Finken in der Dürre
AFB I–IIAuf der Galápagosinsel Daphne Major untersuchten Peter und Rosemary GRANT jahrzehntelang den Mittleren Grundfinken. Die Vögel fressen Samen, die sie mit dem Schnabel knacken; die Schnabelhöhe ist zu einem großen Teil erblich. 1977 blieb der Regen fast vollständig aus. Der Bestand sank von rund 1200 auf rund 180 Vögel.
| Schnabelhöhe | 7–8 mm | 8–9 mm | 9–10 mm | 10–11 mm | 11–12 mm |
|---|---|---|---|---|---|
| Bestand 1976 (Anteil in %) | 8 | 30 | 38 | 18 | 6 |
| Überlebende 1978 (Anteil in %) | 3 | 18 | 38 | 28 | 13 |
In der Dürre bildeten die meisten Pflanzen keine neuen Samen. Kleine, weiche Samen waren bald aufgefressen. Übrig blieben vor allem große, harte Samen des Burzeldorns, die nur Vögel mit hohem Schnabel knacken können.
- Beschreiben Sie die Veränderung der Verteilung der Schnabelhöhe (M1).
- Nennen Sie den Selektionsfaktor und die Selektionsform.
- Erklären Sie die Veränderung im Sinne der synthetischen Evolutionstheorie.
- In einem Zeitungsartikel heißt es: „In der Dürre bekamen die Finken dickere Schnäbel, damit sie die harten Samen knacken konnten.“ Erläutern Sie, warum diese Formulierung fachlich unzutreffend ist.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Vor der Dürre liegt der Gipfel der Verteilung bei 9–10 mm; kleine Schnäbel (7–9 mm) machen zusammen 38 %, große (10–12 mm) 24 % aus. Unter den Überlebenden bleibt der Anteil der mittleren Klasse bei 38 %, der Anteil kleiner Schnäbel sinkt auf 21 %, der Anteil großer steigt auf 41 %. Die Verteilung verschiebt sich zu höheren Schnäbeln; der Mittelwert steigt von etwa 9,3 mm auf etwa 9,8 mm.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Selektionsfaktor ist das Nahrungsangebot, also die Größe und Härte der verfügbaren Samen als Folge der Trockenheit. Es wirkt gerichtete (transformierende) Selektion.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
In der Population variiert die Schnabelhöhe; die Unterschiede beruhen zum großen Teil auf verschiedenen Allelen, die durch Mutation und Rekombination entstanden sind. In der Dürre waren nur noch harte, große Samen vorhanden. Vögel mit hohem Schnabel konnten sie knacken, fanden mehr Nahrung und überlebten häufiger; Vögel mit kleinem Schnabel verhungerten eher. Die Überlebenden pflanzten sich fort und gaben ihre Allele weiter. Dadurch stieg die Frequenz der Allele für hohe Schnäbel im Genpool, und auch die Nachkommen hatten im Mittel höhere Schnäbel als die Population vor der Dürre.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Formulierung „damit“ ist final: Sie unterstellt der Evolution ein Ziel. Tatsächlich waren die Schnabelunterschiede schon vor der Dürre vorhanden; die Dürre hat sie nicht erzeugt, sondern nur ausgelesen. Der Nutzen ist eine Folge, nicht die Ursache der Veränderung. „Die Finken bekamen“ legt außerdem nahe, einzelne Vögel hätten ihren Schnabel verändert und das weitervererbt, wie es LAMARCK annahm. Kein einzelner Vogel hat seinen Schnabel verändert; verändert haben sich die Anteile der Schnabelhöhen in der Population. Richtig wäre: Finken mit hohem Schnabel überlebten die Dürre häufiger und hatten mehr Nachkommen.
Bunte Guppys, gefährliche Bäche
AFB II–IIIGuppys sind kleine Fische aus den Bächen Trinidads. Die Männchen tragen bunte Farbflecken, die Weibchen sind unscheinbar. Im Unterlauf vieler Bäche lebt der Buntbarsch Crenicichla, ein Räuber, der erwachsene Guppys jagt. Im Oberlauf kommt oft nur der kleine Killifisch Rivulus vor, der fast nur junge Guppys frisst. ENDLER verglich Populationen und führte Freilandversuche durch.
| Bachabschnitt | Räuber | Farbflecken je Männchen (Mittelwert) |
|---|---|---|
| Unterlauf | Crenicichla und weitere | 7,5 |
| Oberlauf | nur Rivulus | 10,5 |
Einem Weibchen werden hinter Glas zwei Männchen gezeigt. Weibchen halten sich im Mittel deutlich länger bei dem Männchen mit mehr und größeren orangefarbenen Flecken auf und paaren sich häufiger mit ihm.
