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Artbildung

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Artbildung

Alle Säugetiere stammen von einem gemeinsamen Vorfahren ab. Geht man in der Evolutionsgeschichte noch weiter zurück, stammen der synthetischen Evolutionstheorie zur Folge, alle tierischen Lebewesen von einem gemeinsamen Vorfahren ab. Wie ist das möglich? Im Zuge der Evolution spalteten sich Arten in zwei oder mehrere Arten auf. Dieser Prozess wird Artbildung oder auch Artaufspaltung genannt.

Es gibt mehrere Möglichkeiten, wie es zur Artbildung kommen kann. In der Regel führen Isolationsmechanismen dazu, dass sich Teilpopulationen unabhängig voneinander entwickeln und sich in zwei Arten aufspalten.

Artbildung Definition

Der Prozess der Artentstehung ist ein fundamentales Thema der Evolution. Die Aufspaltung von Arten im mehrere Arten ist für die riesige Biodiversität auf unserem Planeten verantwortlich.

Artbildung, auch Speziation, beschreibt die Aufspaltung einer Art in zwei oder mehrere Arten. Isolationsmechanismen sorgen für genetische Barrieren zwischen Populationen einer Art. Bei einer divergenten Entwicklung der isolierten Populationen, kann es zur Artaufspaltung und somit zur Artentstehung kommen.

Grundlegende Begriffe zur Artentstehung

Bevor Du Dir einen detaillierten Einblick in die verschiedenen Formen der Artentstehung und ihre Mechanismen verschaffst, lernst Du hier die wichtigsten Begriffe zu diesem Thema kennen.

Art

Der biologische Artbegriff bezeichnet eine Gruppe von Organismen, welche in Gestalt, Verhalten und Physiologie insofern übereinstimmen, als sie sich von anderen Organismengruppen unterscheiden lassen. Individuen einer Art sind in der Lage, potenziell fruchtbare Nachkommen zu zeugen. Zwischen Populationen einer Art besteht ein Genaustausch (Genfluss). Das ist möglich, da ihre Genpools sehr ähnlich sind.

Population

Eine Population ist eine Gruppe von Individuen derselben Art oder Rasse, die in einem bestimmten geografischen Gebiet leben, sich über Generationen hinweg kreuzen und genetisch verbunden sind.

Teilpopulation

Teilpopulationen sind Gruppen von Individuen einer Population, die sich aufgrund ihrer Lebensweise in engerem reproduktivem Austausch befinden. Eine Population kann sich aus mehreren Subpopulationen zusammensetzen.

Rassen

Rassen sind Populationen derselben Art. Sie unterscheiden sich in wenigen oder mehreren Merkmalen, die vererbbar sind. Rassen derselben Art können fruchtbare Nachkommen zeugen. Rassen entstehen durch Isolation einzelner Populationen. Der Genaustausch zwischen den Populationen ist dadurch eingeschränkt und die Genpools der Populationen entwickeln sich unabhängig voneinander.

Genpool

Der Genpool ist das gesamte genetische Material eines sich sexuell fortpflanzenden Organismus. Es wird unter anderem von den Faktoren Mutation, Rekombination, Gendrift, horizontaler Gentransfer durch Genfluss, reproduktive Isolation und Selektion beeinflusst.

Genfluss

Genfluss bezieht sich auf den genetischen Austausch zwischen zwei Populationen. Individuen bringen ihre Gene durch Migration in eine andere Population ein und tragen so zur Vermischung und Genvielfalt bei.

Isolation

Populationen werden voneinander isoliert, wenn der Austausch von genetischem Material nicht möglich ist oder nicht vorkommt.

Konzept der Artbildung

Verschiedene Mechanismen können dazu führen, dass sich eine Art in zwei oder mehrere Arten aufspalten. Das grundlegende Konzept der Artbildung ist dabei immer das Gleiche.

Isolationsmechanismen führen dazu, dass Teilpopulationen einer Art genetisch voneinander isoliert sind. Das bedeutet, dass ein Genfluss zwischen den Teilpopulationen nicht mehr möglich ist.

