Evolutionsfaktoren
Evolutionsfaktoren sind ein beliebtes Thema in der Biologie Abiturprüfung. Damit du auf das Thema vorbereitet bist, kannst du hier alles zu den Evoltuionsfaktoren nachlesen. Los geht’s!
Themen auf dieser Seite zu Evolutionsfaktoren
Alle Individuen und vor allem Populationen werden von der Evolution beeinflusst. Damit sich diese Evolution bemerkbar macht, muss sich der Genpool einer Population und damit die Allelhäufigkeit für bestimmte Gene ändern.
- Mutation
- Rekombination
- Selektion
- Gendrift
- Isolation
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Evolutionsfaktor: Mutation und Rekombination
Evolution wird in erster Linie durch die genetische Variabilität von Populationen beeinflusst. Die Grundlage davon sind zum einen ungerichtete und zufällige Mutationen und zum anderen die Rekombination von Allelkombinationen bei der sexuellen Fortpflanzung.
Mutationen treten in der Regel spontan auf und sind ungerichtet, was bedeutet, dass nicht vorausgesagt werden kann, in welche Richtung ein Gen mutieren wird. Mutationen können außerdem durch bestimmte Stoffe (Mutagene) und bestimmte Strahlenarten (z.B. UV- oder Röntgenstrahlung) hervorgerufen werden. Die Mutationen, die für die Evolution am bedeutsamsten sind, sind Gen- oder Punktmutationen. Diese bewirken phänotypisch meist die Variation von einem einzigen Merkmal, wohingegen größere Mutationen, wie Chromosomenmutationen oder Genommutationen, meist Veränderungen in einem so hohen Maße verursachen, dass die Individuen nicht lebens- oder fortpflanzungsfähig sind. Da Gene verschiedene Mutationen aufweisen können, lassen sich in einer Population häufig auch mehrere verschiedene Allele für ein Gen finden (zum Beispiel die Allele grau, weiß, schwarz und braun für die Fellfarbe). Man spricht dann von multiplen Allelen.
Bei der sexuellen Fortpflanzung entstehen mit jedem neuen Individuum auch neue Allelkombinationen. Die Rekombination umfasst vor allem drei Vorgänge:
Der Austausch von bestimmten Genabschnitten der homologen Chromosomen beim Crossing-Over, die zufällige Verteilung der Chromosomen bei der Keimzellbildung und das Verschmelzen von mütterlichen und väterlichen Keimzellen bei der Befruchtung.
Evolutionsfaktor: Selektion
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Unter Selektion versteht man die gerichtete Verschiebung von Gen- oder Allelhäufigkeiten im Genpool einer Population. Das bedeutet, dass bestimmte Allele in Folgegenerationen häufiger oder auch seltener auftreten. Selektion greift immer nur am Phänotypen eines Individuums – ist das neue Allel zum Beispiel rezessiv (a) und das Individuum ein heterozygoter Träger des Gens (Aa), hat die Evolution auf dieses Merkmal keinen Einfluss, da das Individuum durch die Mutation nicht beeinflusst wird und kein direkter Vorteil besteht. Prägt sich eine Mutation jedoch auch im Phänotyp aus, weil ein Individuum ein rezessives Merkmal homozygot trägt (aa) oder die Mutation dominant ist (A), so kann dieses Individuum dadurch einen Vorteil für das Überleben oder die Fortpflanzung haben und dadurch mehr Nachkommen zeugen. Diese Nachkommen tragen das mutierte Allel mit einer Wahrscheinlichkeit von 50 – 100% ebenfalls, haben den gleichen Vorteil gegenüber Konkurrenten und vererben es wieder an ihre Nachkommen. Damit sich ein mutiertes Allel in den Folgegenerationen weiter ausprägt, muss der Träger des mutierten und sich ausprägenden Allels eine höhere Fitness haben, also besser an die Umwelt angepasst sein, als andere Konkurrenten.
