Genetik

Evolutionsfaktoren sind die Ursache aller evolutionären Veränderungen. Hier erklären wir dir die einzelnen Evolutionsfaktoren – Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift und Isolation – und ihr Zusammenspiel. %Du hast keine Zeit? Kein Problem mit unserem Video verstehst du das Thema in unter 5 Minuten!

Inhaltsübersicht

Was sind Evolutionsfaktoren?

Im Laufe der Stammesgeschichte haben sich die Organismen verändert. Wir Menschen zum Beispiel haben einen aufrechten Gang entwickelt. Um die Entwicklungsvorgänge zu ermöglichen, greifen verschiedene Mechanismen – die sogenannten Evolutionsfaktoren. Durch ihr Zusammenspiel erfolgen laut der synthetischen Evolutionstheorie  alle evolutionären Veränderungen. 

Wichtige Evolutionsfaktoren sind: 

  • Mutation
  • Rekombination 
  • Selektion 
  • Gendrift
  • Isolation

Du verstehst unter Evolutionsfaktoren also Prozesse, welche die genetische Struktur einer Population verändern können – genauer gesagt ihren Genpool. Er beschreibt die Gesamtheit aller genetischen Variationen (Allele) einer Population. 

Zusammenspiel der Evolutionsfaktoren

Das Zusammenspiel der Evolutionsfaktoren/ Evolutionsmechanismen sorgt also für evolutionäre Veränderungen innerhalb von Populationen. Aber was sind Populationen eigentlich genau?

Eine Population ist eine Gruppe von Individuen einer Art, die den gleichen Lebensraum haben und sich miteinander fortpflanzen können. Sie alle besitzen einen unterschiedlichen Genotyp (genetische Zusammensetzung). Alle Gene bzw. Genvarianten (Allele ) einer Population bilden den Genpool. Er enthält also den Gesamtgenbestand einer Population. Ein Gen kann in verschiedenen Zustandsformen (Allelen) vorkommen. So sorgt ein Allel für die Ausbildung einer roten Federfarbe, eins für eine gelbe Federfarbe und ein anderes für eine grüne Federfarbe. Die ausgeprägten Merkmale – also hier die Federfarbe – nennst du dann Phänotyp

Die fünf Evolutionsfaktoren verändern nun den Genpool einer Population. Das machen sie, indem sie die Häufigkeit der einzelnen Allele – Allelfrequenz oder Allelhäufigkeit – ändern.

%<img class="" src="https://media.springernature.com/original/springer-static/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-58172-8_20/MediaObjects/154381_10_De_20_Fig2_HTML.png" alt="Prozesse der Evolution | SpringerLink" width="294" height="385" /> %Hier am besten das Beispiel mit den Vögeln oben übernehmen (rot gelb grün) und oben am besten drei Vögel (einer rot einer gelb und einer grün darstellen) Überschrift: Genpool; alt Text: Genpool, Evolution, Evolutionsfaktoren, Selektion, Mutation, Rekombination; Allelfrequenz, Genfluss, Allelhäufigkeit

Genpool, Evolution, Evolutionsfaktoren, Selektion, Mutation, Rekombination; Allelfrequenz, Genfluss, Allelhäufigkeit
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Genpool

Schauen wir uns einmal an, wie die fünf Evolutionsfaktoren miteinander in Wechselwirkung treten:  

Der Ausgangspunkt ist die Mutation: Sie liefert verändertes genetisches Material (Gene ). Über die Rekombination werden die Gene dann auf unterschiedliche Weise kombiniert. Dadurch entstehen neue Genotypen und Phänotypen. Mutation und Rekombination erzeugen also genetische Variabilität (Vielfalt).

Die Selektion gibt jetzt der Evolution die Richtung vor und orientiert sich bei der „Auslese“ an den Phänotypen. Hier findet quasi eine gerichtete Selektion („Sortierung“) anhand der Angepasstheit an die Umwelt statt. Die Phänotypen, die sich am besten an die Umwelt anpassen, setzen sich gegen nicht so angepasste Phänotypen durch. 

