Evolutionsbiologie
FS13
FS13
-
- 1 / 153
-
Lernkarten
Spieltheorie (Kämpfen und Beurteilen)
Hawk-Strategie: immer kämpfen bis der Gegner Verletztz oder tod ist und dabei in Kauf nehmen selber verlezt zu werden
Dove-Strategie: ernsten Kämpfen immer aus dem weg gehen
>der erfolg dieser strategie hängt davon ab, welche Strategie die anderen Populationsmitglieder anwenden; ESS (evolutionary stabil strategy) ist eine Strategie die nicht von anderen Strategien übertroffen werden kann
>ESS hängt von den zur verfügung stehenden Strategien ab; es ist in manchmal möglich eine neue Superstrategie zu rfinden die alle anderen Strategien besiegt, Beim ESS haben alle Strategien den selben Paarungserfolg
>der ESS hängt auch davon ab ob der Gewinn im Spiel amortisiert werden kann; wenn die Abfindungen im Spiel geändert werden werden wird auch der ESS geändert; bei der Dove-Hawk-<Strategie (mixed strategy)
Replizierende Moleküle
>die ersten Objekte, die über Variaton, und Vererbungsfähigkeit verfügten waren replizierende Moleküle
>sie trugen keine Information da sie nicht für andere Strukturen codierten
>in der Protozelle waren Populationen dieser Moleküle angesammelt, eingeschlossen von etwas Membranähnlichem (compartment = Kammer)
evolutive Schritte der Endwicklung, Wandel
1) replizierendes Molekül >Populationen dieser Moleküle in Compartments
2)unabhägige Replikatoren > Chromosome
3) RNA als Gen und Enzym > DNA Gene, Proteine, Enzyme
4) Bakterielle Zellen (Prokaryonten) > Zellen mit Nukleus, Organellen (Eukaryonten)
5) asexuelle Klone > sexuelle Populationen
6) Eizeller (protists) > Tiere, Pflanzen, Pilze
7) solitäre Individuen > Kolonien (non-reproductive casts)
8)Primaten > Meschliche Gesellschaften (Sprache)
major transitions in evolution
>Replikatoren, Chromosome
>replizierende Moleküle in Organismen (Gene) sind miteinander Ende-an-Ende zu einem Chromosom verbunden, die meisten Organismen haben ein Chromosom pro Zelle
>dadurch werden bei der Replikation alle Gene repliziert nicht nur eins
> diese Situation befürwortet Cooperation zwischen den Genen eines Compartments
Stromatolithen (stromatolites)
sind biogene Sedimentgesteine, die durch Einfangen und Bindung von Sedimentpartikeln oder durch Fällung gelöster Stoffe oder durch beides infolge des Wachstums und Stoffwechsels von Mikroorganismen in einem Gewässer entstanden sind.
oft aus sehr feingeschichtetem Kalkstein.
aus ihnen: ältest bekannte Fossilien (zurück bis 3.5mrd J)
aus Lagenstruktur, von Cyanobakterien ud anderen Mikroben erzeugt
entstehen wenn Zellen am Meeresgrund wachsen und sich Sedimente über diesen Zellen absetzen; die Zellen wachsen Richtung Licht und hinterlassen unter sich eine mineralisierte Schicht;
Cyanobakterien
Blaualgen waren sozusagen verantwortlich für die Sauerstoffbildung in der Atmosphäre und sind heute fast ausgestorben
bilden eine Abteilung der Domäne Bacteria. Sie zeichnen sich vor allen anderen Bakterien durch ihre Fähigkeit zur oxygenen Photosynthese aus.
major transitions in evolution
RNA - DNA und Proteine
>Trennung zwischen zwei Klassen von Molekülen: Nukleinsäuren (DNA, RNA) und Proteine
>Nukleinsäuren lagern und vermitteln Infos, Proteine katalysieren chemische Reaktionen und formen Strukturen (bsp Muskeln, Haare)
>es scheint, dass anfangs diese Trennung nicht existiert hat, und dass die RNA beide Funktionen übernommen hat
> die Überführung von dieser RNA-Welt zu einer DNA-Protein Welt erforderte die Evolution des genetischen Codes
Endosymbionten Hypothese
besagt, dass Eukaryoten dadurch entstanden sind, dass prokaryotische Vorläuferorganismen eine Symbiose eingegangen sind. Demnach sind chemotrophe und phototrophe Bakterien von anderen prokaryotischen Zellen (möglicherweise Archaeen) durch Phagozytose aufgenommen worden und dadurch zu Endosymbionten geworden. Später haben sich die Endosymbionten zu Zellorganellen in ihren Wirtszellen entwickelt. Die Komplexe aus den Wirtszellen und den darin befindlichen Organellen sind Eukaryoten.
