Prüfungen erfolgreich bestehen im Fach Ökologie - Jutta Schmid Prüfungen erfolgreich bestehen

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den Interaktionen zwischen den Merkmalen eines Individuums und seiner Umwelt ab. So werden Individuen in einem Lebensraum besser überleben und sich fortpflanzen als in einem anderen, wenn sie Eigenschaften besitzen, die in dem einen Lebensraum von Vorteil sind im anderen jedoch nicht.

      G Wodurch unterscheidet sich die natürliche Selektion von der Selektion durch den Menschen?

      Die Selektion durch den Menschen hat ein bestimmtes Ziel, wie z.B. die Milchleistung einer Kuhrasse zu maximieren. Die natürliche Selektion hingegen hat kein Ziel. Individuen überleben und pflanzen sich erfolgreich fort, weil sie Merkmale haben, die ihnen dieses unter den gegebenen Lebensbedingungen ermöglichen. Die Merkmale wurden aber nicht zu einem bestimmten Zweck ausgewählt.

      H Welche Selektionskräfte treiben die Evolution an?

      Die Evolution wird sowohl durch physikalische Umweltfaktoren, die Verfügbarkeit von Ressourcen, aber auch durch alle Arten von Interaktionen um Ressourcen oder Sexualpartner, Prädation, Parasitismus etc. angetrieben.

      2.1.2 Die Evolution innerhalb von Arten

      A Individuen einer Art zeigen oft geographische Variationen ihrer Merkmale. Wie kann man experimentell testen, ob es sich hierbei um eine Anpassung im evolutionären Sinn handelt oder um Reaktionen gleichartiger Individuen auf unterschiedliche Umweltbedingungen?

      Diese Frage lässt sich durch reziproke Transplantationsexperimente klären. Dabei werden Individuen wechselseitig zwischen unterschiedlichen Standorten ausgetauscht. Zeigen sie die typischen Merkmale der Fremdhabitate (s. Abb. 2.1, a), so kann man davon ausgehen, dass es sich hier um eine Reaktion gleichartiger Individuen auf die lokalen Lebensbedingungen handelt. Behalten die Individuen jedoch auch im Fremdhabitat zunächst ihre ursprünglichen Merkmale bei, deutet dies auf eine genetische Anpassung an die lokalen Gegebenheiten hin (s. Abb. 2.1, b). Diese Experimente eignen sich insbesondere für Pflanzen (z.B. Umsiedlungsexperimente mit Weißklee, Trifolium repens) und sesshafte Tiere (z.B. Umsiedlungsexperimente mit Seeanemonen, Actinia tenebrosa).

      Abb. 2.1: Reziproke Transplantationsexperimente. Dabei werden Individuen wechselseitig zwischen verschiedenen Habitaten ausgetauscht, wo sie neben einheimischen Organismen gezogen werden.

      a Die Pflanzen verlieren ihre ursprünglichen Merkmale und zeigen die Merkmale des Fremdhabitats (Reaktionen gleichartiger Individuen auf unterschiedliche Umweltbedingungen).

      b Die Pflanzen behalten ihre ursprünglichen Merkmale im fremden Habitat bei (Anpassung im evolutionären Sinne).

      S Was versteht man unter Industriemelanismus und warum stellt er ein Beispiel für einen durch den Menschen veränderten Selektionsdruck dar?

      Unter Industriemelanismus versteht man das dominante Vorkommen dunkler Farbmorphen von Schmetterlingen oder auch anderer Arten in Industriegebieten. Der Birkenspanner (Biston betularia) war die erste Art bei der man den Industriemelanismus beobachten konnte. Diese Schmetterlinge werden von insektivoren Vögeln gefressen. In Industriegebieten, in denen Hintergründe durch die Luftverschmutzung oftmals dunkel gefärbt sind bzw. der relativ helle Flechtenbewuchs durch das Schwefeldioxid in der Luft an Baumstämmen verloren geht, hat die dunkle Schmetterlingsmorphe einen Selektionsvorteil und wird hier weniger häufig von Vögeln als seinen Hauptfressfeinden detektiert und erbeutet als die helle. In unverschmutzten Gegenden hingegen wird die helle Morphe seltener gefressen, weil sie auf einem helleren Hintergrund für ihre Prädatoren weniger gut zu detektieren ist als die dunklen Schmetterlinge.

      D Warum kann eine starke Spezialisierung gefährlich sein?

