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Abitur Lernzettel: Evolution

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Allopatrische Artbildung
Eine der Hauptursachen für die Entstehung neuer Arten ist die allopatrische Artbildung.
Dabei entstehen aus einer U
Allopatrische Artbildung
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Allopatrische Artbildung Eine der Hauptursachen für die Entstehung neuer Arten ist die allopatrische Artbildung. Dabei entstehen aus einer Ursprungsart zwei oder mehr Unterarten. Das geschieht, indem die Population der Tier- oder Pflanzenart in mindestens zwei Teile getrennt wird (Beispiel: Sturm weht einige Vögel einer Art auf eine Insel). Zur allopatrischen Artbildung kommt es also dann, wenn mindestens zwei Teilpopulationen räumlich voneinander getrennt werden (Geographische Isolation). Dadurch entwickeln sich die Teilpopulationen unabhängig voneinander weiter (Mutation, Selektion). Im Laufe der Zeit unterscheiden sich die beiden Teilpopulationen so deutlich voneinander, dass sie sich nicht mehr untereinander fortpflanzen können bzw. keine fruchtbaren Nachkommen mehr gebären (Reproduktive Isolation), wenn sie sich wieder treffen würden. Ab dem Zeitpunkt haben sich zwei neue Arten gebildet. Beispiel: Ursprungs- population. All All 201 Geographische Isolation 11 All 11 11 11 Mutation & Selektion A 11 Reproduktive Isolation 1. Geografische Isolation - Ein Teil der Füchse verlaufen sich im Flussgebiet - Dadurch wird der Lebensraum der Füchse (Ursprungspopulation) aufgeteilt - Die eine Teilpopulation hat keine Möglichkeit mehr, der zweiten Teilpopulation zu begegnen - Eine Teilpopulation ist südlich des Flusses, die andere nördlich (also: geografische Isolation) Durch die Trennung können sich die Lebewesen der einen Seite auch nicht mehr mit den Lebewesen der anderen Seite fortpflanzen (also: kein Genfluss mehr) Eine solche geographische Isolation - die später dann zur allopatrischen Artbildung führt - kann auch durch andere Naturereignisse entstehen, wie: - Kontinentaldrift (Auseinander Bewegen und zueinander Bewegen von Kontinentalplatten): Gräben...

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und Gebirge bilden sich Klimawandel (Beispiel: Anstieg des Meeresspiegels, Austrocknen von Seen) Zufällige Naturereignisse (Beispiel: Stürme, Überschwemmungen) 2. Mutation und Selektion Beide Fuchspopulationen sind von nun an räumlich voneinander getrennt - Ab diesem Zeitpunkt entwickeln sie sich durch Mutation und Selektion in unterschiedliche Richtungen Unter Mutation versteht man die zufällige, dauerhafte Veränderung der Gene. Dadurch entstehen neue Allele. Ein Allel ist eine Variante eines Gens. Allele sind für konkrete Merkmalsausprägungen (Beispiel: Fellfarbe) verantwortlich. - Durch eine zufällige Mutation wird das Fell eines Fuchses zum Beispiel heller Wenn es in seinem Lebensraum oft schneit, dann hat er durch die Mutation einen Vorteil Der helle Fuchs ist also besser an seinen Lebensraum angepasst, weil er im Schnee nicht so leicht gesehen werden kann Wenn er die Mutation an seine Nachkommen weitervererbt, besitzen auch diese einen Vorteil - In der anderen Teilpopulation tritt die Mutation nicht auf (also: hier gibt es keinen weißen Fuchs) - Der Genpool der beiden Populationen unterscheidet sich somit bereits Wenn die beiden Teilpopulationen unterschiedlichen abiotischen und biotischen Umweltfaktoren (Beispiel: Temperatur, Fressfeinde, Niederschlagsmenge) ausgesetzt sind, dann passen sich die Lebewesen an die gegebenen Umweltbedingungen entsprechend an. Sie stehen also unter Selektionsdruck. Besser angepasste Individuen können sich leichter vermehren und so ihre Gene verbreiten. Das nennt man Selektion. Durch Selektion und Mutation verändert sich also der Genpool der beiden Teilpopulationen. Dadurch, dass sich die Gene der beiden Teilpopulationen nicht vermischen können, entwickeln sie sich immer weiter auseinander. 