ENDLER setzte 200 Guppys aus einem Unterlauf mit Crenicichla in einen Oberlauf ohne Guppys, in dem nur Rivulus lebte. Nach etwa zwei Jahren — rund 15 Generationen — trugen die Männchen dort im Mittel 10,2 Farbflecken statt 7,5. In der Ausgangspopulation im Unterlauf änderte sich die Fleckenzahl nicht.
- Werten Sie M1 und M2 aus.
- Vergleichen Sie die Wirkung der beiden Selektionsfaktoren „Räuber“ und „Weibchen“ auf die Färbung der Männchen.
- Deuten Sie die Ergebnisse des Umsetzungsversuchs (M3).
- Ein Anhänger des Intelligent Design argumentiert: „Die Färbung der Guppys ist so genau auf Räuber und Weibchen abgestimmt, dass sie nur von einem intelligenten Planer entworfen worden sein kann.“ Nehmen Sie Stellung zu dieser Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Nach M1 tragen Männchen in Abschnitten mit gefährlichen Räubern im Mittel deutlich weniger Farbflecken (7,5) als in Abschnitten, in denen nur Rivulus vorkommt (10,5). Nach M2 bevorzugen Weibchen Männchen mit mehr und größeren orangefarbenen Flecken. Bunte Männchen haben also einen Vorteil bei der Partnerwahl, aber vermutlich einen Nachteil gegenüber Räubern, die auffällige Fische leichter entdecken.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Beide Faktoren sind biotisch und wirken gerichtet auf dasselbe Merkmal, aber in entgegengesetzte Richtung. Räuber wie Crenicichla bewirken natürliche Selektion: Auffällige Männchen werden eher gefressen und haben eine geringere Überlebenschance, die Selektion begünstigt wenige Flecken. Die Weibchen bewirken intersexuelle Selektion: Bunte Männchen paaren sich häufiger, die Selektion begünstigt viele Flecken. Wie bunt die Männchen einer Population sind, ergibt sich aus dem Gleichgewicht beider Selektionsdrücke; wo der Räuberdruck gering ist, überwiegt die sexuelle Selektion.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Im Oberlauf fehlte der Räuberdruck durch Crenicichla, während die Partnerwahl der Weibchen weiter wirkte. Männchen mit vielen Flecken hatten nun keinen Überlebensnachteil mehr, aber weiterhin mehr Paarungen, also eine höhere reproduktive Fitness. Die Frequenz der Allele für viele Flecken stieg, und nach rund 15 Generationen war die Fleckenzahl fast auf den Wert natürlicher Oberlaufpopulationen gestiegen. Die unveränderte Ausgangspopulation dient als Kontrolle: Die Veränderung ist auf die neuen Selektionsbedingungen zurückzuführen. Der Versuch zeigt, dass Selektion innerhalb weniger Generationen messbar werden kann.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Abstimmung der Färbung auf die Umwelt ist durch die Befunde gut belegt. Sie lässt sich aber ohne Planer erklären: Die Männchen unterscheiden sich erblich; Räuber und Weibchen wirken als Selektionsfaktoren und verändern die Allelfrequenzen. Diese Erklärung ist naturwissenschaftlich, denn sie macht überprüfbare Vorhersagen, die ENDLER im Umsetzungsversuch bestätigt hat. Die Annahme eines Planers dagegen lässt sich weder durch Beobachtung noch durch Experiment prüfen oder widerlegen; sie erklärt jedes Ergebnis gleichermaßen und sagt nichts voraus. Sie ist daher keine naturwissenschaftliche Hypothese. Außerdem ist die Färbung kein Optimum, sondern ein Kompromiss zwischen Vor- und Nachteilen, der sich mit den Bedingungen verschiebt, wie es die Selektionstheorie erwarten lässt. Die Aussage ist aus naturwissenschaftlicher Sicht abzulehnen.