Abiturvorbereitung – Biologie

Abiturvorbereitung – Biologie
I.
Evolution
Definition: Biologische Evolution ist die Veränderung der vererbbaren Merkmale einer Population
von Lebewesen von Generation zu Generation
Die Evolution lässt sich heute in 3 Teilgebiete untergliedern:
a) kosmische Evolution (physikalisch)  abiotisch „ohne Leben“
b) chemische Evolution (Miller Experiment)  abitotisch „ohne Leben“
c) biologische Evolution (Oparin – Koazervattheorie; Fox – Mikrosphären; Eigen - Hyperzyklus)
Endysymbiontentheorie:
- geht davon aus, dass Mitochondrien und Plastiden sich aus eigenständigen
prokaryontischen Lebewesen entwickelt haben
- während des Evolutionsprozesses sind diese Einzeller eine Endosymbiose mit einer
eukaryontischen Zelle eingegangen  sie leben in ihrer Wirtszelle zum gegenseitigen
Vorteil (Symbiose)
- Symbiose innerhalb eines anderen Lebewesens  Endosymbiose (endo = innen)
Genotyp (Erbbild) :
- Gesamtheit aller Erbanlagen (Gene) eines Organismus oder einer Zelle
- die genetische Ursache eines speziellen Merkmals, also die Allele eines
bestimmten Genorts, z. B. einer Blutgruppe
Phänotyp (Merkmalsbild):
- Summe aller Merkmale eines Einzelwesens, die sich aus dem
Zusammenwirken von Erbanlagen und Umwelt ergeben
- äußeres Erscheinungsbild + alle von außen nicht sichtbaren Merkmale
Evolutionstheorien:
Lamarck:
-
Umwelt löst beim Individuum innere Bedürfnisse nach Veränderung aus
Individuen betreiben passive Adaption (Anpassung) durch Modifikation  nicht
-
erbliche, umweltbedingte Variation (sprunghaft, fließend)
Arten haben gleichartie aber keine gemeinsamen Vorfahren
je höher entwickelt desto älter
bei Nichtgebrauch von Merkmalen nach Umweltveränderung, können diese
verkümmern aber auch verschwinden
Darwin:
-
Veränderlichkeit  Welt ist nicht veränderlich
gemeinsame Abstammung  alle Organismen haben gleiche Vorfahren
Allmählichkeit der Evolution  erfolgt langsam und nicht in Sprüngen (Mutation)
natürliche Auslese  am besten angepasste Individuuen zeugen die meisten
Nachkommen  Konkurenzausschlussprinzip
passive Anpassung durch Selektion (Einflüsse des biologischen Millieus überwiegen)
-
je höher entwickelt desto jünger
-
Katastrophentheorie: Katastrophe  Arten ausgelöscht  neue Arten entstehen
Fortschreitende Entwicklung ausgeschlossen (Artenwandel)  religiöse Theorie
-
Cuvier:
Methoden der Verwandtschaftsforschung:
1. Biogenetische Grundregel (Haeckel) : in der embryonalen Entwicklung vorübergehend
auftretende Strukturen können Wiederhlungen und Organe stammesgeschichtlicher Vorfahren sein
 siehe AB
2. Ermittlung von Homologien/Analogien:
Homologie (gleicher Grundaufbau): Ähnlichkeit von aufgrund gemeinsamer Abstammung
Analogie: Ähnlichkeit von nicht-homologen Merkmalen, die durch gerichtete Anpassung bzw.
Funktionsleichheit entstanden sind
1. Homologiekriterium der Lage: Organe weisen im Gefügesystem in etwas die gleiche Lage auf
2. Homologiekriterium d. spez. Qualität: gleicher Grundaufbau, bestimmen derLage aufgrund
von Zwischenfundfehlen nicht möglich  Vorsicht – verwechselbar mit Analogie
3. Homologiekriterium der Stetigkeit: einander unähnliche Organe sind dann homolog, wenn sie
sich durch eine Reihe von Zwischenformen miteinander verbinden lassen
Proressionsreihe: Höherentwicklung vom einfachen zum komplizierten
(vgl. Blutkreislauf Fisch-Säugetier)
Repressionsreihe: Rückentwicklung
Dollosche Regel: Nichtumkehrbarkeit der Entwicklung; rückebildete Organe werden auch bei
Änderung der Lebensweise nicht wiedergebildet
3. Rudimente/Atavismen
rudimentäre Organe: verkümmerte, nicht mehr vollständig ausgebildete Organe  Funktion mehr
oder weniger bedeutungslos geworden
 Bsp.: Brustbehaarung/Brustwarzen beim Mann, Wurmfortsatz, Bauchmuskulatur, Weisheitszähne,..
