Evolution Abitur 2022

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der Befruchtung ➜neue Allelkombinationen bzw. Genkombinationen Evolution umweltabhängige Faktoren, die zu einem stärkeren oder schwächeren Ablesen von Genen führen (z. B. bei eineiigen Zwillingen -> modifikatorische Variabilität c) Epigenetische Faktoren 5. Gendrift Veränderung von Allelhäufigkeit im Genpool einer Population durch zufällige Auswahl von Genpoolen durch Verdriften Verdriften: Transport von Lebewesen durch Wind oder Wasserströmungen dadurch Besiedlung neuer Lebensräume (insofern Überlebens- und Fortpflanzungschancen vorhanden sind) 6. Gründereffekt Veränderung des Genpools durch kleine, neue Populationen Je kleiner der zufällige Anteil des Gendrifts, desto stärker ist seine Wirkung 7. Flaschenhalseffekt Katastrophen, Seuchen, Waldbrände oder Zunahme der Räuber reduzieren die Populationsgröße Allele gehen verloren -> Zufällige Zusammensetzung des Genpools Abnahme der Variabilität Verstärkung der Variabilität durch Inzucht und Zufälle bei der Rekombination 8. Selektion a) natürliche Selektion Evolutionsfaktor, der Individuen mit höherer reproduktiver Fitness begünstigt → Verringerung der genetischen Variabilität, aber bessere Angepasstheit Selektionsfaktoren: Abiotische Faktoren (Temperatur, Böden, Gifte) → Biotische Faktoren (Konkurrenten, Parasiten, Fressfeinde -> intra- und interspezifische Selektion) b) sexuelle Selektion Selektion, die auf individuell unterschiedlichem Erfolg im Zugang zu Sexualpartner beruht Formen: →intrasexuelle Selektion: Selektion innerhalb des gleichen Geschlechts (z. B. Überlegenheit bei Revierkämpfen -> höhere reproduktive Fitness) ➜intersexuelle Selektion: Selektion zwischen Partnern des anderen Geschlechts (z.B. Weibchen wählen Männchen mit ausgeprägten sekundären Geschlechtsmerkmalen) Sexualdimorphismus: Unterschiede im Erscheinungsbild zwischen Männchen und Weibchen (z.B. Männchen bunt, Weibchen schlicht) Evolution 9. Selektionstypen Selektionsdruck: bezeichnet die Einwirkung (den ,,Druck") eines Selektionsfaktors auf eine Population von Lebewesen. Selektionsfaktoren sind Umweltfaktoren, die einen Einfluss auf das Überleben einer Population in einer bestimmten Umwelt haben. a) gerichtete/transformierende Selektion Verschiebung der Merkmalshäufigkeit einer Population in Richtung auf stärker oder schwächer ausgeprägt Merkmale phänotypisches Merkmal phänotypisches Merkmal Transformierende (gerichtete) Selektion verändert den Durchschnittswert des Merkmals Der Gipfel verschiebt sich in eine Richtung. Größere Individuen werden begünstigt b) stabilisierende Selektion Die Selektion arbeitet gegen die extremen Werte und stabilisiert damit den Mittelwert phänotypisches Merkmal Selektion Stabilisierende Selektion verringert die Variabilität, verändert aber nicht den Durchschnittswert des Merkmals Mittelgroße Individuen werden begünstigt. Selektion c) spaltende oder disruptive Selektion Die Selektion fördert die Extremwerte und richtet sich gegen durchschnittliche Individuen Große und kleine Individuen werden begünstigt. Disruptive Selektion Begünstigt beide Extreme und führt zu 2 Gipfeln in der Verteilung eines Merkmals. Der Gipfel wird höher und schmaler. Selektion Es bilden sich 2 Gipfel aus. Evolution Unterbrechung des Genflusses zwischen Populationen einer Art a) präzygotische Isolationsmechanismen 10. Isolation geografische