Definieren Sie den Begriff „Adaptation“ im evolutionsbiologischen Sinn.
Ein Merkmal trägt (relativ) zur Erhöhung der Fitness bei.
Sie beobachten eine sehr große Fliegenpopulation über zwei Generationen und stellen fest, dass sich die Flügelgröße von der ersten zur zweiten Genera- tion verkleinert hat.
a. Welche Bedingungen müssen mindestens erfüllt sein, damit es sich hier um ein Bei- spiel für natürliche Selektion handeln kann?
b. Wie können Sie experimentell testen, ob jede dieser Bedingungen jeweils erfüllt ist?
Bedingungen für natürliche Selektion:
a. Variabilität von Merkmalen
b. Erblichkeit von Merkmalen
c. Reproduktion (neue Generationen)
d. Unterschiedlicher Fortpflanzungserfolgt von
Phänotypen der auf alternativen Allelen
basiert
Experimenteller Beweis:
Handelt es sich um natürliche Selektion, so müsste das Merkmal „Flügelgröße“ variabel und vererbbar sein. Außerdem müsste es sich auf die Reproduktion auswirken. Denn umso Fitness-relevanter ein Merkmal ist, umso geringer ist seine Heritabilität.
Warum ist Evolution nicht zweckgerichtet (teleologisch)?
Weil ihr spontane Mutationen zugrunde liegen, welche keine gerichtete „Anpassung“ an veränderte Umwelten darstellen.
Begründen Sie warum beim Falke -Taube Spiel weder die eine noch die andere Strategie alleine eine evolutionär stabile Strategie ist. Geben Sie eine beispielhafte Pay-off Matrix an, die dies verdeutlicht.
Je stärker ein Merkmal Fitness-relevant ist, umso geringer ist die Heritabilität. Warum?
Je größer die Erblichkeit, desto stärker verändert sich ein Merkmal unter dem Einfluss der Selektion. Bei andauernder starker Selektion reduziert sich die genetische Varianz und somit die Erblichkeit.
Definieren Sie den Begriff „Heritabilität“ sowohl im Weiteren („broad sense“) als auch im engeren („narrow sense“) Sinn.
Die Mutation CCR5-Δ32 in einem Rezeptor führt dazu, dass HIV nicht binden kann und nicht in Zel- len eindringen kann. Menschen die diesen mutier- ten Rezeptor tragen sind immun gegen das Virus. Weshalb breitet sich dieses Allel trotzdem nur sehr langsam in der menschlichen Bevölkerung aus?
Geschwindigkeit der Ausbreitung eines Allels hängt von Stärke der Selektion und der Anfangssequenz ab. In Europa gibt es eine hohe Frequenz des Allels, hier ist jedoch die Infektionsrate gering. Dagegen herrscht in Afrika eine hohe Infektionsrate, hier ist die Frequenz des Allels niedrig. Dadurch breitet sich das Allel nur sehr langsam aus.
Welche Mechanismen führen im Laufe der Zeit zu Veränderungen von Allelfrequenzen ohne, dass na- türliche Selektion stattfindet? Wie nennt man diese Form der Evolution? Nennen Sie zwei Mecha- nismen und schreiben Sie, wie sie wirken.
Diese Art der Veränderung von Allelfrequenzen nennt sich neutrale Selektion. Dazu gehören z.B. Genetischer Drift, Migration oder Flaschenhalseffekt.
Gentischer Drift: Zufallsauswahl→Stochastische Schwankung in Populationsgrößen und Populationszusammensetzung →Wirkt sich in kleinen Populationen viel stärker aus
Migration: Übertragung von Allelen in andere Populationen → Genfluss
Flaschenhalseffekt: Einestarkegenetische Verarmung einer Art, die durch Reduktion auf eine sehr kleine Population hervorgerufen wird
Warum sollte man erwarten, dass Kooperation nicht evolviert, bzw. nicht stabil in einer Population vorkommt? Nennen Sie 3 Mechanismen, die trotzdem die Evolution von Kooperation ermöglichen.
Betrüger haben eine höhere Fitness als kooperierende Individuen, weshalb sie sich in der Population ausbreiten.
Mechanismen, die Kooperation ermöglichen:
a. Mutualismus
b. Reziprozität
c. Verwandtenselektion
Wie kann ein Organismus seine Gesamtfitness steigern?
Gesamtfitness setzt sich zusammen aus der direkten Fitness (direkte Nachkommen) und der indirekten Fitness (Anzahl der durch altruistischen Akt produzierten zusätzlichen Nachkommen von nahen Verwandten). Somit kann ein Organismus seine Gesamtfitness erhöhen, indem er entweder seine direkte, oder seine indirekte Fitness steigert.