>Die Zellorganellen, die auch heute noch viele Merkmale von Prokaryoten tragen, sind Mitochondrien und Plastiden.
>Komplexe pflanzliche, tierische und somit auch menschliche Zellen haben damit ihren Ursprung in der Verschmelzung von Prokaryoten
Prokaryoten und Eukaryoten (Unterschiede, Eigenschaften etc)
prokaryoten:
>relativ simpel
>kein Zellkern (DNA liegt frei in der Zelle)
>meistens ein einzelnes, kreisrundes Chromosom
>kleine Ribosmomen
>in zwei der drei existenten Lebensformen vertreten (Bakterien, Archaen)
Eukaryonten
>komplexe interne Struktur
>DNA ist im Nukleus organisiert
>mehr als ein Chromosom
>Organellen (Mitochondrien, Chlosoplasten...)
>große Ribosome
>in allen komplexen multizellulären Lebewesen
asexuelle und sexuelle Reproduktion
>Haplodiploidie
Genomduplikation gefolgt von einer einfachen Form der Meiose;
Haplodiploidie bezeichnet man eine Form des genetischen Geschlechts, bei der ein Geschlecht nur einen Chromosomensatz trägt (haploid) und das andere Geschlecht den doppelten Chromosomensatz (diploid). Üblicherweise ist das männliche Geschlecht haploid.
Man kann zwei Grundtypen der Haplodiploidie je nach Entstehung unterscheiden:
- Arrhenotokie - haploide Individuen entstehen durch Parthenogenese
- Pseudoarrhenotokie - haploide Individuen durch nachträglichen Verlust des väterlichen Genoms
Da das Genom der Männchen auch in der Mutter und in den weiblichen Geschwistern zu finden ist und somit eine extreme Verwandtschaft vorliegt, vermutet man, dass Haplodiploidie die Staatenbildung begünstigt.
asexuelle und sexuelle Reproduktion
>lebenszyklus mit Syngamie (Vorgang, bei dem gegengeschlechtliche Zellen – meist Gameten – vollkommen miteinander verschmelzen.) und one-step meiosis
Endomitose wird repliziert durch Fusion; ein sexueller Zirkel
die Vermehrung der Chromosomenzahl ohne Kernteilung. Es kommt dabei weder zur Auflösung der Kernmembran noch zur Bildung einer Mitosespindel, während der Prometaphase jedoch werden die Tochterchromatiden voneinander getrennt
major transitions in evolution
>Protisten, Tiere, Pflanzen, Pilze
Protists = „Erstlinge“sind eine Gruppe nicht näher verwandter mikroskopischer Lebewesen, die jedoch lange als Taxon (systematische Einheit) betrachtet wurde. Dazu gehören alle ein- bis wenigzelligen Eukaryoten, also Algen, einige Pilze und Protozoen.
> Protisten existieren als einzelne Zellen oder manchmal als Kolonien
>Tiere, Pflanzen und Pilze sind aus vielen verschiedenen Zelltypen zusammengesetzt; dafür trägt jedes Individuum mehrere Tausend oder Millionen Kopien der genetischen Information
>Obwohl die alle Zellen der Tiere, Pflanzen und Pilze die selbe Information enthalten unterscheiden sie sich stark in Gestalt, Aufbau und Funktion
>Multizellularität etwickelte sich wahrscheinlich dreimal in Eukaryoten
Ursprünglich wurde in der Taxonomie nur zwischen Tieren (Animalia) und Pflanzen (Plantae) unterschieden. Später kamen einzellige Organismen unter dem Namen Protisten (Protista) dazu. Danach trennte man die Pilze (Fungi) von den Pflanzen. Schließlich wurde Mitte des 20. Jahrhunderts eine fundamentale Unterscheidung zwischen einzelligen Lebewesen mit Zellkern, Eukaryoten (Eukaryota) und solchen ohne Zellkern, Prokaryoten eingeführt
major transitions in evolution
>solitäre Individuen - Kolonien
manche Tiere, in besonderem Maße Ameisen, Bieen, Termiten und Wespen leben in Koloien in welchen nur ein paar reproduktiv tätig sind.
Die Kolonien sind also vergleichbar mit einem Superorganismus in analogie mit einem multizellularen Organismus.
Die sterilen Arbeiter sind analog zu den Körperzellen, die reproduzierenden Ind. zu den Gameten.
