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Evolution

Frage

Definiere folgende Begriffe der synthetischen Evolutionstheorie:


  1. Artbegriff
  2. allopatrische Artbildung
  3. sympatrische Artbildung
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Antwort

  1. Individuen einer Art stimmen in wesentlichen Merkmalen überein und können (zumindest gelegentlich) fortpflanzungsfähige Nachkommen zeugen.
  2. Artbilung durch geographische Isolation, beispielsweise durch Kontinentaldrift, Gebirgsbildung, Klimawandel, etc. Nachfolgend entwickeln sich die Populationen aufgrund von unterschiedlichen Selektionsfaktoren, Mutationen und unterschiedlichen Selektionsdrücken in verschiedene Richtungen.
  3. Entstehung von Arten im Gebiet der Ursprungsart. Dabei kommt es beispielsweise durch Polyploidisierung bei Pflanzen oder eine disruptive/abspaltende Selektion zu einer reproduktiven Isolation der neuen Art.
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Frage

Ökologische isolation
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Populationen leben im gleichen Gebiet aber vers ökologische nischen 
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Zeitliche Isolation 
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Gleiches Gebiet aber vers Zeiten geschlechtsreif 
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Verhaltensbedingte isolation 
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Vers. Paarungsverhalten 
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Mechanische Isolation 
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Unterschiedlicher Bau der Geschlechtsorgane 
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Darwins Evolutionstheorie
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Durch Selektion werden stärkste Gene der Art weiter gereicht.
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Welche Aussage trifft auf Ribosomen zu?

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Ribosomen kommen nur in Pflanzenzellen vor.

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Tropismus 

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Ein Tropismus ist eine nach Reizen ausgerichtete Wachstumsbewegung einzelner Organe.

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Chemo-Tropismus

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Andere Wachstumsbewegung findet man bei Wurzeln, die auf bestimmte Stoffe zu oder von anderen Stoffen weg wachsen. Man spricht hier von Chemo-Tropismus. 

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Frage

Thigmo-Tropismus 

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Oder bei den Ranken vieler Kletterpflanzen wie Bohnen oder Zaunrüben, die Thigmo-Tropismus zeigen. Deren Ranken wachsen solange suchend umher, bis sie einen Halt
finden.

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Nastie 

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Eine Nastie ist eine Bewegung einzelner Organe, deren Richtung anatomisch vorgegeben ist. Eine Nastie wird zwar durch einen Reiz ausgelöst, ist aber nicht nach dem Reiz ausgerichtet.

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Thigmo-Nastie

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Thigmo-Nastie demonstriert das heimische Springkraut: Berührt man die Früchte so explodieren sie förmlich und schleudern turgordruckgetrieben die Samen von sich.

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Seismo-Nastie 

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Seismo-Nastie zeigt der heimische Sauerklee: Erschütterungen von
fallenden Regentropfen bewirken das Absenken der Blätter.


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Frage

Venusfliegenfalle

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Seismo- oder thigmonastische Bewegungen, die durch Insekten
ausgelöst werden, schließen die Klappfallen der Venusfliegenfalle

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Frage

Mimose

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Besonders eindrucksvoll sind die Seismo-, Chemo-, oder Thermo-
Nastien der Fieder und Fiederchen der Mimose. In ihren Blättern
werden die Signale des Reizes mit ca. 5 –10 cm /s transportiert. Erst
nach ca. 15 Minuten sind die Gelenke einer gereizten Mimose
wieder mit Zellsaft „aufgepumpt“ und die Blätter voll aufgerichtet.

Besonders eindrucksvoll sind die Seismo-, Chemo-, oder Thermo-
Nastien der Fieder und Fiederchen der Mimose. In ihren Blättern
werden die Signale des Reizes mit ca. 5 –10 cm /s transportiert. Erst
nach ca. 15 Minuten sind die Gelenke einer gereizten Mimose
wieder mit Zellsaft „aufgepumpt“ und die Blätter voll aufgerichtet.

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Frage

Phytohormone


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Phytohormone sind organische Substanzen, die als Wachstumsfakto-
ren das Wachstum von Pflanzen regulieren. Da Phytohormone, wie
Hormone, schon bei geringsten Konzentrationen wirken und über das
Leitungssystem der Pflanze transportiert werden, bezeichnet man sie
auch als Pflanzenhormone.

