruß färbt die Falter nicht.
    2. Vögel finden auffällige Falter schneller.
    3. Der Selektionsfaktor sind die Fressfeinde.
    Ergebnis:
    Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  3. ★9
    Ein Antibiotikum wird zu niedrig dosiert. Wie wirkt das auf die Selektion? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Eine niedrige Dosis tötet nur die empfindlichsten Bakterien.
    2. Mäßig resistente überleben und vermehren sich.
    3. Das ist transformierende Selektion in Richtung Resistenz.
    Ergebnis:
    Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.

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

EntdeckenFrage

Warum stoßen Geparde fremde Hauttransplantate nicht ab?

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

Auflösung

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

MerkenGenpool und Gendrift

Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.

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

BeispielAllelfrequenzen berechnen

In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 14 GG, 21 Gg und 15 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
Schritt für Schritt
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele G: 2 · 14 + 21 = 49, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 49 : 100 = 0,49.
  1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
  2. Allele G: 2 · 14 + 21 = 49, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
  3. p = 49 : 100 = 0,49.
Ergebnis:
p = 0,49

AchtungIndividuen statt Allele gezählt

So nicht
40 von 100 Tieren sind AA, also p = 0,4.
So richtig
100 Tiere tragen 200 Allele. Die A-Allele kommen aus AA und Aa zusammen.

Du hast Tiere gezählt, gefragt sind Allele. Jedes Individuum trägt zwei Allele, und auch die Heterozygoten tragen eines davon.

ÜbenJetzt du

  1. ○10
    In einer Population von 25 Labradorhunden (B für schwarzes, b für braunes Fell) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 17 BB, 6 Bb und 2 bb. Welchen Anteil haben die Allele b im Genpool?
    So fängst du an:
    25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    Lösung zeigen
    1. 25 Individuen tragen 2 · 25 = 50 Allele.
    2. Allele b: 2 · 2 + 6 = 10, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 10 : 50 = 0,2.
    Ergebnis:
    q = 0,2
  2. ●11
    In einer Population von 20 Löwenmäulchen (R für rote, r für weiße Blüten, intermediär vererbt) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 5 RR, 2 Rr und 13 rr. Welchen Anteil haben die Allele R im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 20 Individuen tragen 2 · 20 = 40 Allele.
    2. Allele R: 2 · 5 + 2 = 12, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. p = 12 : 40 = 0,3.
    Ergebnis:
    p = 0,3
  3. ★12
    Für eine große Population von Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) gilt das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Die Allele C haben im Genpool den Anteil p = 0,8. Welchen Anteil der Individuen erwartet man mit dem Genotyp cc?
    Lösung zeigen
    1. q = 1 − 0,8 = 0,2.
    2. Der Genotyp cc hat den Anteil q².
    3. q² = 0,2 · 0,2 = 0,04.
    Ergebnis:
    0,04

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

Darwinfinken auf verschiedenen Galapagosinseln unterscheiden sich in den Schnäbeln. Wie sind diese Arten entstanden? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
  2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
  3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
  1. Finken vom Festland besiedelten getrennte Inseln.
  2. Auf jeder Insel wirkten andere Nahrungsquellen als Selektionsfaktor.
  3. Ohne Genfluss entstanden verschiedene Arten.
Ergebnis:
Isolation auf den Inseln, dann Selektion je nach Nahrung

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
    Chihuahua und Dogge sehen sehr verschieden aus. Gehören sie zu einer Art? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Alle Haushunde können sich mit anderen Hunden fruchtbar kreuzen.
    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.
  2. ●14
    Was bedeutet „allopatrisch“? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. „allo“ heißt anders, „patria“ heißt Heimat.
    2. Die Populationen leben in verschiedenen Gebieten.
    3. Im selben Gebiet hieße es sympatrisch.
    Ergebnis:
    In getrennten Gebieten
  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

Ein Hirsch lebt 15 Jahre, zeugt aber keine Nachkommen. Wie groß ist seine Fitness? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Fitness misst den Fortpflanzungserfolg.
  2. Ohne Nachkommen gibt der Hirsch keine Allele weiter.
  3. Seine Fitness ist 0.
  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