Atavismen: wiederauftretende Merkmale, die vor vielen Generationen schon verschwunden waren 
Widerspruch zur Dollschen Regel
4. Fossilien
Def.: Spuren oder Reste von „Zeugen“ vergangener bzw. früherer Erdzeitalter
Formen:
-
Erhalt der Hartteile (Knochen)  Erhaltung anorganischer Strukturen
Steinkern  kern bleibt übrig
Einschluss  durch Harz, Kiesel, Eis
Inkohlung  Eibettung in Stein-oder Braunkohle
Mikrofossilien
Mumifizierung  Einbettung in konservierende Soffe (Salze)
Versteinerung  Organismus durch Sediment ersetzt
Abdruck  Einbettung in Sedimente
5. Biogeographie
 nicht verwandte Organismen haben sich in gleichartigen Lebensräumen konvergent entwickelt;
adaptive Radiation auf Inseln
 Konvergenz: entstehen infolge gleichartiger Umweltbedingungen und ähnlicher Lebensweise bei
Lebewesen verschiedener Herkunft gleiche Merkmale, mit denen diese Lebewesen an ihren
Lebensraum angepasst sind
 adaptive Radiation: Entstehung von vielen neuen Arten aus einer Stammform, wobei die Arten
durch Anpassung an verschiedene Umweltgegebenheiten sich auseinander entwickeln
6. Selektion
 bei Selektionsfaktoren wird in biotische und abiotische unterschieden
 Einfluss der Selektionsfaktoren auf eine Population = Selektionsdruck
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Natürliche Auslese nach Darwin: an die Umweltbedingungen am besten angepassten
Individuen haben größte Chance zum Überleben/Fortpflanzung  Anpassungsselektion
gerichtete Selektion : bewirkt Anpassung an veränderte Umweltbedingungen 
Verschiebung der Phäno-Genotypen Häufigkeit
aufspaltende Selektion (disruptive) : fordert bei gleich bleibenden Bedingungen die Formen
mit extremen Merkmalen  bestimmte Varianten, die in einer Stammpopulation keine
Chance haben, können in Teilräumen des Populationsareals einen Selektionvorteil haben 
Aufgliederung der Population
sexuelle Selektion: Aufnahme, Wahl, Konkurrenz eines Sexualpartners
 Evolution ist bei Populationen festzustellen, die sich nicht im Hardy-WeinbergGleichgewicht befinden, deren Allel- und Genotypenfrequenz sich folglich mit der
Zeit ändern
 Evolutionsfaktoren, also Faktoren, die das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht stören:
- Genetische Drift in sehr kleinen Populationen
- Genfluss zwischen zwei Populationen (Zu-und Abwanderung)
- Mutationen verändern den Allel-Bestand einer Population
- Nicht-zufällige Paarungen (Inzucht  Paarung naher Blutsverwandter )
- Rekombinationen und Mutationen verursache genetische Variabilität
Genfluss: "Fluss von Genen" (bzw. Allelen) zwischen Gruppen von Individuen einer Art
(Teilpopulationen), die zuvor voneinander getrennt waren
 alle 6 Punkte begründne die Tatsache der Evolution und ermöglichen die Rekonstruktion
stammeseschichtlicher Entwicklung
Evolutionsfaktoren:
Als Evolutionsfaktor oder Evolutionsmechanismus bezeichnet man alle Vorgänge und Prozesse, die zu
Veränderungen der Allelfrequenzen im Genpool einer Population führen
Allelfrequenz: Häufigkeit mit der ein bestimmtes Allel in einer Population vorkommt
Genpool: Gesamtheit aller Genvariationen (Allele) einer Population
1. genetische Variation
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Mutation (Variationen/Veränderungen im genetischen Material)
- Punktmutation  Fehler bei der DNA-Replikation (Vervielfältigung des
Erbinformationsträgers DNA), bei der nur wenige oder ein einzelnes Basenpaar
betroffen sind
- Segmentmutation  vererbbare Veränderung eines oder mehrerer Chromosomen;
größere strukturelle Umbauten, bei denen sich die Abfolge der Gene und anderer
Elemente auf den Chromosomen ändert (Deletion,Translokation
(auseinanderbrechen), Inversion, Addition, Duplikation)
- Genommutation  Vermehrung des genetischen Materials durch Polyploidisierung
(Vervielfachung des Chromosomensatzes) oder Polytänisierung (Vervielfachung der
Chromatide eines Chromosoms)  nicht erblich bedingte Veränderung der
Gesamtzahl der Chromosomen
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Rekombination: Austausch von Allelen ; die Verteilung und Neuanordnung von genetischem
Material  neue Gen- und Merkmalskombinationen
2. Seletkion
 neuen Eigenschaften werden durch die Umwelt entweder eliminiert oder durch Vererbung an die
nächste Generation weitergegeben
 siehe Methoden zur Verwandschaftsforschung (6.)
