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1. Mai:
Organisationsformen Algen
Korrektur bei siphonocladal
(danke an Peter)

20. Juni
:

Symbiose
Merksatz falsch angewendet
(danke an F. Geven)
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Wenn man davon ausgeht, dass Mutation und Rekombination andauernd stattfinden, so müsste die Variabilität innerhalb einer Population ständig wachsen. Dem ist aber nicht so, weil sich nur bestimmte Genveränderungen als nützlich erweisen. Das heißt, ein Inividuum mit einer sich als nützlich erweisenden Mutation wird höchstwahrscheinlich mehr Nachkommen zeugen, als seine Artgenossen. Dieses Individuum hat mehr Fitness (Tauglichkeit). Ein Individuum der Art mit ungünstigen Erbanlagen wird hingegen Probleme bekommen, ob nun in der Lebenserwartung oder eben in der Fortpflanzung, ein solches hat eine genetische Bürde ( Selektion findet statt).

 

Selektion bei BakterienIn diesem Beispiel, welches die Mechanismen von Selektion in Zusammenhang mit Mutationen aufzeigt, wurden Coli-Bakterien in vier verschiedenen Petrischalen (inkl. Nährlösung) herangezüchtet, die aber alle unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt waren.
Zwei Schalen wurden mit UV-Strahlung bestrahlt (-> Mutationsdruck hoch, weil UV-Strahlung zu Mutationen führt: Deswegen ist der Sonnenbrand auch so gefährlich). Eine davon ist mit Antibiotikum angereichert werden, weshalb der Selektionsdruck höher ist. Es kommt also eher zu Veränderungen der Art, weil eine Bedrohung, das Antibiotikum, vorhanden ist.
Zwei weitere Schalen wurden nicht bestrahlt, hatten aber auch die Unterscheidung in eine Schale mit und eine ohne Antibiotikumzusatz.

Die folgenden vier Tabs beschreiben die Folgen in den Schalen.

M = Mutationsdruck (Mutagen: UV-Strahlung), S = Selektionsdruck (Selektionsfaktor = Antibiotikum)

M=schwach/S=schwach

Der Nährboden ist von den Bakterien maximal besiedelt, da sie keinerlei natürliche Feinde oder sonstige Bedrohungen zu fürchten haben.

M=schwach/S=stark

Durch das Antibiotikum starben ein Großteil der Bakterien ab, nur sehr wenige resistente Kolonien haben sich bilden können.

M=stark/S=schwach

Durch die UV-Strahlung finden zwar viele Mutationen statt, doch der Nährboden ist wie in der ersten Schale voll besiedelt.

M=stark/S=stark

Da viel mehr Mutationen stattfinden, bilden sich auch schneller resistente Kolonien an Bakterien. Zwar sind immer noch die meisten Bakterien abgestorben, doch befinden sich viele resistente Kolonien in der Petrischale.
Den Birkenspanner gibt es in zwei verschiedenen Formen. Einer hellen und einer dunklen Form. Die dunkle Farbe wird durch den auch beim Menschen (Haut, Haare, Augen) vorhandenen Farbstoff Melanin verursacht, wobei das dafür codierende Gen dominant wirkt. Aus England kennt man folgendes Beispiel:

Vor Industrialisierung: Birken sind weiß und sind oft auch mit Flechten bedeckt, also waren auch die Birkenspanner dementsprechend getarnt bzw. weiß gefärbt, weil sie so weniger leicht für Fressfeinde zu entdecken waren.
Industrialisierung: Birken wurden rußschwarz und die Flechten starben ab. Dunkle Birkenspanner waren plötzlich im Vorteil in Sachen Tarnung und hatten damit mehr Fitness. Sie waren in relativ kurzer Zeit in der Überzahl, die dunkle Form hatte die helle verdrängt.
Heute: Filteranlagen führten zu weniger Rußpartikel in der Luft, die Birken werden wieder eher weiß und damit nimmt auch die Anzahl der hellen Birkenspanner wieder zu.