Phytohormone sind organische Substanzen, die als Wachstumsfakto-
ren das Wachstum von Pflanzen regulieren. Da Phytohormone, wie
Hormone, schon bei geringsten Konzentrationen wirken und über das
Leitungssystem der Pflanze transportiert werden, bezeichnet man sie
auch als Pflanzenhormone.

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Frage

Auxine 

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Auxine werden in der Spross-Spitze und in jungen Blättern gebildet.
Sie fördern die Zellteilung z. B. in Spross-Meristemen und regen das
Streckungswachstum an, indem sie die Dehnbarkeit der Zellwände
erhöhen. Auxine fördern somit das Wachstum des Hauptsprosses.
Gleichzeitig unterdrücken Auxine die Bildung von Seitensprossen und
fördern die Wurzelbildung. Auxine spielen eine wichtige Rolle beim
positiven Foto-Tropismus vieler Pflanzen.

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Frage

Taxien

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Taxien sind nach Reizen ausgerichtete Fort-Bewegungen.

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Frage

Nastien

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Nastien sind Bewegungen einzelner Organe, deren Richtung anatomisch vorgegeben ist. Alle Nastien werden
durch Reize ausgelöst, sind aber nicht nach Reizen ausgerichtet.

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Tropismen

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Tropismen sind nach Reizen ausgerichtete Wachstumsbewegungen einzelner Organe.

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Frage

Evolution

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Antwort

Evolution: Stammesgeschichtliche Entwicklung der Lebewesen in
Richtung einer besseren Angepasstheit an die Umwelt (meist Entwick-
lung von einfacheren zu höher entwickelten Formen).

Evolution: Stammesgeschichtliche Entwicklung der Lebewesen in
Richtung einer besseren Angepasstheit an die Umwelt (meist Entwick-
lung von einfacheren zu höher entwickelten Formen).

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Frage

Evolutionstheorien

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LAMARCK: Schrittweise aktive Anpassung der Arten.
Grundsätze der Theorie:
– Ständiger Gebrauch von Organen lässt diese größer und stärker
werden; bei Nichtgebrauch verkümmern sie.
– Erworbene Anpassungen werden vererbt.
– Treibende Kraft ist ein „Vervollkommnungstrieb“ (Streben nach
Anpassung).



DARWIN: Passiver Artwandel durch Selektion.
Grundsätze der Theorie:
– Alle Arten haben mehr Nachkommen, als für die Erhaltung der
Art notwendig sind (Überproduktion).
– Die Individuen einer Art unterscheiden sich (Variabilität). Viele
Unterschiede sind erblich.
– Im Überlebenskampf / Konkurrenzkampf (struggle for life) haben
die verschiedenen Individuen ungleiche Chancen.
– Die am besten an die Umwelt angepassten Individuen einer Art
überleben (survival of the fittest) = natürliche Auslese (Selekti-
on).
– Vorteilhafte Eigenschaften werden vererbt und so immer häufiger
unter den Individuen einer Art (Artwandel).

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Frage

Biologischer Artbegriff

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Antwort

Zu einer Art fasst man alle Lebewesen
zusammen, die sich miteinander kreuzen können und deren Nachkommen fruchtbar sind.

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Morphologischer Artbegriff

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Antwort

Lebewesen, die untereinander und
mit ihren Nachkommen in allen wesentlichen Merkmalen überein-
stimmen, werden zu einer Art zusammengefasst.

Lebewesen, die untereinander und
mit ihren Nachkommen in allen wesentlichen Merkmalen überein-
stimmen, werden zu einer Art zusammengefasst.

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Frage

Homologie

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Organe bzw. Merkmale, die auf einen gemeinsamen Grundbauplan
zurückgehen, bezeichnet man als homolog. Homologien werden als
Hinweise auf stammesgeschichtliche Verwandtschaft (gemeinsame
Erbinformationen) gedeutet.