3. Reproduktive Isolation und Artbildung Beide Fuchspopulationen unterscheiden sich im Laufe der Zeit deutlich voneinander Wenn sich nun ein Männchen und ein Weibchen der unterschiedlichen Flussseiten begegnen, können sie sich nicht mehr fortpflanzen bzw. ihre Nachkommen wären unfruchtbar (also: Reproduktive Isolation) Jetzt haben sich zwei neue Arten gebildet - Die ursprüngliche Fuchsart hat sich allopatrisch aufgeteilt Darwin Finken Ein bekanntes Beispiel für die allopatrische Artbildung sind die Darwinfinken. Durch einen Sturm wurden einige Vögel auf die Galapagosinseln verweht. Die Finken auf den unterschiedlichen Inseln entwickelten sich alle unterschiedlich voneinander, da sie sich zum Beispiel von unterschiedlichen Nahrungsquellen ernähren. Durch den Gründereffekt und den Flaschenhalseffekt sind hier schnell viele neue Arten entstanden. Den Prozess, wenn aus einer Gründerart viele Unterarten entstehen nennt man auch adaptive Radiation. Adaptive Radiation Unter der adaptiven Radiation versteht man in der Biologie die evolutionäre Entwicklung, bei der aus einer Tier- oder Pflanzenart (Gründerart) mehrere verschiedene Arten entstehen. Grund: Die Lebewesen der Gründerart passen sich an verschiedene Umweltbedingungen an. Sie ändern im Vergleich zur Gründerart im Verlauf der adaptiven Radiation ihre Lebensansprüche (= Ökologische Nische) und siedeln sich in anderen Lebensräumen an (Separation). Dadurch unterscheiden sie sich nach einiger Zeit genetisch so stark voneinander, dass sich die Lebewesen nicht mehr miteinander fortpflanzen können. Es entsteht also eine eigene Teilpopulation. Adaptive Radiation: Beispiel Darwinfinken Die Darwinfinken sind ein bekanntes Beispiel für die adaptive Radiation. Es gibt vierzehn verschiedene Darwinfinken-Arten, die alle die selben Vorfahren (Stammart) haben, aber sich vor allem durch ihre Schnabelform deutlich voneinander unterscheiden. Aus der Schnabelform kannst du darauf schließen, wovon sie sich ernähren (Beispiel: Insekten, Samen etc.) Insekten Samen Larven Knospen/Früchte Einige Vögel der Stammart sind wahrscheinlich durch einen Sturm auf den Galapagosinseln gelandet Dort hatten sie keine Fressfeinde und ausreichend Nahrung, wodurch sie sich schnell verbreitet haben Dadurch gab es nach einiger Zeit sehr viele Vögel auf der Insel, wodurch die Nahrung und der Lebensraum knapp wurde (Intraspezifische Konkurrenz) So haben sich einige Vögel auf andere Nahrungsquellen spezialisiert und sich auf anderen Inseln angesiedelt (Einnischung) Im Laufe der Zeit haben sich die einzelnen Vögel dann so stark an ihre neue Lebensweise angepasst, dass sie sich zu einer eigenen Darwinfinken-Art entwickelt haben (Separation) Jetzt können sie sich auch nicht mehr mit den anderen Darwinfinken-Arten fortpflanzen oder ihre Nachkommen sind unfruchtbar (Reproduktive Isolation) Die verschiedenen Finkenarten stehen jetzt auch nicht mehr in Konkurrenz um Nahrung oder Lebensraum Prozess der Adaptiven Radiation 1. Besiedlung eines neuen Lebensraumes 2. Intraspezifische Konkurrenz und Einnischung 3. Separation und reproduktive Isolation Evolutionsbelege que der morphologie und Anatomie Homologie und Analogie: Mensch Homologe und Analoge Organe homologe Organe Vogel Wal analoge Organe Maulwurf Maulwurfs- grille Merkmale, die einen gleichen Grundbauplan aufgrund eines gemeinsamen Vorfahren besitzen, bezeichnet man als homologe Organe. Beispiel: Die Gliedmaßen der verschiedenen Wirbeltiere wie Menschen, Wale oder Vögel. Besteht eine Ähnlichkeit bestimmter Merkmale ohne gemeinsamen Ursprung, nennt man das analoge Organe. Sie unterscheiden sich deshalb im Grundbauplan. Analoge Organe weisen aber aufgrund ähnlicher Umwelteinflüsse eine gleiche Funktion auf. Beispiel: Die Vorderbeine der Maulwurfsgrille und des Maulwurfs. Homologie Ähnlichkeiten biologischer Strukturen bei verschiedenen Lebewesen aufgrund von gemeinsamer Abstammung Das heißt, dass die Arten