Zwei weitere Evolutionsfaktoren spielen bei der Auslese eine Rolle: Gendrift und Isolation. Gendrift sorgt für eine zufällige Veränderung der Allelhäufigkeit im Genpool. Dafür können zum Beispiel Naturkatastrophen verantwortlich sein. Isolation bedeutet eine Trennung einer Population in Teilpopulationen. Dadurch können neue Arten entstehen (Artbildung). 

%<img class="" src="https://docplayer.org/docs-images/73/68192211/images/5-0.jpg" alt="Mechanismen der Evolution. Übersicht. Lamarck und Darwin Variation  natürliche Selektion, sexuelle, künstliche Gendrift Artbildung adaptive  Radiation - PDF Kostenfreier Download" width="403" height="250" /> %Hier bitte Migration nicht animieren und stattdessen Isolation: evtl könnte man hier zwei Tiere (falls möglich hier Vögel verwenden wegen dem Beispiel vorher) nehmen und da dann so Kreise darum machen isolation dazuschreiben und dann jeweils zwei Pfeile davon ausgehend und Artbildung schreiben oder so: Überschrift: Zusammenspiel der Evolutionsfaktoren: alt. Text: Evolution; Selektion, Rekombination, Allelhäufigkeit, Genpool, Mutation, Isolation, Allelfrequenz, Gendrift

Evolution; Selektion, Rekombination, Allelhäufigkeit, Genpool, Mutation, Isolation, Allelfrequenz, Gendrift
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Zusammenspiel der Evolutionsfaktoren

Schauen wir uns nun die einzelnen Evolutionsfaktoren im Detail an. 

Evolutionsfaktor: Mutation

Unter Mutationen verstehst du eine Änderung der genetischen Information einer Zelle. Wichtig: Mutationen erfolgen zufällig und ungerichtet. Du kannst also nicht vorhersagen, ob und wann bestimmte Gene mutieren werden.

Mutationen können entweder spontan auftreten oder durch äußere Faktoren – sogenannte Mutagene – ausgelöst werden. Ein Mutagen kann zum Beispiel die UV-Strahlung der Sonne sein. Für die Evolution spielen vor allem Gen – oder Punktmutationen eine Rolle. Darunter verstehst du eine Veränderung in nur einem Gen. Findet die Mutation in den Zellen statt, aus denen Keimzellen (Eizelle, Spermium) hervorgehen, können die Mutationen an die Nachkommen weitergeben werden. Nur dann spielen die Mutationen auch als Evolutionsfaktor eine Rolle.

Bringt eine Mutation einem Individuum Vorteile, ist es den anderen Individuen gegenüber, die diese Mutation nicht besitzen, sozusagen überlegen. Ein Beispiel für eine vorteilhafte Mutation ist die verbesserte Wasseraufnahme eines Kaktus in der Wüste. Er besitzt dadurch eine höhere Überlebenschance. 

Durch die Mutationen kommt es dazu, dass in einer Population mehrere Allele für ein Merkmal vorkommen. Zum Beispiel gibt es bei uns Menschen ein Allel für eine braune, blaue oder grüne Augenfarbe. Mutationen können %würde glaub ich schreiben: können dafür sorgen? also für genetische Variabilität sorgen. Schau dir jetzt unser Video an, um mehr über den Evolutionsfaktor Mutation zu erfahren und weitere Mutationsarten kennenzulernen!

Zum Video: Mutation
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Evolutionsfaktor: Rekombination

Bei Lebewesen, die sich geschlechtlich fortpflanzen, kommt es dabei zu einer neuen Kombination der vorhandenen Erbanlagen. Das bezeichnest du als Rekombination. Auch dieser Evolutionsfaktor ist ein zufälliger und ungerichteter Prozess. Die Rekombination führt zu neuen Allelkombinationen. Diese können dann zu neuen Phänotypen führen. Die Rekombination kann also auch dazu führen, dass du und deine Geschwister völlig unterschiedlich ausseht, obwohl ihr dieselben Eltern habt.

Hier solltest du aber unbedingt beachten, dass im Gegensatz zum Evolutionsfaktor Mutation keine neuen genetischen Variationen entstehen. Die Rekombination sorgt für eine Andersverteilung des vorhandenen genetischen Materials. Der Genpool an sich bleibt also unverändert. 

