Evolution und Biodiversität: Faktoren, Populationen, Artbildung
Evolution und Biodiversität prüft, wie Variation entsteht, wie Selektion und Gendrift Allelfrequenzen verändern und wie daraus Arten und biologische Vielfalt hervorgehen. Erwartet werden Populationsrechnungen (Hardy-Weinberg), die Deutung von Verwandtschaftsbeziehungen und die Bewertung von Artbildungsszenarien.
Evolutionsfaktoren
Mutation und Rekombination erzeugen Variation; Selektion, Gendrift und Genfluss verändern Allelfrequenzen. Fitness ist der relative Fortpflanzungserfolg, nicht körperliche Stärke. Selektionstypen: gerichtet (Umwelt ändert sich in eine Richtung), stabilisierend (Extreme werden benachteiligt), disruptiv (Extreme bevorzugt, Mitte benachteiligt). Gendrift ist eine zufällige Änderung, wirkt stark in kleinen Populationen und kann Allele auch ohne Fitnessunterschied fixieren.
Hardy-Weinberg
Für zwei Allele gilt p + q = 1 und p² + 2pq + q² = 1. Die Frequenzen bleiben nur konstant ohne Mutation, ohne Selektion, ohne Migration, ohne Gendrift (unendlich große Population) und bei panmitischer Paarung. Rechenweg: Die Phänotypfrequenz der rezessiven Merkmalsträger entspricht q², daraus q und p bestimmen, dann 2pq für die Heterozygoten berechnen.
Artbildung und Biodiversität
Allopatrische Artbildung: geografische Trennung, getrennte Genpools, reproduktive Isolation. Sympatrisch: ohne räumliche Trennung, etwa durch Polyploidie bei Pflanzen oder Wirtsspezialisierung. Isolationsmechanismen sind präzygotisch (zeitlich, ökologisch, mechanisch, Verhalten) oder postzygotisch (Hybridsterilität, Hybride geringer Fitness). Homologe Organe belegen gemeinsame Abstammung, analoge Organe gleiche Funktion bei unterschiedlicher Herkunft (Konvergenz). Biodiversität umfasst genetische Vielfalt, Artenvielfalt und Ökosystemvielfalt.
Durchgerechnetes Beispiel
Eine autosomal-rezessiv vererbte Stoffwechselerkrankung tritt bei 1 von 2500 Neugeborenen auf. Ansatz: q² = 1/2500 = 0,0004, also q = 0,02 und p = 0,98. Heterozygote Träger: 2pq = 2 × 0,02 × 0,98 = 0,0392, das sind rund 3,9 % oder etwa 1 von 25 Personen. Deutung: Obwohl die Erkrankung sehr selten ist, ist fast jeder 25. Träger – ein wichtiges Argument für genetische Beratung. Die Rechnung gilt nur, wenn die Hardy-Weinberg-Bedingungen näherungsweise erfüllt sind; bei starker Selektion gegen Homozygote oder bei kleinen Populationen weicht das Ergebnis ab.
Typische Fallen
- Genotypfrequenz und Allelfrequenz verwechseln (q ist nicht q²).
- Behaupten, ein dominantes Allel setze sich langfristig durch – ohne Selektion nicht.
- Gendrift und Selektion gleichsetzen: Gendrift ist zufallsbedingt.
- Artbildung ohne reproduktive Isolation behaupten; räumliche Trennung allein reicht nicht.
- Homologie und Analogie vertauschen (Walflosse vs. Fischflosse = analog).
- Hardy-Weinberg trotz sichtbarer Selektion oder kleiner Population ungeprüft anwenden.