Es wurde geschätzt, dass ein drittel der tierischen Biomasse des Amazonas Regenwaldes aus Ameisen und Termiten besteht. Das selbe gilt womöglich auch für andere Habitate
Adaptive Radiation
>some Facts
>.. ist die Evolution der ökologischen und Phänotypischen Diversität innerhalb einer sich immens vervielfachenden Abstammungslinie
>.. sie beinhaltet die Differenzierung eines einzigen Vorfahrens und transportiert diese in ein Aufgebot vo Spezies die eine vielfältige Umgebung bewohnen. Sie unterscheiden sich in morphologischen/physiologischen Merkmalen und schöpfen diese Umwelt aus
>Adaptive Radiation beinhaltet sowohl Spezitation als auch phänotypische Auffächerung um divergenten Umfeldern angepasst zu sein
Auffächerung (Radiation) einer wenig spezialisierten Art in viele stärker spezialisierte Arten durch Herausbildung spezifischer Anpassungen (Adaptationen) an die vorhandenen Umweltverhältnisse. Damit verbunden ist die Ausnutzung unterschiedlicher, vorher nicht besetzter ökologischer Nischen. Diese Vorgänge werden auch als Kladogenese (Verzweigung), Idioadaptation (Selbstanpassung), Allogenese (Artveränderung) oder Allomorphose (Formveränderung) bezeichnet.
Kladogenese (Verzweigung)
Prozess im Verlauf der Phylogenese, bei dem eine „Stammart“, das heißt eine evolutionäre Linie, sich in Schwesterarten aufspaltet (Artbildung). Bei der Kladogenese entstehen in der Regel zwei (oder mehr) neue evolutionäre Linien. Im Gegensatz zur Anagenese erhöht sich bei der Kladogenese die Artenzahl und damit die Biodiversität.
Idioadaptation
Selbstanpassung
Allogenese
Artveränderung
Allomorphose
Formveränderung
adaptive radiation
>gemeinsame ABstammung
dazugehörige der adaptiven Radiation sind charakterisiert durch ihre gemeinsame Abstammung. Dies ist nicht das selbe wie Monophylie (systematische Einheit, die einen gemeinsamen Vorfahren und alle seine Nachfahren enthält.) es müssen nämlich nicht alle der Abkömmlinge bei der Radiation eingeschlossen sein
adaptive Radiation
>Phönotyp-Umgebungs-Beziehung
in einer ad. R. besteht ein starker Bezug zwischen den diversen Phänotypen der abstammenden Spezies und den divergenten Lebensräumen in denen sie leben.
die morpholohischen und /oder physiologischen Eigenschaften die sich zwische den verschiedenen Abkömmligen unterscheiden sind nützlich um die respektive ökologosche Nische zu nutzen.
adaptive Radiation
>schnelle Spezitation
in einer a.R. ist verläuft die Spezitation für gewöhnlich schnell und rapide. Diese Spezitation kann parapatrisch (Prozess der Artbildung infolge von Veränderungen der Umweltbedingungen.), allopatrisch (gilt als eine der Hauptursachen der Artbildung. Sie kann eintreten, wenn das Verbreitungsgebiet einer Art durch äußere Prozesse wie beispielsweise Gebirgsbildung, Kontinentaldrift, Klimawandel oder Konkurrenzausschluss in zwei oder mehr Teile aufgespalten wird.) und
sympatrisch (es kann, ähnlich wie bei allopatrischer Artbildung, genetische Isolation eine wichtige Rolle spielen;die Bildung von zwei Arten, ohne dass vorher eine räumliche Trennung stattgefunden haben muss) sein.
adaptive Radiation
>kambrische Explosion
>eine der wichtigsten adaptiven Radtiationen der Erdgeschichte
>bezieht sich auf die Ausbreitung von Tieren mit hartem Skelett im Kambrium (540mio years ago)
>der Hauptbauplan des tierischen Körperbaus tritt erstmals im Zuge der kambrischen Explosion auf
>das fast gleichzeitige, erstmalige Vorkommen von Vertretern fast aller heutigen Tierstämme in einem geologisch kurzen Zeitraum von 5 bis 10 Millionen Jahren zu Beginn des Kambriums vor etwa 543 Millionen Jahren bezeichnet. Die grundlegenden Körperbaupläne vieler mehrzelliger Tierstämme, die seitdem die Erde bevölkern, sind in Gesteinen dieser Epoche erstmals eindeutig überliefert.
