UmEvolut 0001 - Wiley-VCH
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Inhaltsverzeichnis Über die Autoren Über die Übersetzerin 9 9 Einleitung 23 Über dieses Buch Konventionen in diesem Buch Was Sie nicht unbedingt lesen müssen Törichte Annahmen über die Leser Wie dieses Buch aufgebaut ist Teil 1: Was Evolution ist Teil 2: Wie Evolution funktioniert Teil 3: Was Evolution macht Teil 4: Evolution und Ihre Welt Teil 5: Der Top-Ten-Teil Symbole, die in diesem Buch verwendet werden Wie es weitergeht 23 24 24 24 25 25 26 26 26 27 27 28 Teil I Was ist Evolution? 29 Kapitel 1 Was Evolution ist und wozu Sie das wissen sollten 31 Die biologische Evolution auf einen Blick Die Definition eines Gens Was ist eine (Gen-)Frequenz? Die Zeitskala der Evolution Genetische Extreme: Mutation und Extinktion Darwins geniale Ideen und Konzepte Natürliche Selektion Die Bildung einer neuen Art Wie natürliche Selektion und Fitness zusammenpassen Adaptive Eigenschaften Die Evolutionsbiologie in post-darwinistischer Zeit Evolutionsbiologie und ihre Anwendung heute Evolution und Naturschutz Evolution und Landwirtschaft Evolution und Medizin Eine letzte Frage – wie steht es mit Ihrer eigenen Evolution? 31 32 32 33 34 35 37 39 39 40 40 42 42 42 43 44 13 Evolution für Dummies Kapitel 2 Evolutionswissenschaften gestern und heute Evolution: Fakten und Theorien Ein Erklärungsversuch: Evolution ist wie Schwerkraft Denken wie ein Wissenschaftler Ein Beleg für die Evolution Einige Informationen zu DNA und Genetik Der experimentelle Beleg Die Veränderungsrate kann gemessen werden Die wissenschaftliche Basis der natürlichen Selektion Das Gradualismus-Konzept: Veränderungen im Laufe der Zeit Das Alter der Erde Fossilfunde Biogeographische Verteilungsmuster oder der optimale Standort Natürliche Selektion und Artbildung Kapitel 3 Genetik für Einsteiger Was ist Genetik? DNA: Ein Riesenmolekül als Speicher genetischer Informationen Die DNA steckt im Chromosom Das Vier-Buchstaben-Alphabet der DNA Wie DNA über RNA in Proteine übersetzt wird Die Transkription – aus DNA wird RNA Der genetische Code: von der RNA zum Protein RNA, die nicht für Proteine codiert Die Definition von Genen Von Allelen und Genorten Dominant, rezessiv – oder passiv-aggressiv? Die Summe aller Gene – das Genom Nicht die Größe zählt (oder: Wie man ein Genom aufbläht) Die Anzahl der Gene Genomorganisation – Kern, Mitochondrium oder freie DNA? Die Kopienzahl Sexuelle Reproduktion und Weitergabe des Genoms Dominant oder nicht? Genotyp und Phänotyp Was das mit natürlicher Selektion zu tun hat 14 45 45 46 46 49 49 50 50 51 51 52 54 57 58 61 61 62 63 63 66 66 66 67 69 69 70 71 71 72 73 74 74 75 75 77 Inhaltsverzeichnis Teil II Wie die Evolution arbeitet 79 Kapitel 4 Variation: Die wichtigste Voraussetzung für Evolution 81 Was sind Variationen? Das Grundkonzept der Variation Phänotypische und genotypische Variation Variationen, die für die Evolution wichtig sind Populationsstruktur und Genfluss Keine Variation ohne Mutationen Evolution und Mutationen Was kam zuerst – Mutation oder Selektion? Verschiedene Arten von Mutationen Schlechte Mutationen – gute Mutationen Genfrequenzen und das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht Wenn das Gleichgewicht nicht stimmt Das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht in der Praxis 81 82 83 83 84 85 86 86 87 88 90 90 92 Kapitel 5 Natürliche Selektion und Adaptation 93 Natürliche versus künstliche Selektion Gezielte Selektion Stabilisierende Selektion Adaptation: Veränderung durch natürliche Selektion Adaptation – Ja oder Nein? Die Exaptation: Wenn Selektion einen anderen Wege einschlägt Das Chromosom – von Kopplungsgruppen und Beifahrern Nicht immer ist es Adaptation Evolution am Scheideweg – es gibt eben Grenzen Große Sprinter, kleine Sprinter Darwins und Grants Finken 93 95 95 95 96 97 98 99 100 100 102 Kapitel 6 Evolution per Zufall und genetische Drift: Wer Glück hat, kommt durch Was ist Gendrift? Kein Kopfzerbrechen über den Zufall Auf der Ebene des Individuums Auf der Ebene der Gameten Wann Gendrift wirklich wichtig wird Wenn Populationen klein sind Wenn genetisch unterschiedliche Individuen die gleiche Fitness haben Gendrift oder Selektion? – Mitunter schwer zu sagen . . . 