Bio 5. Evolution Lösungen – Cornelsen

Lösungen zu Check-up Evolution

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Belege für die Evolution

Aufgabe 1

a Kriterium der Lage: Strukturen sind homolog, wenn sie in einem ähnlichen Grundbauplan die gleiche Lage zueinander einnehmen.
Kriterium der spezifischen Qualität: Komplexe, aus vielen Einzelelementen bestehende Strukturen sind homolog, wenn sie in zahlreichen Einzelmerkmalen auffallend übereinstimmen.
Kriterium der Stetigkeit: Unterschiedlich gestaltete Strukturen sind homolog, wenn sie durch eine Reihe von Zwischenformen in eine Entwicklungsreihe gestellt werden können.

b Konvergenzen entstehen, wenn Populationen verschiedener Arten unter vergleichbaren Umweltbedingungen leben. Strukturen, die dieselbe Funktion haben, unterliegen einem ähnlichen Selektionsdruck. Er führt dazu, dass sie im Laufe der Zeit eine immer stärkere Angepasstheit an diese Funktion zeigen, sodass sie sich äußerlich auch ohne gemeinsamen Grundbauplan ähneln. Das Ergebnis sind analoge Strukturen, deren Ähnlichkeit nicht auf Verwandtschaft beruht.

c Die Haischuppe, der Schneidezahn des Menschen und der Giftzahn der Schlange bestehen im Inneren aus einer Pulpa, die von Dentin umgeben ist. Im oberen Bereich sind sie von Schmelz bedeckt. Die Oberfläche des Schneidezahns erscheint von vorne gesehen flach, die Haischuppe besitzt eine stumpfe, leicht abgeknickte Spitze. Der Giftzahn der Schlange ist sehr spitz und beinhaltet im Inneren einen Hohlraum, den Giftkanal. Der Giftzahn der Kegelschnecke trägt ebenfalls eine Spitze (mit Widerhaken) und einen Giftkanal und besteht komplett aus Chitin.
Die Haischuppe dient dem Schwimmen (genauer gesagt der Reduktion des Wasserwiderstands; manche Haischuppen haben besondere Funktionen wie den Schutz vor Parasiten oder die Verankerung in Hohlräumen). Der Schneidezahn hilft bei der Zerkleinerung der Nahrung, mit ihm werden Nahrungsstücke abgebissen. Die Funktion der beiden Giftzähne ist die Injektion von Gift in Beutetiere.

d Die beiden Giftzähne sind einander analog, da die dieselbe Funktion, aber keinen gemeinsamen Grundbauplan aufweisen.
Der Schneidezahn und die Haischuppe sind einander analog, da sie denselben Grundbauplan besitzen, aber entsprechend ihrer unterschiedlichen Funktionen äußerlich verschieden gestaltet sind.

e Beide Zähne besitzen weder denselben Grundbauplan noch dieselbe Funktion. Deshalb können sie weder als homolog noch als analog betrachtet werden.

f Weichteile eines Körpers werden nach dessen Tod meist schnell gefressen oder von Destruenten zersetzt. Sie fehlen also häufig schon bevor der Prozess der Fossilisation beginnen kann und bleiben daher nicht fossil erhalten. Zähne bestehen aus härterem Material (der Zahnschmelz ist im Körper vieler Tiere sogar das härteste Material) und entgehen daher häufig länger der Zersetzung, sodass sie zu Fossilien werden können.

Aufgabe 2

a Zwei Möglichkeiten:

Im rechten der gezeigten Stammbäume könnten auch die Arten C und B vertauscht sein. Statt des Rechtwinkeltyps könnte für die Stammbäume auch der Gabeltyp verwendet werden.

b Die Aussage eines Stammbaums zur Verwandtschaft der dargestellten Arten oder Artengruppen hängt vom letzten gemeinsamen Vorfahren dieser Arten(gruppen) ab. In den hier vorliegenden Stammbäumen haben die Arten A-C einen letzten gemeinsamen Vorfahren, der an der untersten Verzweigung des Stammbaums zu finden ist. Die Arten B und C besitzen zusätzlich einen letzten gemeinsamen Vorfahren, zu finden an der oberen Verzweigung des Stammbaums. Er hat vor kürzerer Zeit gelebt als der andere letzte gemeinsame Vorfahre. Die Arten B und C teilen ihn auch nicht mit der Art A, deren Entwicklungslinie sich schon vor Auftreten dieses letzten gemeinsamen Vorfahren von jener der Arten B und C getrennt hat.

