Evolution für Jana
Altklausuren
Altklausuren
Reproduktive Isolation kann in zwei Formen unterteilt werden: Prä- und postzygotische Isolation.
Definieren Sie jede Form kurz!
Präzygotische Isolation ist: verhindert die Bildung von Hybriden Zygoten
Postzygotische Isolation ist: verhindert die Überlebensrate und die Fruchtbarkeit von hybriden Zygoten
Nennen Sie zwei Formen der präzygotischen Isolation:
Saisonale oder zeitliche Isolierung: Paarungszeiten
Habitat-Isolierung: Populationen kommen in verschiedenen Habitaten vor
Sexuelle oder verhaltensbiologische Isolierung: sexuelle Attraktion ist gering.
Weibliche Cichliden wählen die Männchen anhand ihrer Farbgebung.
Eine Art mag findet blaue Männchen attraktiv, die andere rote
Spermienkonkurrenz
gametische Isolation bei Mehlkäfern
paart man ein weibliche freemanni mit freemanni(m) und castaneum(m), dann enthält man in den Nachkommen 3% Hybride und 97% freemanni
Spermien von Art1 schlagen Spermien von Art2 bei Befruchtung von weiblichen Art1 und umgekehrt
mechanische Isolation
Isolierung durch verschiedene Bestäuber
Nennen Sie zwei Formen der postzygotischen Isolation:
Reduzierte Überlebensrate der Hybriden
Hybrid--Sterilität: Die F1 Generation kann keine funktionstüchtigen Gameten erzeugen
Maulesel/Maultier. Hybriden von Esel und Pferd Kreuzungen
Sie haben die Selektionskoeffizienten (s), für eine nachteilige Mutation für Melanismus, in zwei voneinander isolierten Schmetterlingspopulationen ermittelt. In einer Population in Dortmund ist s = 0,05. In einer Population im Bayrischen Wald ist s = 0,01. Die gegenwärtige Frequenz des Melanismusgens ist in beiden Populationen 0,94.
Wenn Sie die Genfrequenzen nach 100 Schmetterlingsgenerationen erneut bestimmen:
In welcher Population wird ein niedrigerer Anteil des Melanismusgens vorkommen und warum?:
Der Selektionskoeffizient (eine Zahl zwischen 0 und 1) drückt aus, wie sehr die Träger eines bestimmten Allels von der natürlichen Selektion betroffen sind.
Bei s=1 komplette Selektion, bei s=0 keine Selektion • bei gleicher Ausgangsfrequenz wird in Dortmund der Anteil des Melanismusgens kleiner sein, weil hier der Selektionkoeffizient größer ist. Das heißt, dass die negative Selektion für das Gen in Dortmund stärker ist.
Nennen und beschreiben Sie vier Bedingungen, die für das Wirken von natürlicher Selektion gebraucht werden und beschreiben sie diese:
Überfluss an Reproduktion: Die Art muss mehr Nachkommen produzieren, als für ihren Erhalt erforderlich ist, damit Selektion über Generationen wirken kann, ohne die Art auszulöschen
Vererbung von Merkmalen/Eigenschaften: Selektion wirkt auf Allelebene, wenn keine Merkmale vererbt werden, ist auch keine Selektion möglich.
Variation von vererbbaren Merkmalen/Eigenschaften: Ohne Variation gibt es keine Unterschiede zwischen den Individuen und somit auch keine Selektion.
Variation im Reproduktionserfolg („Fitness“) in Bezug auf ein Merkmal/Eigenschaft: Selektion wirkt über die Fitness. Wenn ein Merkmal keine Auswirkung auf die Fitness hat dann wird es auch nicht selektioniert.
Nennen und beschreiben Sie die drei Formen von Artentstehung:
• sympatrische Artenenstehung:
Entstehen der neuen Art im Verbreitungsgebiet der Ursprungsart.
Cichlidien, Apfelfruchtfliegen => Eine Art bevorzugt Weißdorn die andere Äpfel (Wirtswechsel)
allopatrische Artenenstehung:
die Ursprungspopulation wird durch eine Geographische Barriere getrennt. Es gibt keinen Genfluss zwischen den beiden Populationen mehr und sie entwickeln sich unabhängig weiter, bis es zur reproduktiven Isolierung kommt
die Population ist durch eine Barriere getrennt (Vikarianz), und die neuen Arten entstehen ohne Kontakt miteinander zu haben
Bsp: Nebel- und Rabenkrähe. Wurden durch Eiszeit getrennt
parapatrische Artenstehung:
Typ der Allopatrie. Hier ist die Barriere aber nicht vollständig.
Die Arten entwickeln sich nebeneinander und haben Überlappungsgebiete.
Artbildung, bei der sich die neue Art ausgehend von einer Population bildet, deren Verbreitungsgebiet mit dem der ursprünglichen Art überlappt.
Entstehung von reproduktiver Isolation zwischen zwei Populationen deren Verbreitungsgebiete geographisch aneinandergrenzen. Dies tritt ein, wenn durch unterschiedliche Umweltbedingungen disruptive Selektion wirkt und diese stärker als der Genfluss zwischen den Populationen ist.
