Gene Pool and Allele Frequency

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Questions and Answers

Welche der folgenden Mechanismen trägt am wenigsten zu den kurzfristigen Schwankungen der Allelfrequenzen in einer Population bei, die sich in einem stabilen, nicht-exponentiellen Wachstum befindet und keiner starken Selektion ausgesetzt ist?

  • Gendrift, insbesondere in kleinen, isolierten Populationen, der zu zufälligen Fixierungen oder zum Verlust von Allelen führen kann.
  • Nicht-zufällige Paarung, die die Genotypenhäufigkeiten beeinflussen kann, die Allelfrequenzen aber nicht direkt.
  • De-novo-Mutationen, die neue Allele in die Population einführen, aber typischerweise mit einer Rate auftreten, die zu gering ist, um kurzfristige Schwankungen signifikant zu beeinflussen. (correct)
  • Genfluss durch die Migration von Individuen zwischen Populationen mit unterschiedlichen Allelfrequenzen.

Wie interagieren gerichtete Selektion und stabilisierende Selektion in einer sich verändernden Umwelt, in der eine Population anfänglich gut an ihre Umgebung angepasst ist, sich die Umwelt aber allmählich ändert, so dass ein zuvor nachteiliges Merkmal allmählich vorteilhaft wird?

  • Die stabilisierende Selektion verhindert sofort jegliche Verschiebung der Merkmalswerte, bis die gerichtete Selektion stark genug wird, um diese entgegenzuwirken.
  • Die Auswirkung beider Selektionen ist additiv, was zu einer linearen Veränderung des Merkmalswerts mit konstanter Geschwindigkeit führt.
  • Die gerichtete Selektion beginnt sofort, das Merkmal in Richtung des neuen optimalen Werts zu verschieben, während die stabilisierende Selektion die Variabilität um den sich verschiebenden Mittelwert reduziert. (correct)
  • Die stabilisierende Selektion erhält zunächst den ursprünglichen Merkmalswert aufrecht und weicht dann abrupt der gerichteten Selektion, sobald sich das Fitness-Landschaftsbild umkehrt.

In einem Szenario der Coevolution zwischen einem Wirt und einem Parasiten, wie beeinflusst eine rasche Zunahme der genetischen Diversität im Parasiten, als Reaktion auf die Immunabwehr des Wirtes, die langfristige evolutionäre Dynamik des Wirtes?

  • Sie führt immer zu einem evolutionären Wettrüsten, bei dem sich Wirt und Parasit kontinuierlich gegenseitig übertrumpfen, was zu einer eskalierenden Spezialisierung führt.
  • Sie kann zu einer negativen Frequenzabhängigkeit der Selektion im Wirt beitragen, was die Diversität der Immunallele aufrecht erhält und die Wahrscheinlichkeit eines evolutionären Stillstands oder einer Koexistenz erhöht. (correct)
  • Sie führt unweigerlich zum Aussterben des Wirtes, da die diversifizierten Parasitenpopulationen exponentiell die Ressourcen des Wirtes ausbeuten.
  • Sie schwächt die Selektionskraft auf den Wirt ab, da die diversifizierten Parasiten die ursprüngliche dominante Immunantwort umgehen, was zu einer verringerten evolutionären Veränderung des Wirtes führt.

Unter welchen Umständen würde der Gründereffekt am wahrscheinlichsten zu einer maladaptiven Entwicklung einer isolierten Population führen?

<p>Wenn die Umwelt der neuen Umgebung stark von der ursprünglichen Umgebung abweicht und die Gründerpopulation zufällig einen hohen Anteil schädlicher Allele aufweist, die in der ursprünglichen Umgebung selten waren. (C)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Aussagen beschreibt am besten die Beziehung zwischen intersexueller Selektion und der 'guten Gene'-Hypothese?

<p>Die intersexuelle Selektion kann als Mechanismus für die Umsetzung der “guten Gene“-Hypothese dienen, bei dem Weibchen Merkmale wählen, die die genetische Qualität des Männchens anzeigen, was zu einer erhöhten Fitness ihrer Nachkommen führt. (D)</p> Signup and view all the answers

Ein Forscher beobachtet eine Population von Vögeln, bei der die Männchen kunstvolle Balztänze aufführen. Er stellt fest, dass die Weibchen dazu neigen, sich mit Männchen zu paaren, deren Tänze komplexer und synchronisierter sind. Wie könnte man experimentell unterscheiden, ob diese Weibchen aufgrund von 'guten Genen' oder 'sexy Sons' einen Partner wählen?