Isolation/Separation/Ökologische Isolation ethologische Isolation (falsche Signale in der Balzzeit) mechanische Isolation (Geschlechtsorgane nicht passend) gametische Isolation (Gamten unverträglich -> Befruchtung nicht möglich) b) postzygotische Isolationsmechanismen genetische Isolation ➜ Fehlsteuerung in der Entwicklung des Fötus → Sterilität, Tod oder Benachteiligung der Nachkommen 11. Artbegriff a) typologischer Artbegriff Gesamtheit der Individuen, die in allen wesentlichen Merkmalen untereinander und mit ihren Nachkommen übereinstimmen Artgenossen sehen gleich aus b) biologischer Artbegriff Arten sind Gruppen von tatsächlich oder potenziell miteinander kreuzbaren, natürlichen Populationen, die von anderen solchen Gruppen sexuell isoliert sind ein gemeinsamer Genpool isolierte Teilpopulationen: Unterarten c) genetischer Artbegriff Eine Art ist die Gemeinschaft von Individuen derselben Abstammung, die sich aus mehreren Populationen zusammensetzt und erst zu existieren beginnt, sobald sie sich durch reproduktive Isolation von einer anderen Art getrennt hat Untersuchung genetischer Variabilität innerhalb von Gruppen → Variabilität zwischen Gruppen größer als innerhalb: getrennte Arten 12. Präadaption Schritt vor der Selektion bereits in den Genen vorhandene Fähigkeiten, die man noch nicht gebraucht hat -> Voranpassung zufällige Mutation oder für einen anderen Zweck entwickelt ➜ Kann zum Vorteil in bestimmten Situationen werden 13. Koevolution fortwährende gleichzeitige Beeinflussung zweier oder mehrerer Arten, deren Folge eine wechselseitige Angepasstheit ist Beide Arten üben einen gegenseitigen Selektionsdruck (Anpassungsdruck) aufeinander aus Lebewesen sich hochgradig aufeinander spezialisiert (symbiotische Beziehung) ➜ Funktionen können nur vom koevolutiven Partner erfüllt werden (sonst keine Existenz) 14. Artbildungsprozesse a) Allopatrische Artbildung Evolution Auftrennung des Genpools durch geografische Isolation in den Arealen sind drei Evolutionsfaktoren wirksam →Gendrift: Gründerindividuen eines neu besiedelten Areals tragen nur eine zufällige Auswahl des Genpools der Stammpopulation → Mutation und Rekombination: In isolierten Populationen finden diese Zufallsereignisse unabhängig von der Stammpopulation statt → Selektion: Umweltbedingungen unterscheiden sich im isolierten Areal oft von denen im Ausgangsgebiet (abiotische und biotische Umweltfaktoren) Anhäufung von genetischen Veränderungen bei lang unterbundenem Genfluss zwischen dem isolierten Areal und dem Stammgebiet → Bildung von Unterarten → Weitere Isolation kann über reproduktive Isolation zur Artneubildung führen b) Sympatrische Artbildung Neue Artbildung ohne vorherige geografische Isolation →langsames entstehen von Isolationsmechanismen (spontan) ➜bei Pflanzen häufiger als bei Tieren Polyplodisierung bei Pflanzen → während der Meiose fällt die Trennung der Chromatiden aus (diploide Keimzellen -> tetraploide Keimzellen) ➜ diploid + haploid = triploid (nicht existenzfähig oder Steril -> keine Meiose mit ungrader Chromosomenanzahl möglich) ➜ diploid + diploid = neue Art (sexuell isoliert von anderen Pflanzen) c) parapatrische Artbildung In einem Bereich, der unterschiedlicher ökologische Nischen aufweist, lebt eine Population (Individuen sind an unterschiedliche Nischen angepasst) → Population kann sich ausbreiten, da keine besser angepasste Art existiert Anfangs