Bsp: Hausspatz
Was ist meiotic drive? Nennen und beschreiben Sie zwei konkrete Beispiele von meiotic drive, die in der Vorlesung vorgestellt wurden:
ist das über die Mendel’schen Gesetze hinausgehend häufige Vorkommen eines Allels oder Chromosoms in einem funktionstüchtigen Gameten
Drosophila aus Tunesien und den Seychellen: Unter den Kreuzprodukten sind Männchen mit segregation disorder Allel (sd) auf dem X-Chromosom und einem YChromosom ohne dieses, das dadurch verkümmert ist. Diese Männchen können daher nur Weibchen produzieren.
CMS: Pflanzen vererben im Samen weiblicherseits cms+, das bewirkt, dass keine Antheren gebildet werden können. Es hat zunächst den Vorteil, dass die Pflanze mehr Samenproduzieren kann und keine Ressourcen mehr in männliche Anteile stecken muss. Ohne Zusatzmutation wird sich dieses Allel immer weiter Ausbreiten, weil es rein mütterlich vererbt wird, und es für den Samen von Vorteil ist, wenn er sich multiplizieren kann. Ein Problem tritt auf, wenn der Pollen knapp wird. Durch den Selektionsdruck tritt in den Antheren evtl. eine restorer-Mutation auf, die die Wirkung vom cms+ aufhebt. Samen mit cms+ und Pollen mit r+ ergeben somit wieder eine funktionstüchtige Zwitterflanze
Dobzhanszky-Muller Modell:
• erklärt die Enstehung von postzygotischer Isolierung
sagt das Isolierung eine unvermeidbare Konsequenz der Selektion und der genetischen Drift von getrennten Populationen ist.
• bezieht sich auf allopatrische Artbildung •
Das Dobzhanszky-Muller Modell beschreibt, wie Arten durch die Substitutionen an mehreren genetischen Loci entstehen können? •
Hybride können nicht entstehen, wenn der Reproduktionsisolierungsindex (RI) = 1
Synergistische Epistasie:
= Multiple Mutationen haben einen über die Summe der Schäden der einzelnen Mutationen hinausgehenden schädlichen Effekt auf den Organismus (Fitnessabnahme)
In der Familie der Megachiroptera (Flughunde) haben die Männchen einiger Arten im Vergleich zu ihrer Körpergröße überproportional große Hoden. Es wurde zudem beobachtet, dass die Arten mit den großen Hoden in Schlafquartieren mit sehr vielen Individuen leben. Was könnte der Grund für diese Beobachtung sein?
Der Grund für diese Beobachtung ist die Spermienkonkurrenz zwischen den Männchen.
Die Männchen sind polygam und umso größer ihr Hoden ist, desto mehr Spermien können sie produzieren und dadurch auch mehr Weibchen begatten.
Ihr Fortpflanzungserfolg (Fitness) wird erhöht
Stellen Sie sich folgendes Paarungsexperiment vor: Ein Weibchen einer Art 1 wird vor die Wahl zwischen einem Männchen aus Art 1 und einem Männchen aus Art 2 gestellt. Dieses Experiment wird mit 100 Weibchen wiederholt. Die Ergebnisse der Paarungen sind unten angegeben. Berechnen Sie den präzygotischen Reproduktionsisolierungsindex (RI) für die drei Fälle
RI = (Paarungen_mit_gleichem_Typ - Paarungen_mit_anderem)/Gesamtanzahl_Paarungen
1) (75-25)/100 = 0,5
2) (50-50)/100 = 0 => vollständig zufällige Paarung
3) (100-0)/100 = 1 => vollständige reproduktive Isolierung: keine Hybriden
Sie sammeln Proben dreier unabhängiger Mäusepopulationen in Arizona / U.S.A. und genotypisieren ein Gen, dass die Felldichte kontrolliert. Sie beobachten die folgenden Verteilungen der Genotypen für jede Population: Berechnen Sie die nach Hardy-Weinberg zu erwartenden Frequenzen der aa Individuen für jede Population
Pop 1: (2*400+0)/2000 = 0,4 f(aa): 0,42 = 0,16
Pop 2: (2*0+800)/2000 = 0,4 f(aa): 0,42 = 0,16
Pop 3: (2*100+200)/2000 = 0,2 f(aa): 0,22 = 0,04
Welches Artkonzept wird beschrieben?
a) Nach welchem Artkonzept erfolgt die Einteilung von Arten allein aufgrund der morphologischen Merkmale?
b) Nach welchem Artkonzept spielt die reproduktive Isolierung die größte Rolle?
c) Nach welchem Artkonzept besetzt eine Art dieselbe Nische und nutzt dieselben natürlichen Ressourcen?
d) Welches Artkonzept wird am häufigsten in der modernen Biologie angewandt? .
e) Welches Artkonzept stellt besonders für asexuelle Spezies (z.B. Bakterien) ein Problem dar?
a) Nach welchem Artkonzept erfolgt die Einteilung von Arten allein aufgrund der morphologischen Merkmale? • Phänetisches A.
b) Nach welchem Artkonzept spielt die reproduktive Isolierung die größte Rolle? • biologisches A.
c) Nach welchem Artkonzept besetzt eine Art dieselbe Nische und nutzt dieselben natürlichen Ressourcen? • ökologisches A.
d) Welches Artkonzept wird am häufigsten in der modernen Biologie angewandt? • biologisches A.
e) Welches Artkonzept stellt besonders für asexuelle Spezies (z.B. Bakterien) ein Problem dar? • biologisches A.
