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Aufgabenblock — AFB II
Zehn Aufgaben, in denen Wissen aus mehreren Unterkapiteln zusammenkommt: Daten auswerten, Befunde erklären, Aussagen prüfen. Zwei gestufte Tipps helfen beim Ansatz, die Lösung zeigt einen vollständigen Weg.
A1
Vier Evolutionsfaktoren im Vergleich
AFB IIVergleichen Sie die Evolutionsfaktoren, indem Sie jede Eigenschaft oder jedes Beispiel dem passenden Faktor zuordnen.
Setzen Sie in jeder Zeile das passende Kreuz — hier ist es genau eins pro Zeile. Enter setzt und löscht.
| Eigenschaft oder Beispiel | Mutation | Rekombination | Selektion | Gendrift |
|---|---|---|---|---|
| erzeugt neue Allele | ||||
| kombiniert vorhandene Allele neu, ohne ihre Frequenzen zu verändern | ||||
| begünstigt Allele, deren Träger mehr fortpflanzungsfähige Nachkommen haben | ||||
| wirkt umso stärker, je kleiner die Population ist, und hängt nicht von der Fitness ab | ||||
| Crossing-over in der Meiose I | ||||
| Flaschenhals- und Gründereffekt | ||||
| Industriemelanismus beim Birkenspanner | ||||
| entsteht spontan oder durch UV-Strahlung, ungerichtet |
Mutation liefert neue Allele, Rekombination mischt sie nur. Selektion und Gendrift verändern Allelfrequenzen — die Selektion gerichtet nach der Fitness, die Gendrift zufällig und vor allem in kleinen Populationen.
Fragen Sie bei jeder Zeile: Entsteht etwas Neues, wird gemischt oder werden Häufigkeiten verschoben — und wenn ja, nach welchem Prinzip?
Rekombination ändert die Kombinationen, nicht die Anteile der Allele im Genpool.
Lösung anzeigen
Mutation ist die einzige Quelle neuer Allele; sie ist ungerichtet. Rekombination (Crossing-over, zufällige Verteilung der Chromosomen, zufällige Befruchtung) erzeugt neue Kombinationen, lässt die Allelfrequenzen aber unverändert. Selektion verschiebt die Frequenzen zugunsten der Allele, deren Träger unter den herrschenden Bedingungen mehr Nachkommen haben (Birkenspanner). Gendrift verändert sie zufällig; besonders stark wirkt sie in kleinen Populationen, etwa bei Flaschenhals- und Gründereffekt.
A2
Die Uhr der Pferde
AFB IIMaterial: Unterschiede in einem Gen (Modellwerte)
| Artpaar | Unterschiede d | Trennung nach Fossilien |
|---|---|---|
| Pferd – Nashorn | 44 | vor etwa 55 Mio. Jahren |
| Pferd – Esel | 4 | ? |
| Esel – Zebra | 2 | ? |
Füllen Sie alle Felder aus und prüfen Sie dann. Enter in einem Feld prüft ebenfalls. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
| Größe | Wert |
|---|---|
| Rate r (Unterschiede je Linie und Mio. Jahre) | |
| Trennung Pferd – Esel in Mio. Jahren | |
| Trennung Esel – Zebra in Mio. Jahren |
Eichung: \(r=\dfrac{d}{2t}=\dfrac{44}{2\cdot55}=0{,}4\). Dann \(t=\dfrac{4}{0{,}8}=5\) und \(t=\dfrac{2}{0{,}8}=2{,}5\) Millionen Jahre.
Die Eichung nutzt die fossil datierte Trennung: Stellen Sie \(t=d:(2r)\) nach r um.
\(r=d:(2t)\); danach gilt für jedes weitere Paar \(t=d:0{,}8\).