entstehen Bastarisierungszonen → Paarung führt dazu, dass die Nachkommen Steril sind oder an keinen der Lebensräume ideal angepasst sind Tiere mit gleichen Merkmalen paaren sich bevorzugt ➜Bastarde verschwinden ➜ Zwei verschiedene Arten entstehen 15. Adaptive Radiation Evolution Definition: ,,Aufspaltung einer wenig spezialisierten Art in viele neue Arten durch Anpassung an verschiedene ökologische Nischen" Ablauf: 1. Gründung der Stammpopulation durch einige wenige Gründerindividuen, die sich ohne große Konkurrenz schnell vermehren konnten 2. Es folgt eine geografische Isolation, da einige Individuen auf Nachbarinnen gelangen (unterbrochener Genfluss) 3. Einnischung in unterschiedliche ökologische Nischen auf den Nachbarinseln 4. intraspezifische Konkurrenz aufgrund von steigender Individuenzahl 5. Durch Einnischung Konkurrenzverminderung, Populationen passen sich an unterschiedliche Nahrungsquellen an, Folge: z.B. Veränderung der Schnabelform 6. Der Genfluss zwischen den Teilpopulationen wird immer kleiner bis schließlich zwei eigenständige Arten entstanden sind 7. Kehren Individuen der Nachbarinseln zur Ausgangsinsel zurück, können sie aufgrund von unterschiedlichen ökologischen Nischen koexistieren 16. Progression und Regression Progression: Durch Progression wird der einfache Aufbau eines Lebewesens zu einem komplizierten Aufbau. Er entwickelt sich langsam im Laufe der Zeit Regression: Bei der Regression entwickelt sich der komplizierte Aufbau eines Lebewesens im Laufe der Zeit stetig zurück 17. Analogie und Konvergenz Analogie: Körperteile oder Organe sind dann analog, wenn sie bei verschiedenen Lebewesen die gleichen Funktionen haben, aber nicht den gleichen Grundbauplan (oft ähnliche ökologische Nischen) ➜Ähnlichkeit ohne gemeinsame Abstammung Konvergenz: Die Konvergenz beschreibt die Entwicklung von Merkmalen bei nicht verwandten Lebewesen. Die Merkmale entwickeln sich ähnlich und entwickeln im Laufe der Zeit auch ähnliche Funktionen 18. Homologie und Divergenz Homologie: Die Homologie beschreibt, dass der Grundbauplan zweier oder mehrerer Lebewesen gleich ist, auch wenn die jeweiligen Körperteile oder Organe unterschiedliche Funktionen haben → Verwandtschaft vorhanden, jedoch äußerlich nicht erkennbar Divergenz: Beschreibt die unterschiedliche Entwicklung von Merkmalen einer oder verschiedener Arten. Die Unterschiede werden immer größer, die Lebewesen entfernen sich immer weiter. 19. Homologiekriterien 1. Kriterium der Lage: Mensch Fische Kriterium der Lage Vogel 2. Kriterium der Stetigkeit (Kontinuität): Evolution O₂-arm Pferd Kriterium der Stetigkeit Amphibien Haischuppe O₂-reich zunehmende Trennung von Lungen- und Körperkreislauf Wal Säuger Kriterium der spezifischen Qualität Schmelz Schuppen bzw. Zahnhöhle Organe, die die gleiche Lage in einem vergleichbaren Gefüge-System haben Schneidezahn des Menschen - Oberarm, Unterarm, Handwurzel, Mittelhand, Finger - Reihenfolge immer gleich - Die Zahl der Knochen muss nicht zwangsweise übereinstimmen 3. Kriterium der spezifischen Qualität/ der speziellen Struktur: Organe sind homolog, wenn sie sich durch Zwischenformen/Übergangsformen miteinander verbinden lassen. Fische: einen Kreislauf Säuger: getrennter Lungen- und Köperkreislauf Amphibien: Mischung (zunehmende Trennung) - Organe sind unabhängig von ihrer Lage homolog, Voraussetzung ist, dass sie in vielen Einzelmerkmalen übereinstimmen - Ähnliche bauliche Merkmale und Materialien - innen hohl - erste Schicht (Zahn-) Schmelz 20. Fossilien Entstehung von Fossilien: Versteinern eines toten Körpers mit umgebenem Material (Fossilisation, Paläontologie) →v. a. bei Permafrostböden, in der Wüste oder in sauerstoffarmen Umgebungen nur Abdrücke oder noch vorhandene Knochen und Kalk schalen Umweltbedingungen zum Zeitpunkt des Todes oft entscheidend →Gewässerboden gut, Landoberfläche eher schlecht langsamere Bedeckung des Körpers Fossiliensuche: Evolution systematische Suche durch kontrollieren von Bodenaufschlüssen (Steinbrüche, Straßenbau, etc.) weltweit alle Fossilien = Fossilbestand Datierung der Fossilien, um ein Bild des Evolutionsverlaufes zu schaffen Rekonstruktion: oft Funde ganzer Skelette in anatomisch richtiger Anordnung manchmal Zerstörung durch Verwitterung und dadurch nur Fragmente Berechnung von Körpergröße und Körperlänge möglich ➜Tiere können rekonstruiert werden Paläoökologie: werden viele verschiedene Arten am selben Ort gefunden, können Rückschlüsse zum Ökosystem der damaligen Zeit gemacht werden Chronometrie (Altersbestimmung von Fossilien durch radioaktive Isotope und deren Halbwertzeit): 14C- Methode (Radiocarbonmethode) ➜ 14C wird durch kosmische Strahlung in der Atmosphäre gebildet → Fotosynthese bringt es in die Nahrungskette und Lebewesen haben bei ihrem Tod circa den gleich 14C - Gehalt im Körper ➜14C verfällt in den Jahren des Todes ➜ Alter des Fossils lässt sich bestimmen für etwa 50000 Jahre. danach zu geringen Mengen →Halbzeitwert: 5730 + 40 Jahre → Untersuchung von organischen Überresten Kalium-Argon-Methode ➜Isotop 40C/4⁰ AR → Halbwertzeit: 1,3 Mrd. Jahre →Gemessen wird das Gestein, da sich das Edelgas nicht in Organischem hält Es liegt der Erde in kristalliner Form vor → Untersuchung von versteinerten Überresten 21. DNA-DNA Hybridisierung 1. Zerlegung der DNA in kurze Einzelstänge DNA isolieren und auf ca. 100°C erhitzen, um ihn in Einzelstränge zu teilen rasches abkühlen in Eiswasser, um erneutes Zusammenfügen Renaturierung zu verhindern einsetzen von Nucleasen, um die Einzelstränge in kurze DNA - Abschnitte zu zerlegen ➜500-1500 Nucleotide lang 2. Hybridisierung Zwei verschiedene Sorten von Einzelsträngen werden in ein Reagenzglas gegeben und auf 60° erhitzt Die komplementären Einzelstränge lagern sich zu einem Einzelstrang zusammen 3. Verwandtschaftsanalyse S 22.Stammbäume erstellen Errechnung des Anteils der ungepaarten Einzelstrang Bereiche (TS- Wert) → 0% = Höchster Verwandtschaftsgrad, 100% = absolut keine Verwandtschaft → Mensch + Mensch = 0%, Mensch + Schimpanse = 1,6%, Mensch + Kapuzineraffen = 10,5% Evolution 1,5 B 5,2 M G 7,4 16 0 S = Schimpanse B = Bonobo M = Mensch G = Gorilla 0 = Orang Utan Zahl vor... Millionen Jahren getrennt Evolution Stammesgeschichtliche Entwicklung des Menschen begann vor ca. 5 Millionen Jahren → Tier-Mensch-Übergangsfeld (TMÜ) 23. Entwicklung des Menschen Vormenschen: noch nicht zu den Menschen zählende Art, sondern Lebewesen, die zur Entwicklung beigetragen haben (hominiden) Frühmenschen: schon zu den Menschen zählende Arten (homo...) Australopithecus-Gruppe (Vormenschen) Alter: ca. 4-1,5 Mio. Jahre alt Lebensraum: offene und halboffene Savannenlandschaft in Süd- und Ostafrika Nahrung: wahrscheinlich Pflanzen und Kleintiere → Wahrscheinlich bereits ständig aufrechter Gang → Gesichtsschädel noch deutlich