Q2.1 Bio Klausur Evolution PDF

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Vorbereitung für die erste Klausur im Jahrgang Q2.1...

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Q2.1 1.Biologie Klausur

Evolution Definition:   

Die Evolution beschreibt die stammesgeschichtliche Entwicklung und Veränderung der Lebewesen von ihrer Entstehung bis zur heutigen Vielfalt Laut Darwin überlebt nur der Bestangepasste (Survival oft he fittest) Die Voraussetzung für die Evolution ist die Selektion, die Fortpflanzung, Mutationen, genetische Variationen in Populationen und die Anpassung der Lebewesen

Der biologische Artbegriff: 

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Eine Art besteht aus einer Gruppe von Individuen, die durch die gemeinsame Abstammung miteinander verbunden sind und bei sexueller Fortpflanzung fruchtbare Nachkommen miteinander zeugen können Zwischen verschiedenen Arten gibt es somit Fortpflanzungsbarrieren

Die populationsgenetische Artdefinition: 

Eine Art besteht aus einer Population, deren Genpool (Gesamtheit der genetischen Informationen) gegen andere Arten isoliert ist

Formen der Artbildung Die allopatrische Artbildung:   

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Allopatrische Artbildung gilt als einer der Hauptgründe für das Entstehen neuer Arten und setzt eine geografische Isolation von mindestens zwei Teilpopulationen vorau Die Ausgangspopulation wird zum Beispiel durch Kontinentaldrift, Gebirgsbildung, Klimawandel oder zufälliges abdriften in Inseln geografisch separiert Da fortan kein Genfluss (keine Möglichkeit Allele auszutauschen) mehr zwischen den beiden Populationen besteht, entwickeln sich die Teilpopulationen aufgrund von Gendrift, unterschiedlichen Selektionsfaktoren, Mutationen und unterschiedlichen Allelen im Genpool auseinander Die Selektionsfaktoren wirken anders, weil sich die Umweltbedingungen in beiden Gebieten nicht gleichen Mutationen treten zufällig auf und betreffen deshalb nicht beide Populationen gleichermaßen Wird die Barriere wieder aufgehoben, treffen die Teilpopulationen aufeinander o Es kommt dann entweder zur erneuten Vermischung der Populationen oder diese sind im Laufe der Zeit durch die Anhäufung von Unterschieden im Genpool genetisch voneinander Isoliert worden und leben jetzt sekundär sympatrisch (zusammen) miteinander

Beispiel einer allopatrischen Artbildung:

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Arten ziehen sich während der letzten Eiszeit in nicht vereiste Gebiete zurück und trennen sich Nach Ende der Eiszeit trafen sie im ursprünglichen Verbreitungsgebiet wieder zusammen und blieben getrennte Arten o Dies gilt zum Beispiel für Grünspecht und Grauspecht

Die sympatrische Artbildung:     

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Die Entstehung einer neuen Art im Gebiet der Ursprungsart nennt man sympatrische Artbildung Es findet keine geografische Trennung statt Präzygotische Mechanismen wie zeitliche oder ethologische Isolation führen zur Artaufspaltung Beim Beispiel der amerikanischen Florfliegen lebt die eine Art auf Laubbäumen und die andere Art auf Nadelbäumen Beide Arten zeigen mehrere Allelveränderungen, die zu unterschiedlichen Körperfarben führten o Somit sind die Tiere in unterschiedlichen Habitaten besser getarnt und halten sich dort vorzugsweise auf Eine weitere Änderung bewirkte eine andere Reaktion der Florfliegen auf die Fotoperiode, sodass sich die Arten zu unterschiedlichen Zeiten fortpflanzen

Die Adaptive Radiation:   

Unter adaptiver Radiation versteht man die Entstehung vieler neuer Arten aus einer einzigen Stammart heraus Zur adaptiven Radiation kommt es durch die Einnischung der Art in unterschiedliche ökologische Nischen Faktoren wie geografische Isolation, sowie das Fehlen von natürlichen Feinden begünstigen den Vorgang der adaptiven Radiation

Die Adaptive Radiation anhand der Darwinfinken:

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Es gibt insgesamt 14 nah verwandte Arten der Darwinfinken, die allesamt von einem gemeinsamen Vorfahren abstammen Auffallend sind vor allem die unterschiedlichen Schnäbel der Darwinfinken, die auf unterschiedliche Ernährungsgewohnheiten hinweisen Durch Zufall, beispielweise durch einen Sturm oder Treibholz, müssen mindestens zwei Darwinfinken (männlich und weiblich) auf eine Insel der Galapagos Inseln gelangt sein o Diese Finken bildeten so eine Gründerpopulation Zunächst vermehrte sich die Singvogelart sehr stark, weil neben dem übermäßigen Nahrungsangebot auch keinerlei Fressfeinde auf der Insel vorhanden waren

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Irgendwann erhöht sich jedoch der Druck der intraspezifischen Konkurrenz auf die Finken, weil Lebensraum und Nahrung nur begrenzt zur Verfügung stehen (Individuen der Gründerpopulation erweitern somit ihre ökologische Nische) (Durch zufällig auftretende Rekombinationen und Mutationen ergaben sich Angepasstheiten an bestimmte Nahrungsquellen) (Durch Selektion auf bestimmte Ernährungstypen und unterschiedliche Lebensbedingungen wurden die Kleidervögel ökologisch zunehmend voneinander isoliert, sodass es mit der Zeit zur sympatrischen Artbildung kam) Geografische Separation sorgt nun für die Entwicklung der Stammart in unterschiedliche Richtungen Von der Ursprungsinsel gelangen einzelne Individuen erneut durch Zufall auf eine weitere Insel Der Prozess der rasanten Vermehrung wiederholt sich, nun jedoch unter anderen Voraussetzungen denn nicht nur der Selektionsdruck ist auf dieser anderen Insel anders (z.B. andere Nahrungsangebote), sondern auch der Genpool unterscheidet sich nun, wenn auch nur im geringen Maße, von dem der Ursprungspopulation der Ursprungsinsel

 Des Weiteren führen unterschiedliche Mutationen und Rekombinationen, eine veränderte Richtung der Selektion, sowie Gendrift zu einer nicht konvergenten Entwicklung wie vergleichsweise die der Stammart auf der Ursprungsinsel

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Da zwischen den Inseln kein Genfluss mehr besteht, können die Singvögel auch keinerlei

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Sind die beiden Populationen lange genug getrennt, kann es in diesem Prozess der Separation

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Gelangen nun Individuen der neu entstandenen Art zurück auf die Ursprungsinsel, kann dies

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Nach dem Konkurrenzausschlussprinzip kann nur eine Art eine ökologische Nische besetzen

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Es kann jedoch auch sein, dass die neu entstandene Art sich auf der anderen Insel derart

Allelen mehr miteinander austauschen und es kommt zur Separation der beiden Populationen

zu einer reproduktiven Isolation kommen, sodass sich die beiden Populationen nicht mehr untereinander fortpflanzen können

dazu führen, dass diese an dieselbe ökologische Nische angepasst sind und demnach mit der anderen Art um diese ökologische Nische konkurrieren

und es kommt entweder zum Aussterben einer Art, oder eine Art ist im Stande auf eine andere ökologische Nische auszuweichen und neben der anderen Art zu koexistieren

entwickelt hat, dass sie unmittelbar eine freie ökologische Nische auf der Ursprungsinsel besetzt und nicht mit der Stammart in Konkurrenz tritt.

Isolationsmechanismen

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Für die Evolution ist nur von Bedeutung, ob sich Lebewesen unter natürlichen Bedingungen fortpflanzen Geschieht dies nicht, liegt eine reproduktive oder genetische Isolation vor Genetische Isolation:

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Durch zufällige Mutationen können Individuen nicht mehr mit der Ursprungspopulation fortpflanzungsfähig sein Hybrid-Sterilität:

o

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Bei der Kreuzung zweier nicht Verwandten Arten können Bastarde mit einem ungeraden Chromosomensatz entstehen, die nicht Fortpflanzungsfähig sind Die Hybrid-Sterblichkeit verhindert auch die Überwindung der Artschranke, da die Embryonalentwicklung möglicher Hybriden abgebrochen wird Wenn dies nicht der Fall ist, kann es auch noch zum Hybrid-Zusammenbruch kommen, wobei die Hybriden der ersten Generation lebensfähig sind und sich untereinander fortpflanzen

o

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Jedoch nimmt ihre Vitalität zunehmend ab und erlischt mit weiteren Generationen Diese drei Isolationsmechnismen werden als postzygote Barrieren bezeichnet, da sie erst nach Ausbildung einer Zygote einsetzen, Hybriden sich also anfänglich entwickeln und entstehen

