Evolutionsfaktoren: ihr Zusammenwirken, Isolation, Mutation, Selektion, Gendrift

Evolutionsfaktoren und ihr Zusammenwirken

Evolutionsfaktor Mutationen

( =sprunghafte Veränderung des Erbmaterials):

Mutationen entstehen spontan. Durch mutagene Agentien (Strahlung, Chemikalien) können sie künstlich erzeugt werden. Mutationen sind ungerichtet und nicht als spezielle Antwort aus bestimmte Umweltfaktoren zu verstehen.

Mutanten =Träger einer Mutation

Mutationsrate= Anzahl der Mutationen pro Gen und Generation

Evolutionsfaktor Rekombination

(=Neukombination von Erbanlagen bei sexueller Fortpflanzung):

Verursacht durch:

• zufällige Verteilung väterlicher und mütterlicher Chromosomen während der Meiose

• Crossing-over während der Meiose

• Zufällige Auswahl von Ei- und Samenzelle während der Befruchtung

Rekombination führt zwar nicht zur Bildung neuer Allele, wohl aber zu neuen Allelkombinationen und damit zu Individuen mit neuen Merkmalskombinationen. Lebewesen, die sich ungeschlechtlich fortpflanzen, besitzen diese Möglichkeit der Rekombination nicht. Die Entwicklung der Sexualität bildet daher einen bedeutsamen evolutionären Schritt.

Evolutionsfaktor Gendrift

(= Veränderung von Genhäufigkeiten durch zufällige Auswahl von Genotypen):

Zufällige Auswahl von Genotypen durch folgende Faktoren:

• Geringe Populationsgröße: Spielt vor allem bei kleinen Populationen eine Rolle. Beispiel: es kann vorkommen, dass der einzige Träger eines bestimmten Allels besonders viele oder keine Nachkommen hat. Dieses bedeutet eine deutliche Änderung des Genpools

• Katastrophen: Beispiel Waldbrand, einige Individuen überleben zufällig das Ereignis. Folge, ist die Verringerung der Populationsgröße und eine Änderung des Genpools.

• Gründereffekt: Einige Gründerindividuen einer großen Stammespopulation besiedeln einen neues Lebensraum. Beispiel: Die Inseln des Galapaos-Archipels: Vögel wurden aufgrund eines Ereignisse von ihrem eigentlichen Wohnsitz verschlagen. Die derart ausgewählten Individuen bringen nur eine zufällige Auswahl von Genen aus dem Genpool der Stammpopulation mit. Die Genhäufigkeit der Population hat sich gegenüber der Ausgangspopulation deutlich verändert.

Evolutionsfaktor Selektion

(= Veränderung einer Genhäufigkeit einer Population als Folge unterschiedlicher Fitness bestimmter Individuen in einer gegebenen Umweltsituation):

Ursachen dieser unterschiedlichen Fitness:

• unterschiedliche Lebenserwartung

• unterschiedliche Fortpflanzungsrate

• unterschiedliche Fähigkeiten einen Geschlechtspartner zu finden

• unterschiedliche Generationsdauer

Selektionsfaktoren: Hierunter versteht man Umwelteinflüsse, die eine unterschiedliche Fitness der Individuen bewirken

Evolutionsfaktor Abiotische Selektionsfaktoren

(= Faktoren der unbelebten Natur):

z.B: Temperatur, Gift, Wind

Evolutionsfaktor Biotische Selektionsfaktoren

(= Faktoren der belebten Umwelt):

• Fressfeinde und Beute:

  • Tarnung: Birkenspanner, die sich der Farbe der Birkenrinde angepasst haben. Die Birkenrinde wurde aufgrund der vermehrten Industralisierung dunkler, so wurden auch die Birkenspanner dunkler.

  • Warnung: durch auffällige Farben wie rot

• Parasiten: Ein klassisches Beispiel ist das Vorkommen der Malariaerreger und die Verbreitung von Sichelzellgens. Homozygote, erkrankte Träger des Sichelzellgens (ss) sterben früher an der Sichelzellanämie. Im Blut heterozygoter Erkrankter (Ss) können sich die Erreger nicht ausbreiten. In Malariagebieten besitzen diese daher einen Selektionsvorteil. Trotz starker Selektion gegen das Sichelzellgen verschwindet das entsprechende Allel in diesen Gebieten.

• Konkurrenten: Stellen zwei nicht verwandte Arten ähnlichen Ansprüche an ihren Lebensraum, kann sich nur eine Art durchsetzen.

Selektionstypen:

• Richtende Selektion: Einseitiger Selektionsdruck auf eine Population führt zur Veränderung des Genpools in Richtung auf eine bessere Anpassung. Hält dieser Druck über mehrer Generationen an, so führt dies zur Veränderung, zum Wandel der Population.

