Mehrsa-Die Singammer - Note: 11 PDF

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Beispielaufgabe (Lösung)- Evolution...

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Mehrsa Motevasseli

Die Singammer auf Mandarte Island 1.1) Die Singammer ist eine Vogelart, die auf der kleinen kanadischen Insel Mandarte zu finden ist. Im Durchschnitt leben auf dieser Insel 90 Singammern. Im Jahr 1989 starben die meisten von ihnen witterungsbedingt aufgrund eines sehr kalten und stürmischen Winters. In der vorliegenden Abbildung (M2), ist die Entwicklung der Populationsgröße, der genetischen Variabilität und des mittleren Verwandtschaftsgrades auf der Y-Achse in Abhängigkeit der Zeit in den Jahren von 1987 bis 1996 auf der X-Achse dargestellt. Das Diagramm für die Populationsgröße befindet sich am Anfang, im Jahr 1986, bei 120 und sinkt im ersten Jahr um etwa 20. Sofort auffallend ist die starke, plötzliche Reduzierung 1989 um etwa 90 Vögel. Danach steigt die Zahl der Populationsgröße stetig in den zwei folgenden Jahren. 1993 scheint die Steigung des Graphen etwas schwächer, dennoch immer noch positiv zu sein. Im darauffolgenden Jahr ist sie wieder stärker als in dem Jahr davor Anschließend fällt der Graph das erste Mal seit 1989 im Jahr 1994, wobei er in dem Jahr danach zwar leicht, aber dennoch wieder steigt. Der Graph für die genetische Variabilität liegt am Anfang, im Jahr 1987, bei 8 und sinkt in dem Jahr darauf um 3 Einheiten. Wie bei dem letzten Graphen steigt er aber ab diesem Zeitpunkt wieder, zunächst stärker und danach leichter. Dieser fällt im Vergleich zu dem Graph für die Populationsgröße nach 1989 nicht wieder. Der Graph für den mittleren Verwandtschaftsgrad liegt am Anfang, im Jahr 1987 bei einem relativ niedrigen Wert von 0,04 und sinkt bis zum nächsten Jahr erst leicht und 1989 stärker, bis er um mehr als die Hälfte gesunken ist. Danach steigt er stark bis zum Jahr 1993. Ab diesem Jahr sinkt er zunächst leicht und im Jahr 1995 stark. Im Jahr 1996 steigt er wieder leicht an.

1.2) Populationsgröße: Eine Population ist eine Fortpflanzungsgemeinschaft. Zu einer Population gehören alle Individuen, die zur gleichen Art gehören und zur selben Zeit im gleichen Gebiet leben.

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Da die Insel Mandarte klein ist, gibt es begrenzte Ressourcen für die Individuen einer ökologischen Nische. Aus diesem Grund bleibt die Populationsgröße ohnehin bei einem durchschnittlichen Wert von 90. Zudem beeinflussen biotische Faktoren wie die RäuberBeute Beziehung. Die Volterra-Regel besagt, dass die Populationsgröße von Räuber und Beute periodisch schwanken. Diese Schwankungen passieren zeitlich versetzt, sodass auch die Population dieser Vogelart mit der Zeit immer wieder leicht steigt und sinkt. Auch die abiotischen Faktoren können die Lebensbedingungen und somit die Größe einer Population beeinflussen.