Nun führen Evolutionsfaktoren dazu, dass sich die Genpools der Teilpopulationen unabhängig voneinander divergent entwickeln. Hierbei spielen zufällige Mutationen eine Rolle, aber auch sich verändernde Umweltbedingungen und der daraus resultierende Selektionsdruck beeinflussen die Veränderung der Genpools maßgeblich. Mutation und Selektion gehören zu den wichtigsten Evolutionsfaktoren der Artbildung.

Mutationen sind dauerhafte Veränderungen des Erbgutes eines Organismus, die vererbbar sind. Sie treten spontan auf oder sie können durch Mutagene hervorgerufen werden.

Der Selektionsdruck beschreibt die Wirkung eines spezifischen Selektionsfaktors auf einer Population einer Art. Selektionsfaktoren sind Umweltfaktoren, die das Überleben einer Population in einer bestimmten Umgebung beeinflussen und bestimmte Merkmalsausprägungen der Art begünstigen.

Kombiniert sorgen Mutationen und Selektionsdruck dafür, dass sich die Populationen divergent entwickeln.

Sind die Teilpopulationen lange genug genetisch voneinander isoliert, kann das dazu führen, dass sich die Genpools sehr unterscheiden und somit eine erfolgreiche Reproduktion zwischen den Individuen der Teilpopulationen nicht mehr möglich ist. Die Teilpopulationen sind nun reproduktiv isoliert und die ursprünglichen Population hat sich ein zwei Arten aufgespalten.

Artbildungsprozesse

Die beschriebene Isolation zwischen Teilpopulationen kann unterschiedlichen Prozessen zum Grunde liegen. Je nachdem auf welche Art und Weise Teilpopulationen voneinander isoliert werden und sich daraufhin in verschiedene Arten aufspalten, wird zwischen verschiedenen Artbildungsprozessen unterschieden.

Grundsätzlich wird zwischen allopatrischer Artbildung, sympatrischer Artbildung und parapatrischer Artbildung unterschieden. Des Weiteren gibt es den Prozess der adaptiven Radiation, welcher eine Aufspaltung einer Art in mehrere Arten beschreibt. Im folgenden Abschnitt werden Dir die einzelnen Formen der Artbildung kurz erläutert.

Allopatrische Artbildung

Eine mögliche Ursache für Isolation ist die räumliche Separation von Populationen (geografische Isolation). Entsteht eine neue Art aufgrund der räumlichen Separation, spricht man von allopatrischer Artbildung (Artentstehung durch geografische Isolation). Allopatrische Artbildung führt zur Neubildung von Pflanzen- und Tierarten.

Die geografische Isolation ist die Grundvoraussetzung für die allopatrische Artbildung. Es gibt mehrere Prozesse, die zur geografischen Isolation führen können. Hierzu gehören das Gründerprinzip, geologische Ereignisse und Klimaereignisse.

Im StudySmarter Artikel zur allopatrischen Artbildung lernst Du die einzelnen Isolationsprozesse kennen und kannst mehr über den Ablauf der allopatrischen Artbildung lernen.

Ablauf der allopatrischen Artbildung (Beispiel)

In einem bestimmten Gebiet lebt eine Population von Schnecken (1). Diese werden aufgrund von geologischen Ereignissen in zwei Gruppen getrennt, welche geologisch voneinander isoliert sind. Aus einer Population entstehen 2 Teilpopulationen (2). Beide Populationen leben unabhängig voneinander.

Mutationen, die in einer Population auftreten, werden nicht an die andere Population übertragen, da kein Genfluss zwischen den Populationen möglich ist (3).

Die Populationen sind aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingungen verschiedene Selektionsdrücken ausgesetzt. Die Genpools der Populationen entwickeln sich unabhängig voneinander. Mutationen tragen zu einer divergenten Entwicklung bei.

In diesem Fall sind die Mutationen durch unterschiedliche Farben der Gehäuse dargestellt (4). Nach einem längeren Zeitraum liegen zwei Populationen mit unterschiedlichen Genpools und unterschiedlicher Merkmalsausprägung vor. Sollte die Barriere zwischen den Populationen irgendwann überwunden werden, werden sich die Schnecken nicht mehr untereinander paaren können (5).