vorspringend, deutlich Überaugenwülste, fliehendes Kinn, Gehirnvolumen noch gering Frühe Homo-Formen Alter: Homo rudolfensis ca. 2,5-1,8 Mio. Jahre Homo habilis ca. 2-1,5 Mio. Jahre ➜Lebensraum: Savannen Afrikas ➜ Nahrung: Pflanzen, Kleintiere, Aas ➜ Herstellung einfacher Steinwerkzeuge Homo-erectus-Gruppe (Frühmenschen) Alter: ca. 1,8 Mio-300.000 Jahre ➜Lebensraum: Ostafrika, Süd- und Ostasien, Europa → Nahrungserwerb: Jäger großer Säugetiere und Sammler → Herstellung leistungsfähiger Steinwerkzeuge, Speere und Lanzen als Fernwaffen ➜ Nutzung des Feuers → Erste Auswanderung der Gattung Homo aus Afrika nach Asien und Europa Homo neanderthalensis (Neandertaler) ➜Alter: ca. 200.000-300.000 Jahre → Lebensraum: Europa, Vorderasien → Nahrungserwerb: Jäger und Sammler → Körperbau: kompakt und gedrungen (Selektionsvorteil durch geringe Wärmeabgabe) Hohe Werkzeugkultur: vielfältige, fein bearbeitete Geräte → Vermutlich religiöse Vorstellungen, Bestattung der Toten Homo sapiens (moderner Mensch) ➜Alter: 150.000-heute ➜Lebensraum: zunächst Afrika, offene und halb offene Savannenlandschaft, dann Ausbreitung über die ganze Erde → Nahrungserwerb: Jäger und Sammler ➜ Hochstehende Kultur, erste Kunstwerke → Einziger lebender Vertreter des menschlichen Stammbaums ➜ Kennzeichen des Menschen: Herstellung von Werkzeugen, ständig aufrechter Gang, ↑ Sprechfähigkeit Selektionsvorteil, da differenzierte Verständigung möglich 24.Hypothesen zur Entstehung des modernen Menschen Out-of-Africa-Hypothese 25. Skelettvergleich Schimpanse und Mensch Schimpanse Gebückt Körperhaltung ➜ Homo sapiens entstand in Afrika aus Homo erectus und breitete sich von dort über die ganze Erde aus → Beste Erklärung für geringe genetische Unterschiede zwischen den Menschengruppen" Hypothese des multiregionalen Ursprungs Verschiedene Gruppen des Homo sapiens entstanden in verschiedenen Regionen der Erde unabhängig voneinander aus unterschiedlichen Homo-erectus-Populationen → Unwahrscheinlich, da geringe genetische Unterschiede zwischen den ,,Menschengruppen" Wirbelsäure Gehirn/Schädel Hinterhauptsloch Arme/Hände Rippen Becken Beine Evolution Fußskelett Körperschwerpunkt Vierbeiniger Gang bogenförmig Kleiner Gehirnschädel, Überaugenwülste, Vorkiefrigkeit/Schnauzenbildung Weit hinten Zur Fortbewegung und zum klettern Mehr Rippen Brustkorb gewölbter Schmal, lang O-förmige Stellung Kürzer als arme Greiffuß mit abspreizbaren Zehen Opponierbarer Zeh Hohes Gewicht der Rippen, gekipptes Becken, Schädel nach vorne gelagert, ausgeprägteres Steißbein und Wirbelsäulenformen ziehen den Affen nach vorne" 26. Vorteile des aufrechten Gangs Mensch Aufrecht Minimierung der Wasserverluste durch Verdunstung Möglichkeit, die Hände (Hand) in vielfältiger Weise einzusetzen ➜ Nahrung über längere Strecken Transportieren → Anfertigung von z.B. Werkzeugen Zweibeiniger Gang Doppelt S-förmig Großer Hirnschädel, keine Überaugenwülste, steile Stirn, Kinn vorstehend, keine Schnauzenbildung Zentral Zum Greifen und Tragen Opponierbarer Daumen Weniger Rippen Flacherer Brustkorb Verbreitet, schlüsselförmig X-beinige Stellung Länger als Arme Standfuß ohne Greiffunktion Weniger Gewicht der Rippen, aufrechtes Becken, Zentrales Hinterhauptsloch, wenige ausgeprägtes Steißbein und die Wirbelsäulenform bewirken beim Menschen den aufrechten Gang Befreiung der Arme und Hände von der Aufgabe der Fortbewegung bessere Rundumsicht