Evolution

Evolution beschreibt den kontinuierlichen Wandel aller Lebensformen auf unserem Planeten. Dieser Prozess läuft seit Milliarden von Jahren ab und erklärt, warum heute so eine unglaubliche Vielfalt an Arten existiert.

Die Evolution funktioniert durch das Zusammenspiel verschiedener Faktoren wie Mutation, Selektion und Vererbung. Dabei entstehen ständig neue Varianten von Lebewesen, von denen sich die am besten angepassten durchsetzen.

Merke dir: Evolution ist kein zielgerichteter Prozess - sie passiert einfach durch natürliche Vorgänge!

Evolutionstheorien im Vergleich

Darwins revolutionäre Theorie basiert auf vier wichtigen Beobachtungen: Lebewesen produzieren mehr Nachkommen als überleben können, Individuen unterscheiden sich voneinander, diese Unterschiede sind vererbbar, und es herrscht Konkurrenz um Ressourcen. Daraus folgt die natürliche Selektion - nur die am besten angepassten Individuen überleben und pflanzen sich fort.

Lamarcks ältere Theorie ging davon aus, dass Tiere ihre Organe durch Gebrauch stärken und diese erworbenen Eigenschaften vererben können. Ein Beispiel: Giraffen bekommen längere Hälse, weil sie sich nach hohen Blättern strecken. Diese Idee ist heute widerlegt.

Die Synthetische Evolutionstheorie kombiniert Darwins Erkenntnisse mit modernem Genetikwissen. Sie erklärt Evolution als Veränderung der Allelhäufigkeiten im Genpool einer Population durch verschiedene Evolutionsfaktoren.

Wichtig für die Klausur: Kenne die Unterschiede zwischen aktiver (Lamarck) und passiver (Darwin) Anpassung!

Endosymbiontentheorie und Hardy-Weinberg-Gesetz

Die Endosymbiontentheorie erklärt, wie komplexe Zellen entstanden sind. Eine Urzelle (Archaebakterium) nahm kleinere Bakterien auf, die zu Mitochondrien und Chloroplasten wurden. Beweise dafür sind die doppelte Membran dieser Organellen und ihre eigene DNA.

Das Hardy-Weinberg-Gesetz zeigt, wann sich Allelhäufigkeiten in einer Population nicht ändern. Die Formel p² + 2pq + q² = 1 beschreibt die Genotypverteilung, wenn keine Evolutionsfaktoren wirken.

In der Realität ändern sich Allelhäufigkeiten ständig durch Mutation, Selektion oder Gendrift. Das Gesetz dient als Nullhypothese - es zeigt, was passieren würde, wenn keine Evolution stattfände.

Rechenbeispiel: Bei p = 0,9 und q = 0,1 ergeben sich 81% AA, 18% Aa und 1% aa Individuen!

Homologie und Analogie

Homologe Strukturen stammen von gemeinsamen Vorfahren ab, auch wenn sie heute völlig unterschiedliche Funktionen haben. Die Arme von Menschen, Flügel von Vögeln und Flossen von Walen sind homolog - sie haben denselben genetischen Bauplan, aber verschiedene Aufgaben.

Analoge Strukturen sehen ähnlich aus und haben ähnliche Funktionen, sind aber unabhängig voneinander entstanden. Vogelflügel und Insektenflügel sind analog - beide dienen zum Fliegen, haben aber unterschiedliche Ursprünge.

Die Homologie-Kriterien helfen bei der Unterscheidung: Lage (gleiche Position im Körper), Kontinuität (Zwischenformen vorhanden) und spezifische Qualität (ähnlicher Aufbau aus Teilstrukturen).

Diese Unterscheidung zeigt zwei wichtige Evolutionsprozesse: divergente Entwicklung (von einem Ursprung zu verschiedenen Funktionen) bei Homologien und konvergente Entwicklung (zu ähnlichen Lösungen) bei Analogien.

Eselsbrücke: Homolog = Herkunft, Analog = Aufgabe!

Evolutionsfaktoren

Mutation und Rekombination erhöhen die genetische Vielfalt in Populationen. Mutationen sind zufällige Veränderungen der DNA, während Rekombination bei der Fortpflanzung neue Genkombinationen schafft. Beide sind der "Rohstoff" der Evolution.

Gendrift verursacht zufällige Veränderungen der Allelhäufigkeiten, besonders in kleinen Populationen. Der Flaschenhalseffekt (drastische Populationsreduktion) und Gründereffekt (neue Population durch wenige Individuen) sind wichtige Formen der Gendrift.

Isolation verhindert den Genaustausch zwischen Populationen durch verschiedene Mechanismen: zeitlich (unterschiedliche Paarungszeiten), räumlich (getrennte Lebensräume), ethologisch (anderes Balzverhalten) oder mechanisch (unpassende Geschlechtsorgane). Langfristige Isolation kann zur Artbildung führen.

Praxistipp: Je kleiner eine Population, desto stärker wirkt sich Gendrift aus - wichtig für Artenschutz!

Selektion und Selektionsdruck

Selektion ist die natürliche Auslese durch Umweltfaktoren. Stabilisierende Selektion begünstigt den Mittelwert und reduziert extreme Ausprägungen. Gerichtete Selektion verschiebt den Mittelwert in eine Richtung. Disruptive Selektion begünstigt beide Extreme und kann zur Aufspaltung in zwei Gruppen führen.