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Frage

Homologiekriterien


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– Kriterium der Lage: Organe und Strukturen sind homolog,
wenn sie in einem vergleichbaren Gefügesystem die gleiche Lage
einnehmen.
Das Skelett der Extremitäten von Säugetieren ist vom Schulter-
gürtel ausgehend aus Oberarmknochen, Elle und Speiche, Hand-
wurzel-, Mittelhand- und Fingerknochen aufgebaut.
– Kriterium der Kontinuität: Homologe Organe und Strukturen
sind daran zu erkennen, dass sie durch Übergangsformen mitei-
nander in Verbindung stehen.
Die Entwicklung der Gehörknöchelchen der Säugetiere (Hammer,
Amboss, Steigbügel) aus Schädel- und Kieferknochen der Fische
lässt sich über Zwischenstufen bei Amphibien und Reptilien ver-
folgen.
– Kriterium der spezifischen Qualität: Organe sind unabhängig
von ihrer Lage als homolog zu bezeichnen, wenn sie in mehreren
besonderen Einzelheiten übereinstimmen.
Zähne von Säugetieren und Schuppen in der Haut der Haifische
weisen trotz ihrer unterschiedlichen Lage übereinstimmende Bau-
merkmale auf: Zahnschmelz überzieht das Zahnbein, beide Struk-
turen sind innen hohl.

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Biogenetische Grundregel nach Ernst HAECKEL

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In der Embryonalentwicklung eines Lebewesens (Ontogenese) wer-
den Merkmale seiner stammesgeschichtlichen (phylogenetischen)
Vorfahren angelegt, die dem Erwachsenenstadium fehlen.
– Hintergliedmaßen und Haarkleid beim Walembryo ⇒ an Land
lebende Säugetier-Vorfahren
– Embryonen von Vogel und Mensch mit verlängerter Schwanzwir-
belsäule

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DNA-Hybridisierung

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Erzeugung von Hybrid-DNA-Doppel-
strängen aus DNA zweier Arten → Erwärmung der Hybrid-Dop-
pelstränge bis zur Auftrennung.
Je näher die Verwandtschaft zwischen den Arten, desto ähnlicher
ist die Nukleotidsequenz ihrer DNA und umso mehr komplemen-
täre Basenpaarungen sind möglich ⇒ Je höher die für die Auf-
trennung nötige Temperatur, desto mehr komplementäre Basen-
paarungen sind zu lösen und desto enger ist die Verwandtschaft.

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Frage

Aminosäuresequenzanalyse

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Ermöglicht einen direkten Ver-
gleich der durch Gene codierten Primärstruktur von Proteinen.
Das Cytochrom c (Elektronen übertragendes Enzymprotein der
Zellatmung, das in allen aeroben Lebewesen vorkommt) besteht
aus einer Kette von 104 Aminosäuren. Nur etwa ein Drittel der
Aminosäuren darf nicht verändert werden, um die Funktion zu er-
halten. Aus den Unterschieden in den Aminosäuresequenzen der
veränderbaren Bereiche, die auf Mutationen zurückgehen, lässt
sich ein Cytochrom-c-Stammbaum aufstellen.

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Synthetische (erweiterte) Evolutionstheorie

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Vereinigung der Theo-
rien DARWINS mit Erkenntnissen aus fast allen Bereichen der Biologie
(Genetik, Ökologie, Ethologie); Population steht im Zentrum der Evo-
lutionsvorgänge, nicht wie bei DARWIN die Art.

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Population

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Antwort

Gruppe von Individuen einer Art, die zur gleichen Zeit im gleichen Raum leben und eine Fortpflanzungsgemeinschaft bilden.

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Genpool

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Gesamtheit aller Gene bzw. Allele in einer Population.
Populationsgenetisch betrachtet tritt Evolution auf, wenn sich die
Gen- bzw. Allelfrequenzen (-häufigkeiten) im Genpool einer Popula-
tion ändern.

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Biotische Selektionsfaktoren

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Faktoren der belebten Umwelt
Fressfeinde, Beute, Konkurrenz, Einflüsse des Menschen

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Fressfeinde und Beute

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• Tarnung: Schützt vor Entdecktwerden, z. B. durch Färbung und Musterung, die der Umgebung entspricht; Mimese: Tar-
nung durch Nachahmung von Gegenständen / Pflanzen.
Stabheuschrecken, Spannerraupen
• Warnfarben: Signalisieren Fressfeinden Gefährlichkeit.
Gelb-schwarze Färbung der Wespen.
• Mimikry (Scheinwarntracht): Nachahmung gefährlicher Ar-
ten mit Warnfarben durch völlig harmlose Organismen.
Schwebfliegen ahmen Wespen nach.