AchtungFitness als Stärke oder langes Überleben verstanden

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

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

ÜbenJetzt du

  1. ○16
    Ein Kaninchen hat sechs Junge, die sich alle fortpflanzen; ein größeres Kaninchen hat zwei. Welches hat die höhere Fitness? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    Lösung zeigen
    1. Fitness misst den Beitrag zur nächsten Generation.
    2. Sechs fortpflanzungsfähige Junge sind mehr als zwei.
    3. Die Körpergröße spielt dabei keine Rolle.
    Ergebnis:
    Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  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
    Belding-Ziesel warnen mit Rufen vor Feinden, obwohl Rufer öfter gefressen werden. Wem nützt das vor allem? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Weibchen rufen vor allem, wenn Verwandte in der Nähe sind.
    2. Verwandte tragen viele gleiche Allele.
    3. Über ihr Überleben gibt der Rufer auch eigene Allele weiter.
    Ergebnis:
    Nahen Verwandten, die viele gleiche 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 Grabbeine von Maulwurf und Maulwurfsgrille sehen ähnlich aus und dienen beide dem Graben. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
  2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
  3. Die Grabbeine sind analog.
  1. Das Maulwurfsbein hat Knochen, das Grillenbein einen Chitinpanzer.
  2. Die ähnliche Form entstand unabhängig durch ähnliche Selektion.
  3. Die Grabbeine sind analog.
Ergebnis:
Analog, als Wirbeltierbein und Insektenbein verschieden gebaut

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 ist eine molekularbiologische Homologie? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
    Lösung zeigen
    1. Gene werden mit kleinen Veränderungen weitervererbt.
    2. Ähnliche Sequenzen gehen auf ein Gen des gemeinsamen Vorfahren zurück.
    3. Das ist eine molekularbiologische Homologie.
    Ergebnis:
    Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung
  2. ●20
    Die Flügel von Vogel und Schmetterling dienen beide dem Fliegen, sind aber völlig verschieden gebaut. Wie sind sie einzuordnen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Der Vogelflügel ist ein umgebildeter Arm mit Knochen.
    2. Der Insektenflügel ist eine Ausstülpung der Körperwand ohne Knochen.
    3. Gleiche Funktion bei verschiedenem Bau ist Analogie.
    Ergebnis:
    Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  3. ★21
    Je mehr Aminosäuren sich in einem Protein zweier Arten unterscheiden, desto … Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Mutationen sammeln sich nach der Trennung zweier Linien an.
    2. Je länger die Trennung, desto mehr Unterschiede.
    3. Viele Unterschiede bedeuten entfernte Verwandtschaft.
    Ergebnis:
    länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück

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

Wal, Thunfisch und Flusspferd: Wer ist mit dem Wal am nächsten verwandt? Begründe die Wahl.
Schritt für Schritt
  1. Wale sind Säugetiere mit Lunge und Milchdrüsen.
  2. Sequenzvergleiche stellen sie neben die Flusspferde.
  3. Die Ähnlichkeit zum Thunfisch ist Analogie.
  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

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
    Welche Merkmale begründen eine Gruppe enger Verwandter im Stammbaum? Begründe die Wahl.
    So fängst du an:
    Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    Lösung zeigen
    1. Ein neues Merkmal entsteht einmal in einer Linie.
    2. Alle Nachfahren dieser Linie erben es.
    3. Es kennzeichnet die Gruppe der nächsten Verwandten.
    Ergebnis:
    Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  2. ●23
    Stammt der Mensch vom Schimpansen ab? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Heutige Schimpansen sind keine Vorfahren, sondern Vettern.
    2. Beide Linien trennten sich vor etwa 5 bis 7 Millionen Jahren.
    3. Beide haben sich seitdem verändert.
    Ergebnis:
    Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  3. ★24
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Huhn: G D I E K G K K I F V Q. Ente: G D V E K G K K I F V 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 1 Positionen mit verschiedenen Aminosäuren.
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