c Je näher zwei Arten miteinander verwandt sind, desto mehr Gemeinsamkeiten bestehen in ihrer DNA und somit auch in ihren Proteinen. Der letzte gemeinsame Vorfahre von Arten mit einem hohen Grad molekularer Ähnlichkeit ist demnach jünger als der von Arten mit großen molekularen Unterschieden. Das Ausmaß der Unterschiede kann also verwendet werden, um die Abstammung verschiedener Arten von einem oder mehreren gemeinsamen Vorfahren in einem Stammbaum dazustellen.

d Nach der Aussage des Stammbaums sind die Arten B und C näher miteinander verwandt als mit der Art A. Die Arten B und C entwickeln sich also schon seit längerer Zeit getrennt von der Art A. Durch Mutationen in der DNA aller Arten in dieser Zeit ergeben sich viele Sequenzunterschiede zwischen den Arten B und C im Vergleich zur Art A.

Die Entwicklungslinien der Arten B und C haben sich vor kürzerer Zeit getrennt. In diesem Zeitraum konnte nur eine geringere Anzahl an Mutationen stattfinden, weshalb auch die Anzahl an Sequenzunterschieden zwischen den Arten B und C geringer ist.

Die DNA-Sequenzierung sollte also eine größere Anzahl an Sequenzunterschieden beim Vergleich der Arten B und C mit der Art A ergeben als zwischen den Arten B und C untereinander.

e Die molekulare Uhr geht davon aus, dass die Mutationsrate über lange Zeiträume konstant bleibt. Die Menge an mutationsbedingten Unterschieden in der DNA verschiedener Arten lässt somit einen Rückschluss auf den Zeitpunkt zu, an dem sich ihre Entwicklungslinien getrennt haben. So kann an einem Stammbaum eine Zeitachse angelegt werden, die das Alter des letzten gemeinsamen Vorfahren von Arten zeigt.

f Das Kohlenstoffisotop ¹⁴C zerfällt mit einer Halbwertzeit von 5730 Jahren. Lebewesen nehmen während ihres Lebens ständig ¹⁴C und ¹²C in einem festen Verhältnis zu sich. Nach ihrem Tod bleibt die Menge an ¹²C konstant, während die Menge an ¹⁴C entsprechend der Halbwertzeit abnimmt. Das Mengenverhältnis von ¹²C zu ¹⁴C in einem Fossil kann ermittelt und zur Berechnung des Alters des Fossils herangezogen werden. (Allerdings ist das nur bei fossilen Lebewesen bis zu einem Alter von 50000 Jahren möglich.)

g Leitfossilien sind Fossilien von Arten, die im Laufe der Erdgeschichte zeitlich begrenzt in großer Zahl auftraten. Findet man bei der Biostratigrafie Leitfossilen in derselben Gesteinsschicht wie die Fossilien anderer Arten, kann man davon ausgehen, dass alle gleich alt sind. Das Alter der anderen Fossilien kann dadurch nicht absolut, sondern nur relativ zu dem der Leitfossilien bestimmt werden.

h Archaeopteryx weist Merkmale zweier systematischer Großgruppen auf, der Reptilien und der Vögel. Mit den Reptilien hat er beispielsweise Zähne und eine lange Schwanzwirbelsäule gemeinsam. Vogelmerkmale des Archaeopteryx sind das Vorhandensein verwachsener Schlüsselbein- sowie Mittelfußknochen. So kann sein Körper als Mosaik aus Reptilien- und Vogelmerkmalen betrachtet werden.

Evolutionsmechanismen

Aufgabe 3

a Variabilität beschreibt die Vielfalt der Phänotypen von Lebewesen. Eine Population ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft artgleicher Individuen, die zur gleichen Zeit am gleichen Ort leben. Die Variabilität innerhalb einer Population nennt man auch intraspezifische Variabilität.

b Die intraspezifische Variabilität basiert in erster Linie auf ihren unterschiedlichen Erbanlagen. Durch Mutationen entstehen ständig neue Allele, die durch Rekombination bei der sexuellen Fortpflanzung neu kombiniert und in der Population verbreitet werden. Auch durch Neuzugänge in einer Population kann sich ihre Variabilität erhöhen.

