Nehmen Sie aufgrund der Basis der Erkenntnisse der modernen Evolutionsbiologie Stellung zu folgenden Aussagen. Bewerten Sie die Aussagen (stimmt sie oder nicht) und begründen Sie ihre Antwort. Es werden nur begründete Antworten gewertet! (3P)
a) Komplexe Merkmale wie das Linsenauge können nicht durch zufällige Änderungen entstehen.
b) Evolution kann nicht beobachtet werden.
c) Evolution führt immer zur bestmöglichen Anpassung eines Merkmals.
a) —> stimmt nicht —> Evolution findet in kleinen Schritten statt. Auch kleine zufällige Veränderungen können zu komplexen Merkmalen führen.
b) —> stimmt nicht —> Experiment von Lenski mit E. coli lässt Veränderungen wie bspw. Antibiotikaresistenz schon nach einigen Generationen nachweisen.
c) —> stimmt nicht —> Evolution sorgt nur für bestmögliche Anpassung eines Individuums zu einem bestimmten Zeitpunkt, bspw. durch Umwelteinflüsse
Warum kann die Abspaltung weniger Individuen von einer Hauptpopulation (z.B. Besiedelung einer Insel von einer Festlandpopulation) relativ rasch zur Artbildung führen, ohne dass dabei natürliche Selektion eine große Rolle spielt? Nennen Sie 2 wichtige Faktoren und erklären Sie wie diese jeweils wirken. (3P)
(2/3P)
Gendrift: Allelhäufigkeit unterschiedlich zu Gründerpopulation
—> seltenere Allele können kombiniert werden
—> es kommt zu Verarmung der Genvielfalt
neutrale Evolution: Variabilität von Merkmal, was sonst keinen Einfluss auf Fitness hat, kann hier vorteilhaft sein (kann an neuem Ort vllt. Fitness erhöhen)
a) Erklären Sie was man unter “neutraler Evolution” versteht und wie diese abläuft.
b) Schildern sie ein Experiment, in dem man neutrale Evolution mit lebenden Organismen im Labor nachweisen kann.
a) neutraler Evolution = Variabilität von Merkmal, was sonst keinen Einfluss auf Fitness hat, kann hier vorteilhaft sein (kann an neuem Ort vllt. Fitness erhöhen)
b) Experiment:
Aus einem E. coli strain wurden (1988) 12 gleiche Kulturen in Glucose-limitiertem Medium angesetzt.
Jeden Tag werden die Kulturen geteilt & mit frischem Medium versehen.
Alle 75 Tage (ca. 500 Generationen) wird aus jeder der 12 Kulturen eine Probe entnommen & eingefroren.
—> Nach 2.000 Generation: 35% höhere Fitness - schnellere Wachstumsrate & größere Zellen in allen 12 Kulturen.
Transfer aller 12 Kulturen in neue Umwelt: untersch. Mangelmedien mit Maltose & Lactose statt Glucose.
—> Bis zu 100-fache Fitness-Unterschiede können zw. den strains beobachtet werden!
Schildern Sie ein Experiment, in dem man neutrale Evolution mit lebenden Organismen im Labor nachweisen kann.
Lenski
E.Coli Bakterien in Medium
alle 10 Tage Medium fraktionieren & in neues Medium überführen
nach x Generationen können Unterschiede in Bezug auf bsp. Antibiotikaresistenz beobachtet werden
Beschreiben Sie Isolationsmechanismen, die zur Aufrechterhaltung einer „biologischen Art" beitragen. Welche Isolationsmechanismen gibt es? Geben Sie jeweils ein Beispiel. (3P)
prägame Isolation —> Verhaltensisolation
postgame & präzygotische Isolation —> Inkompatibilität Spermium & Ei
postzygotische Isolation —> Hybrideninkompatibilität
Beschreiben Sie wie nach dem Biologischen, dem Phylogenetischen und dem Morphologischen (bzw. Typologischen) Artkonzept jeweils eine Art definiert ist.
