Vorlesung 1 -> Beispielfragen

Evolution:

• Evolution ist der Prozess, der die Veränderung der erblichen Merkmale von Populationen oder Arten über Generationen beschreibt

• Diese Veränderungen entstehen durch Zusammenspiel von Evolutionsfaktoren -> Evolutionsfaktoren sind treibende Kraft der Evolution und bilden Grundlage der Veränderung

• Evolution führt eben…

  • zur Anpassung von Organismen an ihre Umwelt

  • zur Entstehung neuer Arten

  • Zur Diversität des Lebens

  • Zum Erhalt oder Verlust von Merkmalen

  
  

Ökologie:

• Wissenschaft, die sich mit den Wechselwirkungen zwischen Organismen mit ihrer Umwelt befschäftigt.

• Umwelt umfasst dabei biotische Faktoren (andere Lebewesen: Fressfeinde, Konkurrenten, Symbionten) und abiotische Faktoren (Temperatur, Licht, Wasser, Bodenbeschaffenheit etc.)

  
  

Zusammenhang zwischen Evolution und Ökologie:

• sind eng miteinander verbunden, da sie sich gegenseitig beeinflussen

• Ökologie -> beschäftigt sich mit Wechselwirkungen zwischen Organismen und ihrer Umwelt

=> Diese Wechselwirkungen sind oft Treiber für evolutionäre Veränderungen, weil Umweltbedingungen (biotisch und abiotisch) Selektionsdruck auf Organismus ausüben -> führt zur Anpassung und langfristig zu evolutionären Veränderungen

• Evolution -> beschreibt, wie sich erbliche Merkmale von Organismen über Generationen verändern

=> Gleichzeitig beeinflussen evolutionäre Veränderungen die ökologischen WechselBeziehungen, da sich verändernde Eigenschaften der Organismen auf Interaktion mit anderen Aren und ihrer Umwelt auswirken können

Ökologie erklärt, wie Organismen mit ihrer Umwelt interagieren, aber diese Interaktionen sind das Ergebnis eines langen evolutionären Prozesses.

Jede Eigenschaft eines Organismus – sei es die Geschwindigkeit eines Raubtiers oder das Verhalten von Tieren – wurde durch Evolution geformt, um auf die Umweltbedingungen zu reagieren.

Ohne den evolutionären Hintergrund könnte man nicht verstehen, warum bestimmte Organismen in ihrer Umwelt überleben, sich fortpflanzen oder mit anderen Arten interagieren.

Beispiel:

Warum leben manche Pflanzen in extrem trockenen Gebieten? Die Antwort liegt in evolutionären Anpassungen wie tiefen Wurzeln oder wasserspeichernden Strukturen.

=> Evolution liefert Erklärung für Entstehung und Anpassung von Organismen, während die Ökologie den aktuellen Zustand der Wechselwirkungen untersucht

Lamarck:

• Eigenschaften, die Individuum im Laufe des Lebens durch Gebrauch oder Anpassung erworben hat -> Vererbung an Nachkommen z.B. Giraffen mit langem Hals

Darwin: “On the Origin of Species”

=> Zentrale Erkenntnisse

• Arten entstehen durch Veränderung aus anderen Arten

• Alle Arten gehen aus einer ursprünglichen Form hervor => gemeinsame Abstammung

• Besser angepasste überleben und haben mehr Nachkommen => “survival of the fittest“

• Natürliche Selektion bewirkt eine Anpassung der Arten an Umweltbedingungen

Survival of the fittest:

Bedeutet, dass Individuen, die besser an ihre Umwelt angepasst sind, eine höhere Überlebens- und Fortpflanzungschance haben, wodurch ihre Merkmale in den folgenden Generationen häufiger auftreten.

1. Individuen, die eine Population oder Art bilden, sind nicht identisch: Betont genetische Variation => entsteht durch…

• Mutation = Veränderungen in der DNA erzeugen neue Allele

• Rekombination = Neukombination genetischer Information während Meiose

1. Variabilität zwischen Individuen sind z.T. erblich => d.h. sie hat eine genetische Grundlage und kann an Nachkommen weitergegeben werden

   • Rolle der Vererbung Evolution

1. Populationen könnten mit wesentlich höherer Rate wachsen als in Natur gefunden wird. Viele Individuen sterben vor Fortpflanzung und Reproduktionsrate bleibt unter maximal möglichen Rate.

   • Ausgelöst durch begrenzte Ressourcen und Umweltbedingungen überleben nicht alle

   1. Unterschiedliche Individuen tragen unterschiedlich stark zur nächsten Generation bei (hinterlassen also unterschiedliche Anzahlen von Nachkommen).

   • Diejenigen, die am meisten Nachkommen hinterlassen, sind die, die am besten an ihre Umwelt angepasst sind.

Evolutionsfaktoren => Bilden die Grundlagen der Veränderung von Populationen über Zeit und sind treibende Kraft der Evolution

Natürliche Selektion:

Bestimmtes Allel bietet Überlebens- oder Fortpflanzungsvorteil => dieses Allel wird häufiger in Population vorkommen => Kann dazu führen, dass das weniger vorteilhafte Allel “ersetzt” oder verdrängt wird und die Häufigkeit der Allele in Population weniger vielfältig sein wird.

