Biologie Zusammenfassung 13.2 Frau Trittler

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Biologie Zusammenfassung 13.2
Frau Trittler
Inhalt
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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
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Carl von Linné (1707 - 1778)
 Unveränderlichkeit der Arten
 hierarisch aufgebautes System der Lebewesen (systema naturea)
George Cuvier (1769 - 1832)
 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 (1744 - 1829)
 Veränderlichkeit der Arten (Lamarckismus)
(Lamarck fand fließende Übergänge zwischen Fossilien und den damaligen Arten)
Biologie-Zusammenfassung
13.II 2Bio2Tt
Kai Salzmann
Evolutionstheorien von Lamarck und Darwin
Lamarck:
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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:
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•Veränderte Verhältnisse der Umwelt der Art
•Veränderte Bedürfnisse der Art
•Veränderte Intensität des Gebrauchs von Organen
•positive/ negative Entwicklung des Organs (genaueres siehe unten)
•komplexere/ "andere" Lebewesen
(Hierbei spielt die Fähigkeit der Individuen
zum Erwerb immer höherer Komplexität eine Rolle)
•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:
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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
Biologie-Zusammenfassung
13.II 2Bio2Tt
Kai Salzmann
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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
1
• Individuen einer Art unterscheiden sich in ihren
Merkmalen (z.B. Körperbau) minimal
(Fachbegriff: Präadaption)
2
• Durch den Existenzkampf ("Struggle for life") haben die
Individuen mit vorteilhaften Mermalen eine höhere
Chance auf Fortpflanzung ("Survival of the Fittest")
3
• 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.
II.
III.
IV.
V.
VI.
VII.
VIII.
IX.
Rasse
Art
Gattung
Familie
Ordnung
Klasse
Stamm
Unterreich
Reich
Biologie-Zusammenfassung
Pudel
Haushund (Canis faniliaris)
Hunde (Canis)
Hundeartige (Caniclae)
Raubtiere (Carnivora)
Säugetiere (Mammalia)
Cordatiere/ Wirbeltiere (Chordata)
Vielzeller
Tiere (Animalia)
13.II 2Bio2Tt
Kai Salzmann
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.
Biologie-Zusammenfassung
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Kai Salzmann
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.
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Kai Salzmann
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:
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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
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Kai Salzmann
Bei der Paarung/ Befruchtung:
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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:
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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.
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3.
4.
5.
6.
Geographische Isolation zwischen Festland Südamerikas und Galapagosinseln
Starke Vermehrung der Finken
innerartliche Konkurrenz um Raum und Nahrung
Selektionsdruck führt zu Spezialisierung bei der Nahrungssuche
Über Generationen entstehen so verschiedene Rassen mit unterschiedlichen Schnäbeln
reproduktive Isolation führte bis heute zu 14 verschiedene Galapagosfinkenarten
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Kai Salzmann
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
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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. 5730 Jahre) kann man aus der Relation zwischen
noch verbleibenden C14-Atomen und den C12-Atomen auf die Zeitdauer schließen
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