Evolution

Veränderung der Allelfrequenzen im Genpool einer Population.

Reproduktive Fittness ist ein Maß für den Fortpflanzungserfolg eines Individuums der bestimmt, wie viele Nachkommen ein Individuum in die nächste Generation einbringt

Vorteilhaftes Merkmal

-> höhere reproduktive Fitness

-> Allele werden häufiger weitergegeben

-> Allelfrequenz steigt im Genpool

-> dauerhafte veränderung der Allelfrequenz

Veränderungen in der Umwelt

-> Selektionsdruck

-> unterschiedliche reproduktive Fitness

-> Veränderung der Allelfrequenz

dauerhafte Veränderung der Allelfrequenz im Genpool einer Population durch Evolutionsfaktoren

1. Mutation

   -> zufällige Veränderung der DNA

   -> erzeugt neue Allele und sorgen für genetische Variabilität

2. Rekombination

   -> durch sexuelle Fortpflanzung werden vorhandene Allele neu kombiniert

   • intrachromosomal (crossing-over): einzelne DNa-Fragmente werden zwischen homologen chromatiden ausgetauscht

   • interchromosomal: zufällige Verteiling homologer Chromosomen

3. Selektion

   -> Individuen mit höherem Fortpflanzungserfolg geben ihre Allele häufiger weiter, wodurch sich die Häufigkeit dieser Allele im Genpool ändert

4. Gendrift

   -> zufällige, nicht selektive Veränderung der Allelhäufigkeit

   • Flaschenhalzeffekt: Population wird drastisch Verkleinert (z.B durch Naturkatastrophe)

     -> Verschiebung von Allelfrequenz durch den Verlust genetischer Vielfalt

   • Gründereffekt: wenige Induviduen gründen neue Population (z.B Besiedelung einer Insel)

     -> Genpool ist nur ein kleiner zufälliger ausschnitt des Uhrsprünglichen Genpools

5. Isolation

   -> Trennung von Populationen verhindert den Genfluss zwischen Populationen

1. gerichtete Selektion

   Eine extreme Ausprägung eines Merkmals wird bevorzugt, die anderen extreme oder der Durchschnitt sind im Nachteil

2. Stabilisierende Selektion

   Individuen mitmittleren, durchschnittlichen Merkmalen haben den größten Überlebensvorteil und Extreme Formen nehmen ab

   -> Die Variabilität nimmt ab, Merkmale bleiben um einen Mittelwert stabil

3. Aufspaltende Selektion

   Extreme Merkmalsausprägungen werden bevorzugt, der Durchschnitt wird benachteiligt

   -> Die Population spaltet sich in zwei (oder mehr) Merkmalsgruppen was langfristig zur Artbildung führen kann

Eine Art umfasst eine Gruppe von Individuen die von anderen Gruppen reproduktiv Isoliert ist.

Individuen einer Art können sich unter natürlichen Bedingungen untereinander Fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen zeugen.

Individuen werden auf Grund ihrer körperlichen Ähnlichkeiten, ihrer Morphologie, einer Art zugeordnet

Arten werden anhand ihrer genetischen Unterschiede von einander abgegrenzt.

Eine Art wird über ihre ökologische Nische, also ihre Rolle und Umweltansprüche im Ökosystem, definiert

Die wechselseitige Anpassung und Gegenanpassung von Arten, die in enger Interaktion stehen.

Jede Art beeinflusst die Evolution def anderen basierend auf gegenseitigem Selektionsdruck

-> kann zu für beide Arten vorteilhaften Beziehungen (Symbiosen) oder zu einem evolutionärem “Wettrüsten” (Wirt-Parasit-Beziehung) führen

“Wie funktioniert etwas?”

beschreibt die direkte mechanischen Ursachen eines Merkmals oder Verhaltens

z.B.: Vogel singt im Frühling wegen hormoneller Veränderungen

“Warum hat sich etwas entwickelt?”

beschreibt den evolutionären Nutzen eines Merkmals

z.B.: Vogel singt im Frühling weil es den Fortpflanzungserfolg erhöht

Verhaltensweisen werden im evolutionären Sinn danach bewertet, ob sich die reproduktive Fitness erhöht

