Synthetische Evolutionstheorie
Erfahre mehr über Darwins Evolutionstheorie und wie die Molekular- und Populationsgenetik zur Entstehung der synthetischen Evolutionstheorie beigetragen haben. Verstehe, warum genetische Mutationen, Rekombination, Selektion und Gendrift die Evolution beeinflussen. Interessiert? Das und vieles mehr wirst du im folgenden Text erfahren!
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Grundlagen zum Thema Synthetische Evolutionstheorie
Die synthetische Evolutionstheorie – Biologie
Hast du schon einmal von dem britischen Naturwissenschaftler Charles Darwin gehört? Aufgrund seiner Forschungen und Beiträge zur Evolutionstheorie gilt er als einer der bedeutendsten Naturwissenschaftler seiner Zeit. In seinem Buch, das im Jahre 1859 erschienen ist und den Titel „Die Entstehung der Arten” trägt, beschreibt er die von ihm entwickelte Evolutionstheorie. Durch die Weiterentwicklung der Wissenschaft erhielt man jedoch neuere Erkenntnisse über die Evolution, es entstand die synthetische Evolutionstheorie. Die synthetische Evolutionstheorie beinhaltet immer noch Darwins Erkenntnisse als Grundstein, aber stützt sich zusätzlich auf Erkenntnisse der Molekular- und Populationsgenetik. In diesem Text wirst du lernen, was die synthetische Evolutionstheorie ist und wie die Molekular- und Populationsgenetik zu einem Fortschritt der Evolutionstheorie beigetragen haben.
Darwins Evolutionstheorie
Darwin hatte es im 19. Jahrhundert sehr schwer, denn die Naturwissenschaftler unterstützten seine Theorie nur teilweise. Er kämpfte für die Anerkennung seiner Evolutionstheorie, dass die Arten der Lebewesen veränderlich sind und lebende Arten von gemeinsamen Vorfahren abstammen. Außerdem ging Darwin davon aus, dass sich Lebewesen an ihre Umwelt anpassen und somit nur die Arten überleben, die am besten an ihre Umgebung angepasst sind. Dieses Prinzip, das wir heute als natürliche Selektion bezeichnen, wurde damals nicht verstanden, nicht anerkannt und fast vergessen. Der Grund dafür ist, dass Darwin nicht erklären konnte, wie es zu der natürlichen Selektion kommt. Auch weitere Fragen, z. B. wie es zur Variation kommt, wie Merkmale weitergegeben werden oder wie bestimmte Merkmale für die Weitergabe ausgewählt werden, konnten nicht beantwortet werden.
Die synthetische Evolutionstheorie – Definition
Die synthetische Evolutionstheorie lässt sich einfach erklären: Im Laufe des 20. Jahrhunderts konnten mithilfe der Molekulargenetik nach und nach mehr Erkenntnisse über die Evolutionstheorie gewonnen und unter anderem die vorher genannten Fragen beantwortet werden. Die Verknüpfung von Darwins Theorie mit den Erkenntnissen aus der Genetik und Zellbiologie bezeichnet man als synthetische Evolutionstheorie. Heute weiß man, dass evolutionäre Veränderungen immer von den Genen ausgehen. Die Art der Veränderung wird dabei von den folgenden vier Faktoren bestimmt:
- Mutation
- Rekombination
- Selektion und
- Gendrift
Sicherlich kennst du diese Begriffe und kannst sie vielleicht sogar erklären. Wir werden dir im Folgenden zeigen, inwiefern diese Faktoren zu einem besseren Verständnis von Darwins Evolutionstheorie verhelfen und letztendlich zur Entwicklung der synthetischen Evolutionstheorie geführt haben.
Mutation
Mutationen sind zufällige Veränderungen des Erbgutes und können zu neuen Merkmalen bei Lebewesen führen. Diese Veränderungen können dabei minimal sein und an die Nachkommen vererbt werden. Die unterschiedlichen Variationen, die Darwin erkannte, lassen sich anhand von Mutationen erklären.
Rekombination
Eine weitere Ursache für diese Variation sind bestimmte Vorgänge bei der Meiose, wie z. B. die Rekombination. Vielleicht weißt du ja schon, dass bei der Meiose die Keimzellen, also Eizellen und Spermien entstehen. Die Meiose beginnt aber mit diploiden Zellen, also Zellen mit einem doppelten Chromosomensatz. Darin befindet sich ein väterlicher und ein mütterlicher Chromosomensatz. Bei der Rekombination wird genetisches Material neu angeordnet, sodass bei Nachkommen eine sehr hohe Variation von Merkmalen möglich ist. Wie der Vorgang der Meiose genau abläuft, kannst du hier noch einmal anschauen: Meiose.
