Lernzettel zur Evolution | Biologie

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Selektionsfaktor auf eine Population • Vermindert die genetische Variabilität Selektionsvorteil: • Vorteil eines Individuums gegenüber anderen, der durch ein phäotypisches Merkmal Isolation: • Durch geografischen Barrieren getrennt, kann kein Genautausch zwischen Lebewesen stattfinden Selektionsfaktoren: Äußere Selektion: • Die Veränderung der Umwelt, zum Beispiel Umweltverschmutzung Innere Selektion: Vorgänge die innerhalb des Körpers der Lebewesen ablaufen, zum Beispiel Stoffwechselvorgang Körperbau Verbesserung eines Enzyms ▸ Veränderter Fotosyntheseverlauf . Biotische Selektionsfaktoren: • Einflüsse der belebten Umwelt ► Intraspezifische (innerartliche) Konkurrenz → Wettbewerb der Lebewesen einer Art untereinander, um Nahrung, Aufenthaltsorte, Geschlechtspartner Interspezifische (zwischenartliche) Konkurrenz → Konkurrenz der Lebewesen unterschiedlicher Arten miteinander ▸ Fressfeinde: Können bei Beutetieren zur Ausbildung von Schutzmerkmalen führen: Mimese (Nachahmung von Teilen der belebten wie der unbelebten Umwelt zur Tarnung), Warntracht (auffällige Farben/Zeichnungen weisen auf Giftigkeit hin), Mimikry (Scheinwarntracht; Nachahmung der Warbtracht giftiger Arten durch eigentlich harmlose Spezies) ► Parasiten 2 Abitotische Selektionsfaktoren: Einflüsse der unbelebten Umwelt, zum Beispiel Wind, Temperatur, Feuchtigkeit, Belichtung . Selektionsformen: transformierende Individuenzahl Selektionsdruck ¯¯ Variationsbreite stabilisierende Selektionsdruck disruptive Selektion Variationsbreite Gründereffekt: Selektionsdruck Variationsbreite nachteilige Merkmals- ausprägung Transformierende Selektion (gerichtete): ▸ Bei sich verändernden Umweltbedingungen: Verschiebung der Merkmalsausprägung durch Selektionsdruck in Richtung der besseren Angepasstheit Stabilisierende Selektion (festigende): ▸ Bei stabilen Umweltbedingungen: ► Vom Durchschnittstyp abweichende Varianten haben einen Selektionsnachteil → Verringerung der Vatiationsbreite Disruptive Selektion (aufspaltende): ▸ Bei sich verändernden Umweltbedingungen: Extreme einer Merkmalsausprägung werden von der Sektion bevorzugt Gendrift: • Ist die zufällige Veränderung der Häufigkeit bestimmter Allee im Genpol einer Population → Verringerung der genetischen Variabilität, Verschwinden vorteilhafter Allele möglich • Die Ursprungspopulation wird nicht vernichtet, ein kleiner ausgewählter Teil besiedeln einen neuen Lebensraum und bilden eine neue Population 3 Flaschenhalseffekt: • Wenn ein Großteil einer Population vernichtet wird und die wenigen Überlebenden eine Basis der neuen Population beziehen. Populationsgenetik: Population: • Wenn mehrere Individuen einer Art zu gleichen Zeit in einem begrenzten Gebiet leben Genpool: Gesamtheit aller Allee einer Population . Allelfrequenz: • Beschreibt die relative Häufigkeit eines bestimmten Alles in einer Population Häufiges Auftreten = hohe Allelfrequenz Seltenes Auftreten = niedrige Allelfrequenz Polymorphismus: • Das Auftreten verschiedener Genotypen innerhalb einer Population ▶ Modifikation: • Varianten im Erscheinungsbild, die durch Umwelteinflüsse zustande kommen Artbildung und Isolation: Sympatrische Artbildung: Artentstehung ohne geografische Trennung ● Peripatrische Artbildung: • Eine kleine Population siedelt sich außerhalb des Verbreitungsgebiets