Artentstehung allopatrische Artbildung Beispiel Schnecken StudySmarter Abbildung 3: Schematische Darstellung des Beispiels

Sympatrische Artbildung

Die sympatrische Artbildung steht der allopatrischen Artbildung gegenüber. Sie beschreibt die Entstehung neuer Arten innerhalb eines gemeinsamen Verbreitungsgebiets. Bei der sympatrischen Artbildung werden die Arten durch verschiedene reproduktive Isolationsmechanismen getrennt.

Bestimmte Isolationsmechanismen können den Genfluss zwischen Populationen verhindern, selbst wenn diese im gleichen Verbreitungsgebiet vorkommen.

Die folgenden reproduktiven Isolationsmechanismen können dazu führen, dass Teilpopulationen innerhalb eines Verbreitungsgebietes genetisch voneinander Isoliert werden.

Vertiefende Informationen zu sympatrischen Artbildung und entsprechenden Isolationsmechanismen findest du in einem gesondertem StudySmarter Artikel.

Ethologische Isolation (Verhaltensisolation)

Ethologische Isolation ist die Isolation von Arten aufgrund von Verhaltensweisen, die sich normalerweise als unterschiedliches Paarungsverhalten manifestieren. Ändert sich etwa das Balzlied, reagieren die Paarungspartner nicht mehr auf den nun fremden Balzruf.

Der Laubsänger (Fitis) und der Weidensänger (Zilpzalp) sehen fast ähnlich aus, sind aber aufgrund unterschiedlicher Klangmuster in ihren Balzgesängen unterschiedliche Arten. Eine Vogelart hat Rufe oder eine andere Balz, die sich von denen anderer Vogelarten unterscheiden.

Diese Art der Isolation ist mit dem Verhalten von Individuen verbunden. Unterschiedliche Verhaltensmuster können zur Isolation führen. Dies kann unter anderem ein anderes Verhalten bei der Suche nach einem Partner sein.

Zeitliche Isolation

Arten, die nah verwandt sind, können zu unterschiedlichen Zeiten sexuell aktiv sein. Es gibt einen anderen zeitlichen Ablauf bei der Eizellreifung, die zu einem bestimmten Zeitpunkt befruchtet werden muss. Die Zeit, in der sich die Individuen paaren, unterscheidet sich von Art zu Art und meist finde auch keine Paarung statt. Das gleiche Prinzip gilt für Pflanzen und ihre Blütezeiten.

Der Zeitraum für die Paarung und den Nestbau der Heringsmöwe ist drei Wochen später als der, der Silbermöwe.

Mechanische Isolation

Wenn Körpermerkmale zwischen Arten unterschiedlich ausgeprägt sind, dann ist die Paarung zwischen den Individuen der verschiedenen Arten nicht möglich. Somit wird eine geschlechtliche Fortpfanzunug verhindert.

Die Begattungsorgane von Männchen und Weibchen einer Art bei Insekten, Spinnen und Tausendfüßlern passen zusammen, wie Schlüssel und Schloss, sodass die Kopulation nur bei artgleichen Paaren möglich ist.

Polyploidie

Die Polyploidisierung stellt eine Art der genetischen Isolation dar. Eine Genommutation führt zur Polyploidisierung von Pflanzen. Hier wird der komplette Chromosomensatz vervielfacht. Bei der Meiose fällt die Reduktionsteilung aus. Somit sind die Keimzellen diploid (2n) statt haploid (1n). Durch Selbstbefruchtung entstehen Nachkommen mit tetraploidem Chromosomensatz (4n). Eine Kreuzung mit diploiden Pflanzen der Elternart ist zwar möglich, ergibt aber triploide Nachkommen (3n), die keine Nachkommen produzieren können.

In der Regel ist die Polyploidie bei Säugetieren fatal oder führt zur Unfruchtbarkeit.

Ökologische Isolation

Die ökologische Isolation bezieht sich auf die Besetzung unterschiedlicher ökologischer Nischen in demselben Lebensraum. So kann etwa Nahrungsknappheit in einem Lebensraum dazu führen, dass eine Teilpopulation sich auf eine andere Nahrungsquelle spezialisiert und sich dadurch von der Ursprungspopulation isoliert.

Die Besetzung unterschiedlicher biologischer Nischen kann zur unabhängigen und divergenten Entwicklung der Genpools von Teilpopulation führen. Durch die Veränderung der Genpools kann es so zur sympatrischen Artbildung kommen.

