Biologie

• Zu einer Art gehören alle die, die sich untereinander fortpflanzen können. Kurz: eine potenzielle Fortpflanzungsgemeinschaft®fertil.
• Probleme: (3p)
  • Fossilien (Fertilität nicht feststellbar) 
  • Hybride (Artbildungsprozess nicht abgeschlossen)
    • Bsp.: Liger (m=steril, w=fertil) 
  • Unterarten = Lokalpopulation (Wolf) 

• Eine Art ist die Gesamtheit aller Individuen, die in allen Merkmalen untereinander und mit ihren Nachkommen übereinstimmen.
• Probleme: 
  • Natürliche Variabilität
    • Scheinbar mehrere Arten (die Individuen sind trotz der Unterschiede im Aussehen kreuzbar, gehören also einer Art an.)
  • Zwillingsarten
    • Sehen (fast) identisch aus, kreuzen sich aber nicht

Gattung, Artnamen, Unterart

• Mutation und Rekombination von Allelen führen zu Varianten in der Merkmalsausprägung
  • Z.B. Gehäusefarbe
• Das ist die Voraussetzung für Evolution 

• Def.: die Gesamtheit aller Gene, die in einer Population vorhanden sind. 
• Der Genpool einer Population ist die Voraussetzung für Evolution → Selektion 

1. Homologe Merkmale
2. Analoge Merkmale
3. Brückentiere
4. Mosaiktiere
5. Molekulargenetische Indizien auf Verwandtschaft
6. Fossilien

• Def: (2p) 
  • von gemeinsamen Vorfahren
  • Gemeinsamer Grundbauplan
    • Zeigt für Verwandtschaft. 
• Kriterien zur Bestimmung: (3p) 
  • Laage
    • Gleiche Lage und Ausrichtung im Körper 
    • Bsp: Vorderextremitäten der Wirbeltiere
  • Spezifische Qualität
    • Gleiches Material oder Gewebe
    • Bsp: Haischuppe und der Zahnschmelz
  • Kontinuität 
    • Zwischenformen

• Def: (2p) 
  • Sehen ähnlich aus 
    • Gleicher Selektionsdruck
  • nicht Verwand
    • Unabhängig voneinander entstanden
• Kriterium der Bestimmung: 
  • Homologie ausgeschlossen
• Beispiel:
  • Grabschaufel vom Maulwurf und Maulwurfsgrille

• Merkmale von zwei verschiedenen Arten
  • Übergang von einer Art zur anderen
• Bsp: Archaeopteryx

• Eine Mischung von Merkmalen verschiedener Arten
• Bsp: Schnabeligel

1. DNA-Hybridisierung (Schmelzpunktbestimmen)
   • 2 Einzelstränge werden zusammengetan ® Semikonservative DNA
   • Denaturierung ® Je Verwandter desto höherer Schmelzpunkt der DNA
2. Aminosäuresequenzvergleich
   • Veränderung der Aminosäurensequenz ® Veränderung der DNA-sequenz  
     • Indiz für Verwandtschaft 
   •  Höchste Gemeinsamkeiten = Höchste Verwandtschaft 
   • CAVE!® Aminosäuren können auch Analog entstehen (Unterliegen der Selektion)
3. DNA-sequenzvergleich
   • Je mehr Unterschiede, desto weniger Verwandschaft
   • CAVE! ® Codierende DNA-Bereiche unterliegen ebenfalls der Selektion 
     • Verwandtschaft kann vorgetäuscht werden
   • Lieber am Intron durchführen ® Es sammeln sich Mutationen an

1. Abschluss
2. Versteinerung 
3. Abdruck

1. Stenök, Spezialisten
2. Keine nahen Verwandten
3. Leben in unveränderten Lebensräumen
4. Bsp: Quastenflosser

1. Altersbestimmung
2. Merkmale Geographisch verbreitet 
3. Kurze Lebensdauer
4. Klar erkennbar
5. Skelett oder Harte Schaale
6. Bsp: Ammoniten

1. Mutation 
2. Rekombination 
3. Gendrift 
4. Selektion
5. Isolation 

• Zufällig 
• Führt zu neuen Allelen ® Merkmalsausprägung
• Änderung des Genpools einer Population (Pop.)

