2021

Prägame Isolation:

> Habitatselektion

> Zeitliche Isolation

> Verhaltensisolation

> Mechanische Isolation

Postgame und Präzygotische Isolation:

> Inkompatibilität zwischen Spermium und Ei

> Spermienselektion im weiblichen Genitaltrakt

> Unterlegenheit in Spermienkonkurrenz

Postzygotische Isolation: Hybridensterblichkeit, Hybridensterilität

Nicht zu erwarten aufgrund der Nachteile, die es mit sich bringt:

- Individuen haben doppelte Kosten

> Bei gleicher Anzahl Nachkommen asexuelle (Weibchen) doppelt so viele Nachkommen haben, die sich wieder fortpflanzen

- Egoistischen Elemente spielen hier auch eine Rolle: Bei asexueller Fortpflanzung haben alle Gene ein gemeinsames Interesse, da sie gemeinsam vererbt werden (= Ko-Transmission)

> Vorteilhafte Genkombinationen oder solche, bei denen keine geregelte Meiose möglich ist (siehe Polyploidie), können so erhalten werden.

> Bei sexueller Fortpflanzung gibt es keine Ko-Transmission und es kann zu Betrug kommen (z.B. ‚Meiotic drive‘ Gene) .

Die Red-Queen-Hypothese (= Fisher-Muller bezogen auf evolutionäres Wettrüsten) beschreibt die Anpassung an Parasiten bzw. schnell wechselnde Umweltbedingungen. Parasiten selektieren hier auf Wirts-Genotyp. Wirte mit seltenen Genotypen können Parasiten „entkommen“. Man spricht von evolutionärem Wettrüsten (Bakterien / Antibiotika). Durch sexuelle Selektion wäre das entstehen von neuen Genotypen und die Kombination vorteilhafter Genotypen ein Vorteil gegenüber Parasiten.

a) Stimmt nicht, da eine Theorie nach Darwin in „The origin of species by means of natural selection“ besagt, dass Evolution in sehr kleinen Schritten abläuft, zusammengefasst unter Gradualismus, und so das Linsenauge wahrscheinlich nicht durch ein Mutation im Übergang von einer zur nächsten Generation entstanden ist, sondern eher durch viele kleine zufällige Mutationen, die über viele Generationen auftraten.

b) Stimmt nicht. Betrachtet man allein Homologien, also die Ähnlichkeiten durch einen gemeinsamen Ursprung, kann man sehen, dass beispielsweise die Vorderextremitäten von Wirbeltieren, erkennt man den Ursprung aus einem Lebewesen und die Veränderung durch Evolution. Doch selbst zur aktuellen Zeit lässt sich Evolution beobachten, wenn neue Arten entstehen durch z.B. prägame Isolationsmechanismen, wie bei Silber- und Heringsmöwen nach einiger zeitlicher Trennung.

c) Stimmt nicht. Durch sich immer wechselnde Umweltansprüche kann es zwar sein, dass manche Individuen plötzlich angepasster sind an die Umgebung als andere und die größte Fitness haben, allerdings im nächsten Monat andere Individuen einen Vorteil haben. Zudem ist Evolution an zufällige Mutationen geknüpft, die auch nachteilig für das Individuum in dessen Umwelt sein kann.

Hamilton-Regel für Verwandtenselektion:

rb - c > 0

r = Verwandschaftkoeffizient (relatedness)

b = benefit

c = cost

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!

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

= Verlust genetischer Fitness (z.B. Krankheitsresistenz) durch fortwährendes Einkreuzen von Individuen der gleichen Abstammungslinie

Dadurch, dass immer wieder die gleiche Erbinformation an die Nachfahren weitergegeben wird, werden bestimmte Allele nicht mehr weitervererbt.

Ein Beispiel für Inzuchtdepression in Deutschland betrifft den Biber (Castor fiber). Isolierte und kleine Populationen haben eine geringe genetische Vielfalt, was zu Krankheiten und Entwicklungsstörungen führen kann. Maßnahmen wie genetischer Austausch und Umsiedlungen werden ergriffen, um die Fitness und Gesundheit der Biberpopulationen zu verbessern.

a) p=B ; q=b ; pq=Bb

q²=bb=0,4 -> q=0,6325

p=1-q=0,3675 -> p²=0,1351

pq + qp = 2pq = 0,6325 x 0,3675 + 0,3675 x 0,6325 = 0,46

-> 46% der Population sind heterozygote Individuen

b) Allelfrequenzen: p=B ; q=b

q²=bb=0,4 -> q=0,6325

p=1-q=0,3675 -> p²=0,1351

Allelfrequenz B = 0,6325

Allelfrequenz b = 0,3675

Neutrale Evolution = Auftreten und Ansammlung vererbbarer Mutationen, welche die Fitness (Adaptionswert) des Individuums oder seiner Nachkommen nicht verändern

d.h. neutrale Evolution = Variabilität in Merkmalen + Erblichkeit (Heritabilität)

Es kommt zur Entkopplung von genetischer, phänotypischer und Fitness-Ebene.

Ablauf:

- Aus einem E. coli strain wurden 1988 zwölf gleiche Kulturen in Glucose-limitiertem Medium angesetzt.

- Jeden Tag werden die Kulturen geteilt und mit frischem Medium versehen.

- Alle 75 Tage (ca. 500 Generationen) wird aus jeder der 12 Kulturen eine Probe entnommen und eingefroren.

- Nach 2000 Generation: 35% höhere Fitness – schnellere Wachstumsrate und größere Zellen in allen 12 Kulturen

- Transfer aller 12 Kulturen in neue Umwelt: unterschiedliche Mangelmedien mit Maltose und Lactose statt Glucose.