Die ökologische Nische (auch biologische Nische) beinhaltet alle biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, welche für die Lebensweise der entsprechenden Art oder Population relevant sind.

Adaptive Radiation

Die adaptive Radiation kommt durch mehrere Isolationsmechanismen der allopatrische und sympatrische Artbildungen zustande. Faktoren wie das Fehlen natürlicher Raubtiere und die geografische Isolation begünstigen den Prozess der adaptiven Radiation.

Die adaptive Radiation beschreibt die Entstehung vieler neuer Arten aus einer einzigen Stammart heraus. Jede Art ist auf eine bestimmte ökologische Nische spezialisiert und kann somit eine Konkurrenz mit anderen Arten vermeiden.

Entstehung der Darwinfinken (Adaptive Radiation)

Durch Stürme oder andere Gegebenheiten sind Finken auf die Galápagos-Inseln gelangt. Fehlende Konkurrenz und ein großes Nahrungsangebot begünstigten die Vermehrung. So kam es durch Überbevölkerung zur starken intraspezifischer Konkurrenz.

Vermutlich konnten sich die Finken durch zufällige, geografische Separation auf weitere Inseln des Galápagos-Archipels ansiedeln und dort neue ökologische Nischen besetzen.

Die geografische Isolation mehrerer Populationen sowie das Besetzen unterschiedlicher biologischer Nischen (Beispiel: verschiedene Nahrungsquellen) führten dazu, dass sich die Ursprungsart in mehrere Arten aufspaltete. Am Ende waren etwa 14 Finkenarten auf den Galapagos-Inseln entstanden. Man kann die unterschiedlichen Finkenarten anhand der verschiedenen Schnabelformen unterscheiden.

Der Name der Darwinfinken führt zurück zu Charles Darwin. Als junger Mann, damals als Zoologe tätig, bereiste er die Galápagos-Inseln und beschrieb eine Vielzahl der Arten, welche auf ihnen vertreten war.

Parapatrische Artbildung

Parapatrische Artbildung wird oft als Mittelweg zwischen allopatrischer und sympatrischer Artbildung gesehen. Während die Teilpopulationen bei der allopatrischen Artbildung räumlich voneinander getrennt sind, befinden sich die Teilpopulationen im Rahmen der sympatrischen Artbildung im selben Verbreitungsgebiet. Im Fall der parapatrischen Artbildung besiedeln die Teilpopulationen aneinander grenzende Areale (Verbreitungsgebiete).

Während ein Genfluss zwischen den Populationen zwar möglich ist, können dennoch abweichende Umweltbedingungen dazu führen, dass sich die Teilpopulationen divergent voneinander entwickeln und eine Aufspaltung in zwei neue Arten ist möglich.

Artbildung - Das Wichtigste auf einen Blick

  • Bei der Artbildung entstehen durch Isolation genetische Barrieren, die den Genfluss zwischen Populationen einer Art verhindern.

  • Bei einer Unterbrechung des Genflusses können Evolutionsfaktoren dazu führen, dass sich die Genpools der Teilpopulationen divergent entwickeln.

  • Bei stärker Abweichung zwischen den Genpools ist eine Fortpflanzung zwischen den Teilpopulationen nicht mehr möglich. Die Ursprungsart hat sich in neue Arten aufgespalten.

  • Man unterscheidet zwischen verschiedenen Formen der Artbildung:

    • Die allopatrische Artbildung beschreibt die Entstehung zwei neuer Arten durch Separation (geografische Isolation).

    • Bei der sympatrischen Artbildung kommt es zur Artbildung ohne Separation. Es entstehen neue Arten im gleichen Verbreitungsgebiet.

    • Bei der parapatrischen Artbildung entsteht eine neue Art aus Populationen, welche angrenzenden Verbreitungsgebiete besiedeln.

Finales Artbildung Quiz

Frage

Was versteht man unter dem biologischen Begriff "Artbildung"?

Antwort anzeigen

Antwort

Eine Art ist eine Gruppe von sich tatsächlich oder potentiell fruchtbar kreuzenden Populationen, die in Bezug auf die Fortpflanzung von anderen solchen Gruppen getrennt sind.

Frage anzeigen

Frage

Kannst du den Begriff "Rasse" definieren?