Man unterscheidet drei Formen von Selektion: Die transformierende oder richtende Selektion bewirkt die Veränderung der Allelhäufigkeit der Population in eine bestimmte Richtung, zum Beispiel die unauffällige Fellfarbe von Wildkaninchen. Da auffällig gefärbte Individuen schneller von Raubtieren entdeckt werden, geben vor allem die unauffällig gefärbten Tiere ihre Gene weiter, wodurch sich die Variationsbreite des Merkmals in der Population in eine bestimmte Richtung verändert. Bei der Stabilisierenden Selektion entwickelt sich innerhalb einer Population eine optimale Angepasstheit. Neu auftretende und außergewöhnliche Variationen eines Allels sind schlechter angepasst als die „durchschnittlichen“ Individuen, wodurch sich die Variationsbreite der Allelhäufigkeit in der Population zugunsten der Durchschnittsformen verringert. Bei der spaltenden oder disruptiven Selektion haben hingegen die extremen Varianten eines Allels in der Population einen Selektionsvorteil, während die Durchschnittsformen zum Beispiel eher der Prädation zum Opfer fallen und dadurch ihre Gene weniger häufig in die nächsten Generationen weitergeben. Je nach Ausprägungsgrad der disruptiven Selekion kann es sogar dazu kommen, dass sich die verschiedenen Extremformen in verschiedene Arten aufspalten.
Als besondere Form der innerartlichen Konkurrenz kann die sexuelle Selektion betrachtet werden. Bei dieser Form der der Selektion wird häufig ein ausgeprägter Sexualdimorphismus beobachtet, also eine eindeutige Unterscheidung von männlichen und weiblichen Individuen (zum Beispiel beim Pfau oder beim Hirsch). Das liegt daran, dass die Männchen um die Gunst der Weibchen buhlen und die Weibchen sich die männlichen Fortpflanzungspartner aussuchen. Häufig bilden die Männchen dann Merkmale aus, mit denen sie entweder die Rivalen dominieren oder Merkmale, die vom Weibchen als besonders attraktiv empfunden werden.
Diese Männchen, welche von den Weibchen präferiert werden, weil sie ein bestimmtes Merkmal besitzen, geben ihre Gene häufiger an die nächste Generation weiter, als solche, die das Merkmal nicht so ausgeprägt besitzen. Einige solcher Merkmale, wie zum Beispiel das Pfauenrad, hat zwar einen positiven Effekt für die Fortpflanzung, allerdings wird das männliche Tier von Fressfeinden wesentlich schneller entdeckt. Die natürliche Selektion sorgt also zum Teil dafür, dass die Merkmale, die von den weiblichen Tieren präferiert werden, sich nicht zu sehr
ausprägen.
Evolutionsfaktor: Gendrift
Als Gendrift bezeichnet man zufällig und plötzlich auftretende Häufung oder Verminderung von Genen oder Allelen im Genpool einer kleineren Population. Diese Veränderungen sind ungerichtet und sorgen für eine Verringerung der genetischen Vielfalt innerhalb der Population. Als eine der Varianten von Gendrift ist der sogenannte Gründereffekt zu nennen. Dieser liegt vor, wenn ein Lebensraum von nur wenigen Individuen besiedelt wird und somit nur ein kleiner Genpool als Ausgangslage für eine neue Population dient. Hier kann auch die innerartliche Konkurrenz fehlen, sodass vorher eher nachteilige oder neutrale Merkmale zu einem Selektionsvorteil führen können.
Eine weitere Variante von Gendrift ist der Flaschenhalseffekt. Bei diesem führt eine Umweltkatastrophe, zum Beispiel ein Vulkanausbruch, ein Meteoritenschlag oder ein Feuer dazu, dass ein Großteil der bisherigen Population stirbt. Die Restpopulation besitzt wieder einen zufälligen Genbestand, bei dem positive und negative Mutationen gleichermaßen ausgeprägt sind und als Grundlage für eine neue Population dienen. Häufig verarmen Populationen genetisch jedoch, wenn nur noch sehr wenige Individuen vorhanden sind. Durch die geringe genetische Vielfalt sind die Populationen dann anfälliger für Krankheiten oder andere Umwelteinflüssen und laufen schneller Gefahr, auszusterben.