 

Birkenspanner schwarz & weiß
Dunkler Birkenspanner, klein: Helle Form

 


Selektionsmechanismen

Es gibt grob gesehen drei Arten, wie Selektion stattfinden kann. In diesem Beispiel wird von der Flügelgröße eines beliebigen Falters ausgegangen. Im Normalfall sind die Flügel mittelgroß, allerdings gibt es auch Inidividuen der Population, bei denen die Flügel größer oder kleiner als im Schnitt sind. Allerdings eher selten.

 

1. Die stabilisierende Selektion:
Populationen weisen bekanntlichermaßen eine gewisse Variationsbreite auf. Bei der stabilisierenden Selektion vermindert sich diese. Die Lebewesen mit besonders großen und kleinen Flügeln haben bei der stabilisierenden Selektion, die bei kaum vorhandenem Selektionsdruck stattfindet, weniger Fitness als die Individuen mit mittellangen Flügeln. Deshalb vermindert sich die Variationsbreite.

-> Das Merkmal, welches bisher bereits vorherrschend war gewinnt weiter an Häufigkeit.
-> Die Ausnahme wird noch seltener.

 

2. Die gerichtete Selektion:
Wie oben im Beispiel bei den Birkenspannern kann es sein, dass sich ein Merkmal, das vorher nicht von Vorteil war, plötzlich wichtig wird und an Bedeutung gewinnt. Hier spielen sich verändernde Umweltbedingungen eine wesentliche Rolle. Im Beispiel hier haben die langflügligen Falter plötzlich einen Vorteil, weil sie z.B. schneller fliegen und neuen Fressfeinden besser entweichen können oder größere Flügel mit Mustern darauf besser zur Tarnung genutzt werden können.

-> Das Merkmal, welches bisher vorherrschend war wird seltener.
-> Die Ausnahme (große Flügel) wird häufiger und ist bald schon vorherrschend.

 

3. Die aufspaltende Selektion:

Manchmal kann es sein, dass die häufigen Formen benachteiligt und die Ausnahmen, hier also große und kleine Flügel, von Vorteil sind. Das ist insofern interessant, als dass sich dadurch eine Population in zwei Teilpopulationen aufteilt, die daraufhin eine unterschiedliche weitere Entwicklung aufweisen. So könnten neue Rassen entstehen (mehr dazu unter Isolation).

-> Merkmale, die bisher vorherrschend waren werden seltener.
-> Die Ausnahmen (große & kleine Flügel) werden häufiger und sind bald häufiger als das ursprünglich vorherrschende Merkmal.

 

Selektion ist teilweise durch viele Faktoren beeinflusst. Bei Pfauen beispielsweise haben die Pfauenmännchen mit dem größten und schönsten/auffälligsten Gefieder (Oberschwanzfedern der Schleppe) einen Vorteil bei der Paarung. Die Weibchen stehen sozusagen drauf. Allerdings haben die Männchen mit großen schönen Federn gleichzeitig ein großes Handicap, denn sie können weniger gut fliegen/flüchten und sind für Fressfeinde damit eine leichtere und auch gut erkennbare Beute.

 


Selektionsfaktoren

Die Selektion bei Lebewesen hat viele verschiedene Ursachen, hier eine kurze Auflistung.

1. abiotische Selektionsfaktoren:

  • Hitze

  • Trockenheit

  • Lichtüberfluss
  • Kälte

  • Feuchtigkeit

  • Lichtmangel
Beispiel:
Eine Fliege mit großen Flügeln hat in sehr stürmischen Regionen keine Chance zum Überleben, weil sie einfach weggeht wird. Durch zufällige Mutationen im Erbgut einer der Fliegen bilden sich irgendwann einmal ihre Flügel zurück, sie verkümmern. Damit ist die Flugfähigkeit gewährleistet.
Diese Mutation setzt sich dann im Laufe der Jahre durch, da Fliegen ohne Flügel den Artgenossen mit Flügeln in dieser stürmischen Gegend überlegen sind.

