Biologie Zusammenfassung 13.2 Frau Trittler

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1 Biologie Zusammenfassung 13.2 Frau Trittler Inhalt Die Entstehung des Evolutionsgedanken Evolutionstheorien nach Darwin und Lamarck Systematik der Lebewesen Artbegriffe Evolutionsfaktoren: Variation Rekombination Mutation Selektion Funktion Arten Selektionsfaktoren Mimikry/ Mimese Gendrift Isolation Zusammenfassung der Synthetischen Evolutionstheorie Adaptive Radiation Belege für Evolution: Homologie/ Analogie GFS: Die C14-Methode zur Altersdatierung Die Entstehung des Evolutionsgedanken Carl von Linné ( ) Unveränderlichkeit der Arten hierarisch aufgebautes System der Lebewesen (systema naturea) George Cuvier ( ) Unveränderlichkeit der Arten erkennte anhand von Fossilien, dass es in früheren Zeiten andere Arten gab Katastrophentheorie (Katastrophen vernichten in größeren Zeitabständen komplette Arten) Jean-Baptiste de Lamarck ( ) Veränderlichkeit der Arten (Lamarckismus) (Lamarck fand fließende Übergänge zwischen Fossilien und den damaligen Arten)

2 Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin Lamarck: Evolution geht von einfachsten Lebewesen aus und gelangt an immer mehr Komplexität Jede Gruppe an Individuen hat eine eigene Entwicklungslinie Der Werdegang zu neuen Arten: 1 Veränderte Verhältnisse der Umwelt der Art 2 Veränderte Bedürfnisse der Art 3 Veränderte Intensität des Gebrauchs von Organen 4 positive/ negative Entwicklung des Organs (genaueres siehe unten) 5 komplexere/ "andere" Lebewesen (Hierbei spielt die Fähigkeit der Individuen zum Erwerb immer höherer Komplexität eine Rolle) 6 Vererbung der erlangten Merkmale (wie z.b. leistungsfähigere Organe) 4 Abschnitt: Der verstärkte Gebrauch eines Organs bewirkt eine Verbesserung desselben, wohingegen der Nichtgebrauch zu Verschlechterung bis hin zum Verschwinden führt Bemerkung zu Lamarck s Evolutionsidee: Nach den Erkenntnissen der modernen Genetik, wissen wir, dass eine Änderung des Phänotypen zu Lebzeiten (z.b. größere Muskeln durch ständigen Gebrauch) keine Veränderung des Erbgutes mit sich zieht - Da das Erbgut jedoch für den Phänotypen der Nachkommen alleine Verantwortlich ist, ist dieser Evolutionsgedanke aus heutiger Sicht wiederlegt. Darwin: Abstammungslehre: Verschiedene Arten haben gemeinsame Vorfahren Selektionstheorie: Es besteht eine natürliche Unterschiedlichkeit zwischen den Individuen einer Art (Variation), wobei diese Unterschiede erblich sind Es werden immer mehr Nachfahren geboren, als ihr Erwachsenenalter erreichen

3 Innerhalb einer Population sowie zwischen verschiedenen Arten im gleichen Lebensraum kommt es regelmäßig zu Existenzkämpfen um Nahrung, Raum, Partner, etc. ( struggle for life ) Hier setzt die natürliche Selektion an: vor allem Individuen mit vorteilhaften Merkmalen haben Erfolg bei dem Existenzkampf und haben somit einen größeren Fortpflanzungserfolg ( survival oft he fittest ) Über viele Generationen werden somit die Individuen mit nachteilhaften Merkmalen verschwinden, wohingegen die Individuen mit vorteilhaften Merkmalen sich durchsetzten werden Individuen einer Art unterscheiden sich in ihren Merkmalen (z.b. Körperbau) minimal (Fachbegriff: Präadaption) Durch den Existenzkampf ("Struggle for life") haben die Individuen mit vorteilhaften Mermalen eine höhere Chance auf Fortpflanzung ("Survival of the Fittest") Über viele Generationen verdrängen die Individuen mit vorteilhaften Ausprägungen die anderen Individuen einer Art Die Systematik der Lebewesen Die Lebewesen auf der Welt wurden mittels eines hierarchischen Systems eingeteilt: I. Rasse Pudel II. Art Haushund (Canis faniliaris) III. Gattung Hunde (Canis) IV. Familie Hundeartige (Caniclae) V. Ordnung Raubtiere (Carnivora) VI. Klasse Säugetiere (Mammalia) VII. Stamm Cordatiere/ Wirbeltiere (Chordata) VIII. Unterreich Vielzeller IX. Reich Tiere (Animalia)

4 Artbegriffe morphologischer Artbegriff: Alle Lebewesen, die untereinander und ihren Nachkommen in wesentlichen Merkmalen übereinstimmen werden unter dem morphologischen Artbegriff zusammengefasst biologischer Artbegriff: Alle Lebewesen, die miteinander fruchtbare Nachkommen zeugen können werden unter dem biologischen Artbegriff zusammengefasst Evolutionsfaktoren Variation Die Variation entsteht vornehmlich durch zwei Zufallsereignisse: Mutation und Rekombination Selektion natürliche Auswahl Funktion: natürliche Selektion ist ein natürlicher Vorgang und wird als Evolutionsfaktor definiert. Prinzipiell setzt er nur am Phänotyp an (bspw. Aussehen, den Ausprägungen der Muskel, etc.) und nie am Genotyp (d.h. an der Gensequenz). Die Selektion geht davon aus, dass es innerhalb einer Population eine gewisse Variation gibt mit unterschiedlichen Phänotypen. Einige Individuen haben vorteilhafte Phänotypen in ihrer Umwelt (größere Fitness) und haben deshalb statistisch gesehen eine größere Chance ihre Allele an die nächste Generation weiterzugeben. Über viele Generationen hinweg wird somit der Genpool von den Allelen der besser angepassten Individuen dominiert. Beispiel: Birkenspanner kommen mit zwei verschiedenen Farben vor (schwarz und weiß siehe Abbildung). Setzt man sie in verdreckten Birkenwäldern (also mit Birken mit schwarzen Rinden) und fängt sie danach wieder ein, so sind die schwarzen Falter überproportional vorhanden, wohingegen in sauberen Birkenwäldern (also mit Briken mit weißen Rinden) die weißen Falter vermehrt auftreten. Arten der Selektion: Stabilisierende Selektion: Extreme Phänotypen werden eliminiert, da sie einen Nachteil in ihrer Umwelt bedeuten. (d.h. die Durchschnittlichen Individuen werden bevorzugt) Bsp.: Sperlinge mit extrem großen oder kleinen Flügeln fallen heftigen Stürmen öfters zum Opfer als Sperlinge mit durchschnittlicher Flügellänge. Somit wirkt sich die Größe der Flügel auf die Flugstabilität aus, wobei überdurchschnittlich große bzw. kleine diese negativ beeinflussen.