Geben Sie für jedes der drei Artkonzepte an, wo es Probleme gibt bzw. unter welchen Bedingungen Taxa nur schwer einer Art zugeordnet werden können. (9P)
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Wie sind Arten nach dem folgenden Artkonzepten definiert?
a) biologisches Artkonzept
b) phylogenetisches Artkonzept
Biologisches Artkonzept:
Arten sind Gruppen, sich miteinander kreuzender natürlicher Populationen, die hinsichtlich ihrer Fortpflanzung von anderen derartigen Gruppen getrennt sind.
Phylogenetisches Artkonzept:
Eine Art ist eine (monophyletische) Abstammungsgemeinschaft, die über die Zeit ihre Integrität beibehält.
Eine Art beginnt nach einer Artspaltung und endet…
wenn alle Individuen dieser Art, ohne Nachkommen zu hinterlassen, aussterben oder
wenn aus dieser Art durch Artspaltung 2 neue Arten entstehen.
Morphologisches Artkonzept:
Eine Art ist definiert auf Basis von gemeinsamen physischen Merkmalen & der Ähnlichkeit im Erscheinungsbild der Individuen.
Definieren sie eine Art nach dem “biologischen Artkonzept” nach Ernst Mayr. Welche Limitierung hat das Artkonzept?
Limitierung:
Arten die sich ungeschlechtlich fortpflanzen werden nicht erfasst (Pflanzen, Pilze, Bakterien, einige Echsenarten, einige Fischarten…) —> „Agamospecies“
Hybride treten bei Pflanzen sehr häufig auf, aber auch bei Tieren sind Hybridzonen nicht selten
In einer Population von 100 Individuen untersuchen Sie ein Gen, von dem zwei Allele A1 und A2 vorliegen. A1 erzeugt eine blaue Körperfarbe und verhält sich gegenüber A2 dominant. Die Frequenz von A1 liegt bei p = 0,3. Sie finden 53 weiße Individuen. Ist diese Population in Hardy-Weinberg-Gleichgewicht? (Erwartete und gefundene Genotypen und erwarteten und gefundenen Heterozygotiegrad berechnen, Rechenweg und Uberlegungen darstellen!) (4P)
Durch eine Mutation entsteht ein neues Allel, welches die Fitness eines Organismus negativ beeinflusst. (3P)
Was passiert mit der Frequenz des Alles über die Zeit wenn es
a) dominant ist.
b) rezessiv ist.
Begründen Sie ihre Antwort!
a) Allel verschwindet durch starken Selektionsdruck
Anfangs stark ausgeprägt —> neg. Einfluss auf Fitness —> Individuen pflanzen sich nicht fort ==> nicht weiter vererbt
b) Allel bleibt, da es nur schwachem Selektionsdruck unterliegt —> kaum vererbt —> kaum Einfluss auf Fitness
Begründung: Sexuelle FP zwar mit Kosten verbunden, die Rekombination macht das aber wieder gut
Die Tabelle gibt Genotypfrequenzen für 5 Populationen an:
Geben Sie für jede Population die Allelfrequenzen an.
Welche dieser Populationen sind im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht? Geben Sie für die Populationen, die nicht in Hardy-Weinberg-Gleichgewicht sind, eine Erklärung an, was zu dieser Abweichung geführt haben könnte. (5P)
In einer Schmetterlingspopulation ist braune Körperfarbe (Allel B) dominant gegenüber weißer Körperfarbe (Allel b). Sie finden 40 % weiße Schmetterlinge. Berechnen Sie nachvollziehbar:
a) den prozentualen Anteil heterozygoter Individuen
b) die Allelfrequenz für “B” und “b”
Definieren Sie die Begriffe “Adaptation” und “Fitness” im evolutionsbiologischen Sinne. (2P)
Adaption = Merkmal trägt (relativ) zu Fitness(-erhöhung) bei
Fitness = Fähigkeit eines Organismus, in seiner Umwelt zu überleben & sich erfolgreich fortzupflanzen
a) Definieren Sie den Begriff “Adaption” im evolutionsbiologischen Sinn.