Selektion
Die Selektion bezieht sich nicht auf die Variation. Bei der Selektion haben Lebewesen einen größeren Fortpflanzungserfolg, wenn sie Merkmale aufweisen, die besser an die Umweltbedingungen angepasst sind. Diese Lebewesen pflanzen sich häufiger fort, sodass das vorteilhafte Merkmal an die Nachkommen weitergegeben wird.
Gendrift
Auch Erkenntnisse aus der Populationsgenetik sind mit in die synthetische Evolutionstheorie eingeflossen. Unter anderem ist Gendrift eine Ursache für Evolution. Gendrift beschreibt eine einmalige Veränderung der Genhäufigkeit in einer Population. Grund dafür kann z. B. eine Umweltkatastrophe sein, bei der ein großer Teil der Population ausgelöscht wird. Die Folge ist, dass einige Merkmale verschwinden und im schlimmsten Fall auch diejenigen, die sich unter den gegebenen Umweltbedingungen als Vorteil erwiesen haben. So kann es passieren, dass sich zufällig bestimmte Merkmale durchsetzen. Falls du noch mehr über die Gendrift wissen möchtest, kannst du gerne hier nachschauen: Gendrift.
Die synthetische Evolutionstheorie am Beispiel der Giraffe
Die Giraffe ist ein Beispiel, an dem man die synthetische Evolutionstheorie vereinfacht darstellen kann.
Bestimmt weißt du, dass Giraffen für ihre besonders langen Hälse bekannt sind. Die langen Hälse sind wichtig, um das Futter, also das Laub an den Bäumen, zu erreichen. Durch eine zufällige Änderung im Erbgut bzw. durch eine Mutation konnten Giraffen mit einem etwas längeren Hals als gewöhnlich entstehen. Diese Giraffen hatten einen Selektionsvorteil, da sie besser an das Laub kamen. Dadurch hatten sie eine höhere Lebenserwartung und einen größeren Fortpflanzungserfolg als die kurzhalsigen Giraffen.
Die synthetische Evolutionstheorie – Zusammenfassung
Fassen wir nun noch einmal die wichtigsten Punkte zusammen:
- Die Verknüpfung von Darwins Evolutionstheorie mit den Erkenntnissen aus der Molekular- und Populationsgenetik wird als synthetische Evolutionstheorie bezeichnet.
- Darwins Buch „Die Entstehung der Arten” ist auch heute noch von Bedeutung. Darwin fehlten nur bestimmte Elemente, um seine Theorie überzeugend zu begründen.
- Evolutionäre Veränderungen gehen immer von den Genen aus.
- Die Art der Veränderung wird durch vier Faktoren bestimmt: Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift
In dem zugehörigen Video lernst du, was die synthetische Evolutionstheorie ist. Außerdem wird dir vor allem auch die Bedeutung der Molekular- und Populationsgenetik für die Entwicklung der synthetischen Evolutionstheorie erklärt. Anschließend wird ein Bezug zu Darwins Evolutionstheorie hergestellt und du wirst verstehen können, warum Darwins Buch „Die Entstehung der Arten” auch noch heute sehr bedeutungsvoll ist. Mit diesen Informationen sollte ein Referat über die synthetische Evolutionstheorie kein Problem für dich darstellen. Auch zum Thema Die synthetische Evolutionstheorie in der Biologie haben wir einige interaktive Übungen und Arbeitsblätter. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen.
Transkript Synthetische Evolutionstheorie
Synthetische Evolutionstheorie
Hallo! Hast du dich mal gefragt, was mit dem alten Buch “Die Entstehung der Arten” von Charles Darwin im Laufe der Zeit passiert ist? Es beschreibt die von Darwin entwickelte Evolutionstheorie und ist bereits 1859 erschienen.
Durch neuere Erkenntnisse allerdings entstand die “Synthetische Evolutionstheorie”, welche immernoch die Evolutionstheorie nach Darwin als Grundstein beinhaltet. Jedoch nutzen wir heute neue Erkenntnisse der Molekular- und der Populationsgenetik, welche mit in die neue Evolutionstheorie einfließen. Was die Molekular- und die Populationsgenetik der Evolutionstheorie brachten, lernst du in diesem Video.