• Erhöhung genetischer Variabilität (ungerichtet ® natürlich)

• Bei jeder Geburt

• Zufällig
• Interchromosomale Rekombination (Meiose 1)
• Intrachromosomale Rekombination (Chrossing Over)
• Erhöhung genetische Variabilität (ungerichtet ® natürlich)
• Neue Zusammensetzung existierender Allele
• Bei jeder Geburt

• Zufällige Änderung des Genpools durch Verlust von Allelen
• Trift idR. seltene Allele ® können an Bedeutung gewinnen
• Änderung Allelhäufigkeit (Zusammensetzung)
• Besonderheiten (3p)
  • Flaschenhalseffekt 3p
    • Nach starker Dezimierung 
    • Drastische Änderung des Genpools
    • Variabilität reduziert ® Problem k-Strategen
  • Gründerpopulation 
    • Wenige Individuen werden verdriftet
    • Seltene gewinnen an Bedeutung (zufällige Allele)
  • Migration
    • Auswanderung (Aus bestehender Pop.)
    • Einwanderung (in bestehenden Genpool)

• Gibt Evolution Richtung 
• „Gut angepasste“ haben „Fitnessvorteil“
• Ausgangspunkt ist natürliche Variabilität
  • „Gut Angepasste“
    • Bestimmte Merkmale in bestimmter Umgebung haben vortheilhafte Merkmalsausprägung
    • Besserer Zugang zu Ressourcen
    • Begünstigte Allele am häufigsten
    • Andere Merkmale einen Nachteil 
    • Selektionsdruck ® Selektionsfaktoren (abiotische biotischen UF)
  • „Fitness Vorteil“ 
    • Biotisch 6p
      • Besserer Zugang zu Ressourcen
      • Entkommen Räubern besser
      • Resistenter (Parasiten/Erreger)
      • Bessere Symbiotische Beziehungen
      • Fitter = Gesünder 
      • Mehr Ressourcen für Fortpflanzung ® höhere reproduktive Fitness
    • Abiotisch 1p
      • Größere Toleranz
  • Natürliche Variabilität ändert sich im Laufe der Zeit
  • Allelhäufigkeit ändert sich ® Phänotyp
• Drei Selektionsarten
  • Stabilisierende Selektion (Verhindert Wandel) (5p)
    • Unveränderter Selektionsdruck über lange Zeit
    • Mittelwert (MW) Vorteil
    • Extreme im Nachteil
    • Natürliche Variabilität nimmt ab
    • Stenök (Gefährdet)
  • Gerichtete Selektion (verändert Population) (4p)
    • Selektionsdruck auf Extrem 
    • Anders Extrem Vorteil
    • Veränderung der Allelhäufigkeit zum Vorteil des Extremen
    • Konkurrenzvermeidung
  • Disruptive Selektion (Spaltet Populationen) (4p)
    • Selektionsdruck auf MW
    • Extreme Im Vorteil
    • Oft durch Konkurrenzvermeidung
    • Ursprungspopulationen ® Teilpopulationen

• Genfluss ziwschen Teilpop. Unterbrochen
• Unabhängige weiterentwiklung
• Bis zur reproduktiven Isolation ® Individuen nicht kreuzbar ® keine fertilen Nachkommen
  • Biologischer Artbegriff trifft zu ® zwei Arten
• Reproduktive Isolationsmechanismen (2)
  • Präzygotische Isolationmechanismen (vor Paarung) 3p
    • Verhaltensisolation 4p
      • Reviergesang (akkustisch)
      • Signalfärbung (optisch)
      • Balztanz 
      • Pheromone (olfaktisch)
    • Ökologische Isolation (unterschiedliche Einnischung) 2p
      • Zeitlich (Mai-Juni)
      • Ortsspezifisch (Brackwasser, Süßwasser)
    • Mechanische Isolation (Geschlechtsorgane) 2p 
      • „passen nicht mehr“
      • Geschlechtsapparat bei Insekten + Schneckenhausdrehung
  • Postzygotische Isolationmechanismen (Nach der Paarung)
    • Gamettenisolation 
      • Ei Spermie verschmelzen nicht
    • Ontogonetische Isolation
      • Störung in Embryonal Entwicklung
      • Hybridsterblichkeit
      • Hybridsterilität
      • Hybridzusammenbruch 
        • Teilfertilität ® Selektionsnachteil

• Wandel von Populationen über die Zeit
• Zeitliche Artbildung
• Beendet vor der Artbildung

• Etablierung von Merkmalsausprägungen (MA) 
• Verschwinden von alten MA
  • Vorgang durch Selektion

1. (Zufällige) Mutation Rekombination (Gendrift) ® neue MA
   • Alle Allele bestimmen Genpool der Population
   • Natürliche Variabilität eines Merkmals
   • Vorgehen: 
     • Was ist das Merkmal (Gen) 
       • Halslänge
       • Bestimmtes Protein
     • Was sind die Merkmalsausprägungen (Allel) 
       • Kurz, Mittel, Lang -> Aminosäuresequenzen
2. MA unterliegen der Selektion 
   • Bestimmte Merkmale ® Selektionsvorteil/-nachteil
     • Durch Selektionsdruck
   • Vorgehen: 
     • Welche Merkmalsausprägung hat einen Vorteil/Nachteil?
     • Worin besteht der Selektionsdruck (Was ist der Sd.?) 
3. Individuen mit vorteilhafter MA
   • Vor und Nachteilhafte Merkmalsausprägungen ® Höhere/Niedrigere Fitness (Siehe Fitnessvorteil) 

• Vorgehen: 
  • Was sind die Vor-, und Nachteile? 