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Frage

Konkurrenz

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Antwort

• Interspezifische (zwischenartliche) Konkurrenz: Besser an-
gepasste Art verdrängt weniger gut angepasste Art ⇒ Konkur-
renzausschlussprinzip; Alternative: Konkurrenzvermeidung
durch Einnischung.
Beutelwolf in Australien durch den Dingo (verwilderter Haus-
hund) völlig verdrängt.
• Intraspezifische (innerartliche) Konkurrenz: Konkurrenz-
vermeidung durch Einnischung.
Sexuelle Selektion durch intraspezifische (innerartliche) Kon-
kurrenz: Fortpflanzungserfolg eines Männchens hängt bei vie-
len Arten von Wirksamkeit seiner sexuellen Auslöser ab ⇒
Herausbildung bestimmter Merkmale zur Anlockung von Weib-
chen und zur Einschüchterung von Rivalen (⇒ Geschlechts-
dimorphismus).

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Einflüsse des Menschen

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• Industriemelanismus: In Industrieregionen setzen sich bei
manchen Arten dunkel gefärbte Mutanten gegen heller gefärbte
Individuen durch, da sie auf durch Verschmutzungen dunkel
gefärbten Flächen besser getarnt sind.
Birkenspanner, Stadttauben
• Künstliche Auslese bei der Domestikation von Tieren und
Pflanzen: Mensch entzieht Haustiere und Nutzpflanzen weitge-
hend den natürlichen Umweltbedingungen und wählt Individu-
en, die zur Fortpflanzung kommen sollen, nach züchterischen
Gesichtspunkten aus ⇒ starker Selektionsdruck führt in kurzer
Zeit zu vielen verschiedenen Rassen einer Art.
Hunde- und Hühnerrassen, Zuchtformen von Rosen oder Kohl

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Frage

Gründer-Effekt

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Wenige Individuen einer Art besiedeln einen neuen Lebensraum. Ihr Genpool ist klein und enthält eine zufällige
Auswahl von Genen.

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Flaschenhals-Effekt

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Antwort

Durch eine Katastrophe (z. B. Dürre, Kälte,
Überschwemmung) wird die Population stark verkleinert. Die Restpopulation verfügt über einen zufälligen Genbestand.

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Geografische Isolation (Separation)

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Ein Teil einer Population wird räumlich vom Rest der Population ge-
trennt. Je kleiner die separierte Population, desto kleiner ist ihr Gen-
pool ⇒ Gendrift kann sich stärker auswirken, Mutationen können sich
leichter durchsetzen.

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Mechanische Isolation

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Unterschiede in Körpermerkmalen machen Paarung nicht artgleicher Individuen unmöglich.
Begattungsorgane vieler Insekten, Spinnen und Tausendfüßler pas-
sen nur bei Artgenossen zusammen wie Schlüssel und Schloss.

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Ethologische Isolation

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Verhaltensunterschiede verhindern Partnerfindung oder Paarung.
Verschiedene Möwenarten
erkennen sich an der Augenfarbe,
Leuchtsignale von Glühwürmchen sind artspezifisch.

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Zeitliche Isolation

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Nahe verwandte Arten sind zu unterschiedlichen Zeiten sexuell aktiv.
Grasfrösche im zeitigen Frühjahr, Teichfrösche im späten Frühjahr.

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Bastardunterlegenheit

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Mischlinge zwischen Arten haben gerin-
gere oder keine Fortpflanzungschancen.
Maulesel und Maultiere (Mischung Pferd – Esel) sind unfruchtbar.

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Adaptive Radiation

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Aufspaltung (Auffächerung) einer wenig spezialisierten Ausgangsart in mehrere an unterschiedliche ökologische Nischen angepasste (spezialisierte) Arten.