In diesem Fall ist es der kalte Winter, der dazu führt, dass es weniger

Nahrung für die Individuen gibt und dass weniger angepasste Arten an die niedrigen Temperaturen einen Nachteil haben und diese Verhältnisse nicht überleben. Das erklärt vor allem die starke Reduzierung der Populationsgröße in 1989. Durch diese plötzliche Vernichtung des Großteils dieser Population durch extreme Witterungsverhältnisse geschieht eine Gendrift. Das heißt, dass durch diese starke zufällige Reduzierung die Weitergabe von Genen in der Singammer-population beeinflusst wird und sich der Genpool, was die Gesamtheit aller Allele, die die Angehörigen einer Population besitzen bezeichnet, verändert. Das heißt allerdings, dass die Überlebenden dieser Katastrophe nicht etwa die Überlebenden einer natürlichen Selektion, sondern oft zufällige Überlebende sind. Das ist ein Beispiel für den Flaschenhalseffekt. Es haben nur wenige Angehörige dieser Population überlebt, die in ihrem Genpool allerdings nicht mehr die Ausgangspopulation repräsentiert. Die Vielfalt der Allele in diesem Genpool ist begrenzt auf die der Überlebenden, die nicht alle unbedingt die besser angepassten ihrer Population sind. Für die Fortpflanzung bedeutet das eine geringere genetische Variabilität. Die Populationsgröße steigt ab 1990, was zum einen damit zusammenhängt, dass sich die Population wieder erholt und Nachkommen bekommt, aber auch mit der Zuwanderung von einigen anderen ihrer Art aus anderen Orten (vgl. M1). Diese haben die Katastrophe nicht erlebt und wahrscheinlich durch eine natürliche Selektion überlebt. Das heißt, dass sie zum einen eine höhere genetische Fitness aufweisen und zum anderen den Genpool mit mehr und qualitativen, im Sinne von besser angepassten Allelen, bereichern. Zunächst kann also die Population stark wachsen, da durch die geringe Individuenzahl mehr Ressourcen für den Einzelnen vorhanden ist. Allerdings dauert es etwa vier Jahre bis der Anfangswert wieder erreicht wird, da die Weibchen nur 3-5 Eier im Jahr legen und nicht alle Nachkommen überleben. In 1995 schrumpft die Population leicht, was mit abiotischen Faktoren erneut zu tun haben kann, oder durch biotische Faktoren, wie die erwähnte Räuber-Beute-Beziehung zustande kommt. Alles in allem nimmt die Populationsgröße zwar durch den extremen Winter in 1989 2

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stark ab, aber sie erholt sich durch natürliche Fortpflanzung in Verbindung mit den idealen Verhältnissen, da keine intraspezifische Konkurrenz zwischen den Angehörigen der Population herrscht, da genug Ressourcen für die Einzelnen vorhanden sind. Dennoch sinkt die Zahl am Ende der beobachteten Entwicklung, was durch abiotische oder biotische Faktoren, zum Beispiel, weil ab diesem Zeitpunkt wieder mehr Individuen auf der Insel Leben und es zu intra- und interspezifischer Konkurrenz kommt, zustande gekommen sein kann.

Genetische Variabilität Die Vielfalt der verschiedenen Arten wird als zwischenartliche Variabilität bezeichnet. Sie ist das Ergebnis der Verschiedenartigkeit und Veränderlichkeit einzelner Merkmale. Die Ursachen dafür können Umwelteinflüsse, Neukombinationen der elterlichen Erbanlagen oder auch Mutationen sein. Die genetische Variabilität wird mit dem plötzlichen zufälligen Sterben von Angehörigen der Singammer-Population geringer im Jahr 1989. Wenn weniger Individuen ihr genetisches Gut vererben können, ist der Genpool dieser Generation kleiner und damit auch die genetische Variabilität. Mit der Erholung der Population und ihrer Fortpflanzung vergrößert sich die genetische Variabilität. Vor allem aber bringen die zugewanderten Vögel andere Allele, da sie aus einer anderen Population stammen und andere Allele in sich tragen. Sie bereichern den Genpool der Population und erhöhen die genetische Variabilität, weshalb dieser Wert stetig steigt. Jedes Lebewesen ist einmalig und hat andere genetische Informationen in seiner DNA. Mutation

und

Rekombination

erzeugen

im

Laufe

der

Zeit

neue

Gene

und

Genkombinationen, welche die Variabilität der Population erhöhen. Die Lebewesen einer Population erzeugen mehr Nachkommen, als die notwendige Anzahl für die Erhaltung ihrer Art (Überproduktion). Da aber die Ressourcen begrenzt sind, können nicht alle Nachkommen überleben. Nur die Nachkommen, die einen Nachteil im Vergleich zu den anderen haben überleben (“survival of the fittest”). Anschließend können auch nur diese Überlebenden ihre Gene an die nachkommende Generation weitervererben. Diese Selektion ist die natürliche Selektion. Neben der Populationsgröße beeinflusst die Gendrift, sowie der Flaschenhalseffekt auch die genetische Variabilität. Nachdem die meisten Angehörigen der Population zufällig durch diese “Naturkatastrophe” gestorben ist, sind damit ihre genetischen Informationen auch, ohne Berücksichtigung ihrer genetischen Fitness, ihrer Angepasstheit, etc. Nicht mehr im Genpool der Population, wodurch die genetische Variabilität nun erst im Laufe der Zeit in 3