Was ist eine Kryptospezies?
Kryptospezies oder auch kryptische Art := morphologisch nicht unterscheidbare Gruppe (Population) von Lebewesen, die von den (bisher) zur gleichen Art gerechneten Individuen reproduktiv isoliert ist. ◦ Bsp: Florfliege
Was kann man mit dem δ13C Wert einer Probe bestimmen?
ob die Probe aus organischem (biologischem) oder anorganischem Kohlenstoff besteht
biologischer Kohlenstoff ist immer zu leicht
Die ATP-Gewinnung mittels Chemiosmose koppelt bestimmte chemische Reaktionen mit dem Aufbau von Ionengradienten über die Plasmamembran. Die Energie im chemiosmotischen Potential dieser Gradienten wird von ATP-Synthetasen in Form von ATP gespeichert. Was für Reaktionen werden mit dem Aufbau der Ionengradienten gekoppelt:
Elektronentransportreaktionen vom Donor zum Akzeptor
Redoxreaktionen
Vor 2,4 Milliarden Jahren war auf der Erde einiges los. O2 tauchte erstmals in der Atmosphäre auf. Wichtige Indizien dafür sind a) das Verschwinden von kontinentalen Uraniniten (werden nur in Abwesenheit von O2 gebildet) und b) das erste Auftreten von kontinentalen Rotsandsteinen (zeigen Fe-Oxidation auf dem Lande an). Woher kam der O2?
oxygene Photosynthese der Cyanobakterien
Es gab eine Zeit, in der die Meere euxinisch waren. Die Meere waren sauerstofffrei (anoxisch) und reich an Schwefelwasserstoff (sulfidisch), der durch sulfatreduzierende Bakterien gebildet wurde. In welchem Zeitraum waren die Meere euxinisch?
• Bis ca. 580 Mio Jahre
Vor wie vielen Jahren traten die ersten Eukaryoten auf der Erde auf?
2,1 Milliarden
Der universelle Mechanismus der ATP-Gewinnung (letztendlich auch bei Fermentierern, weil sie von so synthetisierten Substraten wie Zucker und Proteinen leben) umfasst den Aufbau von Ionengradienten über die Plasmamembran mithilfe von Redox-Reaktionen und die Nutzung jener -Phosphatmoietät zu phosphorylieren. Wie heißt dieser Prozess?
Chemiosmose
Vor 2,4 Milliarden Jahren tauchte erstmals O2 in der Erdatmosphäre auf. Das Wasser im Meer blieb jedoch fast 1,5 Milliarden Jahre lang weitgehend anoxisch. Warum?
Der O2 oxidierte kontinentale Metallsulfide zu Sulfat, Sulfat wurde ins Meer getragen, marine Sulfatreduzierer bildeten daraus H2S, und H2S verbraucht O2.
Die ersten Bakterien und Archaeen mussten ihren Kohlenstoff- und Energiehaushalt decken. Einiges spricht dafür, dass die ersten Archaeen einen methanogenen Energiestoffwechsel und die ersten Bakterien einen acetogenen Stoffwechsel hatten:
4H2 + CO2 > CH4 + 2H2O
4H2 + 2CO2 > CH3COOH + 2H2O
Diese Reaktionen sind
Evolution
allmähliche Veränderung der vererbbaren Merkmal einer Population über die Zeit (Veränderung der Allel- und Genotypfrequenzen einer Population über die Zeit) oder: Änderung von Merkmalen zwischen Generationen
positive Selektion
: die Auswahl bestimmter Allele wird begünstigt. Anstieg der Allelfrequenz aufgrund von Fitnessgewinn
negative Selektion
: Entfernung von nachteiligen Allelen
Adaption:
Anpassung des Organismus an die jeweiligen Umweltbedingungen, (die zu einer Erhöhung der Fitness(Reproduktionserfolg) führt)
Homologie:
Ähnliche Merkmale bei unterschiedlichen Arten gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück (aufgrund ihres gemeinsamen evolutionären Ursprungs)
Fitness:
Beitrag eines Individuums zum Genbestand der nachfolgenden Generation, abhängig von Überlebensrate und Fortpflanzungserfolg
Mutation:
spontan auftretende, dauerhafte Veränderung des Erbguts
„Segregation distortion“:
Gene die ausschließlich ihre eigene Vermehrung bewirken und dadurch in den funktionsfähigen Gameten überrepräsentiert sind, was eine Abweichung zu der 2. Mendelschen Regeln bewirkt.
