Biologie · Oberstufe und Abitur · Klasse 11â13
Evolutionstheorien und Artbildung
Von Lamarck und Darwin zur Synthetischen Evolutionstheorie: Evolutionsfaktoren, Artbegriff, allopatrische und sympatrische Artbildung und die Evolution des Menschen.
đŻ Lernziele
Nach diesem Thema kannst du âŠ
- die ErklÀrungen von Lamarck und Darwin vergleichen
- die Evolutionsfaktoren der Synthetischen Theorie (Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Isolation) erklÀren
- den biologischen Artbegriff anwenden
- allopatrische und sympatrische Artbildung beschreiben
- GrundzĂŒge der Evolution des Menschen darstellen und typische Fehlvorstellungen korrigieren
đĄ ErklĂ€rung
Jean-Baptiste de Lamarck (1809) erklĂ€rte die VerĂ€nderung von Arten mit einem inneren Vervollkommnungstrieb und der Vererbung erworbener Eigenschaften: Gebrauch stĂ€rke Organe, und diese VerĂ€nderung werde vererbt. Dieser Mechanismus ist widerlegt. Charles Darwin (1859, âOn the Origin of Speciesâ; parallel Alfred Russel Wallace) erklĂ€rte Evolution durch Variation, Ăberproduktion von Nachkommen, den daraus folgenden âKampf ums Daseinâ und natĂŒrliche Selektion: Besser angepasste Individuen haben mehr Nachkommen. Die Ursache der Variation und die Vererbungsregeln kannte Darwin noch nicht.
Die Synthetische Evolutionstheorie (ab etwa 1930â1950) verbindet Darwins Selektionstheorie mit Genetik und Populationsbiologie. Evolution ist die VerĂ€nderung der Allelfrequenzen im Genpool einer Population. Evolutionsfaktoren sind: Mutation und Rekombination (erzeugen Variation), Selektion (gerichtete VerĂ€nderung), Gendrift (zufĂ€llige VerĂ€nderung der Allelfrequenzen, besonders stark in kleinen Populationen, z. B. Flaschenhals- oder GrĂŒndereffekt) und Isolation (verhindert den Genfluss zwischen Populationen). Selektionsformen sind u. a. stabilisierende, gerichtete und aufspaltende Selektion; eine Sonderform ist die sexuelle Selektion.
Nach dem biologischen Artbegriff (Ernst Mayr) gehören Individuen zu einer Art, wenn sie sich unter natĂŒrlichen Bedingungen miteinander fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen haben können. Bei der allopatrischen Artbildung wird eine Population rĂ€umlich getrennt (geografische Isolation, z. B. durch Gebirge, Meer). In den getrennten Teilpopulationen wirken Mutation, Selektion und Drift unterschiedlich; es entstehen reproduktive Isolationsmechanismen, sodass sie sich auch nach Wiederkontakt nicht mehr fruchtbar kreuzen. Bei der sympatrischen Artbildung entsteht die Isolation im selben Gebiet, z. B. durch Nutzung verschiedener Wirtspflanzen oder bei Pflanzen durch Polyploidie. Adaptive Radiation ist die Entstehung vieler Arten aus einer Stammart durch Einnischung, z. B. die Darwinfinken auf den GalĂĄpagos-Inseln.
Zur Evolution des Menschen: Mensch und Schimpanse stammen von gemeinsamen Vorfahren ab; der Mensch stammt nicht vom heutigen Schimpansen ab. Die Linie des Menschen trennte sich nach heutigen SchĂ€tzungen vor etwa 6â7 Millionen Jahren. Merkmale der menschlichen Entwicklung sind u. a. der aufrechte Gang (frĂŒh, z. B. bei Australopithecus), die Zunahme des Gehirnvolumens und der Werkzeuggebrauch. Homo sapiens entstand in Afrika; die Ă€ltesten bekannten Fossilien (Jebel Irhoud, Marokko) werden auf etwa 300 000 Jahre datiert. Funde und Datierungen werden laufend ergĂ€nzt â Einzelheiten des Stammbaums sind in der Forschung teilweise umstritten.
Darwinfinken: Auf den GalĂĄpagos-Inseln haben sich aus einer vom Festland eingewanderten Stammart mehr als ein Dutzend Arten entwickelt. Sie unterscheiden sich vor allem in der Schnabelform, passend zur jeweiligen Nahrung (harte Samen, Insekten, KaktusblĂŒten). Langzeitbeobachtungen von Peter und Rosemary Grant zeigten, dass sich die durchschnittliche SchnabelgröĂe nach DĂŒrrejahren messbar verĂ€ndert â Selektion in Echtzeit.
đ Fachbegriffe
- Genpool
- Gesamtheit aller Allele einer Population.
- Allelfrequenz
- Relative HĂ€ufigkeit eines Allels im Genpool.
- Gendrift
- ZufÀllige VerÀnderung von Allelfrequenzen, besonders in kleinen Populationen.
- GrĂŒndereffekt
- Wenige Individuen grĂŒnden eine neue Population; deren Genpool ist zufĂ€llig zusammengesetzt.
- reproduktive Isolation
- Mechanismen, die fruchtbare Fortpflanzung zwischen Populationen verhindern.
- allopatrisch / sympatrisch
- Artbildung nach rÀumlicher Trennung / im selben Gebiet.
- adaptive Radiation
- AuffÀcherung einer Stammart in viele, unterschiedlich angepasste Arten.
â ïž Typische Fehler
- âDer Mensch stammt vom Affen abâ â Mensch und heutige Menschenaffen haben gemeinsame Vorfahren.
- Darwin die Kenntnis der Gene zuschreiben â die Genetik kam erst in der Synthetischen Theorie hinzu.