Vermischte Übungen

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

Üben

  1. ●25
    Welche Aussage über Wale ist naturwissenschaftlich prüfbar? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Aus der Abstammung von Landsäugern folgt eine Vorhersage.
    2. Fossile Wale mit Hinterbeinen wurden tatsächlich gefunden.
    3. Die Vorhersage hätte scheitern können. Das macht sie prüfbar.
    Ergebnis:
    Es müsste fossile Wale mit Hinterbeinen geben.
  2. ●26
    Bei Meiose und Befruchtung werden vorhandene Allele neu kombiniert. Wie heißt dieser Evolutionsfaktor? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Es entstehen keine neuen Allele.
    2. Vorhandene Allele werden neu zusammengestellt.
    3. Das ist Rekombination.
    Ergebnis:
    Rekombination
  3. ●27
    In einer Population von 50 Birkenspannern (C für dunkle, c für helle Flügel) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 11 CC, 25 Cc und 14 cc. Welchen Anteil haben die Allele c im Genpool?
    Lösung zeigen
    1. 50 Individuen tragen 2 · 50 = 100 Allele.
    2. Allele c: 2 · 14 + 25 = 53, denn jedes heterozygote Individuum trägt eines.
    3. q = 53 : 100 = 0,53.
    Ergebnis:
    q = 0,53
  4. ●28
    Bei den Amish in Pennsylvania ist das seltene Ellis-van-Creveld-Syndrom viel häufiger als anderswo. Was ist die wahrscheinlichste Ursache? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Die Gemeinschaft geht auf wenige Gründer zurück und heiratet meist untereinander.
    2. Ein Gründer trug das seltene Allel.
    3. Durch Gründereffekt und Drift wurde es häufig.
    Ergebnis:
    Gründereffekt, weil einer der wenigen Gründer das Allel trug
  5. ●29
    Was gehört nach dem populationsgenetischen Artbegriff zu einer Art? Begründe die Wahl.
    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
  6. ●30
    Wann lohnt sich Revierverteidigung nach der Kosten-Nutzen-Analyse? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    1. Verteidigung kostet Energie und birgt Risiken.
    2. Verteidigung lohnt sich nur, wenn sie netto mehr Nachkommen bringt.
    3. Dann wird das Verhalten durch Selektion häufiger.
    Ergebnis:
    Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt

Auf einen Blick

MerkenDas Wichtigste

Evolutionstheorie und Alltagsvorstellungen
Die synthetische Evolutionstheorie erklärt Artwandel mit prüfbaren Ursachen.
Variation und Selektion
Mutation und Rekombination erzeugen ungerichtet erbliche Variation.
Formen der Selektion
Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert, transformierende verschiebt ihn.
Genpool und Gendrift
Der Genpool umfasst alle Allele einer Population.
Isolation und Artbildung
Eine Art ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft mit gemeinsamem Genpool.
Fitness und Verhalten
Fitness ist der Fortpflanzungserfolg, nicht die Kraft.
Homologie und Analogie
Homologie beruht auf gemeinsamer Abstammung, Analogie auf ähnlicher Selektion.
Stammbäume lesen
Ein Stammbaum ist ein Baum, keine Leiter.

AchtungÜbernatürliche Erklärung als naturwissenschaftlich behandelt

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

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

AchtungTheorie als bloße Vermutung verstanden

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

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

AchtungIndividuum statt Population verändert sich

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

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

AchtungSelektionsformen verwechselt

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

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

AchtungVerhalten zum Wohl der Art erklärt

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

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

AchtungGendrift als gerichtet oder bedeutungslos gedacht

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

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

AchtungHeterozygote voll gezählt

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

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

AchtungGenotypfrequenz falsch aus der Allelfrequenz bestimmt

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

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

AchtungArt nach dem Aussehen bestimmt

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

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

AchtungEvolution als Leiter statt als Baum

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

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

AchtungUrsprüngliches Merkmal als Beleg für nahe Verwandtschaft

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

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

AchtungSequenzvergleich falsch gezählt oder gedeutet

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

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

Kannst du das?

