Evolutionstheorien: Lamarck, Darwin, Synthetische

Lamarcks Evolutionstheorie

• Intensiv genutzte Körperteile entwickeln sich weiter, während ungenutzte verkümmern.
• Im Leben erworbene Eigenschaften werden an die Nachkommen weitergegeben

Darwins Evolutionstheorie (Selektionstheorie)

• Lebewesen produzieren mehr Nachkommen als benötigt, Populationen bleiben langfristig stabil.
• Die Überpopulation führt zu einem Kampf ums Dasein unter den Individuen ("struggle for life").
• Lebensräume bieten begrenzte Ressourcen, was zu einem natürlichen Wettbewerb führt.
• Nur die am besten angepassten Individuen überleben ("survival of the fittest").
• Individuen einer Art weisen eine gewisse Variationsbreite auf, was jedes Individuum einzigartig macht.
• Natürliche Selektion führt über Generationen zur Veränderung der Arten ("natural selection").

Synthetische Evolutionstheorie

• Erweiterung von Darwins Theorie mit Erkenntnissen der klassischen und modernen Genetik.
• Die Ursachen der Variabilität innerhalb einer Population sind Mutation und Rekombination.
• Mutation und Rekombination sind Evolutionsfaktoren, die den Genpool und die Allelfrequenz verändern.
• Die Evolutionsfaktoren sind die Ursache aller evolutionären Veränderungen.

Rangstufen des Systems der Lebewesen

• Population: Alle uneingeschränkt fortpflanzungsfähigen Individuen einer Art in einem begrenzten Gebiet.
• Art: Lebewesen, die sich paaren und fruchtbare Nachkommen zeugen können (biologischer Artbegriff).
• Die wissenschaftliche Bezeichnung einer Art besteht aus einem Gattungsnamen und einem spezifischen Epitheton (Zusatz). Beispiel: Globicephala melas.
• Gattung: Gruppe von Arten, die aufgrund phylogenetischer Verwandtschaft und ähnlicher Merkmale klassifiziert werden.
• Der Gattungsname ist der erste Teil der wissenschaftlichen Bezeichnung. Beispiel: Globicephala melas.
• Unterfamilie: Endet im wissenschaftlichen Namen mit "-nae"
• Familie: Endet im wissenschaftlichen Namen mit "-idae", bei Überfamilien mit "-oidae".
• Ordnung: Zum Beispiel Primaten, Paarhufer, Raubtiere, Nagetiere oder Wale bei Säugetieren.
• Klasse: Es gibt fünf Wirbeltierklassen: Fische, Amphibien, Reptilien, Vögel und Säugetiere. Diese können in Unterklassen unterteilt werden.
• Stamm: Es gibt etwa 30 Stämme, die in Wirbeltiere und Wirbellose unterteilt werden können.
• Reich: Nur für Eukaryoten; Bakterien und Archaeen werden nicht in Reiche unterteilt
  • Opisthokonta: Einzellige, mehrzellige und vielzellige Tiere und Pflanzen
  • Amoeboza: Amöbenartige Organismen und Schleimpilze
  • Rhizaria: Amöbenartige Lebewesen mit Scheinfüßchen
  • Archaeplastida: Landpflanzen, Grünalgen und Rotalgen
  • Chromalveolata: Viele eukaryotische Algen, z.B. Braunalgen
  • Excavata: Verschiedene ein- und wenigzellige Lebewesen mit Geißeln
• Domäne:
  • Eukaryoten: Lebewesen mit einem Zellkern
  • Bakterien und Archaeen (Urbakterien): Prokaryoten (Zellen ohne Zellkern)

Rekombination

• Rekombination findet in der Meiose während der Prophase 1 ("Crossing Over") statt.
• Homologe Chromosomen tauschen Erbinformationen aus, was zu genetischer Variabilität führt.

Mutation

• Punktmutation: Austausch eines Nukleotidpaars im komplementären Strang
  • Keine Auswirkung auf das codierte Protein, wenn der Austausch im nicht-codierenden Bereich stattfindet.
  • Austausch des dritten Nukleotids im Triplett kann die gleiche Aminosäure codieren (stumme Mutation).
• Missense-Mutation: Austausch der ersten oder zweiten Stelle des Tripletts führt zu einer falschen Aminosäure.
• Nonsense-Mutation: Ein codiertes Triplett wird in ein Stoppsignal umgewandelt, was zu einem funktionslosen Polypeptid führt.
• Rastermutation:
  • Insertion: Einfügen eines Nukleotidpaars
  • Deletion: Entfernen eines Nukleotidpaars.
• Veränderte Leserichtung nach Mutation für alle folgenden Tripletts und Veränderung des Proteins

Selektion

• Rekombination und Mutation führen zu unterschiedlicher Anpassung an die Umwelt.
• Selektion ist ein Evolutionsfaktor, der auf der Variabilität innerhalb einer Art basiert.
• Die Selektion wird durch biotische und abiotische Faktoren beeinflusst:
  • Abiotische Faktoren: Temperatur, Feuchtigkeit, Strahlung, pH-Wert, Wind, Nährstoffe.
  • Biotische Faktoren (Innerartlich): Revierkonkurrenz, Konkurrenz um Nahrung, Konkurrenz innerhalb eines Geschlechts.
  • Biotische Faktoren (Sexuell): Konkurrenz um Paarungspartner, Konkurrenz bei der Partnerwahl.
  • Biotische Faktoren (Zwischenartlich): Fressfeinde, Konkurrenz um Ressourcen, Parasitismus, Symbiose.
  • Künstliche Faktoren: Zuchtwahl durch den Menschen.

