Evolution und Biodiversität
Der Bereich Evolution und Biodiversität prüft, wie du evolutive Mechanismen auf Daten anwendest: Variation und Selektion, Gendrift und Isolation, Hardy-Weinberg-Rechnungen, Artbegriffe, Phylogenie und die Entstehung von Biodiversität. Häufig liegen Allelfrequenzen, Sequenzvergleiche oder biogeografische Daten vor.
Synthetische Evolutionstheorie
- Evolutionsfaktoren: Mutation, Rekombination (Variation), Selektion, Gendrift, Genfluss, Isolation.
- Fitness ist der relative Fortpflanzungserfolg in einer gegebenen Umwelt – kein absoluter Wert und keine „Stärke“.
- Selektionstypen: stabilisierend, gerichtet, disruptiv; sexuelle Selektion kann Merkmale fördern, die die Überlebensfähigkeit senken.
Hardy-Weinberg
- p + q = 1 und p² + 2pq + q² = 1; p² und q² sind Genotypfrequenzen, 2pq die Heterozygotenfrequenz.
- Voraussetzungen: große Population, Panmixie, keine Selektion, keine Mutation, keine Migration. Bei Verstößen ist das Modell nur Ausgangspunkt zur Abschätzung.
Artbegriff, Artbildung, Biodiversität
- Biologisches Artkonzept: Fortpflanzungsgemeinschaft mit fruchtbaren Nachkommen; bei Fossilien und asexuellen Organismen morphologische oder phylogenetische Konzepte nutzen.
- Allopatrische Artbildung durch geografische Isolation, sympatrische Artbildung z. B. durch Polyploidie oder Wirtswechsel.
- Adaptive Radiation (Darwinfinken, Cichliden in afrikanischen Seen), Endemiten, Hotspots der Biodiversität.
- Homologie = gemeinsamer Ursprung, Analogie = konvergente Entwicklung; Kladistik arbeitet mit Synapomorphien und Monophyla.
Durchgerechnetes Beispiel
Aufgabe: Eine autosomal-rezessiv bedingte Erkrankung betrifft 1 von 10.000 Neugeborenen. Schätze die Heterozygotenfrequenz. Lösung: q² = 0,0001, also q = 0,01 und p = 0,99. Dann ist 2pq = 2 × 0,99 × 0,01 ≈ 0,0198, also rund 2 % oder etwa 198 von 10.000 Personen. Die Konduktoren sind damit etwa 200-mal häufiger als die Betroffenen – der typische qualitative Schluss, den die Aufgabe erwartet. Voraussetzung ist, dass das Modell trotz Selektion gegen die Betroffenen als Näherung akzeptiert wird.
Typische Fehlerquellen
- q² mit q verwechseln oder aus der Heterozygotenfrequenz direkt die Wurzel ziehen.
- „Survival of the fittest“ zirkulär verwenden, ohne Fitness zu definieren.
- Analogien als Verwandtschaftsbeweis deuten.
- Selektion auf Individuen, Evolution aber auf Populationen beziehen – beides vermischen.
- Hardy-Weinberg bei starker Selektion, kleiner Population oder starker Gendrift unkritisch anwenden.