von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen und miteinander verwandt sind Ein Beispiel für homologe Organe sind die Vordergliedmaßen von Wirbeltieren wie der Arm des Menschen, das Bein von Hund, die Flügel von Vögeln oder die Flosse der Wale. Sie besitzen alle den gleichen anatomischen Grundaufbau. Mensch Homologe Organe Vogel Hund .. Wal Allerdings können sich die homologen Organe in ihren Funktionen durchaus unterscheiden: Wir greifen mit unseren Armen, Hunde laufen mit ihren Beinen, Vögel fliegen mit ihren Flügeln und Wale schwimmen mit ihren Flossen. Die homologen Organe können sich also von einer Grundform/Ausgangsform in verschiedene Richtungen entwickeln. Das nennst du in der Biologie divergente Entwicklung / Divergenz oder divergente Evolution. Dabei können je nach Lebensweise Abweichungen im Grundbauplan oder der Funktion entstehen. Die homologen Organe sind also ein Beleg für die Evolution. Die anatomischen Ähnlichkeiten bei rezenten Arten - also Arten die heute leben - sind auf einen gemeinsamen Vorfahren in der Evolution zurückzuführen. Homologiekriterien Oft ist Homologie nicht auf den ersten Blick erkennbar, da viele Strukturen im Laufe der Evolution unterschiedliche Funktionen entwickelt haben. Daher gibt es drei Homologiekriterien. -> Trifft eines der drei Homologiekriterien zu, dann ist ein Merkmal homolog! 1. Kriterium der Lage: Nach dem Kriterium der Lage sind Organe homolog, wenn sie dieselbe Lage in einem vergleichbaren Gefüge-System haben. Ein Beispiel hierfür sind wieder die Vorderextremitäten der verschiedenen Wirbeltiere. Mensch Kriterium der Lage Vogel Pferd Wal Die Reihenfolge der einzelnen Knochen ist bei jedem Tier immer gleich: Oberarm, Unterarm, Handwurzel, Mittelhand und Finger. Die Zahl der Knochen muss nicht immer zwangsweise übereinstimmen. Zum Beispiel haben ein Vogelflügel oder der Fuß eines Pferdes weniger Fingerknochen als die fünf Knochen des Grundbauplans. Die Rückbildungen oder Verschmelzungen einzelner Organe können aufgrund von unterschiedlicher Entwicklung oder Spezialisierung entstehen. Übrigens: Das Kriterium der Lage gilt natürlich nicht nur für Knochen, sondern auch für Organe. Ein Beispiel sind die Verdauungsorgane der Wirbeltiere, die immer in der gleichen Reihenfolge angeordnet sind: Mund-Speiseröhre - Magen-Darm- After. 2. Kriterium der spezifischen Qualität: Laut dem Kriterium der spezifischen Qualität sind Strukturen / Organe auch unabhängig von ihrer Lage homolog. Hier ist aber die Voraussetzung, dass sie in vielen Einzelmerkmalen übereinstimmen. Auf dem ersten Blick hat der Zahn des Menschen mit einer Haischuppe absolut nichts gemeinsam. Sie stimmen aber in vielen baulichen Merkmalen und Materialien überein: Beide Strukturen sind zum Beispiel innen hohl - Außerdem ist die erste Schicht unseres Zahns und die der Haischuppe aus demselben Material, nämlich (Zahn)schmelz Auch die Schwimmblasen der Knochenfische sind zu den Lungen der Säugetiere homolog, da sie in vielen Einzelmerkmalen übereinstimmen Kriterium der spezifischen Qualität Schmelz Haischuppe Schuppen bzw. Zahnhöhle Schneidezahn des Menschen 3. Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität): Nach dem Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität) sind Organe auch dann homolog, wenn sie sich durch Zwischenformen / Übergangsformen miteinander verbinden lassen. Das bedeutet, dass hier auch unähnliche Organe mit unterschiedlicher Lage als homolog definiert werden. Ein Beispiel ist der Blutkreislauf von Fischen, Amphibien, und Säugetieren: Wenn man den Blutkreislauf der Säuger mit dem der Fische vergleicht, würde man wahrscheinlich kaum eine Ähnlichkeit erkennen können. Säuger besitzen eine Trennung zwischen Körper- und Lungenkreislauf und dementsprechend auch kein ,,Mischblut". Hier wird nämlich sauerstoffarmes und sauerstoffreiches Blut getrennt transportiert. Bei Fischen hingegen gibt es nur einen Kreislauf. Wenn man aber