c Gendrift durch den Gründereffekt oder den Flaschenhalseffekt verändert die Allelfrequenz innerhalb einer Population. Wandern Individuen einer Population ab und gründen eine neue Population oder wird eine Population durch Zufallsereignisse dezimiert, können in diesen Populationen Allele häufiger oder seltener als zuvor auftreten oder ganz fehlen. Gehen bei einer genetischen Drift ein oder mehrere Allele verloren, ist dadurch die Variabilität der Population eingeschränkt, auch wenn die Population anschließend wieder wächst.

d Lässt man Selbstbestäubung außer Acht, bestimmen die bestäubenden Insekten einer Pflanzenart darüber, welches Individuum sich mit welchem fortpflanzt. Die Bestäuber tragen in den Pollenkörnern die männlichen Geschlechtszellen einer Pflanze zu den weiblichen Geschlechtszellen in den Fruchtblättern einer anderen. Damit definieren sie die Fortpflanzungsgemeinschaft, welche eine Population ausmacht.

e Eine Pflanzenart bildet Blüten mit einem Sporn aus, in dem sich Nektar sammelt. Nur Falter mit einem ausreichend langen Rüssel können an den Nektar gelangen. Treten in der Pflanzenpopulation Individuen mit längerem Sporn auf, so finden nur noch Falter mit besonders langem Rüssel bei ihnen Nahrung. Der Selektionsdruck auf die Falter führt zu einer Erhöhung der durchschnittlichen Rüssellänge innerhalb der Population. Dies wiederum übt einen Selektionsdruck auf die Pflanzen aus, deren durchschnittliche Spornlänge sich in der Folge erhöht. Durch Koevolution beider Arten entsteht eine wechselseitige Angepasstheit aneinander.

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Aufgabe 4

a Es wäre nötig zu wissen, ob die Horngröße der Tiere deren Überlebens- und/oder Paarungschancen beeinflusst.

b Die Jäger erlegen vermutlich bevorzugt Tiere mit großen Hörnern. Damit üben sie einen Selektionsdruck auf die Nashornpopulationen aus: Von den Tieren mit großen Hörnern wird ein größerer Anteil getötet, von ihnen kann also nur ein kleinerer Anteil sich fortpflanzen und seine Allele an die nächste Generation weitergeben. Die durchschnittliche Horngröße in der nächsten Generation ist demnach etwas geringer. Werden von diesen Individuen wieder vor allem diejenigen mit den größten Hörnern bejagt, setzt sich der Effekt über viele Generationen fort und führt durch transformierende Selektion zu einer Abnahme der durchschnittlichen Horngröße.

d Hypothese 1: Falls die Hörner für die Überlebenschancen der Nashörner keine wichtige Rolle spielen, werden sie durch die transformierende Selektion immer kleiner, da alleine die Bejagung einen Selektionsdruck ausübt. Je kleiner die Hörner eines Individuums sind, desto weniger wahrscheinlich ist es, dass es erlegt wird. Irgendwann könnten die Hörner so ganz verschwinden.

Hypothese 2: Falls die Hörner für die Tiere eine überlebenswichtige Rolle spielen, existiert dadurch ein Selektionsdruck, der dem Selektionsdruck durch die Bejagung entgegensteht. Irgendwann wird die transformierende Selektion in eine stabilisierende Selektion übergehen: Tiere mit sehr großen Hörnern sind im Nachteil, da sie häufiger erlegt werden, und Tiere mit sehr kleinen Hörnern sind im Nachteil, da die Hörner ihre überlebenswichtige Funktion nicht mehr erfüllen können.

e Durch den geringen Bestand besitzen die Java-Nashörnern nur eine geringe genetische Variabilität. Auch wenn die Anzahl der Tiere zunimmt, bleibt die Variabilität zunächst gering. Viele Nashörner pflanzen sich mit eng verwandten Tieren fort, neue Allele können nur durch neue Mutationen entstehen. Populationen mit geringer genetischer Variabilität sind im Nachteil, wenn sich die Umweltbedingungen ändern. Denn die Wahrscheinlichkeit, dass in ihnen Varianten existieren, die unter den neuen Bedingungen evolutionär fit sind, ist geringer als in Populationen mit großer genetischer Variabilität.

