Evolution - Biologie learn online

Biologie (Subject) / Evolution (Lesson)

Biologie 2. Semester Abitur

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Evolutionstheorie nach Darwin 1. Variabilität: Die einzelnen Individuen in einer Population sind nie gleich. Sie unterscheiden sich in mehreren Merkmalen. 2. Vererbung: Merkmale sind zu einem gewissen Teil vererbbar. 3. Reproduktion: Alle Lebewesen erzeugen immer mehr Nachkommen, als zu ihrer Arterhaltung notwendig wären. 4. Selektion: Diejenigen Individuen die für die vorhandenen Umweltbedingungen besser angepasst sind als andere, haben einen Selektionsvorteil und überleben häufiger. Dadurch können sie ihre Gene (also auch ihre Merkmale) häufiger in die nächste Generation miteinbringen, als Individuen, die nicht so gut angepasst sind.(der fitteste überlebt und gibt Erbgut weiter) - Lebewesen werden durch die Umwelt angepasst
Evolutionstheorie nach Lamarck - Lebewesen haben einen Vervollkommnungstrieb: inneres Bedürfnis, sich optimal an die Umwelt anzupassen (passen sich aktiv an die Umwelt an) - Gebrauch bzw. Nichtgebrauch von Organen führt zu stärkerer Ausprägung, bzw. zu deren Rückbildung - Erworbene Merkmale werden weitervererbt - Veränderte Umwelt => Lebewesen verändern sich
I. Belege für die Tatsache der Evolution 1) Vergleichende Anatomie - Homologe Organe Organe, die in der Funktion und im Aussehen sehr verschieden sein können, sich aber auf einen gemeinsamen Grundbauplan/die gleiche Stammform zurückführen lassen.
I. Belege für die Tatsache der Evolution 1) Vergleichende Anatomie - Analoge Organe Organe mit verschiedenartigem Grundbauplan/verschiedener Stammform, die sich jedoch durch gleiche Funktion und Anpassung an die Umwelt sehr ähneln können. Ähnliche Umweltbedingungen führten zu ähnlicher Entwicklung.
I. Belege für die Tatsache der Evolution 1) Vergleichende Anatomie - Progressionsreihe Man spricht von einer Progressionsreihe, wenn man durch den Vergleich von Organen eine Entwicklung von komplexeren Strukturen erkennen kann. (Stufenweise Höherentwicklung von Organen)
I. Belege für die Tatsache der Evolution 1) Vergleichende Anatomie - Regressionsreihe Entwicklungsreihe, speziell Abwandlungsreihe, bei der homologe Organe Schritt für Schritt einfacher oder in der Zahl reduziert werden. (stetige Rückentwicklung homologer Organe)
I. Belege für die Tatsache der Evolution 1) Vergleichende Anatomie - Konvergenz Unter Konvergenz versteht man die Entwicklung von ähnlichen Merkmalen, die im Laufe der Evolution durch Anpassung an eine ähnliche Funktion und ähnliche Umweltbedingungen ausgebildet werden. (Unabhängige Entwicklung von analogen Organen bei verschiedenen Arten)
Homologiekriterien - 1) Kriterium der Lage Organe sind dann homolog, wenn sie nach Zahl und Anordnung einem gemeinsamen Bauplan zugeordnet werden können. (angeordnet in gleich relativer Lage) Bsp: Gleidmaßen bei Wirbeltieren - Durch Neubildung oder Verschmelzung bestimmter Strukturen wird das Kriterium erschwert
Homologiekriterien - 2) Kriterium der spezifischen Qualität Komplex gebaute Organe sind dann homolog, wenn sie in zahlreichen Einzelheiten des Baus übereinstimmen. Bsp: Haifischschuppen und Wirbeltierzähne
Homologiekriterien - 3) Kriterium der Kontinuität Organe sind dann homolog, wenn sie sich druch Zwischenformen miteinander verbinden lassen. Bsp: Entwicklung des Herzens vom Fisch zum Säuger, Veränderung der Blutkreisläufe der Wirbeltiere, Umbildung des noch fünfstrahligen Fußes des Urpferdes zum stark reduzierten Beinskelett des heutigen Pferdes
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I. Belege für die Tatsache der Evolution 2) Homologien in der Embryonalentwicklung Während der Embryonalentwicklung treten häufig Merkmale Stammesgeschichtlicher Vorfahren auf, die im Adultstadium fehlen. Bsp: Der menschliche Embryo hat in einem frühen Stadium ein Fischherz.