-> Organismen “optimieren” ihr Verhalten nicht bewusst, sondern es entsteht durch natürliche Selektion

1. Nutzen einer Verhaltensweise:

   alles, was Fitness erhöht

   • höhere Überlebenswahrscheinlichkeit

   • bessere Nahrungsbeschaffung

   • Schutzvor Fressfeinden

   • erfolgreichere Paarung

   • bessere Aufzucht von Nachkommen

2. Kosten einer Verhaltensweise

   alles, was die Fitness reduziert

   • hoher Energieverbrauch

   • Zeitverlust für Nahrungssuche oder Firtpflanzung

   • Konkurrenz

Merkmale sind homolog, wenn sie auf einen gemeinsamen evolutionären Ursprung zurückgehen

-> gleiche Grundstruktur wird unterschiedlich angepasst

Homologiektiterien:

1. Kriterium der Lage: gleiche Position im Körperbauplan

2. Kriterium der spezifischen Qualität: ähnlicher Aufbau

3. Kriterium der Kontinuität: Zwischenformen sind vorhanden

-> Beleg für Verwandschaft und gemeinsame Evolution

• Merkmale sind analog, wenn sie eine ähnliche Funktion, aber keine gemeinsame Abstammung haben

• entstehen durch konvergente Evolution

  ähnliche Umweltbedingungen -> ähnliche Anpassung

• Beleg für Anpassung an ähnliche Umweltbedingungen

Konvergenz = unabhängige Entwicklung ähnlicher Merkmale bei nicht verwandten Arten

Ursache ist ähnlicher Selektionsdruck durch vergleichbare Umweltbedingungen

Konvergente Evolution führt zu analogen Merkmalen

1. ursprüngliche Merkmale

   • Merkmale die bereits beim gemeinsamen Vorfahren vorhanden waren

   • werden oft von vielen Arten geteilt

   • liefern wenig Information über Verwandschaft

2. abgeleitete Merkmale

   • Merkmale, die sich im Laufe der Evolution neu entwickelt haben

   • unterscheiden Gruppen voneinander

   • wichtig für Verwandschaftsanalysen

3. abgeleitete gemeinsame Merkmale

   • gemeinsam neu entstandenen Merkmale

   • zeigen das Arten eng verwand sind

   -> sehr wichtiges Kriterium für Stammbäume

Verwandschaft wird anhand von gemeinsamen abgeleiteten Merkmalen bestimmt

je mehr Synapomorphie (Merkmale die nur eine bestimmte Gruppe gemeinsam hat und die sie verbindet), desto näher verwandt

-> ursprüngliche Merkmale sind nicht geeignte, um enge Verwandschaft zu zeigen

1. Merkmale sammeln und in einer Tabelle darstellen

2. Mit einer Außengruppe vergleichen

   • kommt ein Merkmal schon in der Außengruppe vor -> ursprünglich

   • kommt es nur in bestimmten Gruppen vor -> abgeleitetes Merkmal

3. Synapomorphien identifizieren

   gleiche neue Merkmale -> gemeinsame Abstammung

4. Stammbaumnaufstellen oder prüfen

   Arten mit gleichen abgeleiteten Merkmalen werde gruppiert

1. Grundlage:

   Evolution: Beobachtung und Experimente

   Kreationismus: Glaube

2. Überprüfbarkeit:

   Evolution: überprüfbar, falsifizierbar (es kann gezeigt werden dass es falsch ist wenn es falsch ist)

   Kreatonismus: nicht überprüfbar

3. Methodik:

   Evolution: naturwissenschaftliche

   Kreationismus: nicht naturwissenschaftlich

4. Entwicklung:

   Evolution: ständige Weiterentwicklung

   Kreationismus: meist unverändert

5. Erklärung:

   Evolution: natütliche Ursachen

   Kreationismus: übernatürliche Ursachen

• Menschen gehören zur Ordnung der Primaten (nähere Verwandschaft mit Menschenaffen wie Schimpansen)

  -> Menschen und Schimpansen haben einen gemeinsamen Vorfahren

• Entwicklung verlief nicht linear

  -> mehrere Homininen-Arten existierten gkeichzeitig

  -> Verdrängung anderer Arten durch Homo Sapiens

• Merkmale der Gattung Homo

  • zunemendes Gehirnvolumen

  • Bipedie (aufrechter Gang)