Aufgabe 5

a Nach dem morphologischen Artkonzept gehören diejenigen Lebewesen einer Art an, die sich äußerlich deutlich von anderen Lebewesen unterscheiden.
Das biologische Artkonzept betrachtet diejenigen Lebewesen als eine Art, die fortpflanzungsfähige Nachkommen miteinander zeugen können.
Nach dem phylogenetischen Artkonzept ist eine Art eine Gemeinschaft von Populationen derselben Abstammung, die sich mit der Zeit weiter aufspalten kann.

b Bei der allopatrischen Artbildung werden Teile einer Population durch eine geografische Barriere voneinander isoliert. In den Teilpopulationen führen das verschiedene Auftreten und Wirken von Rekombination, Mutation, Gendrift und Selektion zu einer unterschiedlichen Veränderung des Genpools. Dadurch sind die Teilpopulationen irgendwann auch genetisch voneinander isoliert, sie können sich nicht mehr miteinander fortpflanzen.

c Bei der sympatrischen Artbildung entstehen Fortpflanzungsbarrieren ohne vorherige geografische Trennung.

d Zwei nach dem biologischen Artkonzept artgleiche Individuen müssen in der Lage sein, fruchtbare Nachkommen hervorzubringen. Man muss sie also dazu bringen, sich miteinander fortzupflanzen. Sind auch ihre Nachkommen untereinander oder mit einem Elternteil fortpflanzungsfähig, gehören die Eltern einer Art an.
Hinweis: Diese Überprüfung ist allerdings nur möglich, wenn es sich um Individuen verschiedener Geschlechter handelt. Außerdem kann eine nicht vorhandene Fruchtbarkeit auch andere Gründe haben.

e Beispiele:
Präzygotische Isolationsmechanismen: Bei der zeitlichen Isolation pflanzen sich potenzielle Paarungspartner nicht zur gleichen Zeit fort. Bei der anatomischen Isolation können sie sich paaren, es werden dabei jedoch keine Spermienzellen übertragen.
Postzygotische Isolationsmechanismen: Bei der entwicklungsbiologischen Isolation stirbt der hybride Embryo in einem sehr frühen Entwicklungsstadium ab. Bei der Fitness-Isolation entwickelt er sich, ist jedoch nur vermindert lebensfähig.

f Damit eine adaptive Radiation stattfinden kann, muss die Ursprungsart in einer Umwelt leben oder in eine Umwelt kommen, die die Bildung vieler neuer ökologischer Nischen ermöglicht. Nur so können die Varianten der Population sich in evolutionär kurzen Zeiträumen zu vielen verschiedenen Unterarten und schließlich Arten entwickeln.

Evolutionstheorien

Aufgabe 6

a Durch Mutation entstanden in einer Giraffenpopulation ein oder mehrere Allele für einen längeren Hals. Diese Allele wurden bei der sexuellen Fortpflanzung neu rekombiniert, dadurch kam es zu einer größeren Variabilität in der Population bezüglich der Halslänge. Individuen mit einem längeren Hals hatten eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit und größeren Fortpflanzungserfolg (durch mehr Nahrung bzw. höhere Paarungschancen). Durch diese natürliche Selektion konnten sie ihre Allele häufiger vererben und deren Frequenz im Genpool der Population nahm zu. So veränderte sich die durchschnittliche Halslänge von Generation zu Generation bis hin zum heutigen Giraffenhals.

b Mutation, Rekombination, Genpool

c Die evolutionsbiologische Darstellung zeigt, dass alle Arten miteinander verwandt sind, also von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen. Arten, die sich untereinander ähnlich sind, haben denselben letzten gemeinsamen Vorfahren, den sie nicht mit allen anderen Arten teilen.
Die kreationistische Darstellung geht davon aus, dass die Artengruppen (Grundtypen) untereinander nicht verwandt sind, da jeder Stammbaum einen eigenen Ursprung hat. Innerhalb jedes Grundtyps kommt es jedoch auch zu Artaufspaltungen.

d Die Grundannahmen einer wissenschaftlichen Theorie müssen überprüfbar sein. Auf die Hypothese, Gott oder ein anderer übernatürlicher Schöpfer habe die Lebewesen erschaffen, trifft das nicht zu.

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Evolution und Verhalten

Aufgabe 7

	*r-Strategie*	*K-Strategie*
Individualentwicklung	rasch	langsam
Lebensdauer	kurz	lang
Vermehrungsrate	hoch	niedrig
elterliche Fürsorge	gering	hoch
Umweltbedingungen	variabel	konstant
Katastrophen	häufig	selten
Populationsgröße	hohe Schwankung	geringe Schwankung
Populationsdichte	weit unterhalb der Kapazität	nahe der Kapazität
innerartliche Konkurrenz	gering	hoch

b Wasserflöhe sind r-Strategen.

c Kosten: z. B. Energieaufwand, Zeitaufwand, Gefahr von Verletzung oder Tod

Nutzen: z. B. Verbesserung der körperlichen Konstitution, Erhöhung der Überlebenswahrscheinlichkeit, Erhöhung des Fortpflanzungserfolgs (alles durch Energiezufuhr)

d Allgemein sind Energiezufuhr und somit Nutzen umso höher, je größer die gefressenen Wasserflöhe sind. Die Kosten steigen durch zunehmenden Energieaufwand mit der Strecke, die der Barsch bis zur Beute zurücklegt.

