1 Definieren Sie „eine Art“ nach dem biologischen Artbegriff nach Ernst Mayr. welche limitierung hat diese konzept?
Biologisches Artkonzept:
Arten als reproduktive Einheiten -> Genfluss muss möglich sein
Problem: Arten die sich ungeschlechtlich Fortpflanzen werden nicht erfasst
2 Beschreiben Sie Isolationsmechanismen, die zur Aufrechterhaltung einer „biologischen Art“ beitragen. Welche Isolationsmechanismen gibt es? Geben Sie jeweils ein Beispiel an.
Prägame Isolation: Zeitliche Isolation
Postgame und Präzygotische Isolation: Inkompatibilität zwischen Spermium und Ei
Postzygotische Isolation: Hybridensterilität
3a Geben Sie jeweils ein Beispiel für Merkmale, die durch inter- bzw. intrasexuelle Selektion evolviert sind. begründen sie weshalb das von ihnen genannte merkmale evolvieren sollte
3b Erklären Sie wie durch intersexuelle Selektion Merkmale evolvieren, und zwar durch folgende Mechanismen:
Sensory bias (2 Punkte)
Fisher´s runaway selection (2 Punkte)"
a) Hirschgeweih: intrasexuelle Selektion -> Kampf mit Männchen um Weibchen
Pfauenfeder: intersexuelle Selektion -> Weibchen wählt Männchen mit schönsten Federn
b)
Fisher´s Runaway-Selection
o Weibchen wählt nur nach Attraktivität:
Da präferiertes Merkmal auch von anderen Weibchen gewählt wird haben attraktive
Söhne mehr Nachkommen (adaptiver Wert für Weibchen)
Sensory-bias
o Weibchen wählen bestimmte Merkmale auf Grund einer vorhandenen Präferenz
o z.B. gut ausgeprägte Sinneswahrnehmung
o Zebrafinken: Weibchen bevorzugen Männchen mit künstlicher weißer Feder
Männchen nutzen also eine eine sensorische Präferenz aus
Hamilton-Regel für Verwandtenselektion:
rb - c > 0
r = Verwandschaftkoeffizient (relatedness)
b = benefit
c = cost
Individuen können sich vordergründig altruistisch verhalten und eine Verminderung der direkten Fitness (eigene Reproduktion) in Kauf nehmen, wenn das durch Erhöhung der Gesamtfitness (direkte + indirekte) kompensiert werden kann.
Vorrausetzung: Mechanismus, dass es Verwandtenerkennung gibt oder genetisch verwandte Tiere in der Umgebung erwartet werden können
Eusoziale Ameisen
Reproduktive Arbeitsteilung
Ausgepräger Dimorphismus zwischen Arbeiterin und Königin in der Gattung Camponotus
Nestgenossen- bzw. Verwandtenerkennung: kutikuläre Kohlenwasserstoffe
Aufgabe der eigenen Reproduktion kann sich nur lohnen, wenn die altruistische Handlung verwandten Tieren zu Gute kommt!
5 Was ist eine alternative Paarungsstrategie? Geben Sie ein Beispiel und erklären Sie die unterschiedlichen Strategien. Welche Bedingung muss gegeben sein, damit alternative Paarungsstrategien evolvieren können? (4P.)
Alternative Paarungsstrategie: Genetisch festgelegt
▪ Gemeiner Seitenfleckleguan: einige Männchen tarnen sich als Weibchen und
können so die Territorien der Männchen unbemerkt betreten
▪ Genetische Grundlage; gleiche Fitness
▪ Frequenzabhängig: Weibchen, Männchen
6 Definieren Sie den Begriff „Adaptation“ im evolutionsbiologischen Sinn.
bewerten sie und begründen sie entsprechend dieser definition, ob eine Mutation, die resistenz gegen ein Insektizid vermittelt eine Adaptation ist:
6b wenn es sich um das erste allel in einer population handelt, da es nur in einem Individuum durch mutation aufgetreten ist.
6c wenn alle Individuen einer population diese Allel tragen
Adaptation bedeutet, dass ein Merkmal (relativ) zur Erhöhung der Fitness beiträgt.
b) Ja ?
c) Ja, erhöht Fitness, also z.B. Reproduktionserfolg, durch Überlebenssteigerung der gesamten Population ? aber schon länger vorhanden!
7 in einer Schmetterilngspopulation ist braune Körperfarbe (allel B) dominant vs weiss (allel b). sie finden 40% weisse Schmetterl. berechnen sie nachvollziehbar.
a) den prozentualen Anteil heterozygot Indiv.
b) allelfrequenz für B und b
Um die prozentualen Anteile und Allelfrequenzen zu berechnen, können wir die Hardy-Weinberg-Gleichung verwenden:
Die Hardy-Weinberg-Gleichung lautet:
\[ p^2 + 2pq + q^2 = 1 \]
wobei:
- \( p^2 \) die Homozygotie für das dominante Allel ist (hier BB),
- \( 2pq \) die Heterozygotie ist,
- \( q^2 \) die Homozygotie für das rezessive Allel ist (hier bb),
- und \( p + q = 1 \), wobei \( p \) die Allelfrequenz für das dominante Allel (B) und \( q \) die Allelfrequenz für das rezessive Allel (b) ist.
a) **Heterozygotie (2pq):**
\[ 2pq = 2 \times p \times q \]
Da \( p + q = 1 \), können wir den Wert von \( q \) berechnen:
\[ q = \sqrt{\text{Anteil der weißen Schmetterlinge}} \]
Da 40% der Schmetterlinge weiß sind, ist \( q = \sqrt{0.4} = 0.6325 \).