  • Werkzeuggebrauch

  • komplexeres Verhalten

• Ausbreitung des modernen Menschen (Homo sapien)

  1. Ursprung (Afrika)

  2. Auswanderung und besiedelung der Erde vor ca 60 000 bis 100 000 Jahren

  3. Ausbreitungswege

     Afrika

     -> Naher Osten

     -> Europa

     -> Asien

     -> Australien

     -> Amerika

Anpassungen des Menschen sind Ergebnisse von natürlicher Selektion

1. Bipedie (aufrechte Gang)

   -> S-förmige Wirbelsäule

   -> ausbildung des Fußgewölbes

   -> energieeffiziente Fortbewegung

   -> Hände frei für Werkzeuggebrauch

2. Vergrößerung des Gehirns

   -> stark erhöhtes Gehirnvolumen

   -> Lernen

   -> Planung

   -> komplexes Verhalten

3. Veränderung des Schädels

   -> flacheres Gesicht

   -> kleinerer Kiefer und Zähne (da Nahrungsaufnahme durch zubereitung mit Feuer erleichtert wurde)

4. Handentwicklung

   -> opponierbarer Daumen

   -> Vorraussetzung für Werkzeigherstellung und nutzung

5. Sprachfähigkeit

   -> abgesenkter Kehlkopf

   -> durch komplexe Kognitive Fähigkeitsentwicklung ermöglicht

   -> detaillierte Kommunikation und komplexe Soziale Interaktionen

Entwicklung von Verhalten, Wissen und Technologie durch Lernen und Weitergabe

-> nicht genetisch, sonder sozial erlernt und weitergegeben

Merkmale:

• schnelle Veränderung (viel schneller als biologische Evolution)

• Weitergabe durch Lernen, Nachahmung uns Sprache

• Beispiele: Werkzeugherstellung, nutzung von Feuer, Sprache und Kommunikation

Wechselwirkungen

1. biologische Evolution ermöglicht:

   • großes Gehirn

   • Sprache

   • Handmotorik

2. Kulturelle Evolution beeinflusst:

   • Gebissveränderung nurch Ernährung

   • Selektionsdruck durch Lebensweise

1. bei einem Kamel kommt es zu einer spontanen Mutation, welches die Höckerbildung fördert

2. Durch Rekombination wird das Mutierte Allel weiter gegeben und es entsteht Variation

3. Durch die Veränderung der Umweltbedingungen kommt es du einer Veränderung der Selektionsfaktoren

4. Der biotische Faktor der Nahrungsknappheit sorgt dafür, das Kamele die Energie in ihren Höckern speichern können, einen Vorteil haben

5. Die Individuen mit diesem Allel haben höhere Überlebenschancen und eine höhere reproduktive Fitness

6. Sie geben ihr Allel vermehrt in die nächste Generation weiter

7. Es kommt zu einer Veränderung der Allelfrequenz im Genpool der Population

1. Allopatrische Artbildung

   Entsteht durch geographische Isolation, die den Genfluss zwischen zwei Arten/Populationen unterbricht

   -> getrennte Genpools

2. Sympathrische Artbildung

   Findet im selben Verbreitungsgebiet statt, ohne geographische Barriere

3. Adaptive Radiation

   schnelle Auffächerung einer Ursprungsart in viele spezialisierte Arten (oft ausgelöstdurch die Besiedelung neuer Lebensräume)

gleichzeitiges Vorkommen mehrerer deutlich unterschiedlicher Phänotypen oder Allele innerhalb einer Population

Alle Nachkommen eines gemeinsamenVorfahren bilden eine monophyletische Gruppe

Alle haben einen gemeinsamen Vorfahren, aber es werden nicht alle Nachkommen mit eingezogen

Gilt nur in einer idealen Population ohne Evolution und Migration

Für ein Gen mit zwei Allelen A und a mit p=Frequenzdes Allels Aund q=Frequenz des Allels a gilt

1. p+q=1

2. p^2+2pq+q^2=1

-> findet keine Evolution statt, dann bleiben pund q über Generationen konstant