Bei hoher Beutedichte ist der Weg zur Beute kurz, die Kosten sind gering. Kleine Wasserflöhe zu ignorieren und für größere Exemplare etwas weiter zu schwimmen, erhöht die Kosten kaum, maximiert aber den Nutzen. Die Barsche fressen kaum kleine Wasserflöhe.

Bei sehr niedriger Beutedichte übersteigen die Kosten durch eine sehr weite Schwimmstrecke den Nutzen durch das Erreichen größerer Beutetiere. Die Barsche fressen auch kleine Exemplare, wenn sie auf sie treffen.

Aufgabe 8

a Eine proximate Erklärung für Verhalten findet sich in unmittelbaren Ursachen wie den hormonellen, neuronalen oder muskulären Vorgängen und in entwicklungsbedingten Ursachen wie Lernvorgängen. Ultimate Erklärungen liefern die Evolutionsvorgänge, bei denen ein bestimmtes Verhalten die genetische Fitness erhöhen kann.

A: proximate Erklärung

B: ultimate Erklärung

C: proximate Erklärung

D: ultimate Erklärung

E: proximate Erklärung

Aufgabe 9

a Der Habicht hat bei 80% der Angriffe Erfolg, wenn die Taube als einzelnes Tier unterwegs ist. Befinden sich die Tauben im Schwarm von mehr als 50 Tieren, liegt der Jagderfolg bei unter 10%. Der Habicht entdeckt einzelne Tauben nicht so gut. Während der Habicht bei Tauben in einem Schwarm über 50 Tieren schon reagiert, wenn sich dieser in einer Entfernung von 40 m befindet, reagiert er auf eine einzelne Taube erst, wenn sie sich in einem Abstand von ungefähr 5 m befindet. Der Angriffserfolg des Habichts nimmt ab, wenn die Tauben im größeren Schwarm unterwegs sind.

b Der Vorteil des Gruppenlebens für die Tauben ist, dass das einzelne Tier vor Beutegreifern besser geschützt ist. Das liegt daran, dass der Jagderfolg der Beutegreifer abnimmt, z.B. weil die Sicherung von mehreren Tieren übernommen wird. Auch die Verteidigung zum Beispiel von Jungtieren gelingt in der Gruppe besser. Dagegen stehen die Nachteile des Gruppenlebens. Die innerartliche Konkurrenz um Ressourcen zum Beispiel um Nahrung nimmt stark zu. Auch das Infektionsrisiko gegenüber Krankheitserregern ist höher, wenn die Tiere in engem Kontakt leben.

c Die optimale Gruppengröße ist abhängig von einer Kombination aus den Faktoren Feinddruck und Ressourcen. Ändern sich die Umweltbedingungen, ändert sich die optimale Gruppengröße. Nimmt zum Beispiel der Feinddruck zu, ist die optimale Gruppengröße größer als bei geringerem Feinddruck.

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Aufgabe 10

a Gorillas und Orang-Utans sind polygyn, das heißt, dass sich ein Männchen mit mehreren Weibchen paart, diese aber nur das Männchen als Paarungspartner haben.
Das Paarungssystem der Schimpansen ist die Polygynandrie. Dabei haben Männchen und Weibchen mehrere Sexualpartner. Die männlichen Schimpansen einer Gruppe sind meist miteinander verwandt.
Beim Menschen kommen vor allem Monogamie und Promiskuität vor. Monogamie bezeichnet eine beständige Zweierbeziehung. Bei Promiskuität hat ein Individuum Sexualkontakte zu mehreren Anderen, die selbst jedoch keine Sexualkontakte zu weiteren Individuen pflegen.

b Kultur ist die Weitergabe von Erkenntnissen und Verhaltensweisen, die nicht genetisch festgelegt sind, zum Beispiel Malerei, Bestattungsriten oder die Schriftsprache.

c Kulturelle Evolution kann viele Individuen gleichzeitig erreichen, die zudem verschiedenen Generationen angehören können. Bei der biologischen Evolution können Allele nur an die eigenen Nachkommen weitergegeben werden.