 

2. biotische Selektionsfaktoren:

  • Zwischenartliche Selektion: Durch Fressfeinde, Parasiten etc.
  • Innerartliche Selektion: Durch Konkurrenz (Nahrung, Geschlechtspartner...)
  • Symbiose: Zusammenarbeit zwischen Lebewesen (z.B. Blume & Biene)
Jeder kennt die Schwebfliegen, welche Wespen zumindest von ihrer farblichen Gestaltung zum Verwechseln ähnlich sehen. Sie haben die Farbe der Wespen nachgeahmt, um potentielle Feinde damit abzuschrecken. Neben der Schwebfliegen gibt es viele andere Tierarten, die sich auf Mimikry spezialisiert haben.
Eine besonders interessante Konstellation findet sich aber bei den Korallenschlangen.
Schwebfliege

In manchen Gegenden der Erde leben sogenannte Korallenschlangen. Sie tragen, obwohl nicht zur selben Art gehörend, allesamt ähnliche Muster auf ihrer Haut. Offensichtlich wird hier ebenfalls kopiert, um sich zu schützen. Sie lassen sich folgendermaßen gliedern:
  1. Falsche Korallenschlangen:
    -> Ungiftige Vertreter (Nattern, Typ A)
    -> mäßig giftige, aber aggressiv-bissige Vertreter (Trugnattern, Typ C)
  2. Echte Korallenschlangen:
    -> tödlich giftige, aber sehr wenig aggressive Vetreter (Typ B)
Alle haben als Feinde Greifvögel.
Interessant ist hier jedoch, dass nicht etwa die beiden "falschen", die "echten" Korallenschlangen nachahmen, sondern die hoch giftigen und völlig ungiftigen die aggressiven Schlangen imitieren. Warum?
  • Wenn ein Greifvogel eine echte Korallenschlange attackiert, kann es normalerweise nur zwei Ausgänge des Kampfes geben:
    1. Der Vogel gewinnt und frisst die Schlange.
    2. Die Schlange gewinnt und der Vogel stirbt am Gift.

    Hier liegt das Problem, denn die Vögel können aus den Begegnungen mit echten Korallenschlangen keine Erfahrungen ziehen, da sie entweder sterben oder schadlos gewinnen.
  • Wenn ein Greifvogel aber eine der aggressiven Trugnattern attackiert, können insgesamt drei Kampfausgänge in Frage kommen:
    1. Der Vogel gewinnt und frisst die Schlange.
    2. Die Schlange gewinnt und der Vogel stirbt an den Bissen und/oder am Gift.
    3. Die Schlange gewinnt und der Vogel kann verletzt fliehen.

    Nummer 3 ist ausschlaggebend. Denn der Vogel wird aus seiner Niederlage lernen und in Zukunft andere Schlangen (ohne das Hautmuster) bei der Beutejagd bevorzugen.
  • Die völlig ungiftigen Vertreter sind natürlich leichte Beute für Greifvögel, deshalb werden sie in der folgenden Abbildung auch bewusst außen vor gelassen.
Aus diesen Erkenntnissen kann man auf eine Nachahmung seitens der echten Korallenschlangen und der ungiftigen Nattern schließen.
Folgende Abbildung versucht nun die Beziehungen zueinander darzustellen.



3. Sexuelle Selektion:

Selektion, die auf der Variabilität der sekundären Geschlechtsmerkmale basiert. Männchen und Weibchen haben dabei ein unterschiedliches Erscheinungsbild, hierbei spricht man vom Sexualdimorphismus. Die Geschlechter haben eine unterschiedliche Größe, Färbungen oder zeigen sonstige Unterschiede. Die Auswahl nach solchen Merkmalen bezeichnet man als sexuelle Selektion.


4. Künstliche Selektion:

Schon seit der Steinzeit greift der Mensch in die Evolution vieler Arten ein. Er züchtet/e beispielsweise Kühe so, dass sie mehr Milch am Tag geben.