Genetischer Drift:
zufällige, hervorgerufene Veränderung der Allelfrequenz in einer Population (ohne Selektion)
effektive Populationsgröße:
einer natürlichen Population ist gleich der Anzahl der Individuen einer idealen Population, welche die selbe Rate an genetischer Drift erzeugen. (abhängig von Fortpflanzungsrate, Berechnung der kleinsten überlebensfähigen Population)
Erklären Sie die Begriffe Homologie und Konvergenz/Analogie:
Bei Homologie gehen ähnliche Merkmale bei unterschiedlichen Arten auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück. Bei Konvergenz sind ähnlichen Merkmale bei unterschiedlichen Arten durch Anpassung an die Umwelt entstanden und haben eine gleiche Funktion.
Kennzeichnen sie diejenigen Paare, bei denen es sich um Homologien handelt
Nennen Sie fünf Indizien, die für die Evolutionstheorie und somit gegen das Wirken eines übermächtigen „Kreators“ sprechen, der alle Lebewesen zugleich erschaffen hat. Nennen sie die Indizien und erläutern sie diese anhand eines Beispiels:
Resistenzmechanismen: Evolution kann in kurzen Zeiträumen beobachtet, wie zum Beispiel bei Bakterien, die immer wieder Resistenzen gegen neue Antibiotika ausbilden
künstliche Selektion/Zucht: Evolution kann experimentell nachvollzogen werden durch Zucht von Tieren. Bei der Milchkuhzucht wurden immer nur Kühe gekreuzt,die viel Milch produzieren, wodurch sich die allgemeine Milchproduktion in der nächsten Generation erhöht.
Homologie von Merkmalen: Vorderextremitäten der Säugetiere haben den gleichen Aufbau.
Fossilien: Durch Fossilien kann man anhand von Zwischenstufen die Evolution nachvollziehen.
Entstehung neuer Arten: Als Beispiel gelten Ringarten, wie der Salamander in Amerika. Die Arten zeigen kontinuierliche Übergänge, bis zur reproduktiven Isolierung. Nordtyp kreuzt sich nicht mit Südtyp
Die neutrale Mutationsrate u eines Gens sei 10 -4pro Generation. Wie viele Neumutationen werden Sie an diesem Gen in einer Population von a) N = 10.000 Individuen b) N= 100.000 Individuen von einer auf die nächste Generation erwarten?
a)2*10.000*10^-4 = 2
b)2*10.000*10^-4 = 20
Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine der neu entstandenen, selektiv neutralen Neumutation in der Population von
a) N = 10.000 Individuen b) N= 100.000 Individuen
aufgrund des Effekts der genetischen Drift fixiert wird?
(DieFixierungswahrscheinlichkeit für eine neutrale Neumutation kann beschrieben werden durch 1/2N )
a) 1/2*10.000 * 2* 10.000* 10^-4 = 1*10^-4
b) 1/2*100.000 * 2 * 100.000 * 10^-4 = 1*10^-3
Erläutern Sie den gefundenen Zusammenhang zwischen Fixierung und Neumutation in Abhängigkeit von der Populationsgröße:
Umso größer die Population desto mehr Neumutationen entstehen und umso mehr Fixierungen. Die Wahrscheinlichkeit für die Fixierung einer Neumutation ist in kleineren Populationen größer.
Richtige Aussagen, Genetischer Drift:
Der Effekt der Genetischen Drift führt zu einer Änderung der Allelfrequenz.
Genetische Drift beschreibt eine ungerichtete Änderung von Allelfrequenzen in Populationen
Neue Merkmale von Arten entstehen anhand der Fixierung von Allelen in Populationen.
Genetische Drift ist in kleinen effektiven Populationen (Ne) besonders wirksam.
Genetische Drift kann Anpassungsprozesse der Organismen an ihre Umwelt NICHT erklären.
Genetischer Drift kann Evolution nicht jedoch Adaptation erklären
Die stochastische Natur von genetischer Drift macht Evolution unwiederholbar
Das Hardy-Weinberg Gleichgewicht (HWG) beschreibt die Verteilung von Genotypen aufgrund der Allelfrequenzen in einer Population. Welche Gründe könnten zu einer Abweichung des HWG führen?
Genduplikation (= Mutation)
sexuelle Selektion
genetische Drift
Heterozygoten-Vorteil (z.B. bei Sichelzellenanämie)
cytoplasmatische Männchen Sterilität (CMS)
NICHT!
mitochondriale Vererbung
sexuelle Vermehrung (asexuelle Vermehrung??)
diploider Chromosomensatz
X-chromosomale Vererbung
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Lernkarten
Vor 2,4 Milliarden Jahren tauchte erstmals O2 in der Erdatmosphäre auf. Das Wasser im Meer blieb jedoch fast 1,5 Milliarden Jahre lang weitgehend anoxisch. Warum?
Der O2 oxidierte kontinentale Metallsulfide zu Sulfat, Sulfat wurde ins Meer getragen, marine Sulfatreduzierer bildeten daraus H2S, und H2S verbraucht O2.