Lösung anzeigen
Die Trennung von Pferd und Nashorn ist fossil datiert. Aus \(d=2rt\) folgt \(r=44:(2\cdot55)=0{,}4\) Unterschiede je Linie und Million Jahre. Unter der Annahme einer konstanten Rate gilt für Pferd und Esel \(t=4:0{,}8=5\) Mio. Jahre, für Esel und Zebra \(t=2:0{,}8=2{,}5\) Mio. Jahre. Die Werte sind Schätzungen: Bei so wenigen Unterschieden wirkt sich schon eine einzige zusätzliche Mutation stark auf das Ergebnis aus.
A3
Wege der Weitergabe
AFB IIOrdnen Sie jede Weitergabe ein: Ist sie genetisch oder kulturell, und auf welchem Weg erfolgt sie?
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
| Beispiel | Weitergabe |
|---|---|
| Ein Kind trägt das Allel für Laktasepersistenz von seiner Mutter. | |
| Ein Vater bringt seiner Tochter das Fahrradfahren bei. | |
| Eine Lehrerin zeigt ihrer Klasse, wie man ein Mikroskop bedient. | |
| Jugendliche übernehmen innerhalb weniger Wochen einen neuen Tanz voneinander. | |
| Ein junger Schimpanse lernt das Termitenangeln von einem erwachsenen Weibchen, das nicht seine Mutter ist. |
Gene werden nur von Eltern auf Kinder weitergegeben. Kultur zusätzlich schräg von anderen Älteren und horizontal unter Gleichaltrigen — deshalb verbreitet sie sich schneller.
Klären Sie zuerst: Wird ein Allel oder etwas Gelerntes weitergegeben?
Vertikal: Eltern → Kinder; schräg: andere Ältere → Jüngere; horizontal: innerhalb einer Generation.
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Nur das Allel wird genetisch und damit ausschließlich vertikal vererbt. Fahrradfahren lernt die Tochter kulturell vom Vater (vertikal). Lehrerin und fremdes Schimpansenweibchen geben Wissen schräg weiter, Jugendliche untereinander horizontal. Weil Kultur alle drei Wege nutzt und nicht auf die nächste Generation warten muss, verläuft kulturelle Evolution viel schneller als die biologische.
A4
Vielfalt aus zwei Fliegen
AFB IIDie Taufliege hat 2n = 8 Chromosomen. Nehmen Sie an, dass sich die homologen Chromosomen jedes Paares in ihren Allelen unterscheiden, und berücksichtigen Sie kein Crossing-over. Ermitteln Sie, wie viele verschiedene Chromosomenkombinationen ein Männchen und ein Weibchen gemeinsam in ihren Nachkommen (Zygoten) erzeugen können.
Wie viele Chromosomenpaare hat die Taufliege — und wie viele Keimzelltypen folgen daraus?
Keimzellen je Elternteil: \(2^n\) mit n = Zahl der Paare. Dann multiplizieren beide Eltern.
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Mit n = 4 Chromosomenpaaren bildet jedes Tier durch zufällige Verteilung der homologen Chromosomen in der Meiose I \(2^4 = 16\) Keimzelltypen. Da die Befruchtung zufällig ist, sind \(16 \cdot 16 = 256\) Kombinationen möglich. Crossing-over würde die Zahl weiter erhöhen; neue Allele entstehen dadurch aber nicht.
A5
Strandmäuse und Eulen
AFB IIMaterial: Auslese auf hellen Dünen (Modellwerte)
Auf den hellen Sanddünen Floridas leben 250 Strandmäuse: 50 haben dunkles, 200 helles Fell. Die Fellfarbe ist erblich. In einem Jahr erbeuten Eulen 40 % der dunklen und 10 % der hellen Mäuse.