<p>Kreuzen Sie Weibchen, die komplexe Tänzer bevorzugen, mit weniger komplexen Tänzern, und beurteilen Sie die Balzpräferenzen ihrer Töchter; Bevorzugung komplexer Tänzer deutet auf 'sexy Sons' hin. (D)</p> Signup and view all the answers

Wie könnte eine neutrale Mutation, die keinen unmittelbaren Fitnessvorteil oder -nachteil mit sich bringt, dennoch die Richtung der Selektion auf ein anderes, gekoppeltes Gen beeinflussen?

<p>Durch genetischen Hitchhiking, wobei das neutrale Allel aufgrund der Nähe zu einem vorteilhaften Allel an einem anderen Locus an Häufigkeit zunimmt oder aufgrund der Nähe zu einem schädlichen Allel abnimmt. (A)</p> Signup and view all the answers

Welche der folgenden Szenarien würde am wahrscheinlichsten zu einer Frequenzabhängigen Selektion führen?

<p>Eine Population von Pflanzen, in der Individuen mit seltenen Blütenfarben von Bestäubern häufiger besucht werden, weil sie sich von den häufigeren Blütenfarben abheben. (B)</p> Signup and view all the answers

Wie beeinflusst die interchromosomale Rekombination, die während der Meiose stattfindet, die Effizienz der natürlichen Selektion bei der Entfernung schädlicher Allele aus einer Population?

<p>Sie erhöht die Effizienz der natürlichen Selektion, indem sie schädliche Allele von günstigen Allelen trennt und es der Selektion ermöglicht, unabhängig voneinander auf jedes Allel zu wirken. (C)</p> Signup and view all the answers

Unter der Annahme, dass eine Population von Organismen sowohl asexuelle als auch sexuelle Fortpflanzung praktizieren kann, unter welchen Umweltbedingungen müsste sie sich befinden, damit die sexuelle Fortpflanzung durch Coevolution mit einem Parasiten selektiv bevorzugt wird?

<p>Eine sich schnell verändernde Umwelt mit hoher Parasitenbelastung, in der neue genetische Kombinationen dringend benötigt werden, um der Parasitenresistenz zu entkommen. (B)</p> Signup and view all the answers

Flashcards

Allelfrequenz

Die relative Häufigkeit eines bestimmten Allels in einer Population.

Selektionsvorteil

Merkmal, das einem Individuum einen Ãœberlebens- oder Fortpflanzungsvorteil verschafft.

Gendrift

Zufällige Änderung der Allelhäufigkeit in einer Population, die nicht auf Selektion beruht.

Proximate Ursachen

Mechanische Ursachen eines Verhaltens oder einer Eigenschaft. Wie funktioniert es?

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Ultimate Ursachen

Evolutionäre Gründe, warum ein Verhalten oder eine Eigenschaft entstanden ist. Warum?

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Kosten-Nutzen-Analyse

Vergleich von Vorteilen (Nutzen) und Nachteilen (Kosten) eines Verhaltens in Bezug auf Ãœberleben und Fortpflanzung.

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Sexualdimorphismus

Äußerlich sichtbare Unterschiede zwischen Weibchen und Männchen.

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Coevolution

Gegenseitige Beeinflussung der Evolution zweier Arten durch aufeinander ausgeübten Selektionsdruck.

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Reproduktive Fitness

Der Fortpflanzungserfolg eines Lebewesens während seiner Lebenszeit.

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Synthetische Evolutionstheorie

Natürliche Selektion als ein gerichteter Prozess. Bestimmte Gene werden bevorzugt weitergegeben. Genetische Variabilität des Genpools nimmt ab.

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Study Notes

  • Study Notes

Effects on the Gene Pool

  • Populations live together in closed reproductive communities.
  • Populations differ in allele frequency and the frequency of individual alleles in their gene pool.
  • Allele frequencies result from complex interactions and various influences.
    • Abiotic and biotic factors
    • Changes in climate
    • Interspecific competition
    • Intraspecific competition for resources and reproductive partners
  • Selective advantage of certain alleles
    • If an allele is advantageous, it will appear more frequently in future generations.
  • New organisms from other populations shift allele frequency.

Terminology

Population

  • Individuals of a species living in a specific geographic area can interbreed.

Gene Pool

  • Total genetic material (genes + alleles) found in a population.

Allele Frequency

  • Relative frequency of a specific allele in a population.

Selection Advantage

  • Trait or characteristic that gives an individual a survival or reproductive advantage.

Interchromosomal Recombination

  • Recombination of parental genes in germ cells and fertilization.
  • Homologous chromosome pairs are randomly separated and distributed among individual germ cells.

Crossing Over

  • Exchange of segments of homologous chromosomes from father and mother.