Burgess-Schiefer (englisch Burgess shale)
Der Burgess-Schiefer (englisch Burgess shale) ist eine der weltweit bedeutendsten Fossillagerstätten und wurde nach dem Burgess-Pass im Yoho-Nationalpark in den kanadischen Rocky Mountains am südwestlichen Sattel zwischen Mount Wapta und Mount Field benannt.
Aussterben
>some facts
>die Entdeckung dass Tiere aussterben wurde vor relativ kurzer Zeit gemacht (spätes 18.Jh.)
>Biologische Diversität ist definitiv beeinflusst von Aussterben und Ausbreitung/Auffächerung von Arten
>Das Aussterben und Austerberaten können anhand fossiler Fundstücke erforscht werden
>die Fossilen Aufzeichnungen über Ausssterben zeugen von periodisch auftretenden Massenaussterben;
K-T Extinction
Kreide-Tertiär-Grenzeist der Zeitpunkt eines geologischen Ereignisses vor 66 Mio. Jahren, das den Übergang von der Kreidezeit zum Paläogen (bis 2000 „Tertiär“) definiert. Es war der Beginn eines der größten Massenaussterben der Erdgeschichte, das insbesondere die Ära der Dinosaurier beendete. Dieser geologische Kardinalpunkt bildet auch den Übergang zwischen dem Erdmittelalter und der Erdneuzeit.
Specitation
>definition Spizies
>Spezies sind fundamentale natürliche Einheiten
>es sind unabhängige evolutionäre Elemente. Mitglieder der selben Spezies teilen einen Genpool. Mutation, Drift und Selektion wirken auf Spezies
>Taxonomen definieren Spezies nach Durchschnittswerten morphologischer oder phänetischen Charakteristika (numerische Taxonomie oder Phänetik ist ein Klassifikationssystem in der biologischen Systematik. Ziel ist die Aufstellung einer biologischen Taxonomie anhand von morphologischen Merkmalen.)
>Individuen einer Spezies sind varriieren, es gibt kein ideales oder typisches Individuum
paraphyletic Species
- paraphyletisch – das Taxon (Gruppe) hat zwar eine gemeinsame Stammform, enthält aber nicht alle Taxa, wie es beim Monophylum der Fall ist. Ein Paraphylum begründet sich durch Plesiomorphien der Schwestertaxa und wird auch als offen bezeichnet.
- Beispiel: Die Reptilien sind paraphyletisch, da die Vögel klassischerweise nicht zu ihnen gezählt werden, obwohl sie sich aus den Dinosauriern entwickelt haben und somit denselben Stamm haben wie alle anderen Tierarten der Gruppe der Reptilien. Das Taxon der Sauropsida, welches die Klasse der Reptilien und die Klasse der Vögel zusammenfasst, ist hingegen monophyletisch.
Spezies >Def. nach Mayr (1963)
Spezies sind Gruppen natürlicher Populationen die sich untereinander Kreuzen und reproduktiv von anderen solcher Gruppen isoliert sind
BSC - biological species concept
>Probleme
>Zwischenstufen (junge Spezies etc)
>BSC kann nicht mit geringen Leveln des Genfluss zwischen Taxa umgehen (Introgression beschreibt die Bewegung eines Gens, Chromosoms, Chromosomsegments oder Genoms von einer Art auf eine andere, d. h. das Prinzip und das Ergebnis, wie sich durch konventionelle Verdrängungszüchtung Hochleistungszüchtungen erstellen lassen, die ein bestimmtes Merkmal tragen.)