Rechnen Sie die Kette Schritt für Schritt: Erst wenn ein Schritt stimmt, wird der nächste freigeschaltet. Enter prüft. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
- überlebende dunkle Mäuse Tiere
- überlebende helle Mäuse Tiere
- Anteil dunkler Mäuse nach der Auslese %
- relative Fitness dunkel (Überlebensrate dunkel : Überlebensrate hell)
Dunkel: \(50\cdot0{,}6=30\), hell: \(200\cdot0{,}9=180\). Anteil dunkel: \(30:210\approx14{,}3\,\%\) statt 20 %. Relative Überlebensrate: \(0{,}6:0{,}9\approx0{,}67\).
Rechnen Sie mit den Überlebensraten 60 % bzw. 90 %.
Der neue Anteil bezieht sich auf alle überlebenden Mäuse (30 + 180).
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Von den dunklen Mäusen überleben 60 %, also 30 Tiere, von den hellen 90 %, also 180. Der Anteil dunkler Mäuse sinkt von 20 % auf \(30:210\approx14{,}3\,\%\). Dunkle Mäuse haben auf hellem Sand im Verhältnis zu hellen nur etwa zwei Drittel der Überlebenschance (0,67). Da die Fellfarbe erblich ist, sinkt die Frequenz der Allele für dunkles Fell — gerichtete Selektion durch den Fressfeind als biotischen Selektionsfaktor.
A6
Die Wisente
AFB IIErklären Sie die Geschichte der Wisente, indem Sie Schritt für Schritt die fachlich richtige Deutung wählen.
Spielen Sie den Weg Schritt für Schritt durch: Was ist jetzt richtig? Nur die richtige Karte bringt Sie weiter.
Flaschenhals → wenige Allele → zufällige Fixierung → wenig Variabilität. Genfluss zwischen den Herden und eine große Zahl sich fortpflanzender Tiere wirken der Drift entgegen.
Unterscheiden Sie: Was bewirkt der Zufall, was die Selektion?
Für die Stärke der Drift zählt die Zahl der Tiere, die sich tatsächlich fortpflanzen.
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Die Bejagung wirkte als Flaschenhals: Nur die Allele der zwölf Gründertiere gelangten in die heutige Population, viele gingen verloren. Durch Gendrift konnten einzelne Allele unabhängig von ihrem Wert häufig werden. Auch nach dem Wachstum bleibt die Variabilität gering, weil neue Allele nur durch Mutation entstehen. Das erschwert die Anpassung an neue Erreger. Austausch von Tieren zwischen Herden erhöht den Genfluss, und viele Elterntiere je Herde verringern die Drift.
A7
Aussagen zur Artbildung prüfen
AFB IIBegründen Sie für jede Aussage, ob sie zutrifft.
7 Aussagen nacheinander. Eine falsche Einschätzung reicht — dann starten Sie die Serie mit „Neue Runde“ neu.
Maßstab ist immer der Genfluss: Arten sind reproduktiv isoliert, Unterarten nicht. Barrieren entstehen ohne Ziel als Nebenprodukt; Polyploidie ist ein schneller Weg sympatrischer Artbildung.
Prüfen Sie jede Aussage am populationsgenetischen Artbegriff: Besteht Genfluss oder nicht?
Achten Sie auf „damit“ und „um zu“ — finale Begründungen sind fachlich falsch.
Lösung anzeigen
Räumliche Trennung allein macht noch keine Arten; erst wenn bei erneutem Kontakt keine fruchtbaren Nachkommen mehr entstehen, sind die Populationen reproduktiv isoliert. Polyploidie kann in einer Generation eine neue Art hervorbringen. Isolationsmechanismen entstehen als Nebenprodukt getrennter Evolution, nicht zu einem Zweck. Gleiches Aussehen schließt reproduktive Isolation nicht aus. Unterarten tauschen bei Kontakt Allele aus; adaptive Radiation beruht auf wiederholter Artbildung.
A8
Ein Artikel über Neandertaler
AFB IIAus einem Zeitschriftenartikel über die Herkunft des Menschen. Überprüfen Sie jede Zeile und markieren Sie die fehlerhaften.
