4.1 Belege der Evolution
Abgestufte Ähnlichkeiten in Bau und Molekülen zeigen, welche Arten gemeinsame Vorfahren haben — und wie lange diese zurückliegen.
- Homologie:Ähnlichkeit durch gemeinsame Abstammung; Kriterien: Lage, spezifische Qualität, Stetigkeit (Zwischenformen); die Funktion kann verschieden sein (Arm, Flosse, Flügel).
- Analogie:gleiche Funktion bei unabhängiger Entstehung durch ähnliche Selektionsbedingungen (Konvergenz): Insekten- und Vogelflügel, Stromlinienform von Hai, Pinguin und Delfin.
- Rudiment und Atavismus:Rudiment: zurückgebildete homologe Struktur (Walbecken, Steißbein); Atavismus: gelegentlich wieder auftretendes Merkmal von Vorfahren.
- Molekulare Homologie:Gene und Proteine mit gemeinsamem Ursprung (Cytochrom c); nach dem Alignment werden Unterschiede gezählt — je weniger, desto näher verwandt; Distanzmatrix → Stammbaum.
- DNA oder Protein:DNA-Vergleiche erfassen auch stumme Mutationen und trennen deshalb nahe Verwandte feiner.
- Molekulare Uhr:annähernd konstante Substitutionsrate, geeicht an fossil datierten Trennungen; Grenzen: Raten schwanken zwischen Linien, Mehrfachmutationen führen zur Unterschätzung.
- Ursprünglich und abgeleitet:Die Außengruppe legt die Leserichtung fest; nur Synapomorphien begründen nähere Verwandtschaft, Symplesiomorphien und Autapomorphien nicht.
- Kladogramm:Verzweigungspunkte = gemeinsame Vorfahren; Schwestergruppen gehen aus derselben Verzweigung hervor; gewählt wird der sparsamste Baum; Konvergenz täuscht Synapomorphien vor.
Nur Homologien zählen
Für Stammbäume zählen nur homologe, abgeleitete Merkmale. Gleiche Funktion oder gemeinsame ursprüngliche Merkmale sagen nichts über nähere Verwandtschaft aus.
4.2 Die Evolutionsfaktoren
Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift und Isolation verändern den Genpool — Evolution ist die Veränderung der Allelfrequenzen einer Population über Generationen.
- Genpool und Allelfrequenz:Genpool = alle Allele einer Population; Allelfrequenz = Anteil eines Allels an allen Allelen desselben Gens. Evolution betrifft Populationen, nicht Individuen.
- Synthetische Evolutionstheorie:verbindet DARWINs Selektionstheorie mit Genetik und Populationsgenetik; grenzt sich ab von LAMARCK (keine Vererbung erworbener Eigenschaften) und von Kreationismus und Intelligent Design (nicht überprüfbar).
- Mutation:zufällig und ungerichtet, einzige Quelle neuer Allele; Gen-, Chromosomen- und Genommutation; vererbt werden nur Keimbahnmutationen.
- Rekombination:interchromosomal (Mensch: 2²³ ≈ 8,4 Mio. verschiedene Keimzellen), intrachromosomal durch Crossing-over, zufällige Befruchtung — neue Kombinationen, keine neuen Allele.
- Selektion:unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg erblich verschiedener Individuen; Selektionsfaktoren abiotisch oder biotisch; reproduktive Fitness = Beitrag zum Genpool der nächsten Generation, relativ zu anderen.
- Selektionsformen:stabilisierend (Mittelwert bleibt), gerichtet (Mittelwert verschiebt sich, Birkenspanner), disruptiv (zwei Gipfel), sexuell (intra- und intersexuell).
- Gendrift:zufällige, ungerichtete Veränderung der Allelfrequenzen, stark in kleinen Populationen; Fixierung oder Verlust; Flaschenhalseffekt (See-Elefant) und Gründereffekt (Amische).
- Isolation und Artbildung:unterbrochener Genfluss; allopatrisch nach geografischer Trennung, sympatrisch im selben Gebiet (Polyploidie, Apfelfliege); adaptive Radiation (Darwinfinken).
- Isolationsmechanismen:präzygotisch: ökologisch, zeitlich, ethologisch, mechanisch, gametisch; postzygotisch: Hybridsterblichkeit, Hybridsterilität.
- Artbegriffe:morphologisch: Übereinstimmung im Körperbau (Grenzen: Sexualdimorphismus, Polymorphismus, Zwillingsarten); populationsgenetisch nach MAYR: natürliche Fortpflanzungsgemeinschaft mit fruchtbaren Nachkommen (Grenzen: ungeschlechtliche Fortpflanzung, Fossilien, Ringarten, Hybridzonen).
Population statt Individuum
Ein Individuum behält seine Allele ein Leben lang. Evolution heißt: Die Allelfrequenzen im Genpool einer Population ändern sich über Generationen.
4.3 Koevolution und Verhalten
Arten wirken wechselseitig als Selektionsfaktoren; Verhalten wird proximat und ultimat erklärt und über Kosten und Nutzen für die Fitness bewertet.
- Koevolution:wechselseitige Anpassung zweier Arten, die füreinander als Selektionsfaktor wirken: Mutualismus (Stern von Madagaskar und Schwärmer, DARWINs Vorhersage) oder Wettrüsten (Molch und Natter, Kuckuck und Wirte).
- Rote-Königin-Hypothese:Im Wettrüsten verändern sich beide Seiten fortlaufend, ohne dass eine dauerhaft gewinnt.
- Proximat und ultimat:proximat: Wie wird ein Verhalten ausgelöst (Reize, Hormone, Nerven, Gene, Lernen)? Ultimat: Warum hat es sich durchgesetzt (Beitrag zur reproduktiven Fitness)?
- Finale Aussagen:„um zu“ und „damit“ unterstellen der Evolution ein Ziel; richtig: Individuen mit erblich günstigerem Merkmal hatten mehr Nachkommen.
- Kosten-Nutzen-Analyse:Kosten und Nutzen in derselben Währung (oft Energie); Nettonutzen = Nutzen − Kosten; ein Optimalitätsmodell sagt das Optimum voraus (optimale Nahrungssuche, Blütenreviere der Nektarvögel).
- Verwandtenselektion:Altruismus senkt die direkte Fitness; Gesamtfitness = direkte + indirekte Fitness; Hilfe breitet sich aus, wenn r · N > K (HAMILTON).
Beide Ebenen nennen
Eine vollständige Erklärung eines Verhaltens nennt den Mechanismus (proximat) und den Fitnessvorteil (ultimat). Tiere wägen Kosten und Nutzen nicht bewusst ab.
Die Regeln, an denen die Punkte hängen
Diese drei Stellen kosten in der Klausur am häufigsten Punkte.
Ultimat ohne „damit“
Jede ultimate Erklärung folgt der Kette erbliche Variation → Selektion → mehr Nachkommen → Allelfrequenz steigt. Ein einziges „um zu“ macht die Erklärung fachlich falsch.
Erst sortieren, dann urteilen
Vor jedem Verwandtschaftsurteil klären: homolog oder analog, ursprünglich oder abgeleitet? Nur homologe, abgeleitete Merkmale tragen einen Stammbaum.
Richtig zählen
Allelfrequenzen beziehen sich auf Allele, nicht auf Individuen — jedes diploide Tier zählt doppelt. Bei der molekularen Uhr nicht den Faktor 2 für die beiden Linien vergessen.