Die Evolution von Populationen
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Die Evolution von Populationen 1 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Benennen Sie die Faktoren, die den Genpool von Populationen verändern können! Die Evolution von Populationen 5 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Benennen Sie den Faktor, der zur Erhöhung der genetischen Variabilität im Genpool von Populationen beiträgt sowie seine möglichen Folgen! Die Evolution von Populationen 9 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie den Begriff ‚Genfluss’ sowie seine Bedeutung für den Genpool von Populationen! Die Evolution von Populationen 13 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie den Begriff ‚genetische Drift’ sowie ihre Bedeutung für den Genpool von Populationen! Die Evolution von Populationen 2 science-live-lemgo www.schülerlabor.com www.schülerlabor.com science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie den Begriff ‚Flaschenhalseffekt’ und seine Bedeutung für den Genpool von Populationen! Die Evolution von Populationen 6 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie den Begriff ‚Gründerpopulation’! Die Evolution von Populationen 10 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Benennen Sie die Merkmale einer ‚idealen Population’! Die Evolution von Populationen 14 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erfolgen die Paarungen in einer Population nicht mehr nach dem Zufallsprinzip, verändert sich die Allelen-Häufigkeit im Genpool der Population. Erklären Sie! Die Evolution von Populationen 3 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Selbstbefruchtung ist eine extreme Form der nichtzufälligen Paarung. Welche Folgen hat Selbstbefruchtung für den Genpool einer Population? Die Evolution von Populationen 7 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie die Bedeutung der natürlichen Selektion für eine Population! Die Evolution von Populationen 11 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Seltene Allele sind im Genpool einer Population vor der Selektion geschützt. Begründen Sie! Die Evolution von Populationen 15 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie, wie der Selektionswert eines Merkmales gemessen werden kann! Die Evolution von Populationen 4 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Benennen Sie die Faktoren und Prozesse, die häufig zu einer Verringerung der genetischen Variabilität im Genpool einer Population führen! Die Evolution von Populationen 8 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Sexuelle Vermehrung hat, für sich genommen, keinen Einfluss auf die genetische Variabilität des Genpools einer Population. Dennoch gilt Sexualität als wichtiger Evolutionsfaktor. Erklären Sie!! Die Evolution von Populationen 12 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie den Begriff ‚gerichtete Selektion’! Die Evolution von Populationen 16 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Erklären Sie den Begriff ‚disruptive Selektion’! Faktoren und Prozesse, die häufig zu einer Verringerung der genetischen Variabilität im Genpool einer Population führen, sind: genetische Drift stabilisierende Selektion gerichtete Selektion. - - Sexuelle Vermehrung verändert bei Vorliegen von Panmixie nicht die Allelen-Häufigkeit im Genpool einer Population und so auch nicht die genetische Variabilität. erhöht über die genetische Rekombination die Kombinationsmöglichkeiten der verschiedenen Allele. Auf diese neuen Allelen-Kombinationen kann, sofern sie im Phänotyp sichtbar werden, die Selektion einwirken. ‚Gerichtete Selektion’ liegt vor, wenn Mitglieder einer Population mehr Nachkommen haben und damit mehr Allele in die nächste Generation bringen, deren Merkmal(e) in einer Richtung vom Durchschnitt der Population abweicht/ abweichen. ‚Disruptive Selektion’ liegt vor, wenn Mitglieder einer Population mehr Nachkommen haben und damit mehr Allele in die nächste Generation