Selektionstypen

• Transformierende (gerichtete) Selektion: Verschiebung des Verteilungsmaximums eines Merkmals aufgrund veränderter Lebensbedingungen und einseitigem Selektionsdruck.
• Stabilisierende Selektion: Begünstigung der häufigsten Merkmalsausprägung unter konstanten Umweltbedingungen, Stabilisierung des Mittelwerts und Verringerung der Variationsbreite.
• Disruptive (aufspaltende) Selektion: Begünstigung extremer Merkmalsausprägungen und Benachteiligung mittlerer Ausprägungen, was zu erhöhter genetischer und phänotypischer Vielfalt führt. Entsteht oft durch Parasiten, Fressfeinde oder Krankheiten.

Gendrift

• Der Gendrift ist eine zufällige Veränderung der Allelfrequenz in einer Population
• Diese Veränderung wird nicht durch Selektion oder Mutation verursacht wird.
• Der Gendrift kann die Selektionsfaktoren stark beeinflussen.

Weitere wichtige Begriffe

• Genpool: Gesamtheit aller Gene einer Population.
• Allelfrequenz: Häufigkeit bestimmter Allele in einer Population, beeinflusst Genotypen und Phänotypen.
• Teilpopulation: Untergruppe einer Population mit engerem reproduktivem Austausch innerhalb eines Bestands.
• Flaschenhalseffekt: Drastische Verkleinerung einer Population (z.B. durch Naturkatastrophen) führt zu einem Verlust an genetischer Variabilität.
• Gründereffekt: Eine neue Population wird mit einem kleinen Genpool aus einer zufälligen Auswahl von Allelen gegründet was oft zu Inzucht führt.
• Der Genpool einer natürlichen Population ist nie stabil und ändert sich ständig durch Zu- und Abwanderung, Mutation, ungleiche Paarungswahrscheinlichkeiten und Zufallsschwankungen.

Artkonzepte

• Morphologisches Artkonzept: Individuen mit übereinstimmenden Körpermerkmalen gehören zur selben Art.
• Biologisches Artkonzept: Individuen, die sich sexuell paaren und fruchtbare Nachkommen zeugen können, gehören zur selben Art.
• Phylogenetisches Artkonzept: Individuen gehören dann zu unterschiedlichen Arten, wenn sich Populationen einer Art spalten, separate Entwicklungen durchlaufen und sich nicht (fruchtbar) fortpflanzen können.

Isolationsmechanismen

• Die Isolationsmechanismen verhindern, dass bestimmte Individuen (mehr) zu einer Art gehören, und stellen die Trennung dieser sicher.
• Isolation: Trennung des Genpools zweier Arten
• Isolationsmechanismen verhindern die Entstehung fruchtbarer Nachkommen zwischen Artgrenzen und erhalten die Genpooltrennung.

Präzygotische und Postzygotische Isolationsmechanismen

• Präzygotische Isolationsmechanismen (vor der Entstehung einer Zygote):
  • Jahreszeitliche/Tageszeitliche Isolation: Unterschiedliche Paarungszeiten oder Schlaf-Wach-Rhythmen.
  • Geografische Isolation: Trennung durch geografische Barrieren.
  • Ökologische Isolation: Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen im selben Gebiet.
  • Gametische Isolation: Befruchtung ist chemisch inkompatibel.
  • Ethologische Isolation: Unterschiede im Paarungsverhalten.
  • Morphologische/mechanische Isolation: Inkompatibilität der Begattungsorgane.
• Postzygotische Isolationsmechanismen (nach der Entstehung einer Zygote):
  • Genetische Isolation: Inkompatibilität des Erbguts, was zum Absterben der Zygote führt.
  • Isolation durch Hybridsterblichkeit: Frühes Versterben der Nachkommen.
  • Isolation durch Sterilität: Fortpflanzungsfähige Nachkommen sind steril.
  • Isolation durch F2-Zusammenbruch: Nachkommen zeigen geringere Fitness und Sterilität nach mehreren Generationen.

Artbildung

• Die Artbildung ist der Prozess, durch den aus einer Ursprungsart zwei verschiedene Arten entstehen.

Formen der Artbildung

• Allopatrische Artbildung: Entstehung durch geografische Isolation, wodurch kein Genaustausch mehr möglich ist.
  • Gendrift und unterschiedliche Selektionsfaktoren führen zur Anpassung.
  • Allopatrische Artbildung kann durch Auswandern oder die Entstehung von Barrieren erfolgen.
  • Wenn sexuelle Isolation entsteht, sind zwei neue Arten entstanden.
• Sympatrische Artbildung: Reproduktive Isolation innerhalb einer Stammpopulation ohne vorherige geografische Isolation.
  • Spontane Fortpflanzungsschranken entstehen.
  • Polyploidisierung bei Pflanzen: Diplode Keimzellen während der Meiose führen zu tetraploiden Nachkommen (Triploide Zygoten)
  • Bei Witwenvögeln entsteht ethlogische Isolation, indem Eier in Nester anderer Arten gelegt werden

Parapatrische Artbildung

• (para (gr.): neben, patria(gr.): Heimat)
• Artbildung Durch Besiedlung benachbarter Lebensräume.
• Eine Urart passt sich durch freien Lebensraum unterschiedlichen ökologischen Nischen an.
  • An der Grenze entstehen Bastarde/Hybriden, welche in keinen der Beiden Gebieten überlebensfähig sind.
  • Selektion gegen Bastarde

Weitere wichtige Begriffe

• Reproduktive Fitness: Fähigkeit eines Individuums zur eigenen Reproduktion.
• Unterart: Eine Gruppe innerhalb einer Art, die sich physisch und genetisch unterscheidet aber kreuzungsfähig bleibt.