der Ausgangsart an • Aus ihr geht eine neue Art hervor Allopathische Artbildung: Artenentstehung beruht auf geografische Isolation (Seperation) • Eine Population bildet durch geografische Isolation von ihrer Ursprungsart eine neue Art. ● 4 ● Entwicklung von Unterarten und schließen von reproduktiv isolierten Arten möglich Fortpflanzungsbarrieren wirken dann auch, wenn die räumliche Isolation der neu entstandenen Arten aufgehoben wird Reproduktive Isolation Isolierung Individuen von 2 verschiedenen ↓ Präzygotische Barriere: Damit die Genpools sich nicht vermischen ↓ Habitatisolation: Leben im selben Biotop, aber besiedeln unterschiedliche Habitate ↓ Verhaltensisolation: Signale aussenden ↓ Zeitliche Isolation: Die Paarung befindet sich in unterschiedliche Jahreszeiten ↓ Paarung ↓ Mechanische Isolation: Paarung nicht vollzogen, da anatomische Organe nicht passen Gambische Isolation: Bildung einer Zygote wird verhindert ↓ Befruchtung: Postsynaptische Barriere: Verhinderung der Kombination Arfremder Allele ↓ Hybridsterblichkeit: keine weiter Entwicklung des Embryos; tot ↓ Hybridsterilität: Mischling ist unfruchtbar ↓ Hybridzusammenbruch: Gering oder gar keine Chance bei der Partnerfindung ↓ Fruchtbare Nachkommen 5 Belege aus der vergleichenden Morphologie und Anatomie: Homologie „Abstammungsähnlichkeit": Zeigen Übereinstimmung aufgrund eines gemeinsamen Ursprungs Abstammung der Träger von gleichen Vorfahren → ähnlicher genetisch festgelegter Bauplan • Dienen als Hinweis auf Verwandtschaftsbeziehung zwischen Arten/Gruppen . Homologiekriterien: 1. Kriterium der Lage: Strukturen sind homolog, wenn sie oder ihre Einzelbestandteile im Körper der Organismen die gleiche Lage einnehmen ▶ 2. Kriterium der Stetigkeit: ▸ Strukturen sind homolog, wenn sie über eine Reihe von (embryonalen oder fossilen) Zwischenformen voneinander abgeleitet werden können 3. Kriterium der spezifischen Qualität: ▸ Strukturen sind homolog, wenn sie sich aus vergleichbaren Teilstrukturen zusammensetzen und in zahlreichen Einzelheiten ihres Bau übereinstimmen • Funktionalität und Aussehen von homologen Organen kann sich durch divergente Entwicklung stark unterscheiden → ursprungsgleich, aber nicht immer funktionsgleich Analogie Funktionsähnlichkeit": • Ähnliche Merkmale unterschiedlicher Arten, jedoch mit unterschiedlicher Ursprung aufgrund des Selektionsdrucks Analoge Organe entstehen immer durch Konvergenz: Veränderung der Merkmalen verschiedener Organismen, die unabhängig voneinander verläuft, aber zu ähnlichen Formen führt → nicht ursprungsgleich, aber funktionsgleich Rudimente: Unvollständig ausgebildete Organe, die ihre ursprüngliche Funktion nicht mehr erfüllen ehemals funktionsfähige Organe haben sich im Verlauf der Evolution zurückgebildet ▶ Atavismen: Ein zufällig wieder auftretendes Merkmal, dass im Laufe der Evolution ganz verschwunden oder zurückgetreten war . Progression: • Rasch an wachsende Populationsdichte bei der Massenvermehrung Regression: Zurückgehen einer Massenvermehrung von Organismen 6 Belege aus der Molekularbiologie: Aminosäuresequenzenanalyse: 1. Er ist ein Triplett-Code → es codieren immer drei Basen, ein Codon, eine Aminosäure 2. Er ist universell → alle Lebewesen benutzen dieselbe ,,Sprache", nur bei einigen Ausnahmen codieren bestimmte Codons andere Aminosäure 3. Er ist eindeutig jedes Codon codiert nur eine Aminosäure 4. Er ist