5 gerichtete Selektion: Hierbei wird nur ein extremer Phänotyp eliminiert und das andere Extrem wird bevorzugt. Bsp.: Bei Mäusen entscheidet häufig die Fähigkeit zur schnellen Flucht über Leben und Tod. Somit werden Mäuse mit schlechten Fluchtzeiten häufiger gefressen als diejenigen mit schnellen Fluchtzeiten. disruptive Selektion: Hierbei werden die extremen Phänotypen bevorzugt und der Mittelwert benachteiligt. Bsp.: Es gibt eine Vogelgelart in Kamerun, der weißt entweder extrem große oder kleine Schnäbel auf. Dies hat den Grund, dass diejenigen mit großem Schnabel harte Samen gut knacken können und diejenigen mit kleinem Schnabel analog weiche Samen gut knacken können. Diejenigen Vögel mit mittelmäßigen Schnäbeln können beide Samentypen nur schlecht knacken. sexuelle Selektion: Die sexuelle Selektion erzeugt Sexualdimorphismus (d.h. die männlichen und weiblichen Tiere sehen unterschiedlich aus). Dies soll das andere Geschlecht bei der Partnerwahl beeindrucken oder Mitkonkurrenten verschrecken. (z.b. Geweih bei Hirschen, Pfauenstrauß). Meist wirk die sexuelle Selektion der natürlichen Selektion entgegen, da die Merkmale der sexuellen Selektion auf der einen Seite die Fitness des Individuums (Chance auf Nachkommenschaft) erhöhen, andererseits meist keine bessere Anpassung an die Umwelt darstellen. (bspw. besitzt der männliche Paradiesvogel schillernde Schwanzfeder um die weiblichen Artgenossen auf sich aufmerksam zu machen, allerdings ist er so für Fressfeinde weniger getarnt und wird bei der Flucht behindert) Es stellt sich somit meist ein balanzierter Kompromiss zwischen natürlicher und sexueller Selektion ein. Selektionsfaktoren: Prinzipiell gibt es die biotischen und die abiotischen Selektionsfaktoren. Biotische Selektionsfaktoren wirken aus der belebten Natur (bspw. Fressfeinde), wohingegen abiotische Selektionsfaktoren aus der unbelebten Natur einen Selektionsdruck bewirken (bspw. heftige Stürme). Biotische Selektionsfaktoren lassen sich zusätzlich noch in zwischenartliche und innerartliche Faktoren unterscheiden.

6 Mimikry/ Mimese Unter Mimikry versteht man das Nachahmen anderer Tiere (Warntracht) und das damit verbundene Vortäuschen einer Gefahr (z.b. Hornissenschwärmer) Unter Mimese versteht man das Nachahmen der Umwelt zu Tarnungszwecken (z.b. Stabheuschrecke) Hornissenschwärmer Stabheuschrecken Gendrift Unter Gendrift versteht man die zufällige Veränderung der Genfrequenz eines Genpools innerhalb einer Population. Auslöser für den Gendrift sind Zufallsereignisse wie Wirbelstürme. Hierbei kann es vorkommen, dass nach der Katastrophe ein gewisser Phänotyp besonders den Genpool bestimmt, obwohl er davor nur dezent zu erkennen war. Wenn beispielsweise nur ein rotes und ein blaues Männchen überlebt und das eine Männchen besonders viele Nachkommen zeugt, so wird dieser Phänotyp den Genpool besonders prägen. Isolation Artbildung durch geografische Isolation: Durch eine Barriere wird eine Population in zwei Populationen aufgeteilt, die sich dann isoliert (da keine Paarung mehr möglich) voneinander entwickeln bis hin zu eigenständigen Arten. reproduktive Isolation: Prinzipiell kann die Isolation bei der Fortpflanzung an verschiedenen Stellen ansetzen: Vor der Paarung (durch unterschiedliche Merkmale der Individuen), bei der Paarung und bei der Befruchtung. Vor der Paarung: Zeitliche Isolation: Die Individuen treffen sich aufgrund von verschiedenen Tagesabläufen nicht (z.b. Tag-/ Nachtaktive Tiere) Habitatsisolation: lokale Differenzen verhindern die Fortpflanzung Verhaltensisolation: Individuen verlangen bzw. geben unterschiedliche Signale bei der Partnersuche/-wahl

