Evolutionstheorien

Darwin vs. Lamarck

Zwei historische Ansätze erklären, wie sich Arten im Laufe der Zeit verändern.

• Lamarck: Organe werden durch Gebrauch gestärkt und diese Eigenschaften aktiv an Nachkommen vererbt.
• Darwin: Die am besten angepassten Individuen überleben (survival of the fittest) und vererben ihre Gene.

Darwins Kernpunkte

• Variation: Individuen einer Population unterscheiden sich zufällig in ihren Merkmalen.
• Selektion: Die Umwelt sortiert schlechter angepasste Individuen aus.

💡 Tipp: Merk dir für Klausuren, dass sich bei Darwin die Individuen passiv anpassen, während sie sich bei Lamarck aktiv verändern.

Synthetische Evolutionstheorie

Die fünf Evolutionsfaktoren

Diese Prozesse verändern den Genpool einer Population aktiv.

• Mutation & Rekombination: Liefern neue Genvarianten und zufällige Kombinationen.
• Selektion: Sortiert Individuen anhand ihrer Fitness aus.
• Gendrift & Migration: Zufällige Ereignisse oder Ab-/Zuwanderung verändern die Genhäufigkeiten.

💡 Tipp: Die Synthetische Evolutionstheorie verbindet Darwins Selektionstheorie mit den modernen Erkenntnissen der Genetik.

Rekombination & Mutationen

Rekombination

Die Neuanordnung von genetischem Material während der Meiose.

• Interchromosomal: Zufällige Verteilung väterlicher und mütterlicher Chromosomen.
• Intrachromosomal: Stückaustausch der Chromatiden durch Crossing-over (Chiasma).

Chromosomenmutationen

Strukturelle Veränderungen eines Chromosoms durch Brüche.

• Deletion & Duplikation: Abschnitte gehen verloren oder werden verdoppelt.
• Inversion & Translokation: Abschnitte werden umgedreht oder mit anderen getauscht.

💡 Hinweis: Chromosomenmutationen verändern die Struktur, nicht die Anzahl der Chromosomen.

Genmutationen

Punktmutationen

Eine einzelne Base der DNA wird ausgetauscht.

• Stumme Mutation: Codiert für dieselbe Aminosäure, keine Proteingestalt-Änderung.
• Missense-Mutation: Codiert für eine andere Aminosäure.
• Nonsense-Mutation: Es entsteht ein Stopp-Codon, was die Translation abbricht.

Leserastermutationen

Basen gehen verloren (Deletion) oder kommen hinzu (Insertion).

• Folge: Das gesamte Triplett-Raster verschiebt sich ab dieser Stelle komplett.

💡 Tipp: Leserastermutationen haben meistens fatalere Folgen als Punktmutationen, da das gesamte Protein unbrauchbar wird.

Variabilität & Selektion

Variabilität

Unterschiede im Aussehen (Phänotyp) der Individuen.

• Genetisch: Durch Mutation und Rekombination bedingt, ist vererbbar.
• Modifikatorisch: Durch Umwelteinflüsse bedingt, nicht vererbbar.

Selektionsfaktoren

• Abiotisch: Einflüsse der unbelebten Umwelt wie Temperatur oder Wind.
• Biotisch: Einflüsse der belebten Umwelt wie Fressfeinde oder Konkurrenz.

💡 Tipp: Modifikationen sind reine Anpassungen des Körpers an die Umwelt (z. B. Muskelaufbau) und werden niemals vererbt.

Selektionstypen & Fitness

Die drei Selektionstypen

Je nach Umweltbedingungen verschieben sich die Merkmale einer Population.

• Stabilisierend: Selektionsdruck von beiden Seiten begünstigt den Durchschnitt.
• Gerichtet: Selektionsdruck von einer Seite verschiebt den Mittelwert.
• Disruptiv: Die extremen Formen werden bevorzugt, der Durchschnitt stirbt aus.

Evolutionäre Fitness

• Definition: Ein Maß für die Anpassung und den Fortpflanzungserfolg eines Individuums.

💡 Tipp: Bei disruptiver Selektion kann es langfristig zu einer Artaufspaltung kommen.

Gendrift & Artbildung

Gendrift-Effekte

Zufällige Veränderungen der Allelhäufigkeiten im Genpool.

• Flaschenhalseffekt: Drastische Verkleinerung der Population durch Katastrophen.
• Gründereffekt: Wenige Individuen besiedeln einen neuen Lebensraum.

Wege zur neuen Art

• Allopatrisch: Artbildung durch geografische Isolation.
• Sympatrisch: Neue Art entsteht ohne geografische Trennung im selben Gebiet.

💡 Tipp: Gendrift wirkt bei kleinen Populationen um ein Vielfaches stärker als bei großen.

Isolation, Radiation & Fossilien

Isolationsmechanismen

• Präzygotisch: Verhindert die Befruchtung (z. B. durch unterschiedliches Balzverhalten).
• Postzygotisch: Nachkommen werden gezeugt, sind aber unfruchtbar oder sterben früh.

Wichtige Evolutionsprozesse

• Adaptive Radiation: Aufspaltung einer Stammart in viele spezialisierte Arten.
• Koevolution: Gegenseitige Anpassung zweier Arten mit starker Wechselwirkung.

💡 Tipp: Maultiere sind das klassische Beispiel für postzygotische Isolation – sie sind steril.

Altersbestimmung von Fossilien

Relative Altersbestimmung

• Prinzip: Bestimmung des Alters anhand der Gesteinsschichten.
• Leitfossilien: Fossilien, die typisch für eine bestimmte Epoche sind, helfen beim Vergleich.

Absolute Altersbestimmung

• Radiocarbonmethode: Messung des radioaktiven Zerfalls von Kohlenstoff-Isotopen ($^{14}C$).

Beispiel: Ein Fundstück hat noch die Hälfte des ursprünglichen $^{14}C$-Gehalts.

• Halbwertszeit von $^{14}C$: ca. 5730 Jahre.
• Alter des Fossils: $1 \cdot 5730 \text{ Jahre} = 5730 \text{ Jahre}$.

💡 Tipp: Die Radiocarbonmethode funktioniert nur bei organischen Stoffen, die maximal 50.000 Jahre alt sind.