Aufgabe 11

b ursprüngliche Merkmale: fliehende Stirn, Überaugenwülste, Gesichtsschädel größer als Gehirnschädel, lange Arme, gekrümmte Finger, gekrümmte Zehen
moderne Merkmale: große Backenzähne, kleine Eckzähne, keine Affenlücke, kurzes, breites Becken, lange Beine, Standfuß mit Ferse, nicht opponierbare Großzehe
nicht klar zuzuordnen: Hinterhauptsloch weder hinten noch mittig

c Ein mittig liegendes Hinterhauptsloch weist darauf hin, dass der Schädel oben auf der Wirbelsäule sitzt, so wie es beim aufrechten Gang der Fall ist. Diese Lage des Hinterhauptslochs geht im Allgemeinen auch mit einer reduzierten Größe des Gesichtsschädels einher. Ein großer Gesichtsschädel würde eine sehr stark ausgeprägte Nackenmuskulatur erfordern, damit der Kopf stabil auf der Wirbelsäule getragen werden könnte.

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Training A: Dreistachliger Stichling

Aufgabe 1

Nach dem morphologischen Artkonzept gehören diejenigen Lebewesen einer Art an, die sich äußerlich deutlich von anderen Lebewesen unterscheiden, zum Beispiel durch das Vorhandensein oder Fehlen von Knochenplatten beim Dreistachligen Stichling.
Das biologische Artkonzept betrachtet diejenigen Lebewesen als eine Art, die fortpflanzungsfähige Nachkommen miteinander zeugen können. Das trifft offenbar auf die verschiedenen Populationen des Dreistachligen Stichlings zu.

Aufgabe 2

Bei der Anwendung des morphologischen Artkonzepts ist es häufig schwierig zu entscheiden, wie deutlich ein Unterschied zwischen zwei Lebewesen sein muss, um sie verschiedenen Arten zuzuordnen. Der Sexualdimorphismus zwischen Männchen und Weibchen kann mitunter so stark ausgeprägt sein, dass er als deutlicher Unterschied angesehen werden kann, obwohl beide ganz klar derselben Art angehören.
Das biologische Artkonzept ist häufig schwierig zu überprüfen. Es erfordert mitunter das gezielte Verpaaren verschiedener Individuen und deren Nachkommen, was auch innerhalb einer Art nicht immer erfolgreich ist, zum Beispiel wenn ein Individuum unabhängig von seiner Artzugehörigkeit unfruchtbar ist.

Aufgabe 3

Die Vorfahren der Stichlinge hatten mehr Nachkommen, als für den Arterhalt notwendig war. Die Ressourcen ihres Lebensraums waren begrenzt, sodass es zum Kampf ums Dasein kam. Unter den Stichlingen herrschte eine gewisse Variabilität, was die Bedeckung der Körperseiten betrifft. Individuen mit Verknöcherungen an den Seiten waren gut angepasst und bei der natürlichen Selektion im Vorteil, da sie nicht so leicht verletzt oder gefressen werden konnten. Diese Individuen hatten einen höheren Fortpflanzungserfolg als andere, wodurch in der nächsten Generation der Anteil an Stichlingen mit Verknöcherungen stieg. So veränderten sich die Stichlinge schrittweise über Generationen hinweg bis zum Vorhandensein der heutigen Knochenplatten.

Aufgabe 4

Direkt nach dem Schlüpfen werden Seestichlinge in den Zuflussbereich des Bodensees umgesetzt und Flussstichlinge in die Seemitte. Das Heranwachsen der Jungfische wird abgewartet und dann ihre Körpergröße ermittelt. Entspricht die durchschnittlich erreichte Körpergröße der des Ökotyps (also größere Seestichlinge und kleinere Flussstichlinge), ist die Körpergröße genetisch bedingt. Werden hingegen im Durchschnitt die Seestichlinge im Zuflussbereich kleiner und die Flussstichlinge im offenen Gewässer größer, spricht das für eine Determinierung der Körpergröße durch Umwelteinflüsse.

