Evolution
IB 3 · Evolutionstheorie, Artbildung & Belege · Q-Phase
Inhaltsverzeichnis
Evolutionstheorien im Überblick
Abb. 1: Phylogenetischer Stammbaum – gemeinsame Vorfahren und Abstammungslinien
Lamarck vs. Darwin
- Vererbung erworbener Eigenschaften
- Gebrauch und Nichtgebrauch von Organen
- Beispiel: Giraffe streckt Hals → längerer Hals wird vererbt
- Heute widerlegt (Epigenetik zeigt: nur in Ausnahmefällen)
- Natürliche Selektion: Überleben der Bestangepassten
- Variation in Populationen (zufällig)
- Vererbung vorteilhafter Merkmale
- Graduelle Veränderung über Generationen
Synthetische Evolutionstheorie (Neo-Darwinismus)
Die synthetische Evolutionstheorie verbindet Darwins natürliche Selektion mit der Mendelschen Genetik und der Populationsgenetik. Sie ist die heute anerkannte Evolutionstheorie.
Evolutionsfaktoren
Zufällige Veränderung der DNA; Rohmaterial der Evolution; meist neutral oder schädlich, selten vorteilhaft
Neukombination von Allelen bei der Meiose (Crossing-over, unabhängige Spaltung) → genetische Vielfalt
Unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg aufgrund von Merkmalsunterschieden; einziger direktionaler Faktor
Zufällige Veränderung der Allelfrequenzen in kleinen Populationen (Flaschenhalseffekt, Gründereffekt)
Einwanderung/Auswanderung von Individuen → Veränderung der Allelfrequenzen einer Population
Geografische, ökologische oder reproduktive Trennung von Populationen → Voraussetzung für Artbildung
Selektionsarten
- Mittlere Merkmalsausprägung wird bevorzugt
- Extreme werden selektiert
- Erhält den Status quo
- Beispiel: Geburtsgewicht beim Menschen
- Eine Extremausprägung wird bevorzugt
- Verschiebung des Mittelwerts
- Anpassung an veränderte Umwelt
- Beispiel: Antibiotikaresistenz bei Bakterien
Artbildung (Speziation)
Was ist eine Art?
Nach dem biologischen Artbegriff (Mayr) ist eine Art eine Gruppe von Individuen, die sich miteinander fortpflanzen können und fruchtbare Nachkommen erzeugen. Zwischen verschiedenen Arten besteht eine Reproduktionsbarriere.
Allopatrische vs. Sympatrische Artbildung
- Geografische Isolation trennt Populationen
- Unabhängige Evolution → genetische Divergenz
- Reproduktionsbarriere entsteht
- Beispiel: Darwinfinken auf Galápagos
- Im selben Gebiet, ohne geografische Trennung
- Durch ökologische Nischentrennung oder Polyploidie
- Seltener als allopatrische Artbildung
- Beispiel: Polyploide Pflanzen (Weizen)
Adaptive Radiation
Was ist adaptive Radiation?
Adaptive Radiation bezeichnet die schnelle Aufspaltung einer Stammart in viele neue Arten, die verschiedene ökologische Nischen besetzen. Sie tritt oft auf, wenn eine Art in ein neues, ressourcenreiches Gebiet einwandert oder nach einem Massenaussterben.
Aus einer Stammfinkenart entstanden ~14 Arten mit verschiedenen Schnabelformen für unterschiedliche Nahrungsquellen
Beuteltiere besetzten nach Isolation Australiens viele Nischen, die auf anderen Kontinenten von Plazentatieren besetzt sind
Aus wenigen Stammarten entstanden >500 Cichlidenarten mit verschiedenen Nahrungsspezialisierungen
Nach dem Aussterben der Dinosaurier (vor 66 Mio. Jahren) diversifizierten sich Säugetiere explosionsartig
Voraussetzungen für adaptive Radiation
Stammform mit hohem Anpassungspotenzial (genetische Variabilität)
Verfügbarkeit freier ökologischer Nischen (nach Massenaussterben oder auf Inseln)
Geografische oder ökologische Isolation der entstehenden Populationen
Natürliche Selektion passt jede Population an ihre spezifische Nische an
Belege für die Evolution
Versteinerte Überreste von Lebewesen; zeigen zeitliche Abfolge der Lebensformen; Lückenhaftigkeit des Fossilberichts
Gleicher Grundbauplan, verschiedene Funktion → gemeinsamer Vorfahre (z.B. Vorderextremitäten von Mensch, Wal, Fledermaus)
Verschiedener Bauplan, gleiche Funktion → konvergente Evolution (z.B. Flügel von Vögeln und Insekten)
Funktionslos gewordene Organe, die auf gemeinsame Vorfahren hinweisen (z.B. Steißbein beim Menschen, Blinddarm)
Wiederauftreten von Merkmalen der Vorfahren (z.B. Schwanzfortsatz beim Menschen, zusätzliche Zehen bei Pferden)
DNA-Sequenzvergleiche zeigen Verwandtschaftsgrade; je ähnlicher die DNA, desto enger verwandt
Verbreitung von Arten auf der Erde gibt Hinweise auf Evolutionsgeschichte (z.B. Beuteltiere in Australien)
Ähnliche Embryonalstadien bei verschiedenen Wirbeltieren → gemeinsame Abstammung
Populationsgenetik & Hardy-Weinberg
Hardy-Weinberg-Gleichgewicht
In einer idealen Population (groß, zufällige Paarung, keine Mutation, keine Selektion, kein Genfluss) bleiben die Allelfrequenzen konstant. Dies ist das Hardy-Weinberg-Gleichgewicht – in der Realität selten erfüllt.
Häufigkeit der homozygot dominanten Individuen
Häufigkeit der heterozygoten Individuen (Träger)
Häufigkeit der homozygot rezessiven Individuen (erkrankt bei rez. Erbgang)
Aus der Häufigkeit Erkrankter (q²) kann man Trägerfrequenz (2pq) berechnen