b) Bewerten und begründen Sie entsprechend der Definition, ob eine Mutation, die Resistenz gegen ein Insektizid vermittelt, eine Adaption ist:
wenn es sich um das erste Allel in einer Population handelt, da es nur in einem Individuum durch Mutation aufgetreten ist.
wenn alle Individuen einer population diese Allel tragen
a) Adaption = Merkmal trägt (relativ) zu Fitness(-erhöhung) bei
b)
wenn es sich um das erste Allel …
—>dadurch gesteigerte Fitness dieses Individuums im Verhältnis zu den anderen ==> Adaption
wenn alle Individuen …
—>dadurch hätten alle eine verbesserte Anpassung jedoch keine gesteigerte Fitness im Verhältnis zueinander ==> keine Adaption
Eine Mutation führt bei einer annuellen Pflanzenart dazu, dass mehr in chemische Abwehr investiert wird. Diese Mutation führt aber auch dazu, dass weniger in Blüten und Samen investiert wird (Allokations-trade-off). Was müsste man in einer Feldstudie messen, um vorhersagen zu können ob sich die Mutation ausbreiten wird oder nicht? (2P)
Pflanzen im Feld beobachten
Pflanzen mit (höherer Fitness) mehr reproduktiven Nachkommen breiten sich aus
wenn Mutation die Fitness fördert => breitet sich aus
Seneszenz könnte bedingt sein durch Mutation, die sich spät im Leben eines Organismus schädlich auswirken. Erklären Sie weshalb sich solche schädlichen Mutationen trotzdem in einer Population ausbreiten können.
Weil Mutationen, die sich erst spät im Leben auswirken, nur schwacher Selektion unterliegen
Da Mutation erst später Auswirkungen zeigen wird, kann man sich vorher dennoch vermehren & so bleibt Mutaion in Population
Dagegen unterliegen Mutation, die zum Tod vor reproduktiven Alter führen, einer starken Evolution (?Selektion?)
In einem Experiment konnte die Lebensspanne von Drosophila-Fliegen selektiert und damit verlängert werden. Welche Gründe könnte es geben, dass die Fliegen unter natürlichen Bedingungen trotzdem eine kürzere Lebensspanne haben. Nennen Sie mindestens zwei Gründe und argumentieren Sie! (4P)
unter natürlichen Bedingungen hat Drosophila Feinde —> kann Lebensspanne verkürzen —> frühe Reproduktion notwendig —> nächsten Generationen haben auch kürzere Lebensspanne
im Labor: durch die verlängerte Lebensspanne können Fliegen entscheiden, ob sie sich relativ früh reproduzieren wollen oder erst spät —> spätere Reproduktion kann Qualität & Quantität der Nachkommen steigern —> im Laufe von 15 Generationen Lebensspanne deutlich verlängert: 35-39Tage -> ca. 60Tage
==> wenn der Partner eine verkürzte Lebensspanne hat, kann es jedoch nicht zur Reproduktion kommen
Erläutern sie den Begriff “Inzuchtdepression” und erklären Sie wie diese zustande kommt.
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Nennen und erklären Sie ein Beispiel.
Inzuchtdepression = Reduktion der Fitness (z. B. Krankheitsresistenz, Fruchtbarkeit etc.) von ingezüchteten Populationen
Ohne Inzucht werden leicht schädliche, rezessive Mutationen nur langsam ausselektiert -> Phänotyp bleibt unbeeinflusst
Bei Inzucht können schädliche Allele leichter homozygot vorliegen -> es kommen in Phänotyp zu Ausprägung
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beschreibt die Fixierung von (schädlichen) Allelen in einer Population durch Inzucht —> Reduktion der Fitness
-> Homozygotiegrad steigt & zuvor rezessive (schadhafte) Allele werden stärker fixiert
-> Häufung eines homozygoten Geno- & Phänotyps
Bsp: englisches Königshaus —> Bluterkrankheit
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