Aufgaben: Die Evolutionstheorien

Erkläre, was biologische Evolution ist und was die Aussage bedeutet, dass die heutigen Arten von anderen Arten der Vergangenheit abstammen.

Fasse die beiden Hauptideen Lamarcks zusammen (Gebrauch und Nichtgebrauch der Organe sowie Vererbung erworbener Eigenschaften) und erkläre, wie er den langen Hals der Giraffen deutete.

Fasse die Kerngedanken des Darwinismus zusammen: Variabilität zwischen den Individuen, Kampf ums Dasein und natürliche Selektion der am besten Angepassten.

Erkläre, was der Fixismus oder Kreationismus über Ursprung und Unveränderlichkeit der Arten vertrat und warum Fossilien von Tieren, die es nicht mehr gibt, für diese Vorstellung ein Problem waren.

Erkläre, was ein Fossil ist, wie es normalerweise entsteht und welche zwei Arten von Informationen es für die Evolution liefert: wie die Lebewesen der Vergangenheit aussahen und wie alt die Gesteine sind, die sie enthalten.

Erkläre den Satz „Nicht die Individuen entwickeln sich, sondern die Populationen“: Was geschieht mit den Individuen im Lauf ihres Lebens und was verändert sich in der Population von Generation zu Generation?

Auf seiner Reise mit der Beagle machte Darwin Beobachtungen, die ihn am Fixismus zweifeln ließen. Nenne zwei davon (zum Beispiel Fossilien ausgestorbener Arten, die heutigen ähneln, oder unterschiedliche Arten auf jeder Galápagos-Insel) und erkläre, was jede davon ihm nahelegte.

Definiere den Begriff Angepasstheit und nenne zwei Beispiele für Angepasstheiten von Lebewesen an ihre Umwelt. Erkläre, worin jeweils der Vorteil besteht.

Betrachte das Schema, das zwei verschiedene Erklärungen (A und B) dafür zeigt, wie die Giraffen zu ihrem langen Hals kamen. Gib an, welche von Lamarck und welche von Darwin stammt, und nenne den grundlegenden Unterschied zwischen beiden darin, was vererbt wird.

Was trägt der Neodarwinismus oder die synthetische Evolutionstheorie zu Darwins Ideen bei? Erkläre, wie die Genetik (Mutationen und Vererbung) die Theorie der natürlichen Selektion vervollständigt hat.

Nenne und beschreibe kurz drei Belege für die Evolution: Fossilien, vergleichende Anatomie (homologe Knochen) und Biogeografie.

Lamarcks Theorie war zu seiner Zeit nachvollziehbar. Erkläre, welche Tatsache über die Vererbung Lamarck nicht kannte, die es uns heute erlaubt, die Vererbung erworbener Eigenschaften abzulehnen, und was ein Lamarckist und was ein Darwinist dazu sagen würde, warum Gazellen schnell rennen.

Unterscheide zwischen homologen und analogen Organen anhand des Vogelflügels, des Fledermausflügels, des menschlichen Arms und des Schmetterlingsflügels und erkläre, welcher der beiden Fälle ein Beleg für evolutionäre Verwandtschaft ist und warum.

Erkläre, was rudimentäre Organe sind, und nenne zwei Beispiele (zum Beispiel den menschlichen Blinddarm oder die Beckenreste der Wale). Begründe, warum sie ein Beleg für die Evolution sind.

Bringe diese Meilensteine in die zeitliche Reihenfolge und erkläre in einem Satz, was jeder beigetragen hat: die Veröffentlichung von „Über die Entstehung der Arten“, die Wiederentdeckung der mendelschen Regeln, die Theorie Lamarcks, die Reise der Beagle und die Formulierung der synthetischen Evolutionstheorie.

Nachdem jahrelang dasselbe Insektizid verwendet wurde, sind die Mücken in einem Gebiet dagegen resistent geworden. Erkläre, warum es falsch ist zu sagen, „jede Mücke habe sich im Lauf ihres Lebens an das Insektizid angepasst“, und wie die natürliche Selektion es richtig erklärt.

Auf einer kleinen Insel vernichtet eine lang anhaltende Dürre die Pflanzen mit weichen Samen und nur die mit großen, harten Samen überleben. Ein Biologenteam misst die Schnabeldicke in einer Population von Finken vor der Dürre (Mittelwert 8,8 mm) und ein Jahr später bei den Überlebenden (Mittelwert 9,8 mm). A) Begründe mithilfe der synthetischen Evolutionstheorie, was in der Population auf phänotypischer und genotypischer Ebene geschehen ist. B) Ein Schüler meint: „Die Finken mussten sich anstrengen, um die harten Samen aufzubrechen, wodurch ihr Schnabel während ihres Lebens um 1 mm wuchs, und deshalb wurden ihre Jungen mit größeren Schnäbeln geboren.“ Widerlege seine Aussage, indem du darlegst, warum er dem Lamarckismus verfällt und wie die natürliche Selektion tatsächlich wirkt.