degeneriert → Fast alle Aminosäuren werden durch mehrere Tribletts codiert 5. Er ist kommafrei → die Codons schließen lückenlos aneinander 6. Er ist nicht überlappend Molekulare Uhr: • Sie ermöglicht das Aussagen zum Verwandtschaftsgrad von Lebewesen → DNA-DNA-Hybridisierung: DNA-Einzelstränge bilden stabile hybrid-Doppelstränge 1. Denaturierung: Eine Base ist immer nur Bestandteil eines Codons · DNA-Doppelstränge werden erhitzt Der DNA-Doppelstränge trennen sich - Resultat: 2 Einzelstränge 2. Renaturierung: - Einzelstränge werden abgekühlt Dabei lagern sich zwei Einzelstränge unterschiedlicher Arten an 3. Hybridisierung: - Erneutes Erhitzen zum Ermitteln des Hybridisierungsgrades Belege der Paläontologie: Fossil: Spuren im Stein erhalten • Verwandtschaftsverhältnisse der Arten: ▸ Je höher, eine artverwandt ist, desto häufiger sind komplementäre Basenpaarung möglich Leitfossil: • sind Fossilien, anhand derer man die relative Altersbestimmung verschiedener Gesteinsschichten vornehmen kann Brückentier: • Aus einer Urform spaltet sich ein neuer Stamm ab Lebendes Fossil: • bezeichnet man Pflanzen und Tiere, die schon seit Jahrmillionen auf der Erde leben und sich in diesem langen Zeitraum kaum verändert haben 7 Moasikformen: • Lebewesen die Merkmale unterschiedlicher systematischer Gruppen in sich vereinigen Belege aus der Biogeographie: • Endemische (einheimisch) Arten → sie kamen nur dort und nirgendwo anders vor Theorie der Plattentektonik: • die äußere Erdkruste besteht aus sieben großen und einer Anzahl deutlich kleinerer Platten Theorie zur Kontinentalverschiebung: Weiterentwicklung der Theorie der Plattentektonik die Meeresflächen bestünden aus einem schwereren Material als die Kontinente → die leichteren Kontinente schwimmen in dem schwereren Untergrund - so wie Eisschollen auf dem Wasser Das biogenetische Grundgesetz: • Das biogenetische Grundgesetz besagt, dass die Entwicklung des Ontogenese (Einzelwesen) die kurze Wiederholung seiner Phylogenese (Stammesgeschichte) ist Homöotische Gene: Homöotisches Gen ↓ Codiert für Transkriptionsfaktor Homöodomäne des Transkriptionsfaktors kann an DNA-Bereiche binden ↓ Reguliert die Expression weiterer Gene ↓ Aktivierung/Inaktivierung je nach Körpersegment . ↓ • Homöotische Gene sind Regulationsgene ▸ Da sie Proteine codieren, die als Transkriptionsfaktoren bestimmen, welche Gene transkribiert und damit welche Proteine synthetisiert werden • Sie steuern grundlegende Entwicklung der Organe entlang der Körperachse, haben Mutationen oft tödliche Folgen für das Individuum → haben geringe Veränderungen erfahren • Daher sind homöotische Gene bei den verschiedensten Lebewesen von der Fruchtfliege bis zum Menschen zu finden Bildung von Embryonen sind sehr ähnlich • Dies legt den Schluss nahe, dass diese Lebewesen einen gemeinsamen Ursprung haben Adaptive Radiation: Auffächerung einer Stammart/Artengruppe in viele neue Arten, die unterschiedliche ökologische Nischen besetzen 8 Voraussetzung: zahlreiche freie ökologische Nischen müssen zur Verfügung stehen → Art besiedelt z.B. bisher nicht von möglichen Konkurrenten bewohnte Inseln • DARWIN-Finken: . Gründerpopulation einer Stammart körnerfressender vorwiegend bodenlebender Finken (relativ unspezialisiert) wird auf Insel des Galapagos-Archipels verschlagen ▸ Starkes Populationswachstum, da gutes Ressourcenangebot, keine Konkurrenz und keine