jetzt den Kreislauf der Amphibien anschaut, dann kann man eine Zwischenform zwischen den Fischen und den Säugern erkennen. Im Laufe der Evolution fand eine Trennung von Lungen- und Körperkreislauf statt. Fische Kriterium der Stetigkeit Amphibien O₂-arm O₂-reich Säuger zunehmende Trennung von Lungen- und Körperkreislauf Analogie Analogien entstehen, wenn sich Lebewesen mit unterschiedlicher Abstammung an den gleichen Lebensraum anpassen. Die Ähnlichkeit der Strukturen bzw. analogen Organen ist also nicht auf eine Verwandtschaft zwischen den Arten zurückzuführen. Daher besitzen Analogien auch im Gegensatz zu Homologien keinen gemeinsamen Grundbauplan. Die Ähnlichkeit in Aufgaben und Funktionen ist nur aufgrund von Anpassung an die gleichen Umweltbedingungen oder Lebensweisen zurückzuführen. Das bezeichnest du in der Biologie auch als Konvergenz/konvergente Entwicklung. Ein Beispiel für analoge Organe sind die Grabbeine des Maulwurfs - ein Säugetier und die der Maulwurfsgrille - ein Insekt. Sie unterscheiden sich in ihrem anatomischen Grundbauplan und Material völlig. Allerdings leben beide unter der Erde und haben daher Ähnlichkeiten entwickelt. Bei beiden sind die Beine verkürzt und verdickt und besitzen Krallen an ihren Enden. Maulwurf Säugetier Analoge Organe Oberarmknochen Elle Handwurzelknochen Mittelhandknochen Fingerknochen Grabbeine Hüftglied Maulwurfsgrille Insekt Flügel Weitere Beispiele für analoge Organe sind: - Lungen der Wirbeltiere / Tracheen der Insekten: Beide Organe sind für den Gasaustausch zuständig, sind aber komplett unterschiedlich aufgebaut. Flügel von Insekten und Vögeln: Beide Strukturen dienen zum Fliegen, sind aber auch völlig unterschiedlich aufgebaut. Dornen (z.B. Rose) und Stacheln (z. B. Berberitze) bei Pflanzen: Beide Strukturen dienen der Verteidigung, besitzen aber einen unterschiedlichen Bauplan. Rudimente Ein Rudiment ist in der Biologie ein Merkmal, das nicht mehr vollständig ausgebildet ist und deshalb seine ursprüngliche Funktion nicht mehr erfüllt. Diese rückgebildeten Merkmale - auch rudimentäre Organe - sind also ,,Überbleibsel" ursprünglich funktionierender Organe. Sie haben sich im Laufe der Zeit aufgrund von veränderten Lebensbedingungen zurückgebildet, da sie für den Organismus keinen Nutzen mehr boten. Sie sind daher sozusagen ,,Zeugen" für eine gemeinsame Abstammung von Lebewesen, bei denen diese Organe noch funktionieren. Bekannte rudimentäre Organe bei Tieren sind: - zurückgebildete und stark verkürzte Extremitäten der Erzschleiche Reste des Beckengürtels (Beckenknochen) bei Bildschleichen; Sie gehören zu den Echsen mit ursprünglich 4 Gliedmaßen; sie ist also eine Echse ohne Beine Reste des Beckengürtels bei Walen; Herkunft: Wale stammen von landlebenden Säugetieren ab. Die Beckenknochen haben sich beim Übergang ins Wasser zurückgebildet. - Griffelbeine des Pferdefußes; Rückbildung der Mittelhand- bzw. Mittelfußknochen zurückgebildete, funktionslose Augen bei Axolotl (Schwanzlurch) oder Maulwurf Eidechse Atavismen Rudimente bei Tieren rudimentäre Organe Erzschleiche Wal Bildschleiche Rudimente kommen bei vielen oder allen Organismen einer Art vor. Die meisten Menschen haben zum Beispiel Anlagen für die Weisheitszähne. Es gibt aber auch Merkmale, die eigentlich schon rückgebildet oder ganz verschwunden waren, aber bei einzelnen Individuen einer Art wieder auftreten. Dies nennt man Atavismus. Belege que der Embryologie Verschiedene Wirbeltiere unterscheiden sich in der ersten Phase kaum. So zeigt der menschliche Embryo Kiemenbögenanlage. Dies ist ein Hinwies darauf, dass der Landlebende früher von im Wasser lebenden Tieren abstammt. 9999 9995 1199 2000 (188 2089 Rind Kaninchen Mensch Fisch Molch Schildkr. Biogenetische Grundregel (Haeckl): Vogel Schwein Die Ontogenese (Individualentwicklung) ist eine kurze und schnelle Wiederholung (Rekapitulation) der Phylogenese (Stammesentwicklung). Belege que der Paläontologie Fossilien