Antwort anzeigen

Antwort

Rassen sind Populationen einer Art, die sich in einem oder mehreren vererbbaren Merkmalen voneinander unterscheiden. Rassen derselben Art kreuzen sich meist fruchtbar.

Frage anzeigen

Frage

Was braucht es, dass sich aus Populationen Rassen entwickeln können?

Antwort anzeigen

Antwort

Damit sich aus verschiedenen Populationen einer Art Rassen entwickeln können, ist die Isolation von einzelnen Populationen nötig. Der Genaustausch wird dadurch eingeschränkt.

Frage anzeigen

Frage

Zwischen welchen Arten der Artbildung unterscheiden wir?

Antwort anzeigen

Antwort

Innerhalb der Artbildung unterscheiden wird dabei zwischen der allopatrischen und der sympatrischen Artbildung.

Frage anzeigen

Frage

Wann spricht man von "geografischer Isolation"?

Antwort anzeigen

Antwort

Besteht die Isolation in einer räumlichen Trennung, die durch äußere Faktoren bedingt ist, spricht man von Separation oder geografischer Isolation im Rahmen der Artbildung.

Frage anzeigen

Frage

Wie kommt es zur allopatrischen Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Sind die Umweltbedingungen unterschiedlich, so wirkt die Selektion in verschiedene Richtungen und es werden unterschiedliche Angepasstheiten in den getrennten Populationen entwickelt. Ist die genetische Distanz genügend groß, liegen zwei Arten vor --> allopatrische Artbildung

Frage anzeigen

Frage

Was besagt das "Gründerprinzip" im Rahmen der Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Verschleppung einzelner oder weniger Individuen durch Sturm, Meeresströmungen oder den Menschen.

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Frage

Wie beeinflussen geologische Ereignisse die Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Neu entstehende geografische Barrieren verhindern die Vermischung zweier Populationen.

Beispiel: Auseinanderdriften der Kontinente.

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Frage

Wie beeinflussen drastische Klimaveränderungen die Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Beispiel: In Mittel- und Westeuropa ist die Rabenkrähe verbreitet, die Nebelkrähe kommt vor allem in Osteuropa vor. Während der letzten Eiszeit war die Ursprungspopulation durch Gletscher in Mitteleuropa getrennt. In der Überschneidungszone der Verbreitungsgebiete kommt es heute zur Bildung von fruchtbaren Bastarden aus den beiden Rassen.

Frage anzeigen

Frage

Wann spricht man von kreisförmiger Überschneidung zweier Rassen?

Antwort anzeigen

Antwort

Verbreitet sich eine Population in verschiedene Richtungen unter Ausbildung verschiedener Rassen, so können die Abkömmlinge unvermischt bleiben. Bedingt durch die lange Trennung kam es zur Artbildung zwei neuer Arten.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter der "sympatrischen Artbildung"?

Antwort anzeigen

Antwort

Bei der Sympatrischen Artbildung kommt es zu einer Artbildung ohne Separation. Es entstehen also unterschiedliche Arten im gleichen Gebiet.

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Frage

Welche Aufgabe haben reproduktive Isolationsmechanismen im Rahmen der Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Sie verhindern die Kreuzung nicht artgleicher Individuen.

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Frage

Was besagt die ethologische Isolation im Rahmen der Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Unterschiede im Verhalten verhindern die Partnerfindung oder Paarung.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt die zeitliche Isolation im Rahmen der Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Nahe verwandte Arten sind zu unterschiedlichen Zeiten sexuell aktiv.

Frage anzeigen

Frage

Was besagt die mechanische Isolation im Rahmen der Artbildung?

Antwort anzeigen

Antwort

Unterschiede in den Körpermerkmalen machen eine Paarung zwischen nicht artgleichen Individuen unmöglich.

Frage anzeigen

Frage

Was versteht man unter der Polyploidisierung?

Antwort anzeigen

Antwort

Die Polyploidisierung von Pflanzen entsteht durch eine Genommutation, bei der der komplette Chromosomensatz vervielfacht wird. Durch Selbstbefruchtung entstehen Nachkommen mit tetraploidem Chromosomensatz (4n). Eine Kreuzung mit diploiden Pflanzen der Elternart ist zwar möglich, ergibt aber triploide Nachkommen (3n), die steril sind.

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