1. Individuen: Fitness ® Fortpflanzungserfolg ®Nachkommen
2. Zunahme der Vorteilhaften Merkmalsausprägungen 
   • Vorteilhafte Merkmalsausprägungen nehmen im Genpool der Population zu
   • Nachteilige¯ ® Reproduktionsrate¯ ® Ausselektiert
   • Genpool ändert sich

1. Geographische Separation

• Urpsrungspopulation ® Geographische Barriere ® Teilpop.
• Bsp.: Fluss, Gebirge, Austrocknung
• Verdriftung ® Gründereffekt
• Übertragung einzelner in neue Gebiete

1. Unterbrechung des Genflusses

• Durch Seperation ist der Genfluss zw. teilpop. Effektiv (gänzlich) unterbrochen

1. Unabhängige Entwicklung der Gruppe/Teilpopulation

• Teilpopulation ® (zufällige) Mutation + Rekombination ® Genpool verändert sich
• Unterschiedliche Umweltbedingungen ® unterschiedliche Selektionsdrücke ® Genpoole (weil 2) verändern sich

1. Bildung von Unterarten / Rassen

• Teilpop. Werden Phänotypisch unterscheidbar 
• Dennoch Kreuzbar (Bei Barrierewegfall)® Hybrid
  • Bildung eines gemeinsamen Genpools durch Hybridisierung möglich
• Bsp.: Raben und Nebelkrähe

1. Isolationsmechanismen

• Weitere unabhängige Entwicklung ® Reproduktive Isolation

1. Artbildung 

• Trifft ein, wenn Teilpop. Vollständig reproduktiv isoliert sind
  • Biologischer Artbegriff
  • Schwesterarten entstanden
• Bsp.: Blaumeise-Kohlmeise

• Aufgrund von Reproduktiver Selektion 
  • Einnischung durch I Konkurrenzvermeidung oder II Poiploidie 

i.Einnischung durch Konkurrenzvermeidung

1. Starke innerartliche Konkurrenz um Ressourcen
   • Führt zu Konkurrenzvermeidung
2. Individuen einer Population mit vorteilhaften Merkmalsausprägungen (Abiotische/Biotische Selektionsfaktoren) Nischen sich zusammen in eine andere ökologische Nische ein.
3. Paarung zwischen den gemeinsam eingenischten Individuen 
4. Genfluss und Weiterentwicklung in der neuen ökologischen Nische. 
   • Reproduktive Isolation ® Artbildung

ii.Einnischung durch Poiploidie/Poliploidierung 

• Verdopplung des Genoms durch „Fehler“ bei der Meiose
  1. Vor allem bei Kulturpflanzen
  2. Seltener bei Insekten und Krebsen 
• Bsp:
  • Erdebeere 14 (2n) ® 56 (2n) *4
  • Weizen 14 (2n) ® 28 (2n) *2 
  • Hyridisierung (beim Marmorkrebs)
  • 1.Art (xx) [14] + 2.Art (x)[7] => Hybridisierte Art (xxx) [21] = Steril, Meiose nicht möglich

• Bildung Zahlreicher Arten durch unterschiedliche ökologische Anpassungen (Einnischung) bei Neubesiedlung eines Lebensraumes in einem Geologisch kurzem Zeitraum
  • Gründerpopulation „wenige Individuen“ Lebensraum mit vielen freien Ökologischen Nieschen
  • Bild
  • Innerartliche Konkurrenz 
  • Sympatrische Artbildung in viele freie ökologische Nischen
    • Aus einer Art ® Zahlreiche neue Arten (und zwar Rasant 3Mio)

• Begünstigt Merkmalsausprägungen die Fortpflanzungschancen eines Individuens erhöhen.
  • Führt idR. Zu Sexualdimorphismus 

1. Intrasexuelle Selektion (Zwischen Individuen mit demselben Geschlecht)
   • Konkurrenz um den Zugang von Partnern
   • i.d.R. zwischen Männer
   • ® Konkurrenzkämpfe
     • Beschädigungskampf      (Hohe Verletzungsgefahr)
     • Ritualisierter Kampf        (Mittlerer Verletzungsgefahr)
     • Imponierverhalten          (Keine Verletzungsgefahr)
2. Intersexuelle Selektion (Zwischen Individuen mit unterschiedlichem Geschlecht)
   • Partnerwahl 
   • Auffällige, scheinbar hinderliche MA werden selektiert 
   • Individuelle Fitness (überleben)  reproduktive Fitness (Fortpflanzung)
     • Für Evolution ist reproduktive Fitness verantwortlich
   • Erklärung durch das „Handycap-Prinzip“
     • Scheinbar nutzlose oder hinderliche Merkmale = verlässliche Aussage über Vorteilhafte Gene (gute Gene hypothese)
     • Entspricht („costly signaling“)
     • „Überzeugung des Mannes über Signale, die sich nicht jeder leisten kann“
   • Zwischen Individuen mit unterschiedlichem Geschlecht