I. Belege für die Tatsache der Evolution 3) Rudimentäre Organe Reste zurückgebildeter Organe (unvollständig ausgeprägt), die funktionslos geworden sind oder eine andere Funktion erhalten haben. Durch die im Laufe der Evolution veränderten Lebensbedingungen wurden manche Organe überflüssig und entwickelten sich zurück, da sie keinen Evolutionsvorteil mehr boten. Bsp: reste der Beine beim Wal, Steißbein beim Menschen
I. Belege für die Tatsache der Evolution 4) Atavismen Es werden Merkmale stammesgeschichtlicher Vorfahren zufällig ausgebildet. Das Merkmal war in der Stammesgeschichte schon einmal vorhanden, ging dann aber irgendwann im Laufe der Evolution phänotypisch verloren. Bsp: - Hypertrichose (Ganzkörperbehaarung; siehe Bild rechts) - Dritte Brustwarze (weist auf eine frühere Milchleiste hin) - überzähliger Huf am Griffelbein des Pferds
I. Belege für die Tatsache der Evolution 5) Befunde aus der Molekularbiologie a) DNA - DNA Hybridisierung ermöglicht den Vergleich des kompletten Genoms zweier Arten. b) Vergleich homologer Basensequenzen bzw. homologer Aminosäuresequenzen verschiedener Arten. - Die Zahl der Unterschiede in den Sequenzen lässt sich als "molekulare Uhren" verwenden. (z.B. Cytochrom C: 1 Mutation / 10 x 10^6 Jahre; für jedes Protein bzw. Gen neu zu eichen) - Proteine des Grundstoffwechsels, bzw. deren zu grunde liegenden Gene haben eine geringe Mutationsrate => es lassen sich Zeiträume von 100 x 10^6 Jahren ermitteln - DNA - Sequenzen mit hoher Mutationsrate (z.B. aus dem nicht-codierenden Bereich) lassen Zeiträume von einigen 10.000 Jahren ermitteln. -für kurze Zeiträume besser geeignet: mitochondirale DNA Vorteile: - mutiert gleichmäßig und schnell (hohe Mutationsrate) - enthält nur wenig Gene -> Mutationen sind Selektionsneutral - wird nur über die Eizelle in die Keimbahn weitergegeben => Unterschiede sind nur bedingt durch Mutationen (keine Meiose, kein Crossing-Over)
I. Belege für die Tatsache der Evolution 6) Belege aus der Immunbiologie - Serum-Präzipitintest: 1. Blutserum eines Menschen o. Tieres (in diesem Fall Mensch), dessen Grad der Verwandtschaft zu anderen Tierarten geklärt werden soll, wird einem beliebigen Testtier (z.B. Kaninchen) gespritzt. Das Kaninchen bildet daraufhin spezifische Antikörper gegen diese Eiweiße des Blutserums. (Antigene) 2. Man entnimmt dem Kaninchen Blut und gewinnt daraus ein Serum (in diesem sind die Antikörper enthalten) 3. Das Serum wird mit dem Menschenblut gemischt und die von dem Kaninchen gebildeten Antikörper reagieren mit den Antigenen des Menschenblutes (bilden Antigen-Antikörper-Komplex -> bekämpfen diese) => es entsteht ein Niederschlag (Ausfällung/Präzipitat), dieser Grad wird gleich 100% gesetzt. 4. Das Kaninchen-Serum wird nun mit dem Blut von mutmaßlichen Verwandten gemischt (z.B. Schimpanse) -> man erhält einen abgeschwächten Niederschlag, da die Antikörper nur mit den Antigenen reagieren, die ihre Bildung verursacht haben. Der Grad der Aufällung beträgt in diesem Fall 85% (=> 85% der Eiweiße stimmen überein mit denen des Menschen), d.h. die Bluteiweiße von Mensch und Schimpanse sind sich ähnlich. Wenn man statt Schimpansenblut das Blut eines Orang-Utan nimmt, beträgt der Grad der Aufällung 42%, d.h. der Schimpanse ist näher mit dem Menschen verwandt. Die Werte der Ausfällung gelten als Maß für den Grad der Eiweißähnlichkeit und somit auch für den Grad der Verwandtschaft. (Je höher die Ausfällung, desto höher die Eiweißgleichheit)