Mutations

  • Development of different alleles through changes in the DNA sequence due to mutations.
  • DNA changes from mutations are random.
    • Introns affected = no consequences.
    • Exons affected = protein biosynthesis is negatively impacted.
  • Mutations rarely occur and are often corrected, only mutations in germ cells are important for evolutionary processes, because the offspring develop from these.

Recombination

  • During meiosis, the diploid chromosome set of the germ cells gets halved and randomly distributed to the resulting germ cells.
    • 2^n possible combinations from the diploid zygote with n chromosome pairs.
  • Interchromosomal gene recombination causes multiple possible gene combinations.
  • Crossing over = new combination variants of linked alleles → genetic variability

Selection

Directional Selection

  • An extreme expression of a trait is favored.

Stabilizing Selection

  • Extreme variants are disadvantaged.

Genetic drift

  • Random change in allele frequency in a population that creates a random division = allele frequency is different in new and old populations.
  • Two forms: Founder effect occurs when organisms are carried away from their population.
    • The carried away organisms become founders of the new population.
  • Bottleneck effect occurs through dramatic events.
    • Most individuals from a generation die.
    • Gene variants get lost.
    • The ability to adapt to environmental conditions also gets lost that restricts variability.
  • Founder effect + bottleneck effect: alleles are randomly eliminated or remain independent of their adaptive value.
  • Gene flow: inflow/exchange of alleles through immigration or emigration of individuals.

Proximate and Ultimate Causes

Proximate Causes

  • Mechanical causes of behavior or characteristics like physiological, genetic, or neuronal mechanisms.
    • They explain how something functions and what biologically/technically happens in the organism.

Ultimate causes

  • Evolutionary reasons for the emergence of a behavior or characteristic.
  • They explain how it contributes to reproductive success and why this behavior has become established through evolution.

Reproductive Fitness

  • Reproductive success of an organism during its lifetime.
    • Influences determining the amount of success
    • How successfully an individual passes on their genes to the next generation.

Cost-Benefit Analysis

  • Whether a behavior is worthwhile for an individual.
  • Comparison of advantages (benefits) and disadvantages (costs) relating to survival and reproduction.
  • Determines the reasons why an organism does something, even if it costs energy or carries risks, and why behaviors have been preserved during evolution.

Sexual Selection

Sexual dimorphism

  • Visible differences between males and females like size, color, etc.

Sexual selection

  • Explanation for sexual dimorphism, which are traits with negative effects on reproductive fitness since they increase the amount of mating.
  • Benefits of high reproductive rate outweigh the disadvantages.
Intrasexual Selection
  • Selection within one sex where the stronger prevails and can reproduce.
Intersexual selection
  • Females choose males according to the Good-Genes-Hypothesis.
    • Females choose partners whose external characteristics indicate good genes, so offspring receive the same good genes.

Coevolution

  • Reciprocal influencing of the evolution of two species through the selection pressure exerted by them.
    • If two species are in close interaction, they mutually influence each other in their development like predators and prey. - Survival pressure leads to an "evolutionary upgrade". - Prey develops protection mechanisms and/or predators develop better hunting strategies.

Host and Parasite

  • Parasites optimize their ability to exploit the host without killing it immediately.
  • Hosts develop defense mechanisms to get rid of the parasites or prevent infections.

Plants and their Pollinators

  • Plants offer nectar or pollen as food for pollinators, while pollinators help the plant reproduce by transporting pollen to it.

Theories of Evolution

Lamarck's Theory of Evolution

  • It explains the change of species that explains morphological similarities in animals and fossils.
  • Organisms change over time where every living being has an inner need for perfection like altered environmental conditions lead to altered inner needs
  • It leads to altered behaviors and the organs needed by these environmental conditions become larger and stronger.
Two laws:
  • Use or disuse of organs:
    • Use of organs leads to their adaptation and adjustment are necessary, otherwise the organism will not survive.
    • Characteristics acquired through the need for perfection are passed on to the next generation.
  • Organisms are always becoming “more perfect".
  • The theory is rejected because it does not align with genetics.

Darwin's Theory of Evolution

  • Based on the observation that organisms produce many more offspring to preserve their species.
  • Struggle for life = struggle for existence, where resources are limited.
  • Individuals of a species are in constant competition.
  • Some are more likely to survive due to their hereditary differences where those who adapt best survive.
  • Survival of the fittest is where these "best" genetic adaptations are passed on and natural selection.

Synthetic Theory of Evolution

  • Combines Darwin's theory with modern approaches where natural selection is a directed process.
    • Certain genes are preferentially passed on.
    • Genetic variability of the gene pool decreases and genetic drift and gene flow cause random changes in the gene pool.
    • Various evolutionary factors act on the gene pool and lead to evolutionary changes.
  • Mutations and recombinations are responsible for creating new genotypes.
    • Increase in genetic variability in the gene pool.

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