- Bis zu 100-fache Fitness-Unterschiede können zwischen den Kulturen beobachtet werden

= neutrale Evolution in Glucose-Medium (Kulturen auf Glucose-Medium unter-schiedliche evolutive Wege gegangen → Genotyp anders)

a) Allel setzt sich aufgrund von Dominanz durch und verdrängt rezessive Allele

> aber da durch dieses dominante Allel die Fitness des Organismus negativ beeinflusst wird führt die Dominanz dieses

Allels dazu, dass der Organismus sich nicht fortpflanzen kann bzw. stirbt

Das hat zur Folge, dass das Allel nicht weitergegeben wird und somit die Allelfrequenz sinkt.

b) Allel kommt vor, seine phänotypische Auswirkung wird jedoch nur sichtbar wenn das Merkmal homozygot rezessiv ist.

Nur dann würde die Fitness des Organismus negativ beeinflusst werden.

Ist das Merkmal homozygot dominant oder heterozygot kann das Allel sich nicht negativ auf die Fitness des Organismus auswirken. Demnach würde die Allelfrequenz gleich bleiben.

Faktor 1: geographische Isolation

Durch z.B. einen Sturm werden einige Vögel einer Art vom Festland auf eine Insel geweht. Das Wasser zwischen Festland und Insel steht eine geographische Barriere dar, die die Individuen nicht überwinden können. Aufgrund der Trennung ist kein Genfluss mehr zwischen den beiden Populationen (Festland und Insel) mehr möglich.

Faktor 2: Gründereffekt

In der "neuen" kleineren Gründerpopulation auf der Insel ist nur noch ein Bruchteil der Allele aus der Ausgangspopulation vorhanden. Durch die oben beschriebene geographische Isolation ist kein Genfluss zwischen den Populationen mehr möglich. Das hat eine geringere genetische Vielfalt zur Folge, weil manche Allele nicht mehr vorhanden sind.

Es kommt somit zu allopatrischer Artbildung.

P = AA

Q = Aa

R = aa

p (A) = P + 1/2 Q

q (a) = R + 1/2 Q

a) 50+25+50=125 -> P=50/125=0,4 ; Q=25/125=0,2 ; R=0,4

p = 0,4 + 0,5 x 0,2 = 0,5

q = 0,4 + 0,5 x 0,2 = 0,5

b) 36+48+16=100

p = 0,36 + 0,5 x 0,48 = 0,6

q = 0,16 + 0,5 x 0,48 = 0,4

c) 50+100=150

p = 0,33 + 0,5 x 0,67 = 0,665

q = 0 + 0,5 x 0,67 = 0,335

d) 20+20+60=100

p = 0,2 + 0,5 x 0,2 = 0,3

q = 0,6 + 0,5 x 0,2 = 0,7

e) 1+18+81=100

p = 0,01 + 0,5 x 0,18 = 0,02

q = 0,81 + 0,5 x 0,18 = 0,9

-> ist nicht im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht

Erklärung: Veränderung der Population mit Selektion, d.h. Individuen mit Genotyp AA sind schlechter angepasst und können sich somit auf lange Sicht schlechter fortpflanzen und somit überleben weniger dieser Individuen. Dadurch nimmt die Anzahl von Individuen mit Genotyp AA ab -> Abweichung vom HWE

Durch intersexuelle Selektion

Selektion zwischen Geschlechtern: Geschlecht mit höherer Investition wählt

Meistens: Weibchen wählen Männchen

Merkmale erhöhen Fortpflanzungserfolg der Männchen, wodurch sich Merkmal durchsetzt

Mechanismen: ?

Gute Gene - Indikator-Hypothese

1. Weibchenwahl: Pfauen mit längeren Schwanzfedern und mehr „Augen“ haben höheren Paarungserfolg

2. Fitnessunterschiede: Pfauen-Männchen mit kürzeren Schwanzfedern werden eher Opfer von Prädatoren

3. Gute Gene: Nachwuchs von Pfauen-Männchen mit großer Augenfläche wächst besser (zufällige Verpaarungen mit Weibchen, Aufzucht aller Jungen unter denselben Bedingungen)

4. Indikator für gute körperliche Verfassung: Länge der Schwanzfedern korreliert positiv mit Immunkompetenz

­

Fisher´s Runaway-Selection

Weibchen wählt nur nach Attraktivität:

Da präferiertes Merkmal auch von anderen Weibchen gewählt wird haben attraktive

Söhne mehr Nachkommen

Sensory-bias

Weibchen wählen bestimmte Merkmale auf Grund einer vorhandenen Präferenz

z.B. gut ausgeprägte Sinneswahrnehmung

Männchen nutzen also eine eine sensorische Präferenz aus

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

a) Viele müssen sich impfen lassen, sodass Herdenimmunität erreicht wird. Wie viele geimpft werden müssen, also der prozentuale Anteil, um Herdenimmunität zu erreichen, hängt vom R-Wert ab (→Infektiösität).

R0: Die durchschnittliche Anzahl der Personen, die von einer einzigen Krankheitsquelle infiziert werden.

­ Anzahl der Kontakte, die die infizierte Person hat

­ Übertragungswahrscheinlichkeit pro Kontakt

­ Zeit, die eine infizierte Person für andere ansteckend bleibt

Je höher R0, desto schwieriger ist es, die Ausbreitung einer Krankheit zu kontrollieren.

(HIT = Herd immunity threshold-Herdenimmunität)

HIT = 1 – (1/R0)

b) -Viele Infizierte mit schweren Verläufen

-Überlastung der Krankenhäuser

-Viele Tode

-Potentiell Herdenimmunität ohne Impfung