bringen, deren Merkmal(e) in beide Richtungen vom Durchschnitt der Population abweicht/ abweichen. Selbstbefruchtung verringert die Häufigkeit heterozygoter Individuen in einer Population. fördert die Entwicklung disruptiver Evolution. verändert nicht die Allelen-Häufigkeit im Genpool der Population. Unter ‚Flaschenhals’ versteht man eine extrem starke Abnahme der Populationsdichte in kurzer Zeit. Unabhängig von der ursprünglichen Größe der Population führt dieser Verlust an Mitgliedern i. d. R. zu einer Verringerung der Allelen-Zahl und zu einer Änderung der Allelen-Häufigkeit. Der Genpool der Population ist nach diesem ‚Flaschenhals’ in Anzahl und Häufigkeit der Allele anders zusammengesetzt als vor dem Ereignis. Faktoren, die den Genpool von Populationen verändern können, sind: Mutation Genfluss genetische Drift nichtzufällige Paarungen natürliche Selektion Selektion führt zur besseren Angepasstheit einer Population an ihre Umwelt. Individuen mit einem für die jeweilige Umwelt weniger geeigneten Phänotyp kommen weniger häufig zur Fortpflanzung als Individuen mit einem geeigneteren. Im Laufe der Generationen werden daher die dem geeigneteren Phänotyp zugrunde liegenden Allele häufiger. Diese Zunahme der Allelen-Häufigkeit führt zu mehr Individuen mit geeigneterem Phänotyp → die Population zeigt eine bessere UmweltAngepasstheit ihrer Mitglieder. Gründerpopulationen sind kleine Gruppen von Individuen einer Art, die sich erfolgreich in einem neuen Lebensraum etabliert haben, in dem sie von der Stammpopulation räumlich isoliert sind. Die Trennung in Stamm- und Gründerpopulation führt i. d. R. zu einem Verlust an Allelen in beiden Populationen sowie zu einer Änderung der Häufigkeit verbliebener Allele. Der Faktor, der zur Erhöhung der genetischen Variabilität beiträgt, ist Mutation. Mutationen können die Anzahl der Allele im Genpool einer Population erhöhen. Durch eine höhere Zahl an Allelen verändert sich die Allelen-Häufigkeit sowie die Zahl möglicher Allelen-Kombinationen. Mutationen können negative, positive oder neutrale (stumme) Auswirkungen für den Träger der Mutation haben. - Seltene Allele sind i. d. R. rezessiv und tauchen nicht oder nur extrem selten im Phänotyp der Mitglieder einer Population auf. Selektion setzt aber immer am Phänotyp an. Seltene nicht im Phänotyp vorkommende Allele sind folglich vor der Selektion geschützt. Den Selektionswert eines Merkmales bestimmt man mithilfe der biologischen Fitness. Die biologische Fitness wird ermittelt über die durchschnittliche Überlebens- und Fortpflanzungsrate von Individuen dieses Phänotyps. Je mehr Nachkommen Individuen mit einem bestimmten Phänotyp haben, desto höher ist der Selektionswert des Merkmales. Eine ‚ideale Population’ ist durch folgende Merkmale gekennzeichnet: keine Mutationen keine Zu- und Abwanderungen keine Selektion, gleiche Eignung aller Individuen gleiche Nachkommenzahl pro Paar Panmixie unendliche Größe keine Zufälle Individuen, die bevorzugt und damit häufiger zur Paarung kommen, bringen mit größerer Wahrscheinlichkeit ihre Allele in den Genpool der nächsten Generation ein als Individuen, die selten zur Paarung kommen. Die AllelenFrequenz wird sich folglich im Verlauf der Generationen zugunsten der Allele sich erfolgreicher paarender Individuen verschieben. Genfluss bezeichnet den Austausch von Individuen oder Keimzellen zwischen Populationen. Die Folgen von Genfluss können sein: Hinzukommen neuer Allele in den Genpool Änderung der Frequenzen bereits vorhandener Allele ‚Genetische Drift’ ist definiert als der zufällige Verlust von Allelen in einer Population. Genetische Drift verändert die Allelen-Anzahl und die Allelen-Häufigkeit im Genpool. Die Auswirkungen von genetischer Drift sind in einer kleinen Population deutlich schwerwiegender als in einer großen Population. Die Evolution von Populationen 17 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Definieren Sie den Begriff ‚Population’ aus evolutiver Sicht! Die Evolution