Aufgabe 5

Der rote Bauch macht die Männchen zwar sichtbarer für Fressfeinde, aber auch attraktiver für Weibchen. Paaren sich Weibchen bevorzugt mit Männchen, die einen roten Bauch haben, bilden auch ihre männlichen Nachkommen mit höherer Wahrscheinlichkeit zur Paarungszeit einen roten Bauch aus und finden eher eine Paarungspartnerin. So führt die sexuelle Selektion zur Ausbreitung dieser Merkmalsausprägung in der Population.

Aufgabe 6

DNA eines Lebewesens einer Art, deren Verwandtschaftsgrad zu anderen bestimmt werden soll, wird bis zur Denaturierung erhitzt. Dabei wird die Schmelztemperatur bestimmt. Gleichzeitig wird die DNA von Lebewesen anderer Arten getrennt voneinander bis zur Denaturierung erhitzt. Die Einzelstränge der DNA des ersten Lebwesens und eines der anderen Lebewesen werden jeweils vermischt und abgekühlt. Es entsteht eine Hybrid-DNA aus Einzelsträngen zweier Arten. Diese wird bis zur Denaturierung erhitzt, erneut wird dabei die Schmelztemperatur bestimmt. (Je geringer die Schmelztemperaturdifferenz zwischen artreiner und Hybrid-DNA ist, desto näher sind die beiden untersuchten Arten miteinander verwandt; je höher die Schmelztemperaturdifferenz ist, desto entfernter ist die Verwandtschaft.)

Aufgabe 7

Nach der Aussage von Stammbaum A ist der Dreistachlige Stichling näher mit dem Neunstachligen Stichling und dem Nordamerikanischen Bachstichling verwandt als mit dem Vierstachligen Stichling. Deshalb ist eine größere Schmelztemperaturdifferenz bei der Untersuchung des Dreistachligen Stichlings im Vergleich zum Vierstachligen Stichling als im Vergleich zum Neunstachligen Stichling und dem Nordamerikanischen Bachstichling zu erwarten.
Nach der Aussage von Stammbaum B ist die Verwandtschaft des Dreistachligen Stichlings mit dem Neunstachligen Stichling, dem Nordamerikanischen Bachstichling und dem Vierstachligen Stichling gleich eng. Es ist bei der Untersuchung des Dreistachligen Stichlings im Vergleich zu diesen anderen Arten jeweils dieselbe Schmelztemperaturdifferenz zu erwarten.

Aufgabe 8

Es handelt sich hier um eine Analogie als Ergebnis einer konvergenten Entwicklung. Die drei Arten haben unabhängig von ihrem Verwandtschaftsgrad aufgrund eines ähnlichen Selektionsdrucks eine ähnliche Körpergestalt ausgebildet. Da sie sich alle zumindest zeitweise im Wasser fortbewegen, ermöglicht ein stromlinienförmiger Körper einen geringen Strömungswiderstand und somit eine schnellere bzw. energetisch günstigere Fortbewegung.

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Training B: Malaria

Aufgabe 1

Plasmodien durchleben eine schnellere Evolution als der Mensch, da ihre Generationsdauer deutlich kürzer ist und die Selektion jeweils beim Übergang von einer Generation zur nächsten wirkt. Außerdem sind Plasmodien Einzeller und besitzen ein haploides Genom, wodurch die häufig auftretenden Mutationen mit größerer Wahrscheinlichkeit in der Folgegeneration phänotypisch sichtbar werden.

Aufgabe 2

Die Mundwerkzeuge sind einander homolog. Sie erfüllen das Kriterium der spezifischen Qualität, da sie im Grundbauplan (Aufbau aus Mandibeln, Maxillen und Labium) auffallend übereinstimmen. Außerdem erfüllen sie das Kriterium der Lage, da sie die gleiche Lage am unteren Teil des Kopfes der Insekten unterhalb der Fühler einnehmen.

Aufgabe 3

Die Vorfahren der heutigen Stechmücken besaßen kürzere Mundwerkzeuge. Eine Veränderung der Umwelt, zum Beispiel der Wegfall anderer Nahrungsquellen, führte zum inneren Bedürfnis der Art, sich an einen anderen Nahrungserwerb, zum Beispiel das Saugen von Pflanzensäften oder Blut, anzupassen. Die Mücken gebrauchten ihre Mundwerkzeuge häufig, dadurch wurden sie verlängert. Diese neue Eigenschaft wurde an ihre Nachkommen weitervererbt.

Aufgabe 4

Die Gehörknöchelchen der Säugetiere sind den Kiefergelenkknochen von Fischen homolog. Die Grabhände von Maulwurf und Maulwurfsgrille haben sich konvergent entwickelt.