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den nächsten Generationen durch Rekombination und Mutation, oder durch die Zuwanderung von Außerhalb der

1.3) Bei der Populationsgröße ist die Reduzierung der Populationsgröße bei so einem Phänomen typisch. Hier ist die Gendrift und der Flaschenhalseffekt zu beobachten. Weil die Singammer nur 3 bis 5 Eier im Jahr legen kann, dauert es eine Weile bis die anfängliche Populationsgröße wieder erreicht wird. Da nach der Katastrophe nur wenige überlebt haben, ist die intraspezifische Konkurrenz kaum vorhanden, das bedeutet, dass mehr Ressourcen für den Einzelnen vorhanden sind und die Lebens- und Fortpflanzungsbedingungen ideal sind. So ist das starke Wachstum ist diesem Fall typisch und logisch. Das ist auch der Grund, warum der mittlere Durchschnittswert von 90 zunächst überschritten wird. Sobald der Anfang und damit das Maximum erreicht wird, fällt der Graph wieder, was eine erneute Verkleinerung der Populationsgröße bedeutet. Das deutet darauf hin, dass die vorhandenen Ressourcen begrenzt sind und durch die natürliche Selektion nur die “”fittesten” Angehörigen der Population überleben können. Damit kann man aus dieser Entwicklung beschließen, dass die Populationsgröße das Maximum von etwa 120 nicht überschreitet. Die genetische Variabilität wird mit der Reduzierung der Populationsgröße auch geringer, was auch typisch für so eine Entwicklung ist. Wenn die Population weniger Angehörige hat, ist damit auch der Genpool kleiner. Zudem wird bei einer zufälligen Vernichtung von Populationsangehörigen von Naturkatastrophen, wie in diesem Fall der extreme Winter, das genetische Gut, die Angepasstheit und die Fitness nicht berücksichtigt. So kann es sein, dass die “schwächsten” Angehörigen der Population überleben und nur ihre Allele im Genpool vorhanden sind. Mit dem Wachstum der Population erhöht sich auch die genetische Variabilität. Zudem entstehen durch Rekombination und Mutationen Variationen im Genpool. Auch die Zuwanderung von anderen Orten bereichert die genetische Variabilität, da diese Individuen wahrscheinlich andere Angepasstheiten und Allele in sich tragen. Das stetige Wachstum der genetischen Variabilität ist somit ebenfalls typisch. Die Entwicklung des mittleren Verwandtschaftsgrades ist auch typisch. Wenn die Anzahl der Populationsangehörigen sich verringert, gibt es eine höhere Chance, dass die Überlebenden miteinander verwandt sind. Da die Auswahl eines Fortpflanzungspartners nicht möglich ist, 4

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da die sehr kleine Populationsgröße das nicht erlaubt. Das Einzige, was bei dieser Entwicklung

untypisch

zu

sein

scheint,

ist

das

sehr

starke

Wachstum

des

Verwandtschaftsgrades, obwohl andere Vögel derselben Art zu der Population zugewandert sind. Im Jahr 1995 verringert sich der Wert des Verwandtschaftsgrades mit dem der Populationsgröße, was auch typisch ist. Wenn die Population kleiner wird, wird auch der Verwandtschaftsgrad kleiner, zumal in dieser neuen Generation der Verwandtschaftsgrad zwischen den Angehörigen der Population sehr hoch ist. Der Unterschied zu der Population vor der Katastrophe ist also, dass dieser nun wieder erreichte mittlere Verwandtschaftsgrad jetzt viel höher ist, da die Nachkommen der neuen Generation aus den 8 Überlebenden der Katastrophe abstammen. Alles in allem kann man also sagen, dass die zu beobachtende Entwicklung typisch für ein solches Phänomen ist

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