  • Änderung der Umweltbedingungen

  • Verschiebung der Phänotypen und Genotypen

  • Wirksamkeit der Selektion: Bau und Funktion sind gleich => Trotz Verwandtschaftsverhältnisse bei gleicher Umweltbedingungen

• Stabilisierende Selektion: Ist eine Population gut an einen Lebensraum angepasst, so werden extreme Varianten eliminiert. Die Selektion verhindert einen Wandel.

  • Konstante Umweltbedingungen

  • Extreme werden eliminiert

  • Variationsbreite der Phänotypen und Genotypen vermindert sich

  • Natürliche Auslese wird beschränkt

• Disruptive Selektion: Sind Teile einer Population unterschiedlichen Bedingungen ausgesetzt, so entwickeln sich diese verschieden. Die Population zerfällt in Teilpopulationen

  • Aufgliederung der Population

  • Bestimmte Varianten

  • Benachteiligte Formen und seltene Phänotypen mit extremen Merkmalsausprägungen = Vorteil

  • Trennung von Population verantwortlich

Isolations(mechnismen)(= Unterbindung der Panmixie zwischen Individuen oder Populationen einer Art):

• geographische Isolation: Bei der geographischen Isolation kann der Genaustausch zwischen den Teilpopulationen durch Gebirgsbildung, Inselbildung oder Meerestransgressionen unterbrochen werden. Gute Beispiele sind die Darwinfinken auf Galapagos, die Kleidervögel auf Hawai oder die Aeonien (blattsukkulente Pflanzen) auf den Kanaren.

• Ökologische Isolation: Die ökologische Isolation kann durch disruptive Selektion eingeleitet werden. Es entstehen polymorphe Populationen mit Anpassung an unterschiedliche ökologische Nischen. Bei Parasiten kann z.B. die Artbildung bei ihren Wirten zur Ausbildung einer genetischen Schranke führen.

• Fortpflanzungsbiologischer Isolation: Wird die erfolgreiche Paarung zwischen Individuen einer Population eingeschränkt, spricht man von fortpflanzungsbiologischer Isolation. Sie kann z.B. durch Veränderung von Kontaktstoffen, Balzverhalten, Paarungszeiten oder durch genetische Unverträglichkeit [Esel und Pferd] bewirkt werden.

Art:

• Biologische Artdefinition [geschlechtlichen Fortpflanzung]: Eine Art ist eine sich wirklich oder potentiell fortpflanzende natürliche Population, die von anderen reproduktiv isoliert ist. MERKSATZ: „Alles was sich schart und paart gehört zu einer Art“!!!!

• Morphologische Artdefinition [ungeschlechtliche Fortpflanzung]: Eine Art ist die Gesamtheit der Individuen, die in allen wesentlichen Merkmalen untereinander und mit ihrem Nachkommen übereinstimmen.

Evolutionsfaktor Population:

Allopatrische Artenbildung: Eine Population wird räumlich in zwei Teile zerrissen. Die Tochterpopulation entwickelt sich in geographischer getrennter Arealen unterschiedlich (geographische Isolation). Sind die Unterschiede zwischen diesen so groß, dass keine fruchtbaren Nachkommen mehr möglich sind, so liegt eine reproduktive Isolation (Fortpflanzungsisolation) vor und neue Arten entstehen.

• Ablauf der allopatrischen Artenbildung: Die Auftrennung des Genpools erfolgt hierbei durch geographische Isolation. In den isolierten Arealen sind dann vor allem drei Evolutionsfaktoren wirksam:

  • Gendrift: Die Gründerindividuen eines neu besiedelten Areal tragen nur eine zufällige Auswahl des Genpools der Stammpopulation

  • Mutation und Rekombination: In den isolierten Populationen finden diese Zufallsereignisse unabhängig von der Stammespopulation statt.

  • Selektion: Die Umweltbedingungen und damit die abiotischen und biotischen Selektionsfaktoren unterscheiden sich im isolierten Areal zumeist von denen im Ausgangsgebiet.

Ist de Genfluss zwischen dem isolierten Areal und dem Stammgebiet für lange Zeit unterbunden, so häufen sich genetische Unterschiede an. Es bilden sich zunächst lokale Rassen. Weitere Trennung kann dann über eine reproduktive Isolation zur Artenneubildung führen.

Synthetische Evolutionstheorie

• die synthetische Evolutionstheorie ist die Erweiterung von Darwin durch die Erkenntnisse der Zellforschung, Genetik und Populationsbiologie

  • Genetik: molekulare Mechanismen zur Erzeugung von genetischen Variabilitäten aufgedeckt werden

  • Populationsbiologie: liefert mathematische Modelle zur Veränderung der Allefrequenz in einer Population