Folgende Vorgänge sorgen für eine Rekombination und dadurch für genetische Variabilität: 

  • Die zufällige Verteilung der homologen Chromosomen vom Vater und der Mutter bei der Meiose (=interchromosomale Rekombination). Bei uns Menschen sind das 2 23 Kombinationsmöglichkeiten. 
  • Der Austausch bestimmter Gene vom Vater und der Mutter durch Crossing over  während der Meiose (=intrachromosomale Rekombination).
  • Das zufällige Aufeinandertreffen der Keimzellen bei der Befruchtung. 
Rekombination; Evolutionsfaktor, Meiose, interchromosomal
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Interchromosomale Rekombination

%Bild von Artikel Rekombination: Überschrift: Interchromosomale Rekombination; hier keine Beschriftung (nur neue Aufteilung) stattdessen die homologen Chromosomenpaare beschriften); alt Text: Rekombination; Evolutionsfaktor, Meiose, interchromosomal

%Wir haben auch ein separates Video zur Rekombination für dich vorbereitet! Schau vorbei! %Thumbnail Rekombination

Evolutionsfaktor: Selektion

Die Evolutionsfaktoren Mutation und Rekombination sorgen also für die genetische Variabilität in einer Population. Sie sind die Voraussetzung für den Evolutionsfaktor Selektion. Darunter verstehst du die „natürliche Auslese“ durch die Umwelt.

Doch nach welchem Prinzip erfolgt jetzt die Auslese? Die am besten angepassten Individuen mit vorteilhaften Merkmalsausprägungen setzen sich gegen weniger gut angepasste Individuen mit unvorteilhaften Merkmalsausprägungen durch. Das bezeichnest du auch als „survival of the fittest„. Die Fitness oder biologische Fitness wird hier durch eine hohe Überlebens- und Fortpflanzungsrate der Individuen mit den betrachteten Merkmalen bestimmt. 

Konkret bedeutet das: Gut angepasste Individuen mit vorteilhaften Merkmalsausprägungen überleben und pflanzen sich fort. Selektion wirkt also primär nicht auf die Gene, sondern auf das Aussehen (Phänotyp). Bei der Fortpflanzung geben sie ihre Gene an ihre Nachkommen weiter. Sie liefern damit einen Beitrag zum Genpool der nächsten Generation.

Die Auslese findet über sogenannte Selektionsfaktoren statt. Du unterscheidest zwischen:

Wirkt jetzt ein Selektionsfaktor auf eine Population bezeichnest du das als Selektionsdruck. Selektion ist also ein gerichteter Evolutionsfaktor. Er gibt die Richtung der Evolution vor.

Beispiel : Birkenspanner

Schauen wir uns die Selektion am Beispiel des Birkenspanners an. Von dem Schmetterling gibt es zwei Formen – eine heller gefärbte und eine dunkler gefärbte. Birkenspanner leben vor allem auf Birkenstämmen, die normalerweise eine helle Färbung aufweisen. Hier sind die hellen Birkenspanner gut getarnt vor Fressfeinden. Deshalb gibt es in Gebieten mit hellen Birken auch vorwiegend helle Birkenspanner. 

In Regionen mit viel Industrialisierung sind die Birkenstämme oft durch die Ruß- oder Staubablagerungen dunkel gefärbt. In den Gebieten findest du vermehrt Birkenspanner der dunkler gefärbten Sorte. 

%<img class="" src="https://lehrmittel.center/media/images/info/T5040av.jpg" alt="Transparentsatz Selektion-T5040av" width="390" height="292" /> %Selektion beim Birkenspanner; hier bitte so in der Art animieren (ohne Text) ; alt Text: Selektion, Industiemelanismus, Birkenspanner, Beispiel

Selektion, Industiemelanismus, Birkenspanner, Beispiel
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Selektion beim Birkenspanner

Hier gilt also: Die Birkenspanner, die sich jeweils am besten angepasst haben und somit vor ihren Fressfeinden getarnt sind, überleben und vererben ihre Eigenschaften an die Nachkommen. 