Du kannst dir sicher vorstellen, dass Darwin es im 19. Jahrhundert sehr schwer hatte, als er für die Anerkennung seiner Evolutionstheorie kämpfte. Zu Darwins Lebzeiten unterstützten die Naturwissenschaften seine Theorie nur teilweise: Die Arten der Lebewesen sind veränderlich. Lebende Arten stammen von gemeinsamen Vorfahren ab.
Die natürliche Selektion als Motor der Evolution wurde jedoch weder anerkannt noch verstanden und somit fast vergessen. Das lag vor allem daran, dass Darwin nicht genau erklären konnte, wie es zu der von ihm eingeführten Selektion, also der natürlichen Auslese, kommt. Die Fragen “Wie kommt es zu Variation? Wie werden Merkmale weitergegeben? Wie werden bestimmte Merkmale für die Weitergabe ausgewählt?” blieben unbeantwortet.
Im Laufe des 20. Jahrhundert haben vor allem die Erkenntnisse in der Molekulargenetik dazu geführt, dass diese Fragen beantwortet werden konnten. Man weiß nun, dass evolutionäre Veränderungen immer von den Genen ausgehen. Die Art der Veränderung wird von 4 Faktoren bestimmt: Mutation, Rekombination, Selektion und Gendrift.
Du hast diese Begriffe wahrscheinlich schon gehört oder kannst sie schon richtig gut erklären. Ich werde dir nun zeigen, inwiefern diese 4 Faktoren zum besseren Verständnis von Darwins Evolutionstheorie beitragen und zur Entwicklung der Synthetischen Evolutionstheorie führen konnten.
Du weißt sicher bereits, dass Mutationen zufällige Veränderungen des Erbgutes sind. Mutationen können zu neuen Merkmalen bei Lebewesen führen. Dabei kann es sich auch um sehr kleine Veränderungen handeln. Diese Mutationen können an die Nachkommen vererbt werden. Durch die Entdeckung von Mutationen wurde auch eine Ursache für die von Darwin genannte Variation gefunden.
Eine weitere Ursache für diese Variation sind bestimmte Vorgänge bei der Meiose. Dir ist bestimmt bekannt, dass aus den zwei Teilschritten der Meiose die Keimzellen, also Eizellen und Spermien, hervorgehen. Die Meiose beginnt aber mit diploiden Zellen. Darin befindet sich zur Hälfte der väterliche und zur Hälfte der mütterliche Chromosomensatz.
Zum besseren Verständnis sind nur zwei Chromosomenpaare dargestellt. Im ersten Teilschritt der Meiose entstehen haploide Zellen. Dabei werden die Chromosomen der diploiden Zellen getrennt. Noch vor der zufälligen Verteilung der Chromosomen auf die beiden Tochterzellen kommt es zum Crossing-Over. Die homologen Chromosomen tauschen durch Überkreuzstellung Chromatiden-Abschnitte aus.
Das bedeutet, dass anschließend nicht nur rein mütterliche oder väterliche Chromosomen auf die zwei haploiden Tochterzellen verteilt werden, sondern bereits durch das Crossing-Over verschiedene Abschnitte der mütterlichen und väterlichen Chromosomen ausgetauscht werden.
In jeder Zelle befindet sich nun ein einfacher Chromosomensatz, der zufällig aus mütterlichen und väterlichen Chromosomen mit verschiedenen Bruchstücken zusammengestellt wurde. Diese Vorgänge bezeichnet man als Rekombination. Sie führt bei den Nachkommen zu einer sehr hohen Variation von Merkmalen.
Die natürliche Selektion ist keine Ursache für Variation. Sie beschreibt den Fakt, dass Lebewesen mit Merkmalen, die sich unter den herrschenden Umweltverhältnissen als vorteilhaft erweisen, häufiger fortpflanzen als Lebewesen mit anderen Merkmalen und somit ihre Merkmale auch weitergeben.
Es sind auch Erkenntnisse aus der Populationsgenetik beim Aufstellen der Synthetischen Evolutionstheorie eingeflossen. Dabei ist eine Ursache für Evolution die so genannte Gendrift.