>asexuelle Organismen, oder Organismen mit teilweise einem Elternteil
>nur Kreuzungen und reproduktive Isolation einzubeziehen verfälscht das Bild der Evolutionsgeschichte
BSC - biological species concept
>Spezies sind Gruppen natürlicher Populationen die sich untereinander Kreuzen und reproduktiv von anderen solcher Gruppen isoliert sind (Mayr)
>reproduktive Isolation: verhindert das Verpaaren mit Mitgliedern anderer Spezies
>BSC plaziert die Taxonomie einer Spezies in den Rahmen der Populationsgenetik
>BSC erklärt warum Mitglieder einer Spezies sich ähneln und sich von anderern Spezies unterscheiden
ESC - ecological species Concept
>Mitglieder einer Spezies sind definiert durch ihre ökologische Nische und die Bedingungen unter der diese geteilt wird
>Mitglieder einer Spezies besetzen eine adaptive Zone (Anpassungszone) die sich von den Zonen der anderen Spezies in ihrem Angebot unterscheidet
>ESC basiert auf evolutionären Zusammenhängen
>Hauptproblem: abgrenzende, korrekt charakterisierende Definition der Adaptionszone einer Spezies
Reproduktive isolation
>probleme vor der Verpaarung
mechanismen die die Zeugung von hybriden Zygoten verhindern indem der Genfluss vor dem Transfer von Spermien und Pollen gehemmt wird
>Verhalten: gegenseitige Anziehung zwischen Geschlechtern verschiedener Spezies ist schwach oder nicht vorhanden was anbahnende Umwerbung unterbindet
>Ökologisch: Habitat Isolation (Anpassung an versch. Habitate in der selben Gegend verhindert oder limitiert den Genaustausch; temporale Isolation (unterschiedliche Brut-/Blütezeit); Bestäuber Isolation (reduzierter Genfluss zwischen Bedecktsamern wg. unterschiedl. Interaktion mit Bestäubern)
>Mechanisch: Hemmung normaler Kopulation wg Inkompatibilität reproduktiver Strukturen
>Paarungssystem: Evolution der partiellen oder kompletten Selbstbefruchtung oder asexueller Reproduktion resultiert in der Bildung eines neuen Taxon
reproduktive Isolation
>Barrieren nach dem Verpaaren, präzygotisch
erfolgt vor der Bildung der befruchteten Eizelle.
Mechanismen die verhindern, dass hybride Zygoten gebildet werden nach dem Spermien-/Pollentransfer aber vor der Befruchtung
>Kopulationsverhalten: mangelhaftes Paarungsverhalten das keine fruchtbare Verpaarung erlaubt
>genetische Isolation: Nichtkompetitive gametische Isolation (immanente Probleme mit dem Transfer, Lagerung oder Befruchting heterospezifischer Gameten bei einzelnen Befruchtungen unter Mitgliedern verschiedener Spezies) ; Kompetitive gametische Isolation (heterospezifische Gameten werden nicht richtig transferiert, gelagert oder bei der Befruchtung verwendet wenn sie in Kokurrenz mit artgenössischen Gameten stehen)
reproduktive isolation
>Postzygotische Barrieren
erfolgt nach der Bildung der befruchteten Eizelle.
Mechanismen die die Überlebenswahrscheinlichkeit oder die Fruchtbarkeit der hybriden Zygoten reduzieren
>äußerlich: ökologische Überlebensunfähikeit (normale Entwicklung aber geringe Lebensfähigkeit das sie keine angemessene Ök.Nische finden); Verhaltenssterilität (Hybriden haben eine normale Gametogenese sind aber weniger fruchtbar als ihre Elternspezies weil sie keine Partner finden können
>innere: Hybriden Überlebensunfähigkeit (H. leiden unter Entwicklungsstörungen die Krankheiten hervorrufen); Hybriden Sterilität (H. haben Probleme bei der ENtwicklung des Reproduktionssystems oder Gameten oder leiden unter neurologischen oder physiologischen Verletzungen die sie unfähig machen erfolgreiche Partnerschaften zu führen)
Verstärkung reproduktiver Isolation durch..
>natürliche Selektion
>Verstärkung ist die Evolution divergenter Partnerpräferenzen als Antwort auf Selektion gegen Hybriden (wenn Hybriden geringe Fitness haben hat das Verpaaren mit einer falschen Spezies einen hohen Kostenaufwand zur Folge)
>Beweis: präzygotische Isolation zwischen Schwester-Spezies die in Sympatrie (Verbreitungsgebiete von Angehörigen zweier Populationen, Unterarten oder Arten überlappen sich, nahe verwandte Populationen kommen im selben geographischen Gebiet gemeinsam vor) auftritt ist größer als zwischen Paaren zwischen Spezies die in Allopatrie (Nicht-Überschneiden (die vollständige räumliche Trennung) der Verbreitungsgebiete von Arten, Unterarten oder Populationen.) leben!
biogeographie der Spezitation
>allopatrische Speziation
eine der Hauptursachen der Artbildung. Sie kann eintreten, wenn das Verbreitungsgebiet einer Art durch äußere Prozesse wie beispielsweise Gebirgsbildung, Kontinentaldrift, Klimawandel oder Konkurrenzausschluss in zwei oder mehr Teile aufgespalten wird.
Die Teilpopulationen unterliegen dann nicht den exakt gleichen Selektionsfaktoren und auch die jeweils zugehörigen Selektionsdrücke sind verschieden. So entwickeln sie sich aufgrund der geographischen Isolation in den voneinander getrennten Teilen des Verbreitungsgebietes zunehmend unabhängig voneinander weiter.
kein Genaustausch mehr zwischen den auseinander gehenden Populationen