- Lamarckistisch argumentieren: âDie Tiere brauchten âŠ, deshalb entwickelten sie âŠâ â im Abitur wird eine ErklĂ€rung ĂŒber Variation und Selektion erwartet.
âïž Ăbungen
Aufgabe 1 · leicht: Nenne die Evolutionsfaktoren der Synthetischen Evolutionstheorie.
Lösung anzeigen
Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Isolation (oft auch Migration/Genfluss).
Aufgabe 2 · mittel: ErklÀre die Entstehung der langen HÀlse von Giraffen einmal nach Lamarck und einmal nach Darwin.
Lösung anzeigen
Lamarck: Giraffen streckten ihre HĂ€lse, um an hohe BlĂ€tter zu kommen; der dadurch verlĂ€ngerte Hals wurde vererbt. Darwin: Giraffen variierten in der HalslĂ€nge; Tiere mit lĂ€ngeren HĂ€lsen erreichten mehr Nahrung (z. B. in Trockenzeiten), ĂŒberlebten hĂ€ufiger und hatten mehr Nachkommen; ĂŒber viele Generationen nahm die durchschnittliche HalslĂ€nge zu. (Heute werden fĂŒr die HalslĂ€nge auch weitere Selektionsfaktoren wie Konkurrenz zwischen MĂ€nnchen diskutiert.)
Aufgabe 3 · anspruchsvoll: Zwei Salamanderpopulationen, die seit langer Zeit durch ein Tal getrennt sind, treffen wieder aufeinander. Beschreibe, wie man prĂŒfen kann, ob zwei Arten entstanden sind, und erlĂ€utere die beteiligten Evolutionsfaktoren.
Lösung anzeigen
PrĂŒfen, ob sich die Populationen unter natĂŒrlichen Bedingungen paaren und fruchtbare Nachkommen haben (biologischer Artbegriff); ggf. Paarungsverhalten, Hybride und deren Fruchtbarkeit untersuchen. Faktoren: geografische Isolation unterbrach den Genfluss; in beiden Teilpopulationen verĂ€nderten Mutation, Rekombination, unterschiedliche Selektion und Gendrift die Genpools; dabei können reproduktive Isolationsmechanismen entstanden sein â allopatrische Artbildung.
â Selbsttest
đ§Ÿ Zusammenfassung
- Lamarck: Vererbung erworbener Eigenschaften (widerlegt). Darwin: Variation, Ăberproduktion, Selektion.
- Synthetische Theorie: Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift, Isolation verÀndern den Genpool.
- Biologischer Artbegriff: fruchtbare Nachkommen unter natĂŒrlichen Bedingungen.
- Allopatrische und sympatrische Artbildung; adaptive Radiation.
- Mensch und Schimpanse haben gemeinsame Vorfahren; Homo sapiens entstand in Afrika.
đ AbiturĂ€hnliche Aufgabe: Gendrift und Selektion bei einer Inselpopulation
Ăbungsaufgabe im Stil des Abiturs (keine OriginalprĂŒfung). Bearbeitungszeit etwa 50 Minuten.
M1: Auf eine bisher unbewohnte Insel gelangten durch einen Sturm wenige Individuen einer Eidechsenart vom Festland. Auf dem Festland tragen etwa 5 % der Tiere ein Allel fĂŒr eine dunkle RĂŒckenfĂ€rbung; in der Inselpopulation sind es nach einigen Generationen etwa 40 %.
M2: Die Insel besteht ĂŒberwiegend aus dunklem Vulkangestein; auf dem Festland ist der Untergrund hell und sandig. Die wichtigsten Fressfeinde der Eidechsen sind Greifvögel, die ihre Beute mit den Augen suchen.
M3: Nach weiteren Jahrzehnten paaren sich eingeschleppte Festlandtiere in Versuchsgehegen deutlich seltener mit Inseltieren als mit Festlandtieren.
- ErlÀutern Sie zwei Evolutionsfaktoren, die die verÀnderte Allelfrequenz in M1 erklÀren können. (AFB II)
- Entwickeln Sie mithilfe von M2 eine Hypothese zur weiteren VerĂ€nderung der Allelfrequenz und begrĂŒnden Sie sie. (AFB III)
- Beurteilen Sie, ob nach M3 bereits von zwei Arten gesprochen werden kann. (AFB III)
Erwartungshorizont anzeigen
- GrĂŒndereffekt/Gendrift: Die wenigen GrĂŒndertiere trugen zufĂ€llig ĂŒberdurchschnittlich hĂ€ufig das Allel; in der kleinen Population schwanken Frequenzen stark. Selektion: Dunkle Tiere sind auf dunklem Gestein besser getarnt und werden seltener gefressen.
- Hypothese: Anteil des dunklen Allels steigt weiter, weil dunkle Tiere auf dunklem Untergrund einen Ăberlebens- und damit Fortpflanzungsvorteil haben (gerichtete Selektion durch Greifvögel); BegrĂŒndung ĂŒber Tarnung und Fortpflanzungserfolg.
- Hinweis auf beginnende reproduktive (z. B. ethologische) Isolation; nach dem biologischen Artbegriff wĂ€ren zwei Arten erst dann sicher, wenn unter natĂŒrlichen Bedingungen keine fruchtbaren Nachkommen mehr entstehen. Seltenere Paarung im Gehege reicht dafĂŒr nicht aus; zu prĂŒfen wĂ€ren Paarungen im Freiland und die Fruchtbarkeit der Hybriden. BegrĂŒndetes Urteil: eher Unterarten/Beginn einer Artbildung.
đ© Frag CELINA zu âEvolutionstheorien und Artbildungâ
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