Was sind Mutationen?

=> Dauerhafte Veränderungen des Erbguts (DNA)

• Sie können auf verschiedenen Ebenen auftreten:

  • Genmutationen

  • Strukturmutationen

  • Chromosomenmutationen

Formen von Mutationen?

1. Genmutation => Veränderung der Basensequenz innerhalb eines Gens

Punktmutation => Entsteht durch Einfügen, Entfernen oder Austauschen einer einzelnen Base

• Substitutionsmutation (Missense-, stumme-, und Nonsense-Mutation) => Base wird durch andere Base ersetzt

  • Leseraster bleibt unverändert

• Frameshift-Mutation

  • Leseraster verschiebt sich durch Insertion (Einfügen) oder Deletion (Entfernen) von Base(n)

  • Verschiebung ändert nachfolgende Aminosäuresequenz -> funktionsunfähiges Protein!

1. Strukturmutationen => Veränderung der Struktur von Chromosomen, ohne Anzahl der Chromosome zu beeinflussen

   • Deletion = Chr. Abschnitt fehlt

   • Duplikation = Chr. Abschnitt verdoppelt

   • Inversion = Drehung DNA-Abschnitt um 180° innerhalb Chr.

   • Translokation = Austausch von DNA-Abschnitten zwischen Chr.

   • Transposition = Bewegung von DNA-Abschnitt innerhalb des Genoms

1. Chromosomenmutationen => Beziehen sich auf numerische Veränderung der Chromosome

   • Euploidie = Änderung gesamte Chromosomenanzahl

   • Aneuploidie = Änderung einzelner Chromosomen (Monosomie/Trisomie)

Wie wirken sie?

• Molekularer Ebene => Veränderung der DNA

• Proteinebene => Veränderung der Aminosäuresequenz und Proteinstruktur

• Organismus-Ebene => Auswirkungen auf den Phänotyp oder Gesundheit

• Populations-Ebene => Einfluss auf Evolution und genetische Vielfalt -> erhöht genetische Variabilität!

Sind Mutationsraten konstant?

=> Mutationsrate variiert, weil sie von vielen Faktoren beeinflusst wird => innere Prozesse und äußere Einflüsse

• Innere Prozesse => spontane Mutation

  • Fehler in DNA-Replikation oder Reparatur

• Äußere Einflüsse => Induzierte Mutation

  • physikalisch: Strahlung, Hitze, UV-Licht

  • chemisch: direkt wirkende Mutagene (Ethidiumbromid), indirekt wirkende Mutagene (Benzpyren, Alfatoxine)

  • biologisch: Transposons, Retroviren

=> Mutationsrate variabel und abhängig von genetischen und umweltbedingten Faktoren!

Effekte von Mutationen:

• Mutationen können “übersehen” werden und weitergegeben werden -> Variabilität

• Hohe Anzahl von Mutationen kann Überlebensfähigkeit von Organismus beeinträchtigen

Definition:

=> Genetische Variabilität bezeichnet die Vielfalt der genetischen Informationen (Allele) innerhalb einer Population oder Art. Sie beschreibt, wie unterschiedlich die genetischen Informationen (z. B. Allele, Genotypen) in einer Population verteilt sind.

Bedeutung:

• Grundlage für die Anpassungsfähigkeit von Populationen:

  • Je höher genetische Variabilität, desto größer die Vielfalt von Phänotypen und Merkmalen in einer Population => unterschiedlich an Bedingungen angepasst

• Grundlage für Evolution:

  • Ohne Variabilität keine Unterschiede zwischen Individuen und keine Evolution möglich (z.B. keine natürliche Selektion)

    
    

Wie genetische Variabilität entsteht:

Mechanismen, die neue genetische Variabilität erzeugen:

• Mutation:

  • Veränderungen in der DNA-Sequenz erzeugen neue Allele

• Rekombination:

  • Neukombination von genetischem Material während Meiose

Mechanismen, die die Verteilung genetischer Variabilität verändern:

• Genfluss:

  • Austausch von Genen zwischen Populationen durch Migration/Transfer

• Genetische Drift:

  • Zufällige Veränderungen der Allelfrequenzen einer Population

• Natürliche Selektion:

  • Führt dazu, dass vorteilhafte Allele häufiger und nachteilige seltener werden

• Nonrandom Mating:

  • Partnerwahl basierend auf bestimmten Präferenzen/Kriterien -> Bevorzugung von Merkmalen

• Genpool: Umfasst alle Gene und Allele einer Population.

• Genetische Variabilität: Beschreibt, wie vielfältig diese Gene und Allele im Genpool verteilt sind.

Du kannst dir den Genpool als die "Sammlung" aller genetischen Informationen vorstellen. Die genetische Variabilität beschreibt, wie reichhaltig und unterschiedlich diese Sammlung ist.

Beispiel:

• Eine Population mit einem großen Genpool kann trotzdem eine geringe genetische Variabilität haben, wenn die meisten Individuen sehr ähnliche Allele besitzen.

• Umgekehrt zeigt eine Population mit hoher genetischer Variabilität, dass es viele verschiedene Allele im Genpool gibt, die unterschiedlich häufig vorkommen.