Gendrift beschreibt eine einmalige Veränderung der Genhäufigkeit in einer Population. Dafür kann zum Beispiel eine Naturkatastrophe verantwortlich sein, wenn sie zum Beispiel einen großen Teil einer Population auslöscht. Damit verschwinden nämlich auch einige Merkmale. Vielleicht sogar die, die sich unter den herrschenden Umweltverhältnissen als vorteilhaft erwiesen haben. Auf diese Weise kann es dazu kommen, dass sich zufällig bestimmte Merkmale durchsetzen. Nicht jede Veränderung ist also mit der natürlichen Auslese allein zu erklären. Die Berücksichtigung der Gendrift stellt eine Erweiterung von Darwins Evolutionstheorie dar.
Nun weißt du, dass Darwins Buch “Die Entstehung der Arten” auch heute noch Bedeutung hat. Darwin fehlten nur bestimmte Elemente, um seine Theorie überzeugend zu begründen.
Einige Erkenntnisse der Molekulargenetik zu Mutationen, Rekombination und aus der Populationsgenetik zum Beispiel die Gendrift wurden mit Darwins Evolutionstheorie vereint und bilden heute die Synthetisches Evolutionstheorie.
Synthetische Evolutionstheorie Übung
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Beschreibe die Faktoren für die Veränderungen eines Genpools.
TippsMutation und Rekombination beschreiben Faktoren, die direkt das Erbgut eines Indiviuums betreffen.
LösungEs gibt mehrere Evolutionsfaktoren, die Einfluss auf den Genpool einer Population haben.
Die Mutation beeinflusst dabei das Genom (also die Gene) eines bereits lebenden Individuums, während bei der Rekombination ein neues Individuum entsteht, also direkt neues Erbgut geschaffen wird. Dabei verschmelzen die Keimzellen der Mutter und des Vaters, die sich während der Meiose gebildet haben.
Die Selektion übt indirekt Einfluss auf die Population aus, da sich die Individuen vermehren, die gut an die Umwelt angepasst sind. Vertreter, die sich nicht durchsetzen können, sterben zusammen mit ihren Genen aus.
Die Gendrift kann diesen Prozess jedoch durcheinander bringen, indem der gesamte Genpool durch ein zufälliges Ereignis verändert wird. Das kann z.B. das Sterben von gut angepassten Individuen durch eine Naturkatastrophe sein.
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Fasse den Unterschied zwischen Darwins Evolutionstheorie und der Synthetischen Evolutionstheorie zusammen.
TippsDie Bedeutung der Gene als Träger der Erbinformation war Darwin unbekannt.
LösungDie Synthetische Evolutionstheorie baut auf der Evolutionstheorie von Darwin auf. Aber schon Darwin brachte die damalige Welt der Wissenschaft durcheinander. Er war einer der ersten, der sich gegen eine göttliche Schöpfungstheorie aussprach. Nach Darwin entstehen Arten nicht einfach so, sondern haben gemeinsame Vorfahren, aus denen sie sich unterschiedlich entwickelt haben. Ursache dafür sind die Variationen jedes Individuums und die Selektion. Damals im 19. Jahrhundert war der Einfluss von Genen jedoch nicht bekannt. Die Gene sind der Speicher des Erbgutes und somit das Fundament der Variation der Arten. Einflüsse wie die Rekombination konnte Darwin also nicht berücksichtigen. Auch die Effekte der Gendrift wurden erst später beschrieben und bewertet.
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Bestimme die Mechanismen der Evolution und deren Faktoren.
TippsGendrift ist eine zufällige und starke Selektion einer Population.
LösungDie Faktoren der Evolution lassen sich an den gezeigten Beispielen gut verdeutlichen. Die Variation ist die Grundlage der Selektionstheorie. Sie besagt, dass Individuen einer Art nicht alle gleich sind, sondern sich in der Ausprägung eines Merkmals unterscheiden. Durch die Wechselwirkung mit der Umwelt sind gerade die Individuen bevorzugt, deren Merkmale besser an die gegebenen Bedingungen angepasst sind (Selektion). Die Variation entsteht wiederum durch die zufällige Kombination des Erbguts der Eltern (Rekombination) und durch spontane Veränderungen des Erbguts (Mutation). Mit diesen Faktoren lässt sich die Entwicklung einer Population schon sehr gut voraussagen (bei konstanten Umweltbedingungen). Jedoch kann auch ein plötzliches Ereignis die Population beeinflussen, unabhängig von der Anpassung der Individuen. Ein solches Ereignis, welches die Population stark dezimiert, nennt man Gendrift.
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Entscheide, welche Aspekte in der Entwicklung der Froschpopulation nach Darwins Vorhersagen ablaufen und welche erst durch die Synthetische Evolutionstheorie beschrieben werden.