      Einerseits werden Arten durch Spezialisierung an bestimmte Umweltbedingungen, wie z.B. Wasserknappheit nahezu perfekt angepasst. Andererseits siebt die natürliche Selektion hier auch oftmals einen Großteil der Variabilität aus. So kann es vorkommen, dass Individuen hochspezialisierter Arten bei einer Veränderung der Umwelt, wie z.B. dem Auftreten von Krankheiten, oder der Veränderung klimatischer Bedingungen, nicht über die Merkmale verfügen, welche unter den neuen Umweltbedingungen von Vorteil wären. Dies wirkt sich nachteilig auf Überleben und Reproduktion aus und kann zum Aussterben dieser hochspezialisierten Arten führen.

      F Warum spricht man von einer Spirale der wechselseitigen Selektion bei dem Wirt – Parasit- bzw. Räuber – Beuteverhältnis?

      Räuber und Beute bzw. Wirt und Parasit interagieren miteinander. Durch diese Interaktionen üben beide Teile einen Selektionsdruck auf den jeweils anderen aus. So werden sowohl beim Räuber als auch bei der Beute bzw. Wirt und Parasit Merkmale selektiert, die unter den gegebenen Umständen günstig für Überleben und Reproduktion sind. Dabei spielt natürlich auch die Selektion durch den jeweiligen Gegenspieler eine zentrale Rolle. Die Selektion von bestimmten Merkmalen bei einem der beiden Gegenspieler führt wiederum zu einem veränderten Selektionsdruck auf den anderen usw. So können bei einem Wirt durch die Interaktion mit einem hochspezialisierten Parasit Resistenzen selektiert werden, was wiederum den Selektionsdruck auf den Parasiten erhöht, den Wirt befallen zu können (s. Kap. 4).

      2.1.3 Die Ökologie der Artbildung

      A Wie kann man nachweisen, ob Individuen unterschiedlicher Populationen zu ein und derselben Art gehören?

      Mit dem sogenannten Mayr-Dobzhansky-Test prüft man, ob Individuen unterschiedlicher Populationen in der Lage sind, sich zu kreuzen und reproduktionsfähige Nachkommen zu produzieren. Wenn dies der Fall ist, kann die natürliche Selektion allein die Populationen nicht in zwei Arten aufspalten. Eine auf diese Weise getestete Art entspricht einer biologischen Art und man nennt sie auch Biospezies.

      Hier sei angemerkt, dass Eisbär (Ursus maritimus) und Grizzlybär (Ursus arctos horribilis) sich untereinander kreuzen und offensichtlich fruchtbare Nachkommen zeugen können. Entsprechend wären Eisbär und Grizzlybär also keine eigene Biospezies.

      S Wie kommt es zur Artbildung durch räumliche Isolation?

      Wenn der Genfluss zwischen zwei Teilen einer Population durch eine Barriere verhindert wird, können sich diese Teilpopulationen zu unterschiedlichen Arten entwickeln. Dieser Vorgang wird allopatrische oder geographische Artbildung genannt. Eine natürliche Barriere kann das Meer, welches Inseln umgibt darstellen, aber auch alle anderen Arten von Landschaftsbarrieren, wie beispielsweise Gebirge, Flüsse oder tiefe Täler, die eine Migration von Tieren oder die Bestäubung bei Pflanzen verhindert. Solche Barrieren können z.B. durch Kontinentaldrift entstanden sein. Der Genfluss wird durch diese Barrieren unterbrochen, obwohl die Individuen der Populationen sich theoretisch noch erfolgreich reproduzieren könnten. Während die Teilpopulationen voneinander isoliert sind, können sie sich unabhängig voneinander weiterentwickeln. Zufällige und unterschiedliche Mutationen und Selektionsdrücke treten auf und führen dazu, dass sich die Populationen verschieden entwickeln. Wenn sie dabei so unterschiedlich werden, dass die Individuen der Populationen sich nicht mehr kreuzen und reproduktionsfähige Nachkommen produzieren können, gehören sie zu unterschiedlichen Biospezies, d.h. auch wenn die geographische Barriere aufgehoben wird, ist kein Genfluss zwischen den beiden Teilpopulationen mehr möglich (s. Abb. 2.2).

      Abb. 2.2: Geographische oder allopatrische Artbildung (verändert nach Stearns und Hoekstra 2005).

      D Erläutern Sie das sympatrische Modell der Artbildung.

      Sympatrische Artbildung erfolgt im Gegensatz zur allopatrischen Artbildung ohne räumliche Separation. Bei der sympatrischen Artbildung verhindern reproduktive Isolationsmechanismen, wie beispielsweise die Verdoppelung oder Vervielfachung des Chromosomensatzes, die Kreuzung von Individuen innerhalb einer Population (s. Abb. 2.3). Die sympatrische Artbildung spielt vor allem im Pflanzenreich eine wichtige Rolle.

      Abb. 2.3: Sympatrische Artbildung (verändert nach Stearns und Hoekstra 2005).

      F Welche Unterschiede trennen neuevolvierte Arten besonders erfolgreich?

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