Übung AFB III

Musterlösung: Der genetische Code ist willkürlich: Dieselbe Zuordnung von Codons zu Aminosäuren wäre bei unabhängiger Entstehung äußerst unwahrscheinlich — ein sehr starker Beleg. Ähnliche rRNA-Sequenzen sind molekulare Homologien und erlauben sogar abgestufte Vergleiche aller Lebewesen.

Die Schlundtaschen menschlicher Embryonen sind nach dem Kriterium der Stetigkeit homolog zu den Kiemenspalten der Fische, allerdings über Entwicklungsstadien und nicht als fertige Organe — ein guter, etwas indirekterer Beleg. Fliegen und Rückenflosse sind Anpassungen an gleiche Bewegungsweisen; sie entstanden konvergent und belegen keine nähere Verwandtschaft.

Musterlösung: Fossilien entstehen selten; der älteste bekannte Fund zeigt, dass die Linien spätestens vor 25 Mio. Jahren getrennt waren, nicht aber, wann genau. Die molekulare Uhr nimmt eine konstante Rate an. Nagetiere mit kurzen Generationszeiten sammeln je Jahr mehr Mutationen; wird mit der langsameren Rate gerechnet, ergibt \(t=d:(2r)\) ein zu hohes Alter.

Eine Eichung an einer näheren, gut datierten Trennung verringert diesen Fehler. Mehrfachmutationen an einer Position bleiben unerkannt und führen zu einer Unterschätzung. Der Widerspruch betrifft nur den Zeitpunkt, nicht die Verwandtschaft: Er ist ein Anlass, die Methoden zu verbessern, kein Beleg gegen die Evolution.

Musterlösung: Aussage A entspricht LAMARCK: Nichtgebrauch soll die Augen verkleinern und diese Veränderung vererbt werden. Das widerspricht der Genetik, denn Veränderungen von Körperzellen erreichen die Keimzellen nicht. Nach der synthetischen Evolutionstheorie traten in der Höhlenpopulation zufällig Mutationen auf, die die Augenentwicklung störten; im Dunkeln war das kein Nachteil, eher sparte es Energie, sodass solche Fische mindestens ebenso viele Nachkommen hatten.

Dass Nachkommen aus Kreuzungen zweier Höhlen wieder Augen haben, zeigt: In den Höhlen sind verschiedene Gene betroffen, die Augenlosigkeit entstand mehrfach unabhängig. Die Erklärung durch einen Planer ist nicht überprüfbar und deshalb keine naturwissenschaftliche Erklärung.

Musterlösung: Zuerst wird die Hypothese formuliert. Dann werden viele gleiche, kleine Populationen mit derselben Startfrequenz eines selektionsneutralen Allels angesetzt — so kann Selektion als Ursache ausgeschlossen werden. Konstante Populationsgröße und zufällige Auswahl der Eltern in jeder Generation machen die Drift zur einzigen Ursache.

Über viele Generationen wird die Allelfrequenz je Glas gemessen. Stützt das Ergebnis die Hypothese, weichen die Gläser immer stärker voneinander ab, und in vielen ist das Allel fixiert oder verloren. Ein Kontrollansatz mit größeren Populationen würde zeigen, dass die Schwankungen dort geringer bleiben.

Musterlösung: Für zwei Arten sprechen die bevorzugte Paarung mit gleich gefärbten Partnern (ethologische Isolation) und die über Jahrzehnte schmale, stabile Mischzone: Der Genfluss ist offensichtlich eingeschränkt. Gegen zwei Arten spricht, dass Mischlinge fruchtbar sind und Allele zwischen den Formen ausgetauscht werden können; das Erbgut unterscheidet sich nur in wenigen Abschnitten.

Das unterschiedliche Aussehen allein ist nach dem populationsgenetischen Artbegriff kein Kriterium. Mein Urteil: Raben- und Nebelkrähe sind Formen in einem frühen Stadium der Artbildung; ob man sie als Arten oder Unterarten führt, hängt von der Gewichtung ab — ein Beispiel dafür, dass Artgrenzen unscharf sein können.

Musterlösung: Durch zufällige Mutationen gab es schon vor der Behandlung Läuse mit einem veränderten Natriumkanal, an dem Permethrin schlechter bindet. Das Insektizid wirkte als Selektionsfaktor: Resistente Läuse überlebten häufiger und hatten mehr Nachkommen.

Dadurch stieg die Frequenz des Resistenz-Allels über viele Generationen — gerichtete Selektion. Die Läuse wurden nicht resistent, „um zu überleben“, und einzelne Tiere gewöhnen sich nicht an das Gift; die Population veränderte sich.

Musterlösung: Bakterien von Tag 15 widerstehen den älteren Phagen fast vollständig, den späteren kaum: Die Bakterien haben sich an frühere Phagen angepasst, die Phagen haben sich danach weiter verändert und überwinden die Resistenz wieder. Das stützt wechselseitige Anpassung und die Rote-Königin-Hypothese.

Dass Phagen ab Tag 15 keine Bakterien mehr befallen könnten, widerlegen die Werte: 90 % der Bakterien sind gegen Phagen von Tag 25 empfindlich. Aussagen über Tiere und ihre Erreger lassen sich aus diesem Versuch nicht ableiten.

Musterlösung: Nach HAMILTON breitet sich Helfen aus, wenn \(r\cdot N>K\). Beim Halbbruder ist \(0{,}25\cdot3=0{,}75<1\), bei der Vollschwester \(0{,}5\cdot3=1{,}5>1\), beim Cousin \(0{,}125\cdot6=0{,}75>0{,}5\): Auch entfernte Verwandte können profitieren, wenn der Nutzen groß und die Kosten klein sind.

Beim Vollbruder ist \(0{,}5\cdot1{,}6=0{,}8\), genau so groß wie K — die Gesamtfitness steigt nicht. Bei Nichtverwandten ist \(r=0\); Verwandtenselektion kann Helfen hier nicht erklären, dafür bräuchte es einen direkten Vorteil für den Helfer.

Musterlösung: In der Population gab es erbliche Unterschiede in der Färbung. Fressfeinde, die einen auffälligen, giftigen Frosch erbeutet hatten, mieden solche Frösche danach. Deshalb wurden auffällige Frösche seltener angegriffen, überlebten häufiger und hatten mehr Nachkommen; die Allele für die Warnfärbung wurden häufiger.

Die Färbung entstand nicht, „damit“ Feinde die Frösche erkennen, und Angriffe lösen keine gezielten Mutationen aus. Proximat wäre dagegen zu erklären, wie Pigmente gebildet werden.

Musterlösung: Die Aussage ist fachlich nicht haltbar. Evolution hat kein Ziel: Mutationen entstehen zufällig, Gendrift ist ungerichtet, und Selektion begünstigt nur die Varianten, die unter den gerade herrschenden Bedingungen mehr Nachkommen haben. Ändern sich die Bedingungen, kann ein Vorteil zum Nachteil werden.

Alle heutigen Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab und haben seitdem eine gleich lange Evolution durchlaufen; ein Bakterium ist an seine Umwelt nicht schlechter angepasst als der Mensch an seine. Rudimente zeigen, dass Organismen Spuren ihrer Stammesgeschichte tragen, statt vollkommen geplant zu sein.