Biologie-Kompakt: Evolution, Artbildung und Botanik

Reproduktive Isolationsmechanismen

Adaptive Radiation:

• Habitatisolation: Beispiel Lemuren oder Galapagos-Finken.
• Verhaltensbedingte Isolationsbarriere: Arten zeigen unterschiedliche Rufe, Laute oder Tänze.
• Ökologische Isolation: Arten nehmen unterschiedliche ökologische Nischen ein.
• Geographische Isolationsbarriere: Arten sind durch eine räumliche Barriere voneinander getrennt.
• Mechanische Isolationsbarriere: Arten zeigen unterschiedliche Strukturen der Geschlechtsorgane.
• Gametische Isolationsbarriere: Keine Befruchtung möglich, da Gameten sich nicht erkennen.
• Zeitliche Isolationsbarriere: Arten sind zu unterschiedlichen Tages- oder Jahreszeiten aktiv.

Definitionen zur Fortpflanzung

Reproduktive Isolation: Eine erfolgreiche Fortpflanzung mit fertilen Nachkommen ist nicht möglich.
Hybridsterilität: Arten haben eine unterschiedliche Chromosomenzahl, wodurch Hybride nicht fertil sind.

Artbildung und Populationsgenetik

Formen der Artbildung

• Allopatrische Artbildung: Bildung neuer Arten durch geographische Trennung.
• Sympatrische Artbildung: Viele Arten entwickeln sich im gleichen Lebensraum.

Grundbegriffe der Evolution

• Genpool: Gesamtheit aller Allele einer Population.
• Separation: Trennung der Stammpopulation.
• Genfluss: Veränderung des Genpools durch Migration.
• Spezialisierung: Anpassung an eine bestimmte ökologische Nische.
• Teilpopulation: Kleine, getrennte Gruppe einer Stammpopulation.
• Einnischung: Spezialisierung auf eine bestimmte ökologische Nische.
• Ökologische Nische: Spezifische Ansprüche einer Art in ihrem Lebensraum.
• Koexistenz: Zusammenleben unterschiedlicher Arten ohne Konkurrenz.
• Adaptive Radiation: Erlaubt nahe verwandten Arten eine Koexistenz ohne Konkurrenz und erhöht die Biodiversität in Ökosystemen mit freien Nischen.

Homologie und Analogie

Kriterien der Verwandtschaft

Homologie: Ähnlichkeit biologischer Strukturen aufgrund gemeinsamer Abstammung.

• Morphologisches Kriterium: Ähnliche Strukturen.
• Genetisches Kriterium: Ähnliche DNA-Sequenzen.
• Embryologisches Kriterium: Ähnliche Entwicklungsstadien.

Analogie: Ähnliche Merkmale entstehen trotz unterschiedlichem Grundbauplan (z. B. Pinguin und Delfin: ähnliche Körperformen zum Schwimmen, aber unterschiedliche evolutionäre Ursprünge).

Divergenz und Konvergenz

• Divergenz: Unterschiede entwickeln sich aus gemeinsamen Vorfahren (homolog).
• Konvergenz: Ähnlichkeiten entstehen bei nicht verwandten Arten (analog).

Zusatzbegriffe:
Fossilien: Ausgegrabene Reste von Lebewesen.
Selektionsdruck: Wirkt auf den Phänotyp eines Organismus.
Anpassung: Evolutiv herausgebildete Merkmale für das Überleben.

Hardy-Weinberg-Gleichgewicht am Beispiel Waldkauz

Ist die Gleichung erfüllt, findet keine Evolution statt; die Population ist im Gleichgewicht. Ist das Ergebnis nicht im Gleichgewicht, verändern sich die Genotypfrequenzen (Evolution).

Beispiel: Waldkauz (Strix aluco)

Graue Eulen haben in schneereichen Jahren eine höhere Überlebensrate, während braune Eulen in schneearmen Jahren im Vorteil sind. Durch den Klimawandel könnte die Häufigkeit des „B“-Allels steigen, da braune Eulen häufiger überleben. Der Vergleich von Genotypfrequenzen zeigt, ob Evolution durch natürliche Selektion oder genetische Drift stattfindet.

Kladistik und Phylogenie

Die Kladistik betrachtet die evolutionäre Abstammung statt rein äußerer Merkmale.

• Morphologisch: Strukturelle und anatomische Merkmale.
• Paraphyletisch: Eine Gruppe, die nicht alle Nachfahren eines Vorfahren einschließt (z. B. ohne Vögel).
• Monophyletisch: Eine Klade von Arten mit einem gemeinsamen Vorfahren.
• Polyphyletisch: Arten mit ähnlichen Merkmalen ohne direkten gemeinsamen Vorfahren (z. B. Gleichwarmblüter).
• Dichotom: An einem Knoten gibt es genau zwei Verzweigungen.
• Plesiomorph: Ein ursprüngliches Merkmal.
• Apomorph: Ein abgeleitetes, neues Merkmal.
• Klade: Einteilung der Arten mit einem gemeinsamen Vorfahren.
• Kladogramm: Phylogenetischer Stammbaum zur Verwandtschaft.
• Knoten: Repräsentiert einen hypothetischen Vorfahren.