Fressfeinde. Sexuelle Selektion: Geschlechts- oder Sexualdimorphismus: Die Unterschiede der sekundären Geschlechtsmerkmale zwischen männlichen und weiblichen ▸ Zunehmende innerartliche Konkurrenz um begrenzte Ressourcen → Selektionsdruck begünstigt Individuen, die aufgrund veränderter Merkmale z. B. neue Nahrungsquellen nutzen können → Ausweichen auf unbesetzte ökologische Nischen. ► Separation von Teilpopulationen durch zufällige Besiedelung weiterer Inseln → Entwicklung in unterschiedliche Richtungen durch Gendrift, anderen Selektionsdruck, unterschiedliche Mutationen/ Rekombinationen → Entstehung von 14 reproduktiv isolierten Finkenarten, die unterschiedliche ökologische Nischen besetzen. Lebewesen Handicap-Hypothese: Beeinträchtigung aufgrund eines übertrieben ausgeprägten Merkmals, wodurch das Männchen leicht zu Beute wird, aber trotz des Selektionsnachteil übersteht, welches die Weibchen attraktiv finden . Sexy-Son-Hypothese: • Die Söhne der Weibchen werden unmittelbar bei den Männchen bestimmte Merkmale zeigen, die wiederum attraktiv sind Good-Genes-Hypothese: Äußere Merkmale, die die genetische Ausstattung eines Männchen signalisiert, sind Indikatoren für gute Gene → Nachkommen soll gute genetische Veranlagung verfügen Intersexuelle Selektion: • Beschreibt den gleichgeschlechtlichem Wettbewerb, in dem meist die, Männchen um das Weibchen miteinander konkurrieren Intrasexuelle Selektion: • Beschreibt die Auswahl eines Fortpflanzungspartner anhand bestimmter Merkmale, meistens durch die Weibchen 9 Altruismus: • Altruismus ist eine freiwillige, kostspielige Handlung, die darauf abzielt, einer anderen Person zu helfen, während der persönliche Nutzen zugunsten anderer geopfert wird → Verwandtenselektion Fitness: Angepasstheit oder Tauglichkeit eines Organismus, die beispielsweise anhand der Nachkommenzahl bzw. des Beitrags zum Genpool der kommenden Generation bestimmt werden kann. Direkter Fitness: • Die eigene Gene im Genpool weiterleiten Indirekter Fitness: Förderung der Fortpflanzung von Verwandten Gesamtfitness: • Indirekt und direkt Fitness ergeben die Gesamtfitness Koevolution: Wechselseitige Anpassung unterschiedlicher Arten oder Artengruppen durch sich gegenseitig Vorteil: Steigerung der Fitness Nachteil: Starke Abhängigkeit; bei sehr enger Verbindung führt beispielsweise das Aussterben des einen Partners mit hoher Wahrscheinlichkeit auch zum Aussterben des anderen. Art A Mutation, Rekombination und Selektion Veränderte Art A Selektionsdruck Selektionsdruck Selektionsdruck Art B Mutation, Rekombination und Selektion Veränderte Art B Red-Queen-Hypothese: • Besagt Arten, die aufgrund des ständigen Konkurrenzdruck ständig neue Anpassungen und Weiterentwicklungen vornehmen müssen, um nicht unterzugehen 10 Kosten-Nutzen-Prinzip • Konkurrenz um begrenzte Ressourcen (z. B. Nahrung, Lebensraum, Geschlechtspartner) verhalten sich Organismen nach dem Kosten-Nutzen-Prinzip → Je nach ihren Bedürfnissen/ ihrer Fitness-Maximierung verfolgen sie spezifische Strategien Partnerwahl: • Wahld es Sexualpartners mit Balzverhalten und ritualisierten Handlungen als sexuelle Auslöser. • In der Regel: Männliche Individuen balzen um Gunst der Weibchen. Paarungssyteme: Monogamie: Saisonale (eine Fortpflanzungsperiode) oder dauerhaft (bis zum Tod eines der Partner) bestehende Verbindung zwischen einem Männchen und einem Weibchen einer Tierart. Oft relativ ausgeglichenes Elterninvestment. Saisonal: Buntbarsch, Fuchs; dauerhaft: Graugans, Kolkrabe Polygamie: Verpaarung mehrerer Individuen des einen mit einem oder mehreren Individuen des anderen Geschlechts. . . Polyandrie (,,Vielmännerei"): Ein Weibchen, mehrere Männchen. Polygynie (Vielweiberei"): Ein Männchen, mehrere Weibchen. Polyandrie (,,Promiskuität"): Fortpflanzungsgruppe mit Paarung jedes Mitglieds des einen mit jedem Mitglied des anderen Geschlechts. Künstliche Selektion: Eingriff der Menschen in die Evolution: Ausschluss von unerwünschten Merkmalen ▶ ▶ Bestärkung von erwünschten Merkmalen • Können die Evolution beobachten . Parasiten: • Konstante Bedingungen → Läuse besaßen keinen konstanten Selektionsdruck: Haarstruktur, Körpertemperatur und die Zusammensetzung der Nahrung blieb gleich Verdeutlich, dass Schimpansen, Gorillas und Mensch haben irgendwann gemeinsam zusammengelebt und irgendwann gespalten gemeinsamer Vorfahren → Primaten: • Mensch, Schimpansen (nächster Verwandter des Menschen), Gorillas und Orang-Utan bilden Familie der Menschenaffen innerhalb der Ordnung der Primaten. Multiregionale Hypothese: Verschied Gruppen des Homo sapiens entstanden in verschiedenen Regionen der Erde unabhängig voneinander aus unterschiedlichen Homo-erectus-Populationen. • Unwahrscheinliche Hypothese, da extrem geringe genetische Unterschiede zwischen den „Menschengruppen" → Theorie wird mitunter für pseudo-wissenschaftliche rassistische Ideologien genutzt 11 Mensch vs. Übrige Menschenaffen: Fortbewegung Körperhaltung im aufrechten Stand Wirbelsäure Körperproportionen Beine länger als Arme → größere Schrittweite Becken Füße Hände Schädelvolumen Hinterhauptsloch Stirn Gesichtsschädel Zahnreihen Mensch Kinn aufrecht, zweibeinig Oberschenkel und Wirbelsäule in gerader Linie Schwerpunkt im Becken → geringer Kraftaufwand beim zweibeinigen Gehen breit und schüsselförmig kann Eingeweide tragen + größerer Geburtskanal gewölbter Lauffuß → Abfederung der Körperlast doppelt-s-förmig Abfederung der Last Gerade oder bogenförmig von Kopf und Rumpf beim Laufen Hände frei, da zweibeinige Fortbew.; Daumen lang, beweglich, opponierbar Präzisionsgriff ca. 1 500 mL = großes Gehirn Zentrum Schädelunterseite → Schädel ruht gut ausbalanciert auf Wirbelsäule steile, hohe Stirn → Erweiterung des Hirnraums nach vorne flach; Oberkiefer unter Hirnschädel verlagert Kopf besser ausbalanciert und Überaugenwülste können reduziert werden parabelförmig → mehr Raum für Zähne Übrige Menschenaffen vorspringend → erhöhte Festigkeit der Verbindung beider Unterkieferäste in der Regel vierbeinig Oberschenkel gegen Wirbelsäule abgeknickt → Schwerpunkt vor Wirbelsäure Arme länger als Beine → größere Greifweite lang und schmal Greiffuß Daumen kurz, kaum opponierbar ca. 500 mL hinterer Bereich des Schädels sehr flache, fliehende Stirn Schnauze; starke Überaugenwülste zum Auffangen des Kaudrucks u-förmig, Affenlücke, dolchartige Eckzähne fliehend → Affenplatte nötig Große Übereinstimmungen bei Aminosäuresequenz wichtiger Proteine und bei Basensequenz der DNA 12 Stammesgeschichte des Menschen: Vormenschen (Australopithecus) ↓ Frühe Homo-Formen Į Frühmenschen (Homo-erectus) Neandertaler (hoomo neanderthlensis) ↓ Moderner Mensch (Homo sapiens) Out-of-Africa-Hypothese: • Homo sapiens entstand in Afrika aus Homo erectus und breitete sich von dort über die ganze Erde aus. ● Wahrscheinlich