Evolution Karteikarten

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an die Nachkommen vererbt CHARLES DARWIN schuf mit seiner Evolutionstheorie die Grundlage für die heutige Vorstellung der Evolution. Jeder Organismus produziert mehr Nachkommen, als für die Erhaltung der Art erforderlich sind und schließlich auch überleben (Überproduktion). Die angehörigen einer Art sind niemals völlig gleich, sonder unterschieden sich voneinander in zahlreichen Merkmalen (Variabilität). Die Individuen, die durch ihre Eigenschaften für die Umwelt am besten geeignet sind, überleben und pflanzen sich fort, während die weniger gut geeigneten Varianten im Laufe der Zeit aussterben (natürliche Selektion). Die genetischen Informationen über die Merkmale der Überlebenden werden an die Nachkommen weitergegeben (Vererbung). Die synthetische Theorie der Evolution basiert auf den Grundgedanken DARWINS. Sie wurde durch eine Vielzahl neuer Erkenntnisse verschneidender Forschungsgebiete der Biologie erweitert. Dabei fand einen Schwerpunktverlagerung statt: Nicht das Individuum steht im Zentrum der Überlegungen, sondern die Population und der Genpool. Evolution ist die Veränderung des Genpools einer Population im Laufe der Zeit. Evolution Die Flosse vom Pinguin und die Brustflosse des Delfins sind sowohl analog als auch homologous zu bezeichnen. Erläutern Sie an diesem Beispiel die Begriffe Homologie und Analogie. @viola Merkmale, die äußerlich nach Bau und Funktion sehr verschieden sein können, sich aber auf denselben Grundbauplan zurückführen lassen, bezeichnet man als homologe Merkmale. Homologe Merkmale oder Organe deutet man im Rahmen der Evolution als Ausdruck einer divergenten Entwicklung, ausgehend von einer gemeinsamen genetisch festgelegten Grundform. Die Flosse vom Pinguin und die Brustflosse des Delfins lassen sich auf den fünfgliedrigen Grundbauplan der Wirbeltiergliedmaßen zurückführen, sind also homolog. Aus der Klasse der Reptilien, die über diesen Grundbauplan verfügten, haben sich Vögel einerseits und die Säugetiere andererseits entwickelt. Merkmale, die dieselbe Funktion haben, jedoch einen verschiedenen Grundbauplan aufweisen können, bezeichnet man als analoge Merkmale. Die Interpretation im Rahmen der Evolution ist die einer konvergenten Entwicklung, ausgehend von systematisch verschiedenen Grundformen. Aus verschiedenen systematischen Gruppen (Vögel/Säugetier) hat folglich eine Anpassung an den Lebensraum Wasser stattgefunden. Der Vogelflügel des Pinguins und die Flosse des Delphins sind somit auch als analog zu bezeichnen. Evolution Zu den allgemein Erkenntnissen aus der Paläontologie gehört, dass Entwicklungsvorgänge nicht umkehrbar sind, dass komplizierte Strukturen die einmal verloren gegangen sind, nicht in gleicher Weise erneut gebildet werden können. Erläutern Sie die Begriffe Rudiment und Atavismus an einem Beispiel und diskutieren Sie, ob das Vorkommen von Atavismen der Erkenntnissen aus der Paläontologie widerspricht. @viola Rudimente sind funktionslose, rückgebildete Organe an einer Stelle, an der nahe verwandte Arten ein funktionstüchtiges Organ aufwiesen. Bartenwale besitzen im Körperinneren funktionslose Reste des Beckengürtels und des Oberschenkelknochens. Diese legen den Schluss nahe, dass Bartenwale von vierfüßigen Vorfahren abstammen. Heutige Pferde weisen am einzigen ausgeprägten 3. Finger der Vorderextremitäten einen Huf auf, 2. und 4. Finger der ursprünglich fünfstrahligen Extremität sind reduziert, die vorhandenen Griffelbeine stellen Rudimente dar. In seltenen Fällen taucht bei heutigen Pferden ein verlängertes Griffelbein mit Huf auf. Man nennt solche Rückschläge zum Aussehen eines Vorfahren allgemein Atavismen. Ihre Bildung wird erklärt durch eine Störung in der Embryonalentwicklung: Dabei wird eine abgeschaltete genetische Information (die der ursprünglichen, fünfstrahligen Extremität) fälschlicherweise abgelesen bzw. eine Information zur Rückbildung dieser Extremität neben nicht abgelesen. Da das verlängerte Griffelbein aber anders als in der ursprünglichen Evolution der Pferdeartigen mit einem Huf ausgestattet ist und es sich um eine außergewöhnliche Verwirklichung von Ahnenformen bei Einzelindividuen handelt, ergibt sich kein Widerspruch zu den Erkenntnissen aus der Paläontologie. Evolution Definieren Sie den Begriff „Brückentier" und erläutern Sie diesen anhand eines selbst