Die ersten Bakterien und Archaeen mussten ihren Kohlenstoff- und Energiehaushalt decken. Einiges spricht dafür, dass die ersten Archaeen einen methanogenen Energiestoffwechsel und die ersten Bakterien einen acetogenen Stoffwechsel hatten:
4H2 + CO2 > CH4 + 2H2O
4H2 + 2CO2 > CH3COOH + 2H2O
Diese Reaktionen sind
Evolution
allmähliche Veränderung der vererbbaren Merkmal einer Population über die Zeit (Veränderung der Allel- und Genotypfrequenzen einer Population über die Zeit) oder: Änderung von Merkmalen zwischen Generationen
positive Selektion
: die Auswahl bestimmter Allele wird begünstigt. Anstieg der Allelfrequenz aufgrund von Fitnessgewinn
negative Selektion
: Entfernung von nachteiligen Allelen
Adaption:
Anpassung des Organismus an die jeweiligen Umweltbedingungen, (die zu einer Erhöhung der Fitness(Reproduktionserfolg) führt)
Homologie:
Ähnliche Merkmale bei unterschiedlichen Arten gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück (aufgrund ihres gemeinsamen evolutionären Ursprungs)
Fitness:
Beitrag eines Individuums zum Genbestand der nachfolgenden Generation, abhängig von Überlebensrate und Fortpflanzungserfolg
Mutation:
spontan auftretende, dauerhafte Veränderung des Erbguts
„Segregation distortion“:
Gene die ausschließlich ihre eigene Vermehrung bewirken und dadurch in den funktionsfähigen Gameten überrepräsentiert sind, was eine Abweichung zu der 2. Mendelschen Regeln bewirkt.
Genetischer Drift:
zufällige, hervorgerufene Veränderung der Allelfrequenz in einer Population (ohne Selektion)
effektive Populationsgröße:
einer natürlichen Population ist gleich der Anzahl der Individuen einer idealen Population, welche die selbe Rate an genetischer Drift erzeugen. (abhängig von Fortpflanzungsrate, Berechnung der kleinsten überlebensfähigen Population)
Erklären Sie die Begriffe Homologie und Konvergenz/Analogie:
Bei Homologie gehen ähnliche Merkmale bei unterschiedlichen Arten auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück. Bei Konvergenz sind ähnlichen Merkmale bei unterschiedlichen Arten durch Anpassung an die Umwelt entstanden und haben eine gleiche Funktion.
Kennzeichnen sie diejenigen Paare, bei denen es sich um Homologien handelt
Nennen Sie fünf Indizien, die für die Evolutionstheorie und somit gegen das Wirken eines übermächtigen „Kreators“ sprechen, der alle Lebewesen zugleich erschaffen hat. Nennen sie die Indizien und erläutern sie diese anhand eines Beispiels:
Resistenzmechanismen: Evolution kann in kurzen Zeiträumen beobachtet, wie zum Beispiel bei Bakterien, die immer wieder Resistenzen gegen neue Antibiotika ausbilden
künstliche Selektion/Zucht: Evolution kann experimentell nachvollzogen werden durch Zucht von Tieren. Bei der Milchkuhzucht wurden immer nur Kühe gekreuzt,die viel Milch produzieren, wodurch sich die allgemeine Milchproduktion in der nächsten Generation erhöht.
Homologie von Merkmalen: Vorderextremitäten der Säugetiere haben den gleichen Aufbau.
Fossilien: Durch Fossilien kann man anhand von Zwischenstufen die Evolution nachvollziehen.
Entstehung neuer Arten: Als Beispiel gelten Ringarten, wie der Salamander in Amerika. Die Arten zeigen kontinuierliche Übergänge, bis zur reproduktiven Isolierung. Nordtyp kreuzt sich nicht mit Südtyp
Die neutrale Mutationsrate u eines Gens sei 10 -4pro Generation. Wie viele Neumutationen werden Sie an diesem Gen in einer Population von a) N = 10.000 Individuen b) N= 100.000 Individuen von einer auf die nächste Generation erwarten?
a)2*10.000*10^-4 = 2
b)2*10.000*10^-4 = 20
Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine der neu entstandenen, selektiv neutralen Neumutation in der Population von
a) N = 10.000 Individuen b) N= 100.000 Individuen
aufgrund des Effekts der genetischen Drift fixiert wird?
(DieFixierungswahrscheinlichkeit für eine neutrale Neumutation kann beschrieben werden durch 1/2N )
a) 1/2*10.000 * 2* 10.000* 10^-4 = 1*10^-4
b) 1/2*100.000 * 2 * 100.000 * 10^-4 = 1*10^-3
Erläutern Sie den gefundenen Zusammenhang zwischen Fixierung und Neumutation in Abhängigkeit von der Populationsgröße:
Umso größer die Population desto mehr Neumutationen entstehen und umso mehr Fixierungen. Die Wahrscheinlichkeit für die Fixierung einer Neumutation ist in kleineren Populationen größer.
Richtige Aussagen, Genetischer Drift:
Der Effekt der Genetischen Drift führt zu einer Änderung der Allelfrequenz.