Präzygotische Isolation

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Geografische Isolation:

o

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Wegen geografischen Barrieren können Teilpopulationen einer Art sich nicht untereinander fortpflanzen Ethologische Isolation:

o

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Dies kommt vor, wenn es zwischen den Arten keine sexuelle Anziehung gibt oder die gegenseitigen Paarungssignale nicht verstanden werden Zeitliche Isolation:

o

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Arten bleiben getrennt, wenn die Paarung und Befruchtung zu unterschiedlichen Jahreszeiten erfolgt Mechanische Isolation:

o o

Kann vorkommen, wenn die Isolationsmechanismen nicht greifen

o

Trotz erfolgreicher Paarung kann die Entstehung einer Zygote verhindert werden, wenn die Eizelle nicht das passende chemische Signal für die Spermienzelle aussendet oder das Spermium nicht in die Eizelle eindringen kann

Paarung kann nicht erfolgt werden, da die Geschlechtsorgane in ihrer Größe oder ihrem speziellen Aufbau nicht zusammenpassen Gametische Isolation:

Natürliche Selektion:

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Auslese von Lebewesen einer Population, die sich in ihrer Überlebenschance und ihrem Fortpflanzungserfolg unterscheiden o An ihre Umwelt besser angepasste Lebewesen, erhöhen die Wahrscheinlichkeit zur Weitergabe ihrer Gene als schlechter angepasste Lebewesen

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Hat kein Ziel Gibt die Richtung des Evolutionsprozesses vor

Selektionsfaktoren:

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Elemente der Umwelt, die auf den individuellen Phänotyp einwirken (abiotische und biotische Faktoren) Zudem: innere Selektion

Biologische Fitness:

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Relatives Maß dafür, wie viele Gene ein Individuum in die nächste Population einbringt

Selektionsformen:

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Gerichtete Selektion: o Führt zu einer Merkmalsverschiebung und lenkt die Evolution einer Art in eine bestimmte Richtung o Ist häufig die Folge von Umweltveränderungen o Die Population verschiebt sich weg vom Selektionsnachteil in die andere Richtung Stabilisierende Selektion: o Liegt vor, wenn der Selektionsdruck von beiden Extremseiten der Merkmalsausprägung ausgeht o Auf Dauer kommt es zur Annäherung an den Mittelwert, weil extreme Formen benachteiligt werden o Beispiel: Geburtsgewicht der Babys Disruptive Selektion: o Ausbildung von zwei extremen Phänotypen o Ausprägung eines Merkmals im Mittelwertbereich erweist sich als Nachteil o Beispiel: Aufspaltung einer Darwinfinkenart in Insektenfresser und Körner/Nussfresser  Zum fangen und fressen ist ein dünner Schnabel nötig und für das knacken von Nüssen ein Kräftiger Schnabel  Der Mittelwert eines Schnabels bringt keine Vorteile und ist nachteilhaft

Sexuelle Selektion:

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Innerartliche Auswahl von Sexualpartnern, die sich aus der Konkurrenz um Fortpflanzungspartnern ergibt Sexuelle Selektion erklärt auch zahlreiche Phänotypische Ausprägungen, die im Sinne der natürlichen Selektion eigentlich von Nachteil wären (z.B. das Federkleid des Pfaues. Dieses ist hinderlich bei der Flucht vor Räubern, ist aber wichtiges „Balzmittel) Merkmale wie ein kräftiges Geweih oder eine erdrückende Körpermasse haben einen Selektionsvorteil

Künstliche Selektion:

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Vom Menschen gesteuerte Selektion zur Förderung bestimmter Merkmale bei Tier- und Pflanzenarten (Kleintierzucht wie z.B. Kaninchen, höhere Milchleistung von Kühen)

Sexualdimorphismus: 

Sichtbare Unterschiede zwischen den Geschlechtern, Unterschiede in der Körpermasse und im Verhalten

Handicap-Prinzip:  

Ein Männchen kann ein Weibchen von seiner Qualität als Sexualpartner nur dann überzeugen, wenn es Signale aussendet, die sich nicht jeder leisten kann Die lange Federschleppe des männlichen Pfaues ist ein Handicap, aber eben deshalb ein besonders überzeugendes und zuverlässiges Signal, da ein Pfau beweist, dass er trotz dieser Last am Leben ist und ein hoch qualifizierter Partner für die Henne ist...