3. Zufallswirkungen
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Gendrift : zufällige, nicht durch Selektion bewirkte Änderung der Zusammensetzung des
Genpools; Veränderung von Allelenfrequenzen in einer Population, die nicht auf
Selektionsvor- oder -nachteilen beruht  wirkt in kleinen Populationen am stärksten
Genfluss
Genpool
Gründereffekt: genetische Abweichung einer isolierten Population oder Gründerpopulation
(z. B. auf einer Insel) von der Stammpopulation (z. B. auf dem Festland); Abweichung
entsteht aufgrund der Beschränktheit des Allelbesitzes der an ihrer Gründung beteiligten
Individuen und nicht infolge unterschiedlicher Selektionsbedingungen; Gründerindividuen
können den Genpool der Ausgangsart in der Regel nur unvollständig repräsentieren
 Bsp.: Darwinfinken (13 sehr eng verwandte Arten, die alle von einem gemeinsamen
Vorfahren abstammen; siehe adaptive Radiation)
geografische Isolation: Trennung eines Genpools in zwei Genpools durch geographische
Faktoren (Gebirge, Wüsten, Eiszeiten, Kontinentaldrift usw.)
Artbildung
-
beruht auf reproduktiver Isolation = Lebewesen, die nicht in der Lage sind,
gemeinsam fortpflanzungsfähige Nachkommen zu zeugen
1. geografische Isolation durch natürliche Barrieren (siehe oben)
2. Getrennte Evolution beider Populationen, die zu unterschiedlichen Genpools führt (zum Beispiel
durch Mutation oder Gendrift)
3. Entwicklung genetischer Inkompatibilitäten (Unverträglichkeit), die die Vermischung der Arten
auch bei Wegfall der Barrieren verhindern sowie von Verhaltensänderungen, die die Fortpflanzung
unwahrscheinlich machen
Koevolution
-
Evolution von Eigenschaften bei zwei oder mehreren Arten in Abängigkeit von ihren
Beziehungen
wechselseitige Anpassung zweier Organismen  trägt zur Artenvielfalt bei
Stellenäquivalenz
-
2 Organismenarten in verschiedenen Ökosystemen haben gleiche ökologische Nische
ohne Verwandtschaft lebend im gleichen Biotop
Biochemische Verwandtschaft
Präzipintest
-
Kaninchen wird Serum (ohne Blutflüssigkeit u. Fibrinogen) einer anderen Tierart ins
Blut injeziert
K. bildet daraufhin Antikörper gegen die im Blut entstandenen Fremdeiweiße
Sensibilisiertes Kaninchenserum mit Serum anderer Tierarten vermischt
Verklumpung (Präzipitation) der Eiweiße, gegen die das Kaninchen Antikörper
entwickelt
je stärker die Verklumpung umso mehr stimmen die Eiweiße der Arten überein
umso näher ist folglich die Verwandtschaft
DNA-Hybridisierung
-
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DNA wird durch Erhitzen auf 100 ° C detanuiert ( schmelzen der DNA)
Trennung der beiden DNA-Stränge, durch Zerbrechen der
Wasserstoffbrückenbindung
Wenn man nun die isolierten Einzelstränge zweier verschiedener Arten bei 60°C
zusammenbringt, lagern sich die Einzelstränge in Abhängigkeit von der
Übereinstimmung ihrer Basensequenz zusammen
Je höher die ahl gleicher Basensequenzen in den Einzelsträngen, desto
hitzebeständiger sind die gebildeten hybridisierten Doppelstränge
Schmelztemperatur gilt somit als Maß für die Übereinstimmung beider DNAEinzelstränge
Polymerasekettenreaktion
-
Vervielfältiung von DNA-Teilen und anschließende Sequenzierung
damit lassen sich die Basensequenzen eines Gens bei verschiedenen Arten direkt
vergleichen
somit können Gemeinsamkeiten codierender und nicht-codierender DNA-Stränge
dargestellt werden
codieren:
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wenn man sagt, dass ein "Gen ein Protein codiert" bzw. ein Gen "für ein Protein
codiert", heißt dies, dass das betreffende Gen die Information für das Protein trägt