Genetische Drift beschreibt eine ungerichtete Änderung von Allelfrequenzen in Populationen
Neue Merkmale von Arten entstehen anhand der Fixierung von Allelen in Populationen.
Genetische Drift ist in kleinen effektiven Populationen (Ne) besonders wirksam.
Genetische Drift kann Anpassungsprozesse der Organismen an ihre Umwelt NICHT erklären.
Genetischer Drift kann Evolution nicht jedoch Adaptation erklären
Die stochastische Natur von genetischer Drift macht Evolution unwiederholbar
Das Hardy-Weinberg Gleichgewicht (HWG) beschreibt die Verteilung von Genotypen aufgrund der Allelfrequenzen in einer Population. Welche Gründe könnten zu einer Abweichung des HWG führen?
Genduplikation (= Mutation)
sexuelle Selektion
genetische Drift
Heterozygoten-Vorteil (z.B. bei Sichelzellenanämie)
cytoplasmatische Männchen Sterilität (CMS)
NICHT!
mitochondriale Vererbung
sexuelle Vermehrung (asexuelle Vermehrung??)
diploider Chromosomensatz
X-chromosomale Vererbung
In der Region um Manchester wurden in den Jahren 1980 bis 2000 der Anteil der dunklen Form in Birkenspanner (Biston betularia) Populationen bestimmt (Abb.1).
Der Melanismus (dunkle Form) des Birkenspanners wird genetisch durch die Allele C und c bestimmt.
Dabei ist C (dunkle Form) dominant über c (helle Form).
a)Zeichnen sie den zeitlichen Verlauf der Genotyp-Frequenzhelle Form (cc) in einem x-y Diagramm der Jahre 1980 bis 2000 nach
b) Benennen und erläutern Sie die evolutionären Prozesse, die für den Rückgang verantwortlich gemacht wurden
c) Erläutern Sie ein Experiment, mit dem Sie diese Mechanismen testen können
b) Überlebensrate ist abhängig von Verschmutzung der Gebiete, natürliche Selektion durch Prädatoren, Änderung der Allelfrequenz, (Veränderung des)
c) Man setzt die gleiche Anzahl beider Morphen in einem verschmutzen und in einem unverschmutzten Gebiet aus. Nach einiger Zeit schaut man nach, wie sich das Verhältnis der Morphen in beiden Gebieten verändert hat.
HI-Viren evolvieren in kurzer Zeit eine Resistenz gegen das Medikament 3TC.
Nennen Sie die Bedingungen und Vorgänge, die erforderlich sind, damit die Resistenz entsteht, sich ausbreitet und fixiert wird? Begründen Sie, wieso die Frequenz des resistenten Stamms in der VirenPopulation ansteigt.
Die 3TC Resistenz kann entstehen, indem eine Base im Gen mutiert, das für die Kodierung der Reverse-Transkriptase zuständig ist. Die Änderung der Aminosäure führt dazu, dass die Reverse-Transkriptase kein 3TC mehr bindet. Das resistente Virus wird dadurch in Anwesenheit von 3TC positiv selektiert und seine Frequenz steigt an, währen nicht-resistente Viren negativ selektiert werden.
Adaptation ist nicht immer perfekt. Wie kann man unvollkommene Anpassung erklären? Nennen Sie zwei Gründe mit jeweils einem Beispiel:
weil sich die Umwelt schneller verändert als der Anpassungsprozess dauert.
Bsp: Hartschalige, große Früchte in Amerika, die zum Verbreiten ihrer Samen große Pflanzenfresser brauchen, die schon ausgestorben sind
Weil genetische Einschränkungen eine bessere Anpassung nicht ermöglichen
Bsp: Sichelzellenanämie: heterozygote Individuen haben einen Vorteil in MalariaGebieten aber homozygote Individuen sind letal
weil sie entwicklungsbiologisch nicht zu verwirklichen ist (development restraints)
Bsp: Insektizidresistenz in Schmeißfliege führt zur Produktion von asymmetrischen Flügeln in der Embryonalentwicklung.
weil sie durch historische Vorgaben beschränkt ist
Bsp: Der Verlauf des Kehlkopfnervs in Säugetieren ist auf die Transformation von Kiemenbögen zurückzuführen.
Das Hardy-Weinberg Gleichgewicht (HWG) beschreibt die Verteilung von Genotypen aufgrund der Allelfrequenzen in einer Population.
a) Zählen Sie die Kräfte auf, die zu Abweichungen vom HWG führen können.
b) Welche Bedeutung hat dieses Gleichgewicht für die Prozesse der Evolution?
a)
Mutation
Migration
Selektion
endliche Populationsgröße
keine zufällige Paarung
b)
Die Allelfrequenz bleibt konstant über die Zeit und wird nicht durch die Dominanzeffekte beeinflusst (genetische Variation bleibt erhalten).
Da die Genotypfrequenzen aufgrund der Allelfrequenzen vorhergesagt werden können sind auch diese über die Zeit konstant.
Aufgrund der Mendelschen Vererbung wird das Hardy Weinberg Gleichgewicht innerhalb einer Generation zufälliger Paarung erreicht .