von Populationen 21 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Definieren Sie den Begriff ‚Population’ aus ökologischer Sicht! Die Evolution von Populationen 25 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Nennen Sie die beiden mathematischen Grundannahmen des Hardy-WeinbergGleichgewichts! Die Evolution von Populationen 29 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Welche Grundvoraussetzung muss eine Population aufweisen, damit sie sich überhaupt evolutiv entwickeln kann? Die Evolution von Populationen 18 science-live-lemgo www.schülerlabor.com www.schülerlabor.com science-live-lemgo www.schülerlabor.com Bei der Untersuchung, ob sich die gV einer Population verändert hat, werden verschiedene Aspekte berücksichtigt. Benennen Sie diese! Die Evolution von Populationen 22 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Manche Populationen wie z. B. die des Quastenflossers in der Tiefsee vor der südafrikanischen Küste haben sich seit Jahrmillionen phänotypisch nicht verändert. Welche Aussage über die gV dieser Population ist aufgrund dieser Aussage möglich? Die Evolution von Populationen 26 science-live-lemgo www.schülerlabor.com In den meisten natürlichen Populationen ist die gV hoch. Belegen Sie diese Aussage an einem Beispiel! Die Evolution von Populationen 30 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Bei der Untersuchung der Evolution von Populationen wird unterscheiden zwischen der Genotypen-Frequenz und der AllelenFrequenz. Erklären Sie den Unterschied! Die Evolution von Populationen 19 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Überlegen Sie: Können Populationen, in deren Genpool die Allele A und a gleich häufig sind (gleiche Allelen-Häufigkeit), unterschiedliche Genotyp-Häufigkeiten aufweisen? Die Evolution von Populationen 23 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Stellen Sie sich vor, es gäbe eine Population im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht. Welche Aussagen sind über die AllelenFrequenz und die Genotypen-Frequenz dieser Population in Abhängigkeit von der Zeit möglich? Die Evolution von Populationen 27 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Wie lässt sich methodisch ermitteln, ob eine Population eine evolutive Veränderung z. B. in den letzten 200 Jahren durchlaufen hat? Die Evolution von Populationen 31 science-live-lemgo www.schülerlabor.com In manchen Populationen tauchen bei den männlichen Individuen Merkmale auf, die ihren Träger erheblich benachteiligen und dennoch im Lauf der Generationen immer ausgeprägter werden (Pfau). Erklären Sie, wie es zu diesem Phänomen kommen kann! Die Evolution von Populationen 20 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Viele erfolgreiche Neobioten haben sich aus kleinen Gründerpopulationen mit geringer gV entwickelt. Welche Faktoren haben dennoch zu ihrem Erfolg beigetragen? Die Evolution von Populationen 24 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Sexuelle Zuchtwahl kann bei männlichen Tieren zur Ausprägung behindernder Merkmale (z. B. Pfauenschwanz) führen. Erklären Sie, warum sexuelle Zuchtwahl die Ausprägung derartiger Merkmale nicht unendlich steigern kann! Die Evolution von Populationen 28 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Benennen Sie den Zusammenhang zwischen Sozialverhalten und Ausprägung sekundärer Geschlechtsmerkmale! Die Evolution von Populationen 32 science-live-lemgo www.schülerlabor.com Der Selektionswert eines Merkmales ist manchmal davon abhängig, wie häufig das zugrunde liegende Allel im Genpool einer Population vorkommt. Begründen Sie anhand eines Beispiels! Zu den Faktoren, die den Erfolg von Neobioten-Arten bedingen, gehören: • Die sich erfolgreich ansiedelnden Arten gehören zu den r-Strategen, d. h. Arten mit hoher gV. • Der von ihnen neu besiedelte Lebensraum weist freie ökologische Nischen und damit keine interspezifische Konkurrenz auf. • Es hat mehr als eine Besiedlung durch die Art