105 105 106 107 108 108 108 109 109 15 Evolution für Dummies Gendrift in Aktion: Auch große Populationen schrumpfen Populationsengpässe als Flaschenhals Der Gründereffekt Die Hypothese des verschobenen Gleichgewichts Die adaptive Landschaft: eine 3D-Fitnesskarte Einfach spitze sein – auf dem eigenen Hügel Wir kommen dann mal rüber . . . 111 112 113 114 114 116 116 Kapitel 7 Quantitative Genetik: Von Genen, die gemeinsam wirken 119 Warum quantitative Genetik wichtig ist Interagierende Gene Multigene Eigenschaften in Landwirtschaft und Medizin Quantitative Merkmale Kontinuierliche und nicht-kontinuierliche Merkmale Die Grenze überschreiten Die QTL-Kartierung multigener Merkmale Die Heritabilität von quantitativen Merkmalen Additiv oder nicht-additiv? Die Vererbbarkeit phänotypischer Variation Heritabilität im weiteren und engeren Sinne Wie lässt sich die Stärke der Selektion messen? 119 120 121 121 122 122 123 124 124 125 126 127 Kapitel 8 Arten und Artbildung Art und Artbildung auf einen Blick Das biologische Artkonzept Wenn aus einer Art zwei werden Fast wie »Stille Post « – die Bildung von Ringarten Die Komponenten der Artbildung Kleine Änderungen summieren sich auf: Lokale Anpassung Reproduktive Isolation: Der letzte Schritt zur Artbildung Arten der Artbildung Allopatrische Artbildung: Wenn der Berg zu hoch ist . . . Allopatrische Artbildung durch Gründereffekte: auf zu neuen Ufern . . . Parapatrische Artbildung: Nee, das hier geht gar nicht . . . Sympatrische Artbildung: Ich mag dich schon, aber . . . Inseln – Refugien der Artbildung Ein Artkonzept für Bakterien Bakterien kategorisch betrachtet Periodische Selektion und gelegentliche Kehrwoche 16 131 131 131 132 133 135 136 137 138 138 138 139 140 142 143 143 144 Inhaltsverzeichnis Kapitel 9 Phylogenetik: Die Rekonstruktion des Baums des Lebens 145 Die Bedeutung der phylogenetischen Klassifizierung Der Baum des Lebens: Verzweigungsmuster und Artbildungsprozesse Ein einfacher Baum Komplexere phylogenetische Bäume Die Interpretation phylogenetischer Bäume Die Knoten kennen Die Orientierung behalten: Rauf, runter oder im Kreis Was ist eine Gruppe? Anleitung zur Rekonstruktion phylogenetischer Bäume Merkmale für die Analyse finden Fremdgruppen-Analyse zur Bestimmung einer abgeleiteten oder ursprünglichen Ausprägung Die Gruppierung von Arten Der phylogenetische Baum im Praxistest Die Konstruktion eines Baumes Die Identifizierung der Merkmale Die Zuordnung von Polaritäten Die Gruppierung von Arten Phylogenetische Bäume in Aktion erleben Beispiel 1: Der Zahnarzt aus Florida Beispiel 2: HIV-Exposition Beispiel 3: Entscheidung im Gerichtssaal 145 148 148 148 149 149 150 151 154 155 155 156 158 159 159 160 160 162 162 163 163 Teil III Was Evolution bewirkt 165 Kapitel 10 Die Evolution des Lebenszyklus 167 Evolution und Diversität der Lebenszyklen Bis dass der Tod uns scheidet . . . die Evolution der Lebensdauer Warum sterben? Vor- und Nachteile aus der Sicht der Evolution Methusalem-Fliegen: Die Evolution der Lebensdauer im Labor Der Kompromiss zwischen Überleben und Reproduktion Vermehrung ist gut – aber manchmal auch nicht Frühe oder späte Reproduktion: Warum warten? Der Kompromiss zwischen Größe und Zahl der Nachkommen Warum altern? 