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Natürliche Selektion

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Einleitung

Zielgruppe: Lernende der Klassen 9–11. Lernziel: Du erklärst natürliche Selektion anhand von Variation, Vererbung und unterschiedlichem Fortpflanzungserfolg. Evolution ist die Veränderung vererbbarer Merkmals- beziehungsweise Allelhäufigkeiten in Populationen über Generationen. Individuen passen sich nicht willentlich an.

Variation und Vererbung

Individuen einer Population unterscheiden sich beispielsweise in Färbung, Körpergröße oder Widerstandsfähigkeit. Solche Unterschiede entstehen unter anderem durch Mutation und Neukombination von Erbanlagen. Nur vererbbare Unterschiede können durch natürliche Selektion über Generationen die Häufigkeit genetischer Varianten verändern. Nicht jede sichtbare Eigenschaft ist erblich: Ernährung und Umwelt beeinflussen ebenfalls den Phänotyp.

Selektionsdruck und Fortpflanzungserfolg

In einer bestimmten Umwelt überleben und vermehren sich manche Individuen häufiger als andere. Entscheidend ist der relative Fortpflanzungserfolg, die biologische Fitness, nicht bloß Kraft oder Lebensdauer. Räuber, Krankheitserreger, Klima und Konkurrenz können Selektionsfaktoren sein. Selektion wirkt auf Individuen und ihre Merkmale; evolutionäre Veränderungen zeigen sich in Populationen über Generationen.

Birkenspanner als Fallbeispiel

Bei Birkenspannern gibt es helle und dunkle Farbformen. Auf unterschiedlich gefärbten Untergründen kann die Sichtbarkeit für jagende Vögel variieren. Während der Industrialisierung veränderten Ruß und später Luftreinhaltung vielerorts die Umwelt. Die Häufigkeit der Farbformen veränderte sich entsprechend. Das Beispiel zeigt, dass der Vorteil eines Merkmals vom Lebensraum abhängt; die Tiere färben sich nicht absichtlich um.

Schematische Darstellung von Birkenspanner-Farbformen

Formen und Grenzen der Selektion

Gerichtete Selektion begünstigt eine Ausprägung, stabilisierende Selektion mittlere Ausprägungen und disruptive Selektion unterschiedliche Extreme. Sexuelle Selektion betrifft Unterschiede im Paarungserfolg. Zufällige genetische Drift, Genfluss und Mutation beeinflussen Evolution ebenfalls. Anpassungen sind keine perfekten Lösungen: Ein Vorteil kann unter veränderten Bedingungen zum Nachteil werden.

Antibiotikaresistenz und Transfer

In Bakterienpopulationen können bereits resistente Varianten vorkommen oder neu entstehen. Ein Antibiotikum tötet empfindliche Bakterien stärker ab oder hemmt ihre Vermehrung; resistente Varianten können sich dann ausbreiten. Das Medikament erzeugt Resistenz nicht zielgerichtet, sondern verändert die Selektionsbedingungen. Verantwortlicher Antibiotikaeinsatz begrenzt vermeidbaren Selektionsdruck. Auch Pestizidresistenz lässt sich nach diesem Prinzip erklären.

Interaktive Aufgaben

Quiz: Teste dein Wissen

Welche Voraussetzung benötigt natürliche Selektion? (Vererbbare Unterschiede zwischen Individuen) (!Identische Merkmale aller Individuen) (!Absichtliche Veränderung von Genen) (!Immer gleichbleibende Umwelt)

Was bedeutet biologische Fitness? (Relativer Fortpflanzungserfolg) (!Maximale Körperkraft) (!Höchstes Lebensalter) (!Größte Körpermasse)

Auf welcher Ebene wird Evolution über Generationen sichtbar? (In Populationen) (!Nur in einem einzelnen Tier) (!Nur in einzelnen Organen) (!Nur in Fossilien)

Was liefert neue genetische Varianten? (Mutation) (!Bedarfsgerechte Willenskraft) (!Training allein) (!Natürliche Selektion ohne Variation)

Warum kann eine dunkle Birkenspannerform häufiger werden? (Sie wird in bestimmter Umgebung seltener gefressen) (!Sie entscheidet sich für dunkle Gene) (!Alle hellen Tiere färben sich um) (!Ruß verändert gezielt jedes Gen)

Was ist gerichtete Selektion? (Begünstigung einer Merkmalsausprägung) (!Immer gleiche Überlebenschance) (!Zufällige Partnerwahl ohne Folgen) (!Vollständiger Stillstand der Evolution)