In diesem Text stecken Fehler. Klicken Sie genau die falschen Zeilen an — die richtigen müssen stehen bleiben.
Falsch sind die Neandertaler als direkte Vorfahren, die angebliche Widerlegung von Out-of-Africa und das Bild einer geraden Entwicklungslinie.
Drei Zeilen sind falsch.
Denken Sie an den heutigen Stand: Out-of-Africa mit Einkreuzung.
Lösung anzeigen
Homo sapiens entstand in Afrika und breitete sich vor etwa 70 000–50 000 Jahren aus; dabei kreuzten sich Neandertaler und Denisova-Menschen in geringem Umfang ein. Neandertaler waren deshalb keine direkten Vorfahren, sondern eine Schwesterlinie. Die Einkreuzung widerlegt nur die Annahme eines vollständigen Ersatzes. Da mehrere Homininenarten gleichzeitig lebten, gleicht der Stammbaum einem Busch, nicht einer Leiter.
A9
Truthähne balzen zu zweit
AFB IIBei Wilden Truthähnen balzen oft zwei Brüder (r = 0,5) gemeinsam; nur der ranghöhere paart sich. Der Helfer verzichtet dadurch im Mittel auf K = 0,9 eigene Nachkommen (Modellwert). Ermitteln Sie, wie viele zusätzliche Nachkommen N der ranghöhere Bruder durch die Hilfe mindestens haben muss, damit sich das Helfen nach HAMILTON ausbreitet.
Rechnen Sie selbst und tragen Sie das Ergebnis ein — Enter prüft direkt. Dezimalzahlen mit Komma oder Punkt.
Nachkommen
Aus \(r\cdot N>K\) folgt \(N>K:r=0{,}9:0{,}5=1{,}8\). Der ranghöhere Bruder muss durch die Hilfe also mehr als 1,8 zusätzliche Nachkommen haben.
Setzen Sie r und K in die HAMILTON-Regel ein.
Stellen Sie \(r\cdot N>K\) nach N um.
Lösung anzeigen
Die HAMILTON-Regel \(r\cdot N>K\) wird nach N umgestellt: \(N>K:r=1{,}8\). Nur wenn die gemeinsame Balz dem Bruder mehr als 1,8 zusätzliche Nachkommen bringt, gewinnt der Helfer über die indirekte Fitness mehr, als er an direkter Fitness verliert — seine Gesamtfitness steigt, und das Verhalten kann sich ausbreiten.
A10
Der rote Stichling
AFB IIStichlingsmännchen färben sich im Frühjahr an Kehle und Bauch rot. Ordnen Sie jede Aussage ein: Handelt es sich um eine proximate oder eine ultimate Erklärung — oder um eine fachlich unzulässige finale Aussage?
Ziehen Sie jede Karte in den passenden Korb — oder wählen Sie sie mit Enter aus und drücken Sie dann die Ziffer des Korbs (0 legt sie zurück).
1proximate Erklärung
2ultimate Erklärung
3finale Aussage (unzulässig)
Proximat: Hormone, Farbstoffe, Gene — Mechanismen im Individuum. Ultimat: höherer Fortpflanzungserfolg roter Männchen. Final: Absicht oder Zweck („um zu“, „will“).
Fragen Sie: Beschreibt die Aussage einen Mechanismus (wie?) oder einen Fortpflanzungsvorteil (warum?)?
Aussagen mit „um … zu“ oder „will“ unterstellen eine Absicht.
Lösung anzeigen
Eine vollständige Erklärung nennt beide Ebenen: Proximat löst die Tageslänge über Hormone die Einlagerung von Farbstoffen aus, deren Verarbeitung genetisch gesteuert ist. Ultimat hatten rote Männchen durch Partnerwahl der Weibchen und erfolgreiche Revierverteidigung mehr Nachkommen; deshalb ist das Merkmal verbreitet. Aussagen über Absichten sind finale Begründungen und fachlich unzulässig.