Selektionsfaktoren sind abiotisch (Temperatur, Niederschlag) oder biotisch (Konkurrenten, Fressfeinde, Parasiten). Intraspezifische Konkurrenz findet innerhalb einer Art statt, interspezifische zwischen verschiedenen Arten.

Präadaptation beschreibt bereits vorhandene Merkmale, die sich bei Umweltveränderungen als vorteilhaft erweisen. So können Mutationen, die zunächst neutral sind, plötzlich einen Selektionsvorteil bieten.

Beispiel aus der Natur: Birkenspanner wurden durch Industrieruß dunkler - ein klassisches Beispiel für gerichtete Selektion!

Artbegriff und Artbildung

Der biologische Artbegriff definiert Arten als Gruppen, die sich unter natürlichen Bedingungen fortpflanzen können. Der morphologische Artbegriff gruppiert nach äußerlichen Ähnlichkeiten. Beide haben Vor- und Nachteile in der praktischen Anwendung.

Allopatrische Artbildung entsteht durch geografische Trennung von Populationen. Unterschiedliche Umweltbedingungen führen zu verschiedener Entwicklung, bis schließlich auch bei erneutem Kontakt keine Fortpflanzung mehr möglich ist.

Sympatrische Artbildung findet im gleichen Gebiet statt, hauptsächlich durch Polyploidisierung bei Pflanzen. Dabei entstehen durch Fehler bei der Meiose Individuen mit mehrfachen Chromosomensätzen, die sich nicht mehr mit der Ursprungsart paaren können.

Die adaptive Radiation zeigt, wie aus einer Art viele neue entstehen, wenn sie neue Lebensräume mit freien ökologischen Nischen besiedelt - wie bei Darwins Finken auf den Galapagos-Inseln.

Faustformel: Geografische Trennung + Zeit + unterschiedliche Selektion = neue Arten!

Adaptive Radiation und Koevolution

Adaptive Radiation beschreibt die explosive Auffächerung einer Art in viele spezialisierte Formen. Wenn Lebewesen neue Gebiete mit vielen freien ökologischen Nischen besiedeln, entstehen durch Konkurrenz und Anpassung schnell neue Arten mit unterschiedlichen Lebensweisen.

Koevolution ist die wechselseitige Anpassung verschiedener Arten aneinander. Blütenpflanzen und ihre Bestäuber sind ein klassisches Beispiel - sie entwickeln sich gemeinsam und werden immer spezialisierter aufeinander.

Multilevel-Selektion zeigt, dass Selektion auf verschiedenen Ebenen wirkt: zwischen Genen, Individuen und Gruppen. Dies erklärt auch scheinbar uneigennütziges Verhalten wie Verwandtenselektion.

Symbiose (lebensnotwendiges Zusammenleben), Mutualismus (beiderseitiger Nutzen) und Parasitismus (einseitiger Nutzen) sind wichtige Formen zwischenartlicher Beziehungen, die die Evolution stark beeinflussen.

Denk dran: Koevolution kann zu extremer Spezialisierung führen - Vorteil und Risiko zugleich!

Genetische Variabilität und Koevolution

Genetische Variabilität entsteht durch Unterschiede im Erbgut und ist die Grundlage für Evolution. Nur vererbbare Merkmale können sich in Populationen durchsetzen. Modifikatorische Variabilität durch Umwelteinflüsse ist dagegen nicht vererbbar und evolutionär unwichtig.

Mutation und Rekombination erfolgen immer zufällig und ungerichtet - du kannst nicht vorhersagen, wann und in welche Richtung sie stattfinden. Das macht Evolution zu einem offenen Prozess ohne festes Ziel.

Koevolution führt oft zu spektakulären Anpassungen wie Mimikry (Nachahmung anderer Arten) oder perfekt aufeinander abgestimmten Blüten-Bestäuber-Systemen. Die reziproke (wechselseitige) Anpassung kann extreme Formen annehmen.

Ein Beispiel: Löwenzahn wächst im Tiefland hoch, im Gebirge niedrig - das ist modifikatorische Variabilität. Die genetischen Unterschiede zwischen den Populationen sind dagegen evolutionär relevant.

Wichtiger Unterschied: Nur was in den Genen steht, kann vererbt und damit evolutionär bedeutsam werden!

Sexuelle Selektion und Fitness

Sexuelle Selektion erklärt, warum Männchen oft bunter, größer oder aggressiver sind als Weibchen. Intrasexuelle Selektion wirkt bei Konkurrenz zwischen Geschlechtsgenossen, intersexuelle Selektion bei der Partnerwahl durch das andere Geschlecht.

Reproduktive Fitness misst den Fortpflanzungserfolg eines Individuums. Direkte Fitness entsteht durch eigene Nachkommen, indirekte Fitness durch Unterstützung verwandter Tiere beim Überleben und Fortpflanzen.

Die Kosten-Nutzen-Analyse erklärt, warum manche Merkmale evolutionär sinnvoll sind, obwohl sie energieaufwändig oder gefährlich erscheinen. Ein Pfauenrad kostet viel Energie und macht das Männchen auffällig für Fressfeinde, erhöht aber die Paarungschancen erheblich.

Sexualdimorphismus (Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen) entsteht durch diese Selektionsprozesse und ist bei vielen Arten extrem ausgeprägt - von bunten Vogelmännchen bis zu kämpfenden Hirschbullen.

Evolution im Alltag: Auch menschliche Attraktivitätsmerkmale lassen sich evolutionär erklären!