Altersbestimmung von Fossilien - relative Altersbestimmung - vergleichen von Sedimentschichten, bei "ungestörten" Sedimentgesteinen ist die unterste Schicht die älteste - man orientiert sich an Leitfossilien (kennzeichnen durch ihr zeitlich begrenztes Auftreten und weite Verbreitung bestimmte Epochen der Erdgeschichte) um Gesteinsschichten an unterschiedlichen Orten zu untersuchen - alle Sedimentschichten, in denen Leitfossilien (z.B. Ammoniten) zu finden sind und auch alle weiteren darin enthaltenden Fossilien müssen in etwa gleich alt sein => Biostratigrafie - Ermittlung des exakten Alters nicht möglich
Halbwertszeit Die Zeit, in der die Hälfte einer bestimmten Menge eines Radioisotops zerfallen ist. Bsp: Halbwertszeit von C14 beträgt 5730 Jahre. Wenn zu einem bestimmten Zeitpunkt 10 Millionen radioaktive 14C-Atome vorhanden sind, werden es nach 5730 Jahren noch 5 Millionen sein. Nach weiteren 5730 Jahren (also nach insgesamt 11460 Jahren) sind es nur noch 2,5 Millionen...
II. Evolutionsfaktoren 1. Mutation: - Mutationen sind zufällig und ungerichtet. Mutationen schaffen neue Gene. 2. Rekombination: - schafft neue Genotypen (Genkombination). Neukombination der Gene durch: Crossing over, Zufällige Verteilung der homologen Chromosomen in der Meiose, Zufällige Kombination der Keimzellen 3. natürlicher Gentransfer durch Virusinfektion 4. Selektion führt zu einer gerichteten Verschiebung der Allelhäufigkeit in einem Genpool (-> Gesamtheit der Gene in einer Population zu einem bestimmten Zeitpunkt) Wirkungsweise der Selektion: - unterschiedliche Lebenserwartung - unterschiedliche Chancen einen Geschlechtspartner zu finden - unterschiedliche Zahl an Nachkommen - unterschiedliche Generationsdauer
abiotische Selektionsfaktoren 1. Temperatur (Allen- und Bergmannregel) 2. Wind: Selektion flugunfähiger Insekten
biotische Selektionsfaktoren (aus der belebten Umwelt) Bedeutung anderer Lebewesen für die Fitness einer Art: Interspezifisch (Zwischenartlich): - als Konkurrent (ökolog. Nische) - Räuber/Beute: Entwicklung von Abwehrmechanismen der Beute -> Tarntrachten, Waffen (Zähne, Klauen, Stacheln, Gifte, Appetitverderber), Warntrachten/Schrecktrachten, Mimikry (Nachahmung eines anderen wehrhaften oder giftigen Tieres -> Vorbilder müssen häufig vorkommen, Zahl der Nachahmer darf nicht zu groß werden, da sonst die Tarnung und damit der Schutz geringer wird), Mimese (Nachahmung von Lebewesen aus der Natur z.B. Pflanzen) - Parasit/Wirt - Symbiose Intraspezifisch (Innerartlich): - Geschlechtspartner (sexuelle Selektion) - Konkurrent
Sexuelle Selektion - Auswahl eines Sexualpartners anhand von bestimmten Merkmalen (z.B. Gesang bei Singvögeln, Geweihgröße bei Hirschen oder Federkleid der Pfauen) unter dem Effekt der Fitnessmaximierung 1) intersexuelle Selektion: - zwischen den Geschlechtern -> Weibchen wählt - unterschiedliches Aussehen der Geschlechter (Sexualdimorphismus) - Weibchen bevorzugen Männchen mit besonders gut ausgeprägten Merkmalen, da diese am gesündesten sind - Folge oft: auffäligere/stärkere Ausbildung von Merkmalen mit sexuellem Signal-Charakter (Geweihe, Prachtkleider, Imponiergehabe, best. Organe für Rivalenkampf) 2) intrasexuelle Selektion: Selektion innerhalb eines Geschlechts
Koevolution - Wechselseitige Beeinflussung der Evolution zweier Arten durch das gegenseitige Erzeugen von Selektionsdrücken - in der Räuber-Beute und in der Parasit-Wirt-Beziehung führt Koevolution zum evolutionären Wettrüsten - Lebewesen können dann koexistieren, wenn sie verschiedene ökologische Nischen besitzen
Rote-Königin-Prinzip Evolutionäres Wettrüsten, dass zur Auferhaltung des Status Quo (Zustand, wie er jetzt besteht) führt.