In einem englischen Industriegebiet wurde der Anteil dunkler (carbonaria) und heller (typica) Birkenspanner (Biston betularia) gemessen. Nach der Verabschiedung von Gesetzen gegen die Verschmutzung durch Kohle im Jahr 1960 zeigten die Aufzeichnungen: 1960 waren 90 % der Falter dunkel, 1980 50 % und im Jahr 2000 nur noch 10 %. A) Deute diese Daten, indem du den Selektionsfaktor benennst und erklärst, warum sich die Allelhäufigkeiten verändert haben. B) Sage begründet voraus, was mit dem Anteil beider Varianten geschehen würde, wenn ein neuer nachtaktiver Fressfeind eingeführt würde, der seine Beute ausschließlich über den Geruch und nicht über das Sehen aufspürt.

Analysiere die beiden folgenden Situationen: 1) Wenn man mehreren aufeinanderfolgenden Generationen von Mäusen den Schwanz operativ amputiert, werden alle Jungen der folgenden Würfe weiterhin mit intaktem Schwanz geboren. 2) Wenn man die Hoden männlicher Mäuse mit Röntgenstrahlen bestrahlt, werden viele ihrer Jungen mit Schwanzfehlbildungen geboren. A) Begründe diese Ergebnisse anhand des Unterschieds zwischen Körperzellen und Zellen der Keimbahn. B) Wenn ein Bodybuilder Gentherapie nutzen würde, um die DNA der Muskelfasern seiner Arme zu verändern und sie zu vergrößern, würden seine Nachkommen diese Muskelmasse erben? Begründe deine Antwort.

In einem sozialen Netzwerk liest du folgenden Kommentar: „Wenn der Mensch vom Affen abstammt, warum gibt es dann heute noch Schimpansen, statt dass sich alle in Menschen verwandelt haben?“ Verfasse eine wissenschaftliche Antwort, die diesen Zweifel ausräumt: A) Benenne die zwei begrifflichen Fehler über die Funktionsweise der biologischen Evolution, die der Satz enthält. B) Nutze das Modell des Stammbaums, um die tatsächliche Beziehung zwischen Schimpansen, Menschen und ihrem gemeinsamen Vorfahren zu erklären, und begründe, warum Schimpansen „evolutionäre Cousins“ und keine „Vorfahren“ sind.

Die Orchidee Angraecum sesquipedale speichert Nektar am Grund einer fast 30 cm tiefen Röhre, und nur der Schwärmer Xanthopan morganii mit einem Rüssel ähnlicher Länge kann ihn trinken und die Pflanze bestäuben. A) Erkläre das evolutionäre „Wettrüsten“ (Koevolution) zwischen beiden: Welchen Selektionsvorteil brachte es der Pflanze, dass ihre Röhre länger war als der durchschnittliche Rüssel, und welcher Selektionsdruck zwang den Schwärmer, seinen Rüssel zu verlängern? B) Wenn eine Krankheit diesen Schwärmer plötzlich ausrotten würde, sage das evolutionäre Schicksal der Orchidee voraus und widerlege die Vorstellung, die Pflanze könne „ihren Nektar willentlich verändern, um andere Insekten anzulocken“.

Bei der Untersuchung einer Abfolge mariner Gesteinsschichten, die 12 Millionen Jahre umfassen, entdeckt ein Paläontologenteam, dass eine Weichtierart 10 Millionen Jahre lang genau dieselbe Gestalt behält. In einer Schicht, die einen abrupten Wandel von nur 40 000 Jahren darstellt, verschwindet die Art jedoch und es entstehen zwei sehr unterschiedliche Folgearten, die die übrige Zeit stabil bleiben. A) Vergleiche, wie der phyletische Gradualismus Darwins und die Theorie des unterbrochenen Gleichgewichts von Gould und Eldredge diesen Fossilbericht erklären würden. B) Begründe, warum das „schnelle“ Tempo, das das unterbrochene Gleichgewicht vertritt, der natürlichen Selektion nicht widerspricht und keine augenblicklichen Veränderungen bedeutet.

Die berühmte Abbildung vom „Marsch des Fortschritts“ zeigt eine Reihe, in der vierfüßige Primaten sich Schritt für Schritt aufrichten, bis sie im Menschen gipfeln, und vermittelt die Vorstellung, die Evolution sei eine Leiter zur Vollkommenheit. A) Widerlege diese Vorstellung anhand der Gegenbeispiele des evolutionären Erfolgs der Bakterien (einfache einzellige Organismen seit mehr als 3500 Millionen Jahren) und der inneren Parasiten wie der Bandwürmer (die komplexe Organe wie das Verdauungssystem verloren haben). B) Begründe, warum in der Biologie der Begriff „Anpassungserfolg“ nicht „höhere Komplexität“ bedeutet, und erkläre, warum die natürliche Selektion kein Ziel und keinen inneren Zweck hat.

Ein Labor untersucht ein unbekanntes Zellorganell aus dem Zytoplasma einer Amöbe und erhält folgende Daten: Es besitzt eine Doppelmembran (die innere ohne Cholesterin, ähnlich der bakteriellen), enthält Ribosomen der Größe 70S und besitzt ein ringförmig geschlossenes DNA-Molekül, das sich unabhängig vom Zellkern replizieren kann. Außerdem stoppt ein Antibiotikum, das die Proteinsynthese von Bakterien blockiert, die Funktion des Organells. A) Deute diese Ergebnisse und begründe, wie sie die Endosymbiontentheorie von Lynn Margulis stützen. B) Erkläre, welchen Paradigmenwechsel diese Theorie gegenüber der traditionellen Sicht der Evolution bedeutete, die ausschließlich auf der Konkurrenz zwischen Lebewesen beruhte.