167 168 169 170 174 174 176 183 185 17 Evolution für Dummies Kapitel 11 Die Einheiten der Selektion und die Evolution des Sozialverhaltens Gesamtfitness und Verwandtenselektion Gesamtfitness = Eigene Fitness + die Fitness der Verwandtschaft Verwandtenselektion: Auf Kosten eigener Nachkommen der Verwandtschaft helfen Die Ebenen der Selektion Die Gruppenselektion Selektion auf der Ebene des Gens Die Evolution altruistischer Sozialsysteme Kooperative Brutpflege Wie du mir, so ich dir: reziproker Altruismus Ein anderes Extrem: Die Eusozialität Einer ist keiner: Der Vorteil der Vielzelligkeit Kapitel 12 Evolution und Sexualität Begriffe, die jeder anders interpretiert Sexuelle Selektion: Die Kunst der Partnerwahl Die Federn des Pfaus: Sexuelle Selektion und weibliches Wahlverhalten Nur das Aussehen zählt: Die Runaway-Selektion Die Hypothese der guten Gene: Ist man(n) so toll, wie man(n) aussieht? Die Handicap-Hypothese Sexuelle Selektion und Konkurrenz unter Männchen Rivalenkämpfe Indirekter Wettbewerb Spermienkonkurrenz Agieren aus dem Hinterhalt: Alternative Strategien der Männchen Der Kampf der Geschlechter: Konflikte zwischen Männchen und Weibchen Der Infantizid Giftiges Sperma Sex ist teuer – also wozu das Ganze? Theorie 1: Sex produziert Parasiten-resistenten Nachwuchs Theorie 2: Sex beschleunigt eine Anpassung durch die Kombination seltener vorteilhafter Mutationen Theorie 3: Sex ist gut, weil es schädliche Mutationen eliminieren kann Die Evolution getrennter Geschlechter und das 50:50-Geschlechterverhältnis Manchmal ist Alleinsein besser Jedem Jungen sein Mädchen Sex bei Bakterien 18 187 187 187 188 189 190 193 195 195 197 199 201 203 203 204 205 206 208 209 210 210 211 212 212 213 214 214 216 216 218 220 222 222 223 224 Inhaltsverzeichnis Kapitel 13 Koevolution: Die Evolution interagierender Arten 227 Die Definition der Koevolution Koevolution und die Interaktion von Arten Wettbewerb: Der Kampf der Giganten Koevolution der einen oder anderen Art Die Interaktion zwischen Pflanzen und Tieren Bestäubungskriege Die Evolution der Bestäubung durch Tiere Die Verbreitung von Samen Der Handel von Kost und Logis gegen Schutz Krankheitssysteme: Parasitische Koevolution Die australische Kaninchenplage Erreger-Wirt-Interaktion im Labor 227 228 229 231 232 233 234 236 237 238 238 239 Kapitel 14 Die evolutionäre Entwicklungsbiologie 241 Die Entwicklung vom Embryo zum adulten Lebewesen Der Entwicklungsprozess in Aktion – eine Baustelle Der Einfluss der Umwelt Kleine Veränderungen – große Auswirkungen Die Grundidee der evolutionären Entwicklungsbiologie Entwicklungsstufen = Evolutionsstufen Frühe Stadien, späte Stadien Timing ist alles Warum das alles wichtig ist Gene, die die Entwicklung kontrollieren: die Hox-Gene Es bleibt in der Familie Von Mäusen, Menschen und . . . Medusen! 241 242 243 245 246 247 248 248 250 251 252 252 Kapitel 15 Molekulare Evolution 255 Meins ist aber größer! – Das Genom Genomgrößen auf einen Blick Der C-Wert und das C-Wert-Paradoxon Der Unterschied zwischen Genen und nicht-codierender DNA Nicht-codierende DNA Funktionen der nicht-codierenden DNA Weder Funktion noch Schaden Parasitische DNA Codierende DNA: Wie lässt sich die Anzahl der Gene steigern? Gene kapern: Der laterale Gentransfer Exon shuffling: Das alternative Spleißen von Genen Genduplikation: Wenn neue Gene entstehen 255 256 257 257 259 260 260 260 262 262 262 263 19 Evolution für Dummies Die Neutraltheorie der molekularen Evolution Altersbestimmungen mit der molekularen Uhr Wenn’s nicht funktioniert Wenn’s gut funktioniert 264 265 265 266 Teil IV Evolution und Ihre Welt 269 Kapitel 16 Die Evolution des Menschen 271 Der Ursprung des Homo sapiens Unser Platz im Baum des Lebens In Stein gemeißelte Geschichte: Fossilien Rekonstruktion der hominiden Evolution Die Wanderung aus Afrika: Menschliche Migrationsmuster Die Evolution