7 Bei der Paarung/ Befruchtung: mechanische Isolation: Veränderte Geschlechtsorgane lassen Paarung nur bei ähnlich veränderten Individuen zu (Schlüssel-Schloss-Prinzip) Keimzellenisolation: Molekulare Unterschiede in den Keimzellen (d.h. Eizelle und Spermium passen nicht zueinander) Nach der Befruchtung: Bastardsterilität: Chromosomenmutation bewirkt unfruchtbare Nachkommen Bastardsterblichkeit: Die Embryonen der Individuen entwickeln sich nicht Bastardzusammenbruch: Eingeschränkte Lebensfähigkeit der Nachkommen Zusammenfassung der Synthetischen Evolutionstheorie Mutation, Rekombination, Gendrift, Isolation und Selektion bewirken eine Veränderung des Genpools einer Population. Die Art verändert sich: durch Selektion passt sie sich besserer Ihrer Umwelt an, durch Isolation entstehen neue Arten. Adaptive Radiation Ist die Entstehung vieler neuer Arten aus einer Stammform durch Einnieschung (neue ökologische Nieschen) in erdgeschichtlich kurzer Zeit. Beispiel: Darwin-Finken: 1. Geographische Isolation zwischen Festland Südamerikas und Galapagosinseln 2. Starke Vermehrung der Finken 3. innerartliche Konkurrenz um Raum und Nahrung 4. Selektionsdruck führt zu Spezialisierung bei der Nahrungssuche 5. Über Generationen entstehen so verschiedene Rassen mit unterschiedlichen Schnäbeln 6. reproduktive Isolation führte bis heute zu 14 verschiedene Galapagosfinkenarten

8 Belege für die Evolution: Analogie/ Homologie Unter Homologie versteht man die Ähnlichkeit von Strukturen im Bauplan verschiedener Lebewesen infolge gemeinsamer Abstammung. Hierbei gibt es verschiedene Homologiekriterien, die bestimmen, ob Strukturen homolog sind oder nicht: Es gibt das Kriterium der Lage, der spezifischen Qualität und der Stetigkeit. Nach dem Kriterium der Lage werden zwei Organe dann als Homolog angesehen, wenn sie in einem vergleichbaren Gefügesystem die gleiche Lage einnehmen. Das Kriterium der spezifischen Qualität besagt, dass Organe dann homolog sind, wenn sie in mehreren Merkmalen übereinstimmen. Nach dem Kriterium der Stetigkeit sind zwei Organe dann homolog, wenn man sie durch Zwischenformen sinnvoll miteinander verknüpfen kann. Unter Analogie versteht man die Ähnlichkeit funktionsgleicher Strukturen verschiedener Lebewesen, die bei gemeinsamen Vorfahren nicht aufgetreten sind. (Bsp. Vorderbeine vom Maulwurf und der Maulwurfsgrille) Unter Konvergenz versteht man die Entwicklung gleicher oder ähnlicher Merkmale durch ähnliche Lebensweise und Umwelt ohne evolutionären Kontakt zwischen den Arten Rudimente sind zurückentwickelte Strukturen von Vorfahren (zum Beispiel der Blinddarm beim Menschen) Unter Atavismus versteht man die Reaktivierung eines ursprünglichen Merkmals, das von Vorfahren der Art bekannt ist (durch Mutation) GFS: Altersdatierung mittels C14-Methode C14 Ist ein ß-Strahlendes (also zerfallendes) Kohlenstoffisotop, dass in den oberen Hemilsphären gebildet wird Es wird mittels Wind gleichmäßig auf der Erde verteilt Mittels Photosynthese wird es in die Pflanzen aufgenommen und gelangt somit in die Nahrungskette von Tieren und Menschen (ebenso wie das nicht strahlende C12-Atom) Es entsteht ein Gleichgewicht zwischen den im Körper zerfallenden C14-Atome und denen die aufgenommen werden Wenn nun ein Lebewesen stirbt, nimmt es keine Nahrung mehr auf und folglich auch keine C14-Atome. Folglich nimmt die Anzahl der C14 Atome ab, wohingegen die C12-Atome konstant bleiben Da Halbwertszeit von C14 bekannt ist (ca Jahre) kann man aus der Relation zwischen noch verbleibenden C14-Atomen und den C12-Atomen auf die Zeitdauer schließen