zutreffende Hypothese, da beste Erklärung für extrem geringe genetische Unterschiede zwischen den Menschengruppen" → alle Menschen gehören einer Art an, ohne Unterarten, ,,Rassen" o. À. Out-of-Africa II: Beweisbar durch die menschliche Mitochondrien-DNA Untersuchung Genetische Variabilität: • hohe genetische Variabilität in der schwarzafrikanischen Bevölkerung ist ein Hinweis darauf, dass Homo sapiens zuerst in Afrika entstand und sich erst deutlich später über den Rest der Welt ausbreitete • In Afrika konnten die verschiedenen Evolutionsfaktoren über längere Zeiträume wirken als in den übrigen Teilen der Welt und so zu einer höheren genetischen Variabilität der schwarzafrikanischen Bevölkerung führen Verwendung des Rassebegriffs: Aus biologischer Sicht gibt es keine scharf abgrenzbaren Merkmalsunterschiede, die eine Einteilung des Menschen in Rassen sinnvoll erscheinen lassen • In den letzten Jahrhunderten und besonders rasch in den letzten Jahrzehnten hat es zudem durch eine erhöhte Mobilität eine immer stärkere Durchmischung von früher getrennten Populationen gegeben • Aus historischer Sicht ist der Rassenbegriff zudem negativ besetzt, da sowohl im Zeitalter des Imperialismus als auch während des Nationalsozialismus versucht wurde, Menschen unterschiedlicher Herkunft und Hautfarbe als überlegen bzw. minderwertig zu klassifizieren. Geringe genetischen Unterschiede zwischen allen Menschen → demnach alle Menschen eine gemeinsame genetische Basis besitzen • Vorurteile gegenüber Menschen mit bestimmten äußerlich sichtbaren Merkmalen → Dass unterschiedliche Phänotypen von Menschen verschiedener geographischer Herkunft als wesentliche Unterschiede wahrgenommenen werden, beruht aber auf sozialpsychlogisch bestimmten Urteilen und nicht auf ihrer genetischen Differenz. 13 Faktoren der Menschwerdung: . Aufrechter Gang ► Mobilität der Menschen ► Universelle Greifhand → freie Hände Fortbewegung Drohgebärde Kühler-Hypothese Wasserwat-Hypothese Hypothese Amphibische generalistentheorie Freie Hände . Kulturelle Evolution: Vorteile Bei der Nahrungssuche z. B. erreichen von höher hängende Früchte • Neue kulturelle Ideen Grundlagen für die kulturelle Evolution: Bau der Hand Aufrechte Drohgebärde zur Abschreckung Schutz vor Hitze und Sonne Nahrungssuche und Aufenthalt im tieferen Wasser Leben auf Bäumen und Nahrungssuche im Wasser Nutzung von Werkzeug und Transport von Nahrung und Kindern Einfache Steinwerkzeuge (Geröllwerkzeuge) ↓ Stärker bearbeitete Steinwerkzeuge (Faustkeile) ↓ Feuergebrauch ↓ Entwicklung von weiteren Stein-, Knochenwerkzeugen, Jagdwaffen Erstellung von Kunstgegenständen (Schmuck, Höhlenmalereien) ↓ Sesshaftigkeit ↓ Landwirtschaft, Siedlungen, Städte ↓ Entwicklung der Schrift ↓ Kupferzeit Bronzezeit ↓ Eisenzeit Leistungsfähige Gehirnfelder Wortsprache und Schrift → verantwortlich für hohe Geschwindigkeit der kulturellen Evolution 14 Biologische Evolution: Biologische und kulturelle Entwicklung verlief parallel: Aufrechter Gang ↓ Größeres Gehirn ↓ Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten ↓ Entwicklung der Sprache ↓ Entwicklung von Werkzeuge ↓ Durch Lehren und Lernen wurde Informationen an folgende Generation weitergegeben ↓ Soziale Gruppen beschleunigten die kulturelle Entwicklung ↓ Kaum Fortschritt • Kulturelle Entwicklung hat sich mehr und mehr von der biologischen Evolution entkoppelt → großer Fortschritt 15