II. Evolutionsfaktoren - Gendrift - Zufällige Veränderung der Allelhäufigkeit in einem Genpool - wird durch zufällige Ereignisse wie Naturkatastrophen begünstigt - je kleiner die Population, desto wahrscheinlicher ist Gendrift (geringe Anzahl an Individuen -> Allele können schneller aus dem Genpool verschwinden), der Tod eines Individuums kann große Auswirkungen auf den Genpool der Population haben - Beispiel: Flaschenhalseffekt. Durch ein zufälliges Ereignis, z.B. eine Naturkatastrophe wird die genetische Variabilität in Verbindung mit der zufälligen Änderung der Allelhäufigkeit reduziert. Ein bestimmtes Allel p war bspw. häufiger vertreten als ein anderes q, durch eine Naturkatastrophe wurde die Allelfrequenz ausgeglichen.
Art Lebewesen einer Population, die sich unter natürlichen Bedingungen paaren und fruchtbare Nachkommen erzeugen.
II. Evolutionsfaktoren - Isolation - Vorraussetzung für die Entstehung neuer Arten - Unterbindung des Genaustauschs zwischen Populationen einer Art - Als Folge von Isolation kommt es zur Trennung von Individuen einer Population -> Teilpopulationen entstehen, die sich unabhängig voneinander weiterentwickeln -> neue Arten entstehen
Geografische Isolation - räumliche Trennung von Individuen einer Art durch klimatische Veränderung (Eiszeit, Versteppung), tektonische Veränderungen (Talbildung, Vulkanausbrüche, Plattentektonik, Gebirgsbildung), Meere, Gletscher...
reproduktive Isolation - Gametenisolation: Keimzellen können nicht mehr zusammenkommen/reagieren/ sich nicht erreichen - anatomische Isolation: keine Paarungen mehr möglich, da z.B. die Fortpflanzungsorgane nicht zueinander passen oder es gravierende Unterschiede in der Körpegröße gibt - zeitliche Isolation: unterschiedliche Fortpflanzungszeit - ethologische Isolation: Auslöser für das Paarungsverhalten sind verändert (unterschiedliche Balzrufe, Duftsignale)
präzygotische Isolation Es kommt nicht zur Ausbildung einer Zygote, Paarung bzw. Befruchtung wird verhindert (bspw. durch anatomische Isolation)
postzygotische (metagame) Isolation - Bastardsterblichkeit - Bastardsterilität: bei einer Kreuzung zweier nicht verwandter Arten können Bastarde mit einem ungeraden Chromosomensatz entstehen -> nicht fortpflanzugsfähig. Bsp: Maultier
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genetische Isolation durch Polyploidisierung - Vervielfachung des Chromosomensatzes - führt zur sofortigen Auftrennung des Genpools Polyploidie: mehr als 2 Chromosomensätze sind vorhanden
ökologische Isolation Artaufspaltung durch Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen
Adaptive Radiation Aufspaltung einer Stammart in zahlreiche neue Arten unter Anpassung an verschiedene ökologische Bedingungen. (findet statt wenn genug ökologische Nischen frei sind) Bsp: Verschiedene Finkenarten haben aufgrund von verschiedenen Bedingungen (Futter) unterschiedliche Schnabelformen.
Der Radiationsvorgang a) - Erstbesiedlung der Stammart (unspezialisiert) einer Insel - eigen Evolution nach Intraspezifischer Konkurrenz auf Nachbarinseln da andere ökologische Faktoren, kein Genfluss - bei anschließendem Zusammentreffen beider Arten Koexistenz möglich => allopatrische Artbildung b) - unterschiedliche Nutzung der Ressourcen einer Insel durch andere anatomische Varianten z.B. Schnabelformen, Bildung von Teilpopulationen