Je nachdem, wie der Selektionsdruck auf die Populationen wirkt, unterscheidest du drei Selektionstypen

  • Stabilisierende Selektion
  • Transformierende Selektion 
  • Disruptive Selektion

%Du möchtest erfahren, was es mit den verschiedenen Selektionstypen auf sich hat und noch mehr Beispiele zur Selektion kennenlernen? Dann ist unser separates Video zur Selektion genau das Richtige für dich! %Thumbnail Selektion

Evolutionsfaktor: Gendrift

Unter dem Evolutionsfaktor Gendrift verstehst du die zufällige Veränderung des Genpools. Die Allelfrequenz ändert sich also innerhalb einer Population. Das hat bei kleineren Populationen mehr Auswirkungen als bei größeren. Hier können zum Beispiel Naturkatastrophen wie Vulkanismus oder Seuchen eine Ursache für die Gendrift sein. Das kann zum Beispiel zum Aussterben von bestimmten Individuen führen. Beispielsweise überleben nur rote und grüne Vögel, die gelben Vögel sterben hingegen aus. Im Genpool befinden sich jetzt nur noch die roten und grünen Allele.

Auch bei der Gendrift handelt es sich um einen ungerichteten Evolutionsfaktor. Sie sorgt in der Regel für eine Verringerung der genetischen Vielfalt. 

Zwei Varianten bringst du häufig in Verbindung mit der Gendrift:

  • der Gründereffekt
  • und der Flaschenhalseffekt

%Wenn du mehr zur Gendrift und dem Gründer- und Flaschenhalseffekt erfahren möchtest, dann schau dir jetzt unser Video dazu an! %Thumbnail Gendrift

Evolutionsfaktor: Isolation

Der Evolutionsfaktor Isolation ist die Voraussetzung für die Bildung neuer Arten. Eine Art ist definiert als eine Fortpflanzungsgemeinschaft. Es findet also Genaustausch / Genfluss zwischen ihnen statt. Die Isolation einer Population z.B. durch eine räumliche Barriere sorgt nun für eine teilweise oder vollständige Unterbindung der Paarung. Dadurch findet auch kein Genaustausch zwischen den Individuen der Art statt. Im Laufe der Zeit unterscheiden sich die beiden Teilpopulationen dann so deutlich voneinander, dass sie sich nicht mehr untereinander fortpflanzen können. Ab dem Zeitpunkt haben sich zwei neue Arten gebildet

Du unterscheidest drei Arten der Isolation: 

  • die geographische Isolation (Separation)
  • die sexuelle Isolation 
  • die ökologische Isolation

Bei der geographischen Isolation ist eine räumliche Trennung für die Auftrennung einer Population in mindestens zwei Teilpopulationen verantwortlich. Dafür kann zum Beispiel eine geographische Barriere wie ein See, Meer oder Gletscher die Ursache sein. Du spricht hier auch von einer allopatrischen Artbildung .

Speziation, geografische Isolation, Beispiel, Separation, Selektion, Mutation, Genfluss, Genpool, reproduktive Isolation, Entstehung neuer Arten
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Allopatrische Artbildung

%<img class="" src="https://blog.studyflix.de/wp-content/uploads/2021/01/Allopatrische-Artbildung_WP_Bilder_1_2-1024x576.jpg" alt="Speziation, geografische Isolation, Beispiel, Separation, Selektion, Mutation, Genfluss, Genpool, reproduktive Isolation, Entstehung neuer Arten" width="466" height="262" /> %bitte vom Artikel allopatrische Artbildung entnehmen:)

Die sexuelle Isolation bedeutet, dass zwei Arten reproduktiv voneinander isoliert sind. Für die Isolierung sind verschiedene Isolationsmechanismen wie unterschiedliche Paarungszeiten verantwortlich. 

Unter der ökologischen Isolation verstehst du, dass sich Individuen einer Population an verschiedene neue ökologische Nischen anpassen (Einnischung). Im Laufe der Zeit können sich so aus einer Stammart mehrere Arten entwickeln, die an unterschiedliche ökologische Nischen angepasst sind. Das nennst du auch adaptive Radiation

Wenn du erfahren möchtest, wie die Artentstehung durch die adaptive Radiation im Detail abläuft, schau dir unbedingt unser Video dazu an!

Zum Video: Adaptive Radiation
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