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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
Merkmale der Insekten bewerten
AFB IIMaterial: Vier Insekten und eine Außengruppe
Verglichen werden Silberfischchen, Libelle, Heuschrecke und Schmetterling; Außengruppe ist ein Tausendfüßer. Alle fünf haben einen gegliederten Körper mit Außenskelett. Die vier Insekten haben sechs Beine. Libelle, Heuschrecke und Schmetterling haben Flügel, das Silberfischchen nicht. Heuschrecke und Schmetterling können die Flügel nach hinten über den Hinterleib legen, die Libelle nicht. Nur der Schmetterling macht eine vollständige Verwandlung mit Puppenstadium durch.
Wählen Sie in jedem Menü den passenden Eintrag. Alle Felder müssen stimmen.
| Merkmal | Status |
|---|---|
| gegliederter Körper mit Außenskelett | |
| sechs Beine | |
| Flügel | |
| Flügel über dem Hinterleib zusammenlegbar | |
| Puppenstadium |
Was schon die Außengruppe besitzt, ist ursprünglich. Die übrigen Merkmale sind abgeleitet und ineinander geschachtelt: sechs Beine ⊃ Flügel ⊃ zusammenlegbare Flügel. Das Puppenstadium kommt hier nur beim Schmetterling vor.
Prüfen Sie zuerst, welche Merkmale der Tausendfüßer hat.
Ein abgeleitetes Merkmal, das nur eine Art im Vergleich besitzt, sagt nichts über ihre Stellung.
Lösung anzeigen
Das Außenskelett teilt die Außengruppe — innerhalb der Insekten eine Symplesiomorphie ohne Aussage über Verwandtschaft. Sechs Beine kennzeichnen alle Insekten, Flügel die Fluginsekten, zusammenlegbare Flügel eine Untergruppe aus Heuschrecke und Schmetterling. Daraus folgt das Kladogramm: Silberfischchen zweigt zuerst ab, dann die Libelle; Heuschrecke und Schmetterling sind Schwestergruppen. Das Puppenstadium ist im Vergleich eine Autapomorphie des Schmetterlings.
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.
Lösung anzeigen
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).
Lösung anzeigen
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.
Lösung anzeigen
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
Yuccapalme und Yuccamotte
AFB IIAus einer Klausurantwort zur Beziehung zwischen der Yuccapalme und der Yuccamotte. 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.
Fehlerhaft sind die finale Begründung („um … zu“), die falsche Einordnung als Parasitismus und die Vorstellung gezielter Mutationen.
Suchen Sie nach „um … zu“, nach falschen Fachbegriffen und nach Lamarckismus.
Drei Zeilen sind falsch.
Lösung anzeigen
Yuccapalme und Yuccamotte sind wechselseitig voneinander abhängig: Die Motte bestäubt aktiv, ihre Raupen fressen einen Teil der Samen. Beide profitieren (Mutualismus) und wirken füreinander als Selektionsfaktor — Koevolution. Das Abwerfen stark belegter Blüten begrenzt den Samenverlust. Die Tentakel sind ultimat zu erklären: Motten mit erblich besser geeigneten Mundwerkzeugen hatten mehr Nachkommen; die zugrunde liegenden Mutationen waren zufällig.
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.