Die Evolution: Grundlegende Konzepte und Theorien

Die Evolutionsbiologie untersucht die Entwicklung und Veränderung von Lebewesen über Generationen hinweg. Für Schüler, die sich auf das Biologie Abitur 2024 NRW vorbereiten, ist das Verständnis der evolutionären Mechanismen von zentraler Bedeutung.

Definition: Evolution beschreibt die allmähliche Veränderung von Lebewesen über lange Zeiträume durch das Zusammenspiel verschiedener Evolutionsfaktoren.

Die wichtigsten Evolutionstheoretiker waren Jean-Baptiste de Lamarck und Charles Darwin. Während Lamarck von der Vererbung erworbener Eigenschaften ausging, entwickelte Darwin die Theorie der natürlichen Selektion. Diese wurde später zur Synthetischen Evolutionstheorie erweitert, die auch genetische Erkenntnisse einbezieht.

Die fünf Evolutionsfaktoren spielen eine zentrale Rolle: Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift und Migration. Mutationen erzeugen neue genetische Varianten, während die Rekombination durch geschlechtliche Fortpflanzung neue Merkmalskombinationen ermöglicht.

Merke: Die Voraussetzungen für Evolution sind:

• Genetische Variation in Populationen
• Unterschiedliche Fortpflanzungsraten
• Vererbbarkeit von Merkmalen

Genetische Variation und Populationsgenetik

Die Populationsgenetik bildet eine wichtige Grundlage für das Verständnis evolutionärer Prozesse. Für Bio LK Abitur 2024 NRW Schüler ist besonders das Hardy-Weinberg-Gesetz relevant, das die genetische Stabilität in idealen Populationen beschreibt.

Beispiel: Der Industriemelanismus bei Birkenspannern zeigt, wie Selektion zur Anpassung an veränderte Umweltbedingungen führt.

Die verschiedenen Selektionsformen beeinflussen die Evolution auf unterschiedliche Weise:

• Stabilisierende Selektion
• Gerichtete Selektion
• Disruptive Selektion

Die sexuelle Selektion spielt eine besondere Rolle bei der Entwicklung von Geschlechtsunterschieden und Paarungsstrategien.

Darwins Evolutionstheorie und moderne Entwicklungen

Charles Darwin revolutionierte mit seiner Evolutionstheorie das biologische Verständnis grundlegend. Seine Beobachtungen während der Weltumsegelung (1831-1836) führten zur Entwicklung der Theorie der natürlichen Selektion.

Beispiel: Die Galapagos-Finken zeigen eindrucksvoll, wie sich Arten durch natürliche Selektion an unterschiedliche ökologische Nischen anpassen können. Die verschiedenen Schnabelformen der Finken entstanden als Anpassung an unterschiedliche Nahrungsquellen.

Die moderne Synthetische Evolutionstheorie verbindet Darwins Erkenntnisse mit den Gesetzen der Genetik. Sie erklärt, wie die Voraussetzungen für die biologische Evolution durch das Zusammenspiel von Mutation, Rekombination und Selektion geschaffen werden.

Fachbegriff: Die vier Evolutionsfaktoren nach der klassischen Synthese sind Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift. Migration wird oft als fünfter Faktor hinzugezählt.

Moderne Evolutionstheorien und Epigenetik

Die Neutrale Theorie der molekularen Evolution von Motoo Kimura ergänzt die klassische Evolutionstheorie. Sie betont die Bedeutung neutraler Mutationen, die weder Vor- noch Nachteile für den Organismus haben.

Highlight: Die Epigenetik untersucht Veränderungen der Genaktivität, die nicht auf DNA-Sequenzänderungen beruhen, aber dennoch vererbt werden können.

Der Punktualismus von Eldredge und Gould beschreibt Evolution als Prozess mit Phasen der Stasis und des schnellen Wandels. Diese Theorie steht im Kontrast zum klassischen Gradualismus, der von einer gleichmäßigen Entwicklung ausgeht.

Fachbegriff: Das Epigenom beschreibt die Gesamtheit aller epigenetischen Modifikationen, die die Genaktivität beeinflussen können.

Epigenetische Mechanismen und Populationsgenetik

Die epigenetischen Mechanismen spielen eine zentrale Rolle bei der Genregulation und Vererbung. Diese Prozesse beeinflussen, wie Gene aktiviert oder deaktiviert werden, ohne die DNA-Sequenz selbst zu verändern. Die zwei wichtigsten epigenetischen Mechanismen sind die Histon-Acetylierung und die DNA-Methylierung.

Definition: Chromatin ist ein Komplex aus DNA und Histonen, der in zwei Formen vorkommt: Heterochromatin (dicht verpackt, keine Transkription möglich) und Euchromatin (aufgelockert, Transkription möglich).

Bei der Histon-Acetylierung fügt das Enzym Histonacetyl-Transferase (HAT) Acetylgruppen an die Histone an. Dieser Prozess verringert die Anziehung zwischen Histonen und DNA, wodurch sich das Chromatin auflockert und für die Transkription zugänglich wird. Der gegenteilige Prozess wird durch das Enzym Histondeacetylase (HDAC) gesteuert, das die Acetylgruppen wieder entfernt.

Die DNA-Methylierung erfolgt durch das Enzym DNA-Methyltransferase, das Methylgruppen an bestimmte DNA-Abschnitte anfügt. Dies kann entweder direkt die Bindung von Transkriptionsfaktoren verhindern oder über den Proteinkomplex MBD zur Verdichtung des Chromatins führen. Beide Mechanismen blockieren die Genexpression.

Highlight: Die epigenetischen Modifikationen können bei der Zellteilung weitergegeben werden, was Lamarcks Theorie teilweise bestätigt: Erworbene Veränderungen können unter bestimmten Umständen an Nachkommen vererbt werden.