gewählten Beispiels. @viola Brückentiere sind Tiere, die Merkmale verschiedener Tiergruppen in sich vereinigen und damit mosaikartig zusammengesetzt sind. Brückentiere helfen, evolutionäre Entwicklungen zu erklären. Eines der bekanntesten Beispiele ist der Urvogel Archaeopteryx, der Merkmale der Reptilien (Krallen an Vorderster- und Hinterextremitäten, Schwanzwirbelsäule) und solche der Vögel (Federn, Flügel, Vogelschädel) aufweist. Evolution „Eine rasche Anpassung an Veränderte Umweltverhältnisse vollzieht sich häufig ohne neue Mutationen alleine auf dem Weg der Präadaption." Nehmen Stellung zu dieser Behauptung. @viola Der Begriff Präadaption bezeichnet die Entstehung von Eigenschaften, die erst später einen Sinn bekommen (Anpassungen im Voraus"). Eine Präadaption tritt dadurch ein, dass Mutationen ungerichtet stattfinden. So kommt es vor, dass beim Eintreten neuer Lebensbedingungen einzelne Individuen zufällig „schon angepasst" sind. Ein Beispiel hierfür is die Entstehung der Resistenz von Bakterien gegen Antibiotika. Diese Resistenzen entstehen nicht erst durch veränderte Umweltbedingungen (hier: das Hinzufügen des Antibiotikums), sonder dadurch, dass einige Bakterien schon vorher zufällig gegen dieses Antibiotikum resistent waren. Bei diploiden Lebewesen können sich rezessive Allele gleichsam in Wartestellung befinden und erst unter veränderten Umweltbedingungen zu einem Selektionsvorteil führen. Ein weiteres Beispiel findet man in der Evolution der Tetrapoden. Im Devon entwickelten sich spezialisierte Fische, bei einen sich beinartige Körperanhänge offensichtlich als bessere Anpassung zum Paddeln und Kriechen durch die dichte Vegetation im Flachwasser erwiesen als Flossen. Außerdem konnten diese Tiere bei einer gleichzeitigen Entwicklung von Lungen zusätzlich zu den Kiemen über immer längere Strecken zum nächsten Tümpel kriechen, falls ihr Wohngewässer austrocknete. Die Verbesserung der Extremitäten bedeutete also einen Selektionsvorteil. Die entsprechenden Allele setzten sich dann in den jeweiligen Populationen allmählich durch. Aber erst Dutzende von Millionen Jahren später wurde diese Präadaption Anpassung an das Landleben von den früheren Amphibien genutzt. Evolution Erklären Sie die Begriffe genetischer Drift“, „Flaschenhalseffekt" und Gründereffekt". @viola Eine zufällige Veränderung der Allelfrequenz in einer Population bezeichnet man als genetischen Drift. Zwei Situationen können Populationen zu stark schrumpfen lassen, dass sie klein genug sind für einen Gendrift. Katastrophen wie Erdbeben, Überschwemmungen, Dürren und Feuer, aber auch Bejagung durch den Menschen und die Reduktion der Lebensräume können die Größe einer Population so drastisch reduzieren. Der Genpool der kleinen überlebenden Population entspricht damit nicht mehr dem der ursprünglichen Population. Durch Zufall sind bestimmte Allele im Vergleich zur Ausgangspopulation überrepräsentiert, andere hingegen unterrepräsentiert. Manche gehen vielleicht gänzlich verloren. Einen Gendrift durch derartige Ereignisse bezeichnet man als Flaschenhalseffekt. Unter Umständen verändert der Gendrift weiterhin für viele Generationen den Genpool der Population, bis diese so groß ist, dass derartige Zufälle keine Rolle mehr spielen. Gendrift ist immer dann wahrscheinlich, wenn wenige Individuen einer größeren Population eine isolierte Insel, einen See oder einen neuen Lebensraum besiedeln. Je kleiner die Stichprobe, desto weniger wird die genetische Ausstattung der Gründerindividuen den Genpool der größeren Stammpopulation repräsentieren. Diese Form des Gendriftes bezeichnet man als Gründereffekt. Ist die Besiedlung erfolgreich, wird zunächst der Gendrift die Häufigkeit der Allele im Genpool stark beeinflussen. Mit zunehmender Populationsgröße können dann auch hier Zufallsereignisse die genetische Struktur der Population immer weniger beeinflussen. Evolution Erläutern Sie die verschiedenen Arten der Selektion und stellen Sie diese im Zusammenhang mit den Begriffen ,,Artwandel“, „Artkonstanz" und „Artaufspaltung". @viola Bei der gerichteten Selektion führt eine Änderung der Umweltbedingungen zu einem einseitigen Selektionsdruck auf eine Population und somit zur Veränderung des Genpools ind Richtung auf eine bessere Anpassung. Bleibt die Umweltveränderung über mehrere Generationen konstant, so führt dies zur Veränderung der Population, also zum