TippsÜberlege dir, mit welchem Fachbegriff die markierten Textabschnitte beschrieben werden könnten.
Zu der Zeit, zu der Darwin lebte, waren die molekularen Grundlagen der Vererbung noch nicht erforscht. Begriffe wie Rekombination, Mutation und Gendrift waren Darwin noch unbekannt.
Nach Darwins Evolutiontheorie verändern sich die Arten aufgrund der Selektion. Die Merkmale in einer Population sind variabel und die am besten angepassten Individuen werden von der Selektion bevorzugt.
LösungDarwin ging bereits davon aus, dass die Arten veränderlich sind und dass sie alle gemeinsame Vorfahren haben. Er entwickelte daraufhin die Selektionstheorie, die eine Veränderung von Individuen aufgrund der Variation und der Fortpflanzung beschreibt. Ihm war jedoch nicht klar, dass die Variation auf der Rekombination der Elterngene beruht.
Zudem kannte er nicht den Einfluss von Mutationen, die spontan das Erbgut verändern konnten. Auch zufällige Ereignisse, die eine Population stark verändern können (Gendrift), wurden von Darwin nicht beschrieben. All diese Faktoren sind jedoch in der Synthetischen Evolutionstheorie mit aufgegriffen worden.
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Nenne Erkenntnisse aus Darwins Evolutionstheorie.
TippsÜberlege dir, welche Erkenntnisse erst in der synthetischen Evolutionstheorie mit berücksichtigt wurden.
Die Selektion begünstigt positive Merkmalsausprägungen. Allerdings besitzen Individuen mit negativen Merkmalen schlechtere Überlebenschancen und geringeren Fortpflanzungserfolg. Welchen Einfluss hat das auf die Zahl der verschiedenen Merkmale, also die Variation?
LösungDarwin formulierte für die damalige Zeit bahnbrechende Erkenntnisse. Er behauptete, dass die Arten nicht von Gott immer neu erschaffen werden, sondern dass sie aus früheren Arten entstanden sind. Heute lebende Arten haben also gemeinsame Vorfahren, sie haben sich aber unterschiedlich entwickelt. Über den Einfluss der Mutation hat Darwin jedoch im 19. Jahrhundert noch nicht berichtet.
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Begründe, warum die Rekombination einen neuen Genotyp hervorruft.
TippsDer Genotyp beschreibt die Zusammensetzung und die Struktur aller Gene eines Individuums.
Bedenke, dass sowohl Vater als auch Mutter zunächst viele Keimzellen bilden. Ein Kind entsteht erst nach der Verschmelzung dieser Keimzellen.
LösungZunächst sollte man Mutter und Vater einzeln betrachten. Jeder besitzt einen eigenen Genotyp und unterschiedliche Merkmale. Dies beruht darauf, dass jeder 23 Chromosomen von seiner eigenen Mutter und seinem eigenen Vater besitzt, also insgesamt 46 Chromosomen in jeder Zelle. Bei der Keimzellbildung teilt sich eine Zelle, sodass nur noch Zellen mit je 23 Chromosomen entstehen. Während der Teilung werden aber die Chromosomen der Mutter und des Vater zufällig in die Zelle gezogen. Zudem tauschen homologe Chromosomen zufällige Abschnitte aus. Jede gebildete Keimzelle ist daher genetisch anders. Wenn sich nun eine Keimzelle des Vaters mit einer Keimzelle der Mutter vereinigt, erfolgt die Auswahl der jeweiligen Keimzellen wiederum zufällig und führt zu einem Individuum mit einem ganz neuen Genotyp.
Evolutionstheorien – Überblick
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Synthetische Evolutionstheorie
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Hallo :)
versuche bitte mal einen anderen Browser zu nutzen oder update deinen jetzigen, dann sollte es funktionieren :)
Ähm, bin ich die einzige, bei der der Sound mitten im Video verschwindet?
Hallo Alexander,
du hast Recht die Isolation zählt dazu. Dazu haben wir auch einige Videos die nicht mehr in diesem Video integriert werden sollten. Schau dir dazu doch mal
http://www.sofatutor.com/biologie/videos/arten-der-isolation
oder
http://www.sofatutor.com/biologie/videos/isolation-und-artbildung
an :)
Was ist mit der Isolation? Im Unterricht wurde Fünf Evolutionsfaktoren aufgezählt. Isolation, Muation, Gendrift, Selektion und Rekombination?
MfG Alexander