Aufgabe 5

Durch eine oder mehrere Mutationen können neue Allele wie das Sichelzellallel entstehen. Bei der Meiose werden Allele durch Rekombination neu kombiniert, wodurch verschiedene Genotypen und somit auch Phänotypen auftreten. Diese beiden Evolutionsmechanismen bedingen die Variabilität, auf die die Selektion einwirken kann.

Aufgabe 6

In Malariagebieten ist die Frequenz des Sichelzellenallels relativ hoch, da Sichelzellenanämie bei den Betroffenen für eine Resistenz gegen Malaria sorgt und in Malariagebieten somit einen Selektionsvorteil bedeutet. Die mit der Krankheit einhergehende geringere körperliche Belastbarkeit bzw. die verkürzte Lebenserwartung homozygoter Sichelzellenallel-Träger stellen hier in der Summe einen geringeren Verlust an Fitness dar als die wiederholte Erkrankung an Malaria.
Das Sichelzellenallel ist in malariafreien Gebieten relativ selten, da hier andere Selektionsbedingungen herrschen: Die eingeschränkte körperliche Belastbarkeit bzw. verkürzte Lebenserwartung, die mit dem Sichelzellenallel einhergehen, bedeuten einen großen Selektionsnachteil, deshalb bleibt seine Frequenz in diesen Gebieten auf einem sehr geringen Niveau.

Aufgabe 7

Die Aussage könnte richtig sein, wenn die Insektizide mutagen sind, also Mutationen auslösen. Unter diesen Mutationen könnten auch solche sein, die ihrem Träger eine Resistenz gegen die abwehrende oder abtötende Wirkung eines Insektizids verleihen. Allerdings müsste eine solche Mutation von dem Individuum, bei dem sie erstmals auftritt, an seine Nachkommen weitervererbt werden, bevor dieses stirbt. Da es selbst die Mutation nicht in allen Körperzellen trägt und demnach nicht resistent ist, ist das unwahrscheinlich.
Geht man davon aus, dass die Insektizide nicht mutagen sind, ist die Aussage falsch. Zufällige Mutationen innerhalb einer Anopheles-Population führen schon vor dem Einsatz eines Insektizids zu einer Variabilität, die auch gegen das Insektizid resistente Individuen einschließt. Wird nun das entsprechende Insektizid eingesetzt, überleben nur die resistenten Individuen und können Nachkommen haben. Durch diese Selektion verbreitet sich das Allel, das die Resistenz verleiht, schnell in der Population. Das Insektizid hat die Resistenz also nicht ausgelöst, sondern nur deren Verbreitung begünstigt.

Aufgabe 8

Ohne Einsatz imprägnierter Moskitonetze stechen die Mücken ausschließlich zwischen 20.30 Uhr und 8.30 Uhr. Die meisten Stiche pro Mücke finden zwischen 1 und 2 Uhr nachts statt. Mit Moskitonetzen beginnen die Mücken schon ab 17.30 Uhr zu stechen und hören erst um 9.30 Uhr wieder damit auf. Die meisten Stiche pro Mücke sind zwischen 21 und 22 Uhr sowie zwischen 6 und 7 Uhr zu verzeichnen. Im Zeitraum nach Mitternacht, wo ohne Netze eine hohe Stechaktivität auftrat, ist die Aktivität mit Netzen deutlich verringert.

Aufgabe 9

Hier ist eine disruptive Selektion zu sehen, die sich aus der Stechaktivität der Anopheles-Mücken ergibt: Die Individuen, die mitten in der Nacht stechen, sind durch den Einsatz imprägnierter Moskitonetze in den Schlafräumen der Menschen im Nachteil. Diejenigen, welche in den frühen Abend- oder Morgenstunden stechen, in denen weniger Menschen durch ein Netz geschützt sind, haben einen höheren Fortpflanzungserfolg durch die Blutmahlzeit.
Durch die unterschiedlichen Stechzeiten der Anopheles-Mücken könnten sich auch ihre allgemeinen Aktivitätszeiten verändern, so dass die in den frühen Abendstunden aktiven Anopheles-Mücken gar nicht mehr auf die in den frühen Morgenstunden aktiven treffen. So könnten sich die Individuen der beiden Teilpopulationen auch nicht mehr miteinander fortpflanzen, sie wären zeitlich und damit reproduktiv isoliert. Ihre Genpools würden immer unterschiedlicher bis hin zur Artaufspaltung.