Evolution wird definiert als Änderung der Allel- und Genotpyfrequenz über die Zeit.
Eine ideale Population „evolviert“ nicht.
Ordnen Sie die folgenden Begriffe den untenstehenden Begriffen / Phrasen a - j zu.
Die Begriffe können einmal, zweimal oder auch gar nicht verwendet werden.
Begriffe: Feuersalamander; Dobzhansky-Muller Theorie; Muller's Ratchet; Homoplasie; Florfliege/Chrysoperla; Homologie; Cichlide; Meiotic Drive; präzygotische Isolation; postzygotische Isolation
Multiple Hits
Kryptospezies (Cryptic Species)
Hybridsterilität
Ein Beispiel für sympatrische Artbildung
Das zwei Allel Modell der postzygotischen Isolation
Cytoplasmic male sterility
Ein Beispiel für schnelle Radiation (Rapid Radiation)
Ein Beispiel für eine Ringart
Konvergente Evolution
Spermienkonkurrenz
Multiple Hits = Homoplasie
Kryptospezies (Cryptic Species) = Florfliege
Hybridsterilität = postzygotische Isolation
Ein Beispiel für sympatrische Artbildung = Cichlide
Das zwei Allel Modell der postzygotischen Isolation = Dobzhansky-Muller Theorie
Cytoplasmic male sterility =Meiotic Drive
Ein Beispiel für schnelle Radiation (Rapid Radiation) = Cichlide
Ein Beispiel für eine Ringart = Feuersalamander
Konvergente Evolution = Homoplasie
Spermienkonkurrenz = präzygotische Isolation
Ordnen Sie die folgenden Begriffe den untenstehenden Begriffen
Die obenstehenden Begriffe können einmal, mehrfach oder auch gar nicht verwendet werden.
Multiple Hits; Kryptospezies (Cryptic Species); Hybridsterilität; Muller's Ratchet; sympatrische Artbildung; Dobzhansky-Muller Theorie; Segregation Distortion; Rapid Radiation; Ringart; Konvergente Evolution; Spermienkonkurrenz; Homologie
Meiotic Drive
Gleiches Merkmal durch gemeinsame Vorfahren
Homoplasie
Feuersalamander
Galapagosfinken
Cichlide
postzygotische Isolation
präzygotische Isolation
Florfliege
Meiotic Drive = Segregation Distortion •
Gleiches Merkmal durch gemeinsame Vorfahren = Homologie •
Homoplasie = Konvergente Evolution •
Feuersalamander = Ringart •
Galapagosfinken =
Cichlide = schnelle Radiation •
postzygotische Isolation = Hybridsterilität •
präzygotische Isolation = Spermienkonkurrenz •
Florfliege = Kryptospezies
Was bedeutet der Begriff "Taldurchschreitung" in Hinsicht auf die Artentstehung?
(Es spielt bei der Artenentstehung durch postzygotische Isolierung eine Rolle.) Wenn man annimmt, dass eine neue Art aus zwei existierenden Arten durch die Veränderung an einem Genlocus entsteht, dann müsste vorher eine Phase, oder bildlich gesehen ein Tal durchschritten werden, bei der die Fitness geringer ist. Dies ist durch natürliche Selektion jedoch nicht möglich. •
Er spielt im Zusammenhang mit der Bildung neuer Arten aus zwei existierenden Arten eineRolle. Wenn man annimmt, daß eine neue Art alleine durch eine Veränderung an einem Genlocus entstehen kann, müßte diese Art ein Fitnessvalley durchschreiten, was aber nicht möglich ist. A1 habe die Allele aa, A2 die Allele AA, der Hybrid dann die Allele Aa. Da die zwei getrennten Arten existieren, muß der Hybrid durch Aa weniger fruchtbar und/oder weniger lebensfähig sein und kann folglich keine eigene Art bilden.
Ja oder Nein: Findet eine Taldurchschreitung statt, wenn sich
b) präzygotische Isolation durch Pleiotropie entwickelt?
c) postzygotische Isolation durch den Dobzhansky-Muller Prozess entwickelt?
d) postzygotische Isolation durch Veränderungen an einem einzelnen genetischen Lokus entwickelt?
b) nein
c) nein
d) ja
Als ein Journalist den Evolutionsbiologen J.B.S. Haldane fragte, ob er sein Leben riskieren würde, um einen ertrinkenden Mann zu retten, soll er angeblich geantwortet haben: "Nein, aber ich würde es für zwei Brüder oder acht Cousinen tun." Erläutern Sie seine Gründe.
Haldane hat mit seinen Brüdern einen Verwandtschaftsgrad von 50% und mit seinen Cousinen einen Verwandschaftsgrad von 12,5%. Da jedes Individuum in erster Linie seinen eigenen Fortpflanzungserfolg im Auge hat, kann er also erst bei zwei Brüdern oder acht Cousinen davon ausgehen, dass der Wert an geretteten Genen einer eigenen Fortpflanzung entspricht.