gegeben. Die Ausprägung sekundärer, aber behindernder Geschlechtsmerkmale bei männlichen Tieren ist häufig kombiniert mit Kosten, die die Fitness beeinträchtigen wie z. B. erhöhtem Parasitenbefall. Diese Kosten wirken den Vorteilen sekundärer Geschlechtsmerkmale bei der sexuellen Zuchtwahl entgegen und stabilisieren die Ausprägung des Merkmales auf einem bestimmten Niveau. Monogam lebende Tierarten zeigen einen gering ausgeprägten Sexualdimorphismus. Männliche Tiere sind nur unwesentlich größer, schwerer u./o. bunter als weibliche. Polygyn lebende Tierarten zeigen einen deutlich ausgeprägten Sexualdimorphismus. Männliche Tiere sind deutlich schwerer, größer u./ o. farbiger als weibliche. Männliche Amphibien locken weibliche Tiere durch kräftezehrendes Rufen. Nicht rufende, sogenannte Satellitenmännchen halten sich in unmittelbarer Nähe dieser Tiere auf. Sie nutzen ihre Kräfte, um die erschöpften ‚Rufer’ bei der Konkurrenz um ein Weibchen auszustechen. Diese Strategie ist nur solange evolutiv erfolgreich, bis die Zahl der Satellitenmännchen eine kritische Größe erreicht. Populationen mit gleicher Allelen-Häufigkeit können unterschiedliche GenotypenHäufigkeiten aufweisen. 2 2 Begründung: A + a = 2 Aa Eine Population, in der ausschließlich homozygote Individuen leben, weist die gleiche Allelen-Häufigkeit auf wie eine Population aus Heterozygoten. Die bei der Untersuchung einer möglichen Veränderung der gV einer Population zu berücksichtigenden Aspekte sind: Anzahl der Allele Genotypen-Häufigkeit Allelen-Häufigkeit Diese Aspekte sind vor und nach der möglichen Veränderung zu ermitteln und miteinander zu vergleichen. In einer Population, die sich im HardyWeinberg-Gleichgewicht befindet, verändert sich im Laufe der Zeit weder die Allelen-Frequenz noch die GenotypenFrequenz. Es findet keine evolutive Entwicklung der Population statt. Bei der Population des Quastenflossers vor der südafrikanischen Küste handelt es sich um eine Population mit geringer gV. Im Genpool dieser Population sind nur wenige Allele pro Genort vorhanden, sodass kaum unterschiedliche Allelen-Kombinationen und damit unterschiedliche Phänotypen auftreten. Um zu ermitteln, ob eine Population eine evolutive Veränderung in den letzten 200 Jahren durchlaufen hat, werden die Genotypen-Frequenzen der Population heute und vor 200 Jahren ermittelt und verglichen. Die Ermittlung der Genotypen-Frequenz erfolgt z. B. mithilfe von Sammlungen aus Museen (Beispiel: Birkenspanner). Die hohe gV natürlicher Population wurde z. B. mithilfe des Wildtyps der Fruchtfliege Drosophila nachgewiesen. In Zuchtversuchen variierte die Zahl der Borsten an ihrem Hinterleib zwischen 0 und 120. Die Vererbung dieses Merkmals folgt den Regeln der klassischen Genetik. Das Phänomen, dass behindernde Merkmale bei Männchen sich in einer Population immer stärker ausprägen, ist bedingt durch sexuelle Zuchtwahl. Weibliche Individuen bevorzugen diese Männchen als Reproduktionspartner, da diese Merkmale z. B. eine bessere Gesundheit signalisieren. Unter Genotypen-Frequenz versteht man den Anteil der Homo- und Heterozygoten in einer Population. Unter Allelen-Frequenz versteht man die Häufigkeit, mit der ein Allel im Laufe der Zeit im Genpool einer Population vorhanden ist. Eine Population ist aus evolutiver Sicht eine Gruppe artgleicher Individuen, die in einem bestimmten Gebiet eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden und die über einen gemeinsamen Genpool verfügen. Eine Population ist aus ökologischer Sicht eine Gruppe artgleicher Individuen, die übereinstimmende Ansprüche an die abiotischen und biotischen Faktoren ihrer ökologischen Nische stellen. Die beiden mathematischen Grundannahmen des Hardy-Weinberg-Gleichgewichts sind: A+a=1 2 2 A + 2 Aa + a = 1 Eine Population kann sich nur evolutiv entwickeln, wenn ihre Mitglieder eine erbliche genetische Variabilität aufweisen. Die genetische Variabilität ist das Ausgangsmaterial, auf die Evolutionsfaktoren einwirken können.