des Homo sapiens Natürliche Selektion wirkt noch immer Sinkender Selektionsdruck Die kulturelle Evolution Kapitel 17 Die Evolution der AntibiotikaResistenz Antibiotika und Antibiotika-Resistenzen unter der Lupe Mikrobielle Haarspalterei: Antibiotika-Definitionen Eine kurze Geschichte der Antibiotika-Resistenz Tipps zur optimalen Resistenzentwicklung Evolution durch Mutationen Evolution durch Gentransfer Resistenz auf zellulärer und biochemischer Ebene Evolution scheibchenweise: Die partielle Resistenz Der Kampf gegen die Antibiotika-Resistenz Verbesserte Rezeptur! Neue Medikamente im Test Lässt sich die Uhr zurückdrehen? Der sinnvolle Einsatz von Antibiotika Kapitel 18 HIV: Ursprung und Evolution eines Virus Das Besondere an Viren Sind Viren Lebewesen? Reine Definitionssache! Virale Vermehrung – DNA, RNA oder retro? 20 271 272 274 277 281 285 285 287 287 289 289 290 291 292 293 294 295 296 297 297 298 301 303 303 304 305 Inhaltsverzeichnis Was ist HIV? Der Feind im Chromosom Ein Angriff auf die T-Zellen Mutieren, mutieren, mutieren Die Geschichte der HIV-Epidemie Der Ursprung des HI-Virus Die Zeitachse der HIV-Entwicklung Ausbreitung und Evolution von HIV im Patienten Wachstum und zunehmende Vielfalt Die Plateau-Phase Eine andere Art der Zerstörung von T-Zellen Weitere interessante Fakten zu HIV Eine Resistenz gegen HIV ist möglich Evolution von HIV in neuen Wirten Die Rekombinationsrate von HIV Evolutionsbiologische Tricks zur Bekämpfung von HIV 306 306 306 307 307 308 309 310 311 312 312 312 312 313 313 314 Kapitel 19 Influenza: Von echter Grippe, Vogelgrippe, Schweinegrippe & Co. 315 Grippe und Immunsystem Akt 1: Virus-Attacke und Verbreitung Akt 2: Der Körper schlägt zurück Akt 3: Neue Verteidigungslinien schaffen Fortsetzung folgt: Die nächste Grippesaison Die drei Arten von Influenza-Erregern: A, B und C Die Evolution von Influenza A-Viren Mechanismen der Evolution: Mutation, Neusortierung und Rekombination Gene, die Sie kennen sollten Die Nomenklatur von Viren: H und N sind wichtig Wer sich ansteckt – und bei wem Lehren aus der Vergangenheit: Die großen Grippe-Epidemien Die Pandemien von 1889 und 1900 Die Spanische Grippe (1918) Die Asiatische Grippe (1957) Die Hongkong Grippe (1968) Die Russische Grippe (1977) Der Mensch schlägt zurück: Die Kunst, einen Impfstoff zu entwickeln Totimpfstoffe Lebendimpfstoffe Entwicklung eines universellen Grippe-Impfstoffs 21 316 316 316 317 317 317 318 318 319 320 321 324 325 325 325 326 326 327 328 328 332 Evolution für Dummies Teil V Der Top-Ten-Teil 335 Kapitel 20 Zehn faszinierende Fossilfunde 337 Dinosaurier Archaeopteryx Die Mammuts der Wrangelinsel Der Flugsaurier (Pterosauria) Die Trilobiten Tiktaalik rosea Hallucigenia und der Burgess-Schiefer Stromatolithen Mikrofossilien Bernstein Kapitel 21 Zehn faszinierende Adaptationen Deine Zähne, meine Zähne Oh je – die Evolution des Auges Höhlenblindheit Zurück ins Meer Vom Land ins Wasser und wieder zurück Die Photosynthese Organismen aus hydrothermalen Schloten der Tiefsee Endosymbiose Das Flugvermögen der Wirbeltiere Bissige Ameisen Kapitel 22 Zehn Argumente gegen die Evolution – und warum sie nicht stimmen Es ist nur eine Theorie Ein Widerspruch zum zweiten Hauptsatz der Thermodynamik? Die Evolution wurde (wissenschaftlich!) widerlegt Alles ist nur Zufall Gravierende Veränderungen kann es nicht geben Keine Übergangsform heißt kein Beweis Evolution erklärt nicht alles: Der intelligente Masterplan Komplexe Strukturen sind unmöglich ID sollte in Schule und Universität gelehrt werden Es ist nur ein Randthema Es steht im Widerspruch zur biblischen Schöpfungslehre Stichwortverzeichnis 22 337 339 340 341 341 342 343 344 345 346 347 347 348 349 350 351 352 352 353 354 354 357 357 358 358 359 360 360 361 362 363 364 364 367