Methoden der Analyse

• AS-Sequenz-Analyse: Vergleich von Aminosäuren zwischen Arten.
• Basensequenz-Analyse: Vergleich der DNA-Basen.
• Mutation: Zufällige Veränderung der Erbinformation.
• Merkmalsmatrix: Tabelle mit Merkmalseigenschaften von Organismen.

Klassifizierung von Lebewesen

Klassifizierung ist das Zusammenfassen von Objekten zu Gruppen (Domänen, Reiche, Klassen).

• Organismen werden in drei Domänen klassifiziert.
• Jede Domäne enthält mehrere Reiche (z. B. Pflanzen, Tiere bei Eukaryoten).

Binäre Nomenklatur und Hierarchie

Der Artname besteht aus Gattungsname (groß) und Artname (klein), beide kursiv geschrieben.

Ordnung der Hierarchie:
Domäne – Reich – Stamm (Abteilung) – Klasse – Ordnung – Familie – Gattung – Art

Pflanzenphysiologie: Xylem und Phloem

Leitgewebe und Transport

• Xylem: Holzartiges Leitgewebe für Wasser und Mineralien; enthält Lignin.
• Phloem: Transport von organischen Verbindungen (Zucker).

Strukturen und Mechanismen

• Geleitzellen & Siebröhren: Transportgefäße des Phloems.
• Transpiration: Evaporation von Wasser an den Stomata.
• Translokation: Transport organischer Verbindungen von der Quelle (Bildungsort) zur Senke (Verbrauchsort).
• Adhäsion & Kohäsion: Kräfte, die die Wassersäule stabilisieren.
• Kapillarität: Aufsteigen von Wasser in dünnen Gefäßen.
• Wurzeldruck: Durch Osmose wird Wasser ins Xylem gepresst.

Anpassungen der Gefäße

Xylem: Kein Zellinhalt, verholzte Wände, fehlende Querverbindungen, Tüpfel.
Phloem: Flexibilität, Siebplatten, Begleitgewebe, Plasmodesmen, bidirektionaler Transport, lebende Zellen mit reduziertem Cytoplasma.

Aufbau von Wurzel und Blatt

Wurzelquerschnitt (Zweikeimblättrige)

• Rhizodermis: Wasseraufnahme über Wurzelhaare.
• Rinde (Cortex): Speichergewebe.
• Endodermis: Kontrollschicht zum Zentralzylinder.
• Zentralzylinder: Enthält Xylem und Phloem.

Blattaufbau

• Obere Epidermis: Schutzschicht mit Cuticula.
• Palisadengewebe: Hauptort der Fotosynthese (viele Chloroplasten).
• Schwammgewebe: Gasaustausch über Interzellularräume.
• Leitbündel: Xylem und Phloem.
• Stomata: Regulierung von Transpiration und Gasaustausch.

Phytohormone und Transpiration

Phytohormone steuern Wachstum und Reaktionen auf Reize.

• Phototropismus: Bewegung zum Licht (positiv) oder weg vom Licht.
• Ethylen: Gas für Fruchtreifung, Abszission (Blattfall) und Verwelkung.

Experiment zur Transpiration

Messung der Transpirationsrate mit einem Potometer. Faktoren: Lichtintensität, Feuchtigkeit, Temperatur, Wind.

• Abhängige Variable: Wasserverlust.
• Kontrollvariablen: Pflanzenart, Größe, Blattanzahl, Zeit.

Bestäubung und Befruchtung

• Selbstbestäubung: Pollen aus derselben Blüte.
• Fremdbestäubung: Pollen einer anderen Blüte (Insekten- oder Windbestäubung).
• Selbstinkompatibilität: Verhindert Selbstbefruchtung zur Förderung der Vielfalt.

Der Befruchtungsvorgang

Pollen landet auf dem Stigma -> Pollenschlauch wächst durch den Griffel -> Eine Samenzelle bildet mit der Eizelle die Zygote -> Eine zweite Samenzelle bildet mit den Polkernen das Endosperm (Nährgewebe).

Natürliche und künstliche Selektion

Beispiele der Selektion

• Giraffe: Anpassung der Halslänge (Darwin).
• Birkenspanner: Industriemelanismus; dunkle Motten überleben in rußigen Wäldern besser.

Zentrale Evolutionsfaktoren

• Mutation: Zufällige Änderung der Erbinformation.
• Selektion: Überleben der am besten angepassten Individuen.
• Rekombination: Neue Merkmalskombinationen durch Fortpflanzung.
• Isolation: Trennung von Populationen führt zu unabhängiger Entwicklung.