Verwandschaftsgrad

Hin-/Beweise auf/für die Existenz evolutionärer Vorgänge
- anatomische und morphologische Beweise: Analogie, Konvergenz, rudimentäre
Organe, Atavismen, Homologie/Homologiekriterien, vergleichende Embryologie
nach Haeckel
- Beweise aus der Paläontologie: Fossilien, "Brückentiere", "lebende Fossilien"
- rezente (aus der heutigen Zeit stammende) Beweise und Belege aus der
Molekularbiologie
1. Präzipitintest
2. Aminosäurensequenzanalyse
3. DNA-Hybridisierung
- Hinweise aus der Systematik und der Stammbaumforschung.
Evolutionsfaktoren und -ursachen
- Mutation (vgl. Molekulargenetik), Rekombination, Variation
- Selektion und Selektionstypen
- Isolation, Isolationsmechanismen und Artbildung
- Gendrift und genetischer "Flaschenhals"
- adaptive Radiation, Rassenkreise
Evolutionsvorgänge an Beispielen
1. Evolution der Equiden (Pferdeartigen)
2. Evolution der Primates (Herrentiere)
- Stammbaum der Hominoidea, Hominiden und Hominini
- anatomische Vergleiche rezenter Arten mit fossilen Formen (Mensch und
Menschenaffe)
- Prinzip des aufrechten Ganges und der damit verbundenen anatomischen
Veränderungen
- Hirn-Schädel-Kiefer-Entwicklungen
- alternative Stammbäume der Entwicklung von Menschen und Menschenaffen
Biologie LK GBBK
Thema:
Evolution
Dr. Yousef
Methoden zur Bestimmung des Verwandtschaftsgrades
unterschiedlicher Organismen
Folgendes Statement: Je näher die Verwandtschaft, desto ähnlicher das Erbgut.
Das bedeutet, dass die DNA dieser Organismen ähnlicher ist und somit auch die
Proteine, die von diesen Organismen kodiert werden.
Wichtige Methoden die zur Erforschung angewendet werden sind:
1. Aminosäuresequenzanalyse, d.h. Vergleich wichtiger Stoffwechselproteine
durch einen Vergleich der Aminosäure-Sequenzen.
2. Vergleich der Serumproteine durch serologische Tests.
3. Vergleich der DNA wichtiger Gene durch Vergleich der Basensequenz
4. DNA-Hybridisierung
Zu 1:
Aminosäure-Sequenzanalyse
Verfahren: Bestimmte Proteine kommen bei vielen Lebewesen vor. Hier
wird dieses Stoffwechselprotein auf die Aminosäureabfolge verglichen.
Hierbei beruht die Verwandtschaft auf eine ähnlich gebaute DNA. Das bedeutet:
Je näher verwandt man ist, desto ähnlicher ist auch die DNA der Organismen und
desto ähnlicher muss auch der Bau der Proteine sein. (siehe: Ein-Gen-einPolypeptid-Hypothese).
Folgerung: Durch den Vergleich von gemeinsamen Enzymen aus lebensnotwendigen Stoffwechselschritten kann man den Verwandtschaftsgrad
bestimmen. Dazu eignet sich z. B. das Cytochrom c, ein Enzym, welches in der
inneren Membran der Mitochondrien bei der Zellatmung von allen Lebewesen,
auch Pflanzen, benötigt wird.
Ausschnitt aus dem Cytochrom-Molekül verschiedener Lebewesen:
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Biologie LK GBBK
Thema:
Evolution
Dr. Yousef
Cytochrom c ist ein Protein und besteht aus 104 Aminosäuren. Der Vergleich aus
verschiedenen Organismen zeigt folgende Tabelle:
Verhältnis
Mensch-Affe
Mensch-Rhesusaffe
Mensch-Huhn
Huhn-Pferd
Huhn-Rhesusaffe
Anzahl der abweichenden
Aminosäuren
12
1
13
11
12
Ergebnis/Schlussfolgerung: Wie man am Beispiels des Cytochrom c erkennen
kann, sind Mensch und Rhesusaffe sehr nah verwandt, Mensch und Huhn aber
nicht (auf molekularer Ebene). Je größer die Abweichung, desto entfernter
verwandt sind die Lebewesen, da die Aminosäuresequenz des Cytochroms in der
DNA festgelegt ist. Eine abweichende Aminosäure bedeutet also eine Mutation, d.
h. eine DNA-Änderung. Je mehr Änderungen, desto länger/früher sind die
Entwicklungslinien bereits getrennt verlaufen.
Man nennt dieses Verfahren: Aminosäuresequenz-Vergleich. Daraus können sog.
Molekülstammbäume erstellt werden.
Zu 2:
Serum-Präzipitintest
Verfahren beruht auf den Vergleich der Ähnlichkeit von Blutserum-Eiweißen
durch spezifische Antikörper. Je ähnlicher die Serumeiweiße, desto ähnlicher das
Erbgut, welche für diese Eiweiße kodiert. Ist das Pferd näher dem Esel oder dem
Zebra?
Ablauf des Tests:
1. Entnahme von Blut aus dem Testtier, hier Pferd.
2. Injektion des Blutes in ein weit entferntes Tier, z.B. Kaninchen (Testtier)
3. Testtier
entwickelt
Anti-Pferd-Serum
(Testserum)
durch
aktive
Immunisierung
4. Isolation des Blutes
5. Vermischung des Testserums mit 100% Pferdeblut (Eichung)
Ergebnis: 100%ige Präzipitation d.h. Verklumpung gelöster Eiweißmoleküle
Testserum wird mit Esel-Blutserum bzw. mit Zebra-Blutserum vermischt und der
Verklumpungsgrad gemessen
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Dr. Yousef
Je größer die Verklumpung, desto ähnlicher die Bluteiweiße, umso näher die
Verwandtschaft.
Zu 3:
DNA-Vergleich durch Basenvergleich
Methode: Hier wird die Basenabfolge eines Gens, das bei vielen Lebewesen
vorkommt miteinander verglichen. Z.B. Mitochondrien DNA-Abschnitt
Je ähnlicher die Abfolge, desto näher verwandt, denn jede Basenabweichung
spricht für eine Mutation. Je mehr Mutationen, desto früher muss die getrennte
Entwicklungslinie begonnen haben.
Achtung: Kurze Abschnitte sind ungenau. Mutationshäufigkeit der einzelnen
Gene unterschiedlich.
Zu 4:
DNA-Hybridisierung
Methode: DNA-Vergleich durch Vergleich der Schmelzpunkte der Hybrid-DNA.
Doppelhelix schmilzt bei ca. 80-90°C (Aufbrechen der H-Brücken  Entstehung
der Einzelstränge)
Hybrid-DNA: DNA-Doppelstränge aus artverschiedenen DNA schmilzt früher,
weil sich nicht alle Basen gepaart haben  dadurch weniger H-Brücken 
einfachere Trennung der Doppelhelix in Einzelstränge durch Erhitzen  Je näher
der „Hybrid-Schmelzpunkt“ dem „Schmelzpunkt“ der artreinen DNA, desto
ähnlicher die DNA und umso näher verwandt.
Folgerung:
Da die Schmelztemperatur bei der Mensch-Schimpansen-Hybrid-DNA höher liegt
als bei der Mensch-Gorilla-Hybrid-DNA, muss Schimpansen-DNA und MenschenDNA ähnlicher sein als Menschen-DNA und Gorilla-DNA  Mensch und
Schimpanse
sind
näher
verwandt.
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