Evolutionsfaktor: Isolation und die Entstehung neuer Arten
Isolation ist die bedeutendste Komponente von Evolution für Rassen- oder Artbildung. Eine Art ist dabei eine Großgruppe von Populationen, die sich untereinander fruchtbar paaren können und durch den Aspekt der Fortpflanzung von anderen Gruppen abzugrenzen ist. Zwischen den verschiedenen Populationen findet also ein Genaustausch statt und ihre Genpools ähneln sich stark. Rassen hingegen sind Populationen derselben Art, die sich untereinander zwar fruchtbar paaren können, sich aber in mehreren vererbbaren Merkmalen voneinander unterscheiden. Findet zwischen zwei Arten eine Isolation statt, so können sich aus ihnen verschiedene Arten herausbilden, da die Genpools sich dann nicht mehr vermischen und unterschiedlich voneinander entwickeln können. Sind die Erbanlagen beider Populationen nicht mehr kompatibel miteinander, sind sie reprodukiv isoliert.
Isolation muss nicht immer nur auf einer räumlichen, also geographischen Ebene geschehen. Die sogenannte Separation, eine der drei Formen der Isolation, ist jedoch die häufigste Form, die dafür sorgt, dass Populationen unterschiedlichem Selektionsdruck ausgesetzt sind und so unterschiedliche Veränderungen im Genpool geschehen. Eine Separation kann aufgrund des Gründerprinzips eintreten, bei dem nur einzelne oder wenige Individuen durch Ereignisse wie Stürme, Meeresströmungen oder den Menschen verschleppt werden. Auch durch geologische Ereignisse wie das Auseinanderbrechen von Kontinenten oder die Bildung von Landbrücken können geographische Barrieren entstehen. Drastische Klimaveränderungen, wie Vergletscherungen oder Wüstenbildung, können ebenfalls unüberwindbare Hürden für Populationen bilden. Bilden sich aufgrund von geographischer Isolation/Separation zwei verschiedene Arten aus einer Ursprungsart heraus, spricht man von der allopatrischen Artbildung.
Die zweite Form der Isolation bezeichnet man als ökologische Isolation. Hiermit ist die Einnischung von Individuen einer Population in verschiedene ökologische Nischen bezeichnet, die sich vorher (unter starkem, innerartlichem Konkurrenzdruck) eine Nische geteilt haben. Besonders unter dem zusätzlichen Einfluss einer geographischen Isolation können bei dieser Form viele neue Arten entstehen. Man spricht dann von der adaptiven Radiation, die zum Beispiel besonders begünstigt wird, wenn Individuen einen neuen Lebensraum ohne Konkurrenz besiedeln und die Ursprungspopulation dann viele verschiedene Nischen besetzen kann. Neben der allopatrischen Artbildung und der adaptiven Radiation gibt es eine weitere Form der Artaufspaltung, die sympatrische Artbildung. Hier findet die dritte Möglichkeit der Isolation statt, nämlich durch reproduktive Isolationsmechanismen. Diese sorgen dafür, dass Populationen zwar im selben Lebensraum existieren, sich aber nicht mehr untereinander fortpflanzen können. Dabei werden drei verschiedene Formen unterschieden. Mechanische Isolationsmechanismen führen dazu, dass sich Körpermerkmale bei einigen Individuen so verändern, dass eine Paarung nicht mehr möglich ist. Ethologische Isolationsmechanismen sorgen dafür, dass Unterschiede im Verhalten, meist direkt das Balz- oder Paarungsverhalten betreffend, sich so verändern, dass andere Individuen aus der Population nicht mehr als Fortpflanzungspartner ausgewählt werden. Bei der zeitlichen Isolation verändert sich die Fortpflanzungszeit, sodass die einen Individuen sich zu einer anderen Zeit paaren, als die veränderten Individuen.
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