Welche Aussage zu Antibiotikaresistenz stimmt? (Resistente Bakterien können unter Behandlung häufiger werden) (!Antibiotika erzeugen zielgerichtet Resistenzen) (!Alle Bakterien werden sofort resistent) (!Resistenz ist stets nur eine erlernte Eigenschaft)

Was ist genetische Drift? (Zufällige Veränderung von Allelhäufigkeiten) (!Immer gezielte Anpassung) (!Nur künstliche Zucht) (!Vererbung erworbener Muskeln)

Warum ist Anpassung kontextabhängig? (Umweltbedingungen können sich ändern) (!Jedes Merkmal ist immer vorteilhaft) (!Evolution verfolgt einen festen Plan) (!Alle Lebensräume sind identisch)

Welche Beobachtung unterstützt Selektion? (Erbliche Varianten haben unterschiedlichen Nachwuchserfolg) (!Individuen ändern Gene nach Wunsch) (!Alle Varianten vermehren sich stets gleich) (!Erworbene Narben werden vererbt)

Memory

Mutation	Zufällige Änderung des Erbguts
Variation	Unterschiede zwischen Individuen
Fitness	Relativer Fortpflanzungserfolg
Selektionsdruck	Umweltbedingter Unterschied im Erfolg
Genfluss	Austausch von Genvarianten zwischen Populationen

Drag and Drop

Ordne die Fachbegriffe zu.	Bedeutung
Phänotyp	Beobachtbare Merkmalsausprägung
Genotyp	Genetische Ausstattung
Stabilisierende Selektion	Mittlere Ausprägungen begünstigt
Disruptive Selektion	Extreme Ausprägungen begünstigt
Sexuelle Selektion	Unterschiedlicher Paarungserfolg

Kreuzworträtsel

Mutation	Wie heißt eine Änderung der DNA?
Variation	Wie heißen Unterschiede innerhalb einer Population?
Fitness	Wie heißt der relative Fortpflanzungserfolg?
Population	Wie heißt eine Fortpflanzungsgemeinschaft einer Art?
Selektion	Wie heißt die unterschiedliche Auslese von Varianten?
Anpassung	Wie heißt ein unter bestimmten Bedingungen vorteilhaftes erbliches Merkmal?

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Lückentext

Offene Aufgaben

Leicht

Begriffe: Erstelle eine beschriftete Begriffskarte zu Variation, Selektion und Fitness.
Birkenspanner: Beschreibe die zwei Farbformen und ihre mögliche Tarnung.
Beobachtung: Suche im Schulhof nach unterschiedlichen Blattformen und dokumentiere sie.
Erklärung: Schreibe fünf Sätze dazu, warum Individuen nicht absichtlich evolvieren.

Standard

Simulation: Simuliere mit verschiedenfarbigen Papierpunkten und wechselndem Untergrund drei Selektionsrunden.
Diagramm: Zeichne ein hypothetisches Häufigkeitsdiagramm über fünf Generationen.
Interview: Befrage eine Fachperson zum verantwortlichen Antibiotikaeinsatz.
Medienkritik: Vergleiche zwei Erklärvideos auf korrekte Verwendung von Fitness und Anpassung.

Schwer

Versuchsplanung: Plane einen fairen Modellversuch mit Kontrollbedingung zu Tarnung.
Datenanalyse: Analysiere erfundene Resistenzdaten und nenne alternative Erklärungen.
Transfer: Vergleiche Selektion und genetische Drift bei kleinen Populationen.
Wissenschaftskommunikation: Entwirf ein erklärendes Poster mit Quellen und Lizenznachweisen.

Lernkontrolle

Tarnung: Erkläre anhand eines veränderten Untergrunds eine mögliche Verschiebung der Farbformen.
Ursache und Wirkung: Trenne Mutation, Selektionsdruck und Fortpflanzungserfolg in einer Kausalkette.
Datenbewertung: Beurteile, ob eine beobachtete Häufigkeitsänderung allein Selektion beweist.
Resistenz: Erkläre, warum unnötiger Antibiotikaeinsatz die Ausbreitung resistenter Varianten fördern kann.
Vergleich: Unterscheide gerichtete Selektion von genetischer Drift anhand zweier Szenarien.

Lernnachweis

Du kannst die notwendigen Bedingungen der Selektion fachsprachlich erklären, Daten zu Allelhäufigkeiten deuten, alternative Evolutionsmechanismen unterscheiden und ein begründetes Modell mit Quellen und Medienrechten dokumentieren.