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

ÜbenSelbsttest

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

    31
    Viren werden unter einem Medikament gegen das Immunschwächevirus oft unempfindlich. Welche Erklärung entspricht der synthetischen Evolutionstheorie? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.

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

    32
    Ein Sturm verteilt eine Eidechsenpopulation auf zwei weit entfernte Inseln. Welcher Evolutionsfaktor wirkt dadurch zuerst? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Isolation

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

    33
    Welcher Selektionsfaktor wirkt beim Birkenspanner auf die Flügelfarbe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen

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

    34
    In einer Population von 50 Hainschnirkelschnecken (G für gelbe, g für braune Schalen) wurden die Genotypen der Individuen bestimmt: 33 GG, 5 Gg und 12 gg. Welchen Anteil haben die Allele G im Genpool?
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    p = 0,71

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

    35
    Warum entwickeln sich zwei getrennte Teilpopulationen auseinander? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.

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

    36
    Was versteht man unter Koevolution? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion

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

    37
    Was zeigen analoge Organe? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen

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

    38
    Vereinfachter Abschnitt eines Proteins, Modelldaten im Ein-Buchstaben-Code der Aminosäuren. Mensch: K T E R E D L I A Y L K. Gorilla: K T E R A D L I A Y L K. An wie vielen Positionen unterscheiden sich die beiden Sequenzen? Begründe die Wahl.
    Lösung zeigen
    Ergebnis:
    Unterschiede: 1

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. Wilderer töteten vor allem Tiere mit Stoßzähnen; stoßzahnlose bekamen mehr Junge.
  2. Pflanzen mit erblich kleineren Blättern verloren weniger Wasser und vermehrten sich.
  3. Wo Milch getrunken wurde, hatten Träger des Laktase-Allels mehr Kinder.
  4. Mutation
  5. Isolation
  6. Die Resistenzmutationen waren vorher da; das Mittel hat nur ausgelesen.
  7. Disruptive Selektion
  8. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  9. Mäßig resistente Bakterien überleben, die Resistenz verschiebt sich schrittweise.
  10. q = 0,2
  11. p = 0,3
  12. 0,04
  13. Ja, über andere Hunde fließen Allele zwischen ihnen.
  14. In getrennten Gebieten
  15. Selektion gegen Mischlinge verstärkt die Trennung der beiden Gruppen.
  16. Das Kaninchen mit den sechs fortpflanzungsfähigen Jungen
  17. Schnellere Beute begünstigt schnellere Jäger und umgekehrt.
  18. Nahen Verwandten, die viele gleiche Allele tragen
  19. Ähnliche DNA- oder Aminosäuresequenz aus gemeinsamer Abstammung
  20. Analog, entstanden unabhängig für dieselbe Funktion
  21. länger liegt ihr letzter gemeinsamer Vorfahr zurück
  22. Gemeinsame abgeleitete Merkmale
  23. Nein, beide haben einen gemeinsamen Vorfahren vor etwa 6 Millionen Jahren.
  24. Unterschiede: 1
  25. Es müsste fossile Wale mit Hinterbeinen geben.
  26. Rekombination
  27. q = 0,53
  28. Gründereffekt, weil einer der wenigen Gründer das Allel trug
  29. Populationen, die sich fruchtbar fortpflanzen können
  30. Wenn der Gewinn an Fortpflanzungserfolg die Kosten übersteigt
  31. Unter dem Medikament vermehren sich vor allem Varianten mit Resistenzmutation.
  32. Isolation
  33. Vögel, die auf Sicht nach Faltern jagen
  34. p = 0,71
  35. Mutation, Selektion und Drift wirken getrennt, ohne Genfluss.
  36. Wechselseitige Anpassung zweier Arten durch gegenseitige Selektion
  37. Angepasstheit an ähnliche Umweltbedingungen
  38. Unterschiede: 1