Artwandel. Ist eine Population gut an ihre Umwelt angepasst und ändern sich die Umweltbedingungen nicht, so wirkt die Selektion der Entstehung extremer, zu stark vom Durchschnitt abweichenden Formen entgegen. Die stabilisierende Selektion sorgt für eine Artkonstanz. Bei der aufspaltenden (disruptiven) Selektion sind Teile der Population unterschiedlichen Umweltbedingungen ausgesetzt und es werden damit ehr extreme Varianten selektive begünstigt. Die Population erfüllt in Teilpopulationen und es kommt zur Artaufspaltung. Evolution Erklären sie die Begriffe ,,präzygote Isolation" und ,,postzygote Isolation". Präzygote Isolationsmechanismen sorgen dafür, dass zu keiner Befruchtung kommen kann. Leben die Populationen in verschiedenen Lebensräumen und treffen nicht aufeinander, so spricht man von Habitatisolation. Ist das Balzverhalten unterschiedlich oder sind die äußerlichen oder akustischen Auslöser für eine sexuelle Anziehung zwischen Weibchen und Männchen zu unterschiedlich, so bezeichnet man das als ethnologische oder Verhaltensisolation. Erfolgt die Fortpflanzung zu verschiedenen Jahreszeiten oder Tageszeiten, so liegt eine zeitliche Isolation vor. Weisen die Kopulationsorgane bzw. die Blüten von Pflanzen einen unterschiedlichen Bau auf und passen nicht mehr bzw. verhindern eine Pollenübertragung, so spricht man von mechanischer Isolation. Ist aufgrund fortgeschrittener genetischer Separation eine Verschmelzung weiblicher und männlicher Gameten nicht mehr möglich, bezeichnet man dies als gametische Isolation. Bei den postzygoten Isolationsmechanismen greift die Isolation erst nach der Befruchtung. Die Hybridzygoten können im Laufe ihrer Entwicklung absterben oder die Bastarde erreichen nicht die Geschlechtsreife (Bastardsterblichkeit). Die Bastarde können steril sein oder über eine geringere relative Fitness verfügen, also weniger genetisches Materila in die Folgegeneration einbringen. Evolution Erläutern Sie die unterschiede im Ablauf einer allopatrischen und einer smpatrischen Artbildung. @viola Grundvoraussetzung für die allopatrische Artbildung ist die Auftrennung einer Stammpopulation in Teilpopulationen durch eine räumliche Schranke. Nun können die Evolutionsfaktoren wirksam werden. Eine zufällige Auswahl von Allelen aus dem Gesamtgenpool kann zu einer unterschiedlichen Zusammensetzung der nun isolierten Genpoole geführt haben. Gendrift kann wirksam werden, wenn die Teilpopulationen genügend klein sind. Verschiedenen Mutationen bleiben auf den jeweiligen Genpool beschränkt. Rekombination führt zu unterschiedlichen Allelkombinationen und damit zu Individuen mit neuen Merkmalskombinationen. Es können verschiedene Selektionsbedingungen wirksam werden, wenn die isolierten Lebensräume verschieden sind. Führen die genetischen Unterschiede zu einer reproduktiven Isolation der Teilpopulationen, so sind neue Arten entstanden. Die sympatrische Artbildung findet ohne eine vorherige geografische Isolation statt. Einzelne Individuen einer Population werden durch eine Mutation schlagartig von der Restpopulation reproduktiv isoliert und bilden den Ausgangspunkt für eine neue Art. Die sympatrische Artbildung findet man vorwiegend bei Pflanzen, bei denen es infolge einer Meiosestörung zu einer Vervielfältigung des Chromosomensatzes kommt (Polyploidisierung). Evolution Begründen Sie, warum sich die Beuteltiere in Australien zu ihrer heutigen Formenvielfalt entwickeln konnten und erklären sie in diesem Zusammenhang den Begriff adaptive Radiation. @viola Vor ca. 200 bis 250 Millionen Jahren war die Landmasse der Erde ein einziger großer Kontinent. Dieser begann sich vor etwa 180 Millionen Jahren in eine nördliche und in eine südliche Landmasse zu teilen. Darauf folgte das Auseinanderbrechen der Südkontinente, Australien war seit der Kreidezeit völlig isoliert. Zuvor war die Evolution der Säugetiere so weit fortgeschritten, dass sich auf den noch zusammenhängenden Kontinenten und somit auch in Australien Beuteltiere ausgebreitet hatten. Im dann isolierten Australien blieben due Beuteltiere erhalten, auf den restlichen Kontinenten wurden sie von den sich dort entwickelnden konkurrenzfähigeren Placenta-Tieren verdrängt. Die Ausgangsarten in Australien fächerten sich in zahlreiche Arten auf (Radiation), wobei jede Art eine spezifische ökologische Nische besitzt, an diese also in besonderer Weise angepasst (adaptiert) ist.