Nennen Sie die Theorie die folgendes beschreibt:
a) Sexuelle Reproduktion reduziert die nachteiligen Mutationen in den Nachkommen
b) Sexuelle Reproduktion hat bei schnellen Umweltänderungen (z.B. Wirt-Parasit Koevolution) einen evolutionären Vorteil
c) Sexuelle Reproduktion kann vorteilhafte Mutationen schneller vereinen
a) : Mullers ratchet, Kandroshovs Hypothese
b) Red-Queen-Hypothese
c) Mullers und Fishers Hypothese
Was ist die genaue Formel für Hamilton’s Rule?
r*b > c
unter Einbeziehung des Verwandtschaftsgrad:
rB*b > rC*c
r = Verwandtschaft, b=Vorteil (Gewinn an Reproduktionserfolg) , c=Kosten (Verlust an eigenem Reproduktionserfolg)
Hamilton’s Rule kann welches Phänomen erklären?
Es erklärt altruistisches Verhalten zwischen verwandten Individuen
Nennen und beschreiben Sie kurz drei verschiedene Methoden, die zur Berechnung einer Phylogenie der mtDNA Sequenzen aquatischer Säugetiere genutzt werden können:
Distanzmethode:
Beruht auf der "molekular Clock" also dass Mutationen zwischen zwei Arten gleich und regelmäßig auftreten.
Diese evolutionäre Distanz ist zu anderen Arten berechenbar
Parsimonymethode:
nach dem Sparsamkeitsprinzip ist für jedes Merkmal die geringstmöglche Anzahl an evolutionären Schritten anzunehmen, durch das seine Entstehung erklärt werden kann.
Das Sparsamkeitsprinzip in Anwendung auf die Stammbäume, besagt dass von mehreren möglichen phylogenetischen Bäumen derjenigen zu bevorzugen ist, der bei gleicher Substitutionsrate die sparsamste Verteilung der Unterschiede zeigt.
Maximum-Likelyhood-Methode:
Basiert auf einem Modell der Sequenzevolution.
Generiert Wahrscheinlichkeiten für die Sequenzevolution anhand jeder möglichen Phylogenie.
Verwendet werden Phylogenien mit der größten Wahrscheinlichkeit die gefundenen Sequenzunterschiede produziert zu haben.
Welche dieser Methoden eignen sich nichtfür eine Phylogenie basierend auf morphologischen Merkmalen?
Maximum-Likelyhood-Methode
Natürliche Selektion kann zu präzygotischer Isolation durch Pleiotropie und/oder “Hitchhiking” führen. Was versteht man unter Pleiotropie und “Hitchhiking” und wie können diese zu präzygotischer Isolation führen:
Pleiotropie: Ein Gen beeinflusst mehrere Gene. In diesem Fall wird die Anpassung und die reproduktive Isolierung durch dieselben Gene gesteuert
Hitchhiking: Bezeichnet genetische Kopplung. Das bevorzugte Allel schleppt das Allel der reproduktiven Isolierung mit sich.
Was versteht man unter den doppelten Kosten der geschlechtlichen Fortpflanzung:
Das Weibchen kann bei einem Reproduktionsakt nur die Hälfte seiner Gene weitergeben. Es muss sich somit zweimal Fortpflanzen um seine gesamten Gene an die nachfolge Generation weiterzugeben
Desweiteren werden Männchen produziert. Die Anzahl von neuen Individuen die in einer Population produziert werden kann hängt von der Anzahl der Weibchen ab.
Was ist der Unterschied zwischen Homologie und Homoplasie:
Homologie: Morphologische, physiologische oder auf das Verhalten bezogene Ähnlichkeit (ähnliche Merkmale) zwischen zwei Arten beruht auf gemeinsamer Abstammung.
Homoplasie: Morphologische, physiologische oder auf das Verhalten bezogene Ähnlichkeiten (ähnliche Merkmale) zwischen zwei Arten beruhen auf gleicher Funktion und entstehen durch konvergente Evolution
Während der DNA Sequenzevolution entstehen multiple Mutationen (“Multiple Hits”). Was sind multiple Mutationen und zu welchen Problemen führt dies bei der phylogenetischen Rekonstruktion?
Multiple Mutationen sind Mutationen, die ein und dasselbe Allel betreffen, wobei die zweite Mutation die erste Mutation wieder aufhebt. Diese lassen sich später nicht mehr erkennen und müssen anhand von Wahrscheinlichkeitsüberlegungen berechnet werden.
Sind Homoplasien auf molekularer Ebene
Wenn natürliche Selektion so gut funktioniert, warum gibt es in der Neotropis (neotropics) Pflanzenarten, die große (>20 cm), hartschalige Früchte produzieren, für die es keine Tiere gibt, die für deren Verbreitung sorgen?
Die großen Pflanzenfresser, die die Samen verbreitet haben sind ausgestorben und die Umwelt hat sich schneller verändert, als der Anpassungsprozess dauert.
Wie sind Arten nach dem biologischen Art-Konzept definiert?
Fortpflanzungsgemeinschaft
Arten sind Gruppen, die sich innerhalb natürlicher Populationen fortpflanzen und die von anderen solcher Gruppen reproduktiv isoliert sind
von Ernst Mayr