Nennen Sie und erklären Sie zwei Mechanismen, wie es in einer Population zur Verringerung des Heterozygotiegrades kommen kann. Welche Auswir- kungen haben diese Mechanismen langfristig?
Mechanismen:
a. Extreme Inzucht
b. Positive assortative Paarung
Konsequenzen:
Die Variabilität nimmt ab, es kommt zum Genverlust und zur Häufung von Gendefekten. Auch kommt es zum Vitalitäts- und Fitnessverlust (=Inzuchtdepression).
Sie untersuchen eine Populationen von 1000 Indivi- duen mit folgenden Genotypfrequenzen:
AA: 400 Aa: 400 aa: 200
a. Legen Sie ihre Berechnung nachvollziehbar schriftlich dar! Wie lauten die Allelfrequenzen p und q für die Population?
b. Wie sind die erwarteten Genotypenfre- quenzen in der nächsten Generation unter Hardy-Weinberg Gleichgewicht?
c. Was schließen Sie daraus?
Wie lautet Hamilton ́s Regel? Wie kann Altruismus (am Bsp. eusoziale Insekten) mit Hilfe der Hamil- ton-Regel erklärt werden?
𝑟𝑏 − 𝑐 > 0
Wobei:
r = Verwandtschaftskoeffizient
b = benefit
c = cost
Begründung: 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.
Voraussetzung: Mechanismus, dass es Verwandtenerkennung gibt oder genetisch verwandte Tiere in der Umgebung erwartet werden können (z.B. Ameisennester).
In einer Studie wird ein Selektionsexperiment durchgeführt, bei dem man über viele Generatio- nen hinweg immer die extrinsische Adultsterblichkeit verringert.
a. Was erwarten Sie, wie sich dies auf das Alter bei der Geschlechtsreife und die Vertei- lung der Fortpflanzungsereignisse auswirkt?
b. Würden Sie erwarten, dass die Organismen mit der Zeit viel älter werden? Begründen Sie ihre Antwort.
Wenn die extrinsische Mortalitätsrate zunimmt, wird dadurch die Wahrscheinlichkeit, ein bestimmtes Alter zu erreichen, verringert. Damit wird der reproduktive Aufwand früher im Leben verstärkt. Wenn also Adulte ein hohes extrinsisches Mortalitätsrisiko haben, wirkt natürliche Selektion dahin, die Dauer der reproduktiven Lebensspanne zu verkürzen.
Weshalb ist sexuelle Fortpflanzung a priori nicht zu erwarten? Begründen Sie anhand der Red-Queen- Hypothese weshalb sexuelle Fortpflanzung den- noch vorteilhaft sein könnte.
Hypothese geht davon aus, dass sich konkurrierende Systeme ein Wettrennen liefern, bei dem sie – gleich der Namensgeberin, der Roten Königin aus Alice im Wunderland – doch immer auf der Stelle bleiben, aber laufen müssen, um diesen Gleichstand zu halten.
Bei sexueller Fortpflanzung entstehen Zusatzkosten (man braucht zwei Personen um eine neue Person herzustellen und nur eine davon kann dies machen, während dies bei der ungeschlechtlichen Fortpflanzung jedes Lebewesen kann). Parasiten können sich aufgrund der kurzen Lebensdauer und der hohen Fortpflanzungsrate wesentlich schneller anpassen, wodurch Tiere mit niedriger Fortpflanzungsrate im Wettrüsten eigentlich im Nachteil sein sollten. Ihr Vorteil liegt darin, dass sexuelle Fortpflanzung und damit Rekombination neue Genkombinationen erzeugt (schnellere Evolution), die Parasiten einen wesentlich schwierigeren Angriffspunkt bietet, weil sich diese nicht auf immer gleichen Umstände einstellen können.
Skizzieren Sie den Prozess der Artbildung (Schemazeichnung mit Beschriftung).
Was erwarten Sie mit zunehmender Trennung zweier Arten und der Akkumulation von genetischen Un- terschieden über die Zeit?
Erwartungen:
1. Die Population wird allopatrisch
2. Zeitraum der geographischen Isolation
3. Wenn sich die beiden Populationen ungehindert kreuzen und fruchtbare Nachkommen zeugen,
werden sie wieder sympatrisch und ihr Genpool verschmilzt
4. Wenn die evolutionäre Auseinanderentwicklung der beiden Populationen zur reproduktiven
Isolation führt, werden sie sich selbst dann nicht mehr kreuzen, wenn sie wieder miteinander in Kontakt kommen: Allopatrische Artbildung
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