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Ökologische Nische

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Gesamtheit aller Umweltfaktoren, die einer Art das Überleben in ihrem Lebensraum ermöglichen; Anpassung an neue
ökologische Nische = Annidation (Einnischung).

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Chemische Evolution

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– Bildung organischer Verbindungen (Biomoleküle) aus anorgani-
schen Stoffen.
Simulationsversuche (Stanley MILLER): Nachvollziehen der Bil-
dung einfacher organischer Moleküle (z. B. Essigsäure, Amino-
säuren, Zucker) aus Gasen, die die Uratmosphäre enthielt (z. B.
Methan, Ammoniak, Wasserstoff); wichtige Reaktionsbedingun-
gen: Zufuhr von Energie (Wärme, elektrische Energie), Abwesen-
heit von Sauerstoff.
In der Uratmosphäre entstandene organische Stoffe lösten sich in
den Urozeanen ⇒ Ursuppe.
– Entstehung sich selbst replizierender Makromoleküle:
Nukleotide verbanden sich zu kleinen RNA-Molekülen, die kom-
plementäre Kopien von sich selbst herstellen konnten und die die
Bildung von Proteinen aus Aminosäuren katalysierten.

– Bildung organischer Verbindungen (Biomoleküle) aus anorgani-
schen Stoffen.
Simulationsversuche (Stanley MILLER): Nachvollziehen der Bil-
dung einfacher organischer Moleküle (z. B. Essigsäure, Amino-
säuren, Zucker) aus Gasen, die die Uratmosphäre enthielt (z. B.
Methan, Ammoniak, Wasserstoff); wichtige Reaktionsbedingun-
gen: Zufuhr von Energie (Wärme, elektrische Energie), Abwesen-
heit von Sauerstoff.
In der Uratmosphäre entstandene organische Stoffe lösten sich in
den Urozeanen ⇒ Ursuppe.
– Entstehung sich selbst replizierender Makromoleküle:
Nukleotide verbanden sich zu kleinen RNA-Molekülen, die kom-
plementäre Kopien von sich selbst herstellen konnten und die die
Bildung von Proteinen aus Aminosäuren katalysierten.

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Frage

Protobionten: hypothetische Zellen

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Antwort

Über die Bildung der ersten Zellen gibt es keinerlei Belege.
Die Protobionten als Vorläufer von Zellen müssen die typischen Ei-
genschaften lebender Systeme besessen haben:
– Stoffwechsel in einem von einer Membran umgrenzten Raum
– Wachstum
– Selbstregulation
– Reproduktion
– Veränderbarkeit des Erbguts

Über die Bildung der ersten Zellen gibt es keinerlei Belege.
Die Protobionten als Vorläufer von Zellen müssen die typischen Ei-
genschaften lebender Systeme besessen haben:
– Stoffwechsel in einem von einer Membran umgrenzten Raum
– Wachstum
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– Reproduktion
– Veränderbarkeit des Erbguts

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Prokaryoten:


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Erste nachgewiesene Lebewesen vor ca. 3,5 Mrd. Jahren; Vorfahren
der heute lebenden Bakterien, Cyanobakterien und Archaeen.

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Endosymbionten-Theorie

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Eukaryotische Zellen mit zahlreichen
Zellorganellen sind aus einfach aufgebauten Prokaryoten hervorge-
gangen, die kleinere Prokaryoten durch Endozytose (Phagozytose)
aufgenommen, aber nicht verdaut haben → Aufgenommene Zellen
wurden zu Symbionten, die die größere Zelle an ihren Stoffwechsel-
leistungen (z. B. aerobe Energiegewinnung, Fotosynthese) beteilig-
ten → Aus den Symbionten entwickelten sich die Mitochondrien
und die Chloroplasten der Euzyten.
Belege für die Theorie: Mitochondrien und Chloroplasten …
– entstehen nur durch Teilung.
– weisen eine Doppelmembran auf. Die innere Membran ähnelt der
Bakterienmembran.
– besitzen eigene DNA.

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Evolution der Vielzelligkeit

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Antwort

Vor ca. 1 Mrd. Jahren;
Entwicklung vermutlich mehrmals unabhängig voneinander aus
Zellkolonien. Zellkolonien entstanden durch Aneinanderhaften von
Schwesterzellen nach der Mitose.

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