Jetzt können wir \( p \) berechnen:
\[ p = 1 - q = 1 - 0.6325 = 0.3675 \]
Und schließlich die Heterozygotie:
\[ 2pq = 2 \times 0.3675 \times 0.6325 \]
b) **Allelfrequenzen für B und b:**
\[ p \] ist die Allelfrequenz für das dominante Allel (B),
\[ q \] ist die Allelfrequenz für das rezessive Allel (b).
Die berechneten Werte für \( p \) und \( q \) repräsentieren die gesuchten Allelfrequenzen.
8 warum erwartung Kooperation nicht evolviert, nicht stabil in Population vorkommt. Nennen und erklären Sie 3 Mechanismen, die trotzdem die Evolution von Kooperation ermöglichen.
Wenn es keine Mechanismen gäbe, die Kooperation sicher, dann sollte es diese nicht geben: Betrüger (D = defector) haben eine höhere Fitness als kooperierende Individuen, weshalb sie sich in der Population ausbreiten.
Mechanismen: Wenn das kooperierende Individuum…
1. einen direkten Nutzen hat > direkte Reziprozität
2. einen indirekten Nutzen hat > indirekte Reziprozität
3. präferentiell mit verwandten Individuen kooperiert > Verwandtenselektion
9 welche vorausetzung müssen gegeben sein, damit natürliche selektion wirken kann?
Vier Bedingungen für nat. Selektion:
- Variabilität von Merkmalen
- Erblichkeit von Merkmalen
- Reproduktion (neue Generationen)
- Unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg von Phänotypen der auf alternativen Allelen basiert
11 "Weshalb ist sexuelle Fortpflanzung a priori nicht zu erwarten? Begründen Sie anhand der Red-QueenHypothese weshalb sexuelle Fortpflanzung dennoch vorteilhaft sein könnte. (3 Punkte)”
- Bei gleicher Anzahl Nachkommen haben asexuelle (Weibchen) doppelt so viele
Nachkommen, die sich wieder fortpflanzen, im Vergleich zu sexuellen Organismen
- Red-Queen-Hypothese: jede Art steht in einem evolutionären Wettlauf mit seinen
Konkurrenten, Parasiten bzw. Wirten, Prädatoren bzw. Beuteorganismen und sich so schnell wie möglich an die Bedingungen anpassen muss, um mitzuhalten. Mithalten wird durch die Rekombination bei der sexuellen Fortpflanzung ermöglicht, da dadurch neue Genkombinationen gebildet werden können schnellere Evolution
11. Die Tabelle gibt Genotypfrequenzen für 5 Populationen an. Geben sie für jede Population die Allelfrequenz an. Welche dieser Populationen sind im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht? Geben Sie für die Populationen, die nicht im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht sind, jeweils eine Erklärung an, was bei der Population zu dieser Abweichung geführt haben könnte. (5P)
12 in welcher weise wird die Häufigkteitsverteilung der phänotypen durch die selektion verschoben? (die ursprüngliche Häufigkeitsverteilung ist als Normalverteilung dargestellt) Zeichnen sie dies im unteren Teil der Graphik ein.
13 "Seneszenz könnte bedingt sein durch Mutationen, die sich spät im Leben eines Organismus schädlich auswirken. Erklären Sie weshalb sich solche schädlichen Mutationen in einer Population ausbreiten können.
- Mutations-Akkumulation-Theorie: Mutationen, die sich erst später auswirken unterliegen
nur einer schwachen Selektion
- Mutationen, die zum Tod vorm reproduktivem Alter führen einer starken Selektion
Dadurch, dass sich die Mutationen spät im Leben erst schädlich auswirken, findet die Reproduktion bereits vor dem Auswirken dieses Gens statt und die Mutationen werden an Nachkommen weitergegeben.
14 "Erklären Sie was man unter „neutraler Evolution“ versteht und wie diese abläuft.
Neutrale Evolution beschreibt Evolution mit Variabilität in Merkmalen verbunden mit Erblichkeit (Heritabilität), aber ohne Unterschiede im Reproduktionserfolg, also der Fitness. Die Unterschiede im Reproduktionserfolg sind also nicht mit diesem Merkmal gekoppelt und man spricht von „Random Drift“. Neutralität beschriebt die Entkopplung von genetischer, phänotypischer und Fitness-Ebene. So kommt es etwa zu einer neuen phänotypischen Ausprägung eines Merkmals, wobei dieses Merkmal die Fitness des Individuums weder positiv noch negativ beeinflusst.
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