abiweb
online lernen

Die perfekte Abiturvorbereitung
in Biologie

Im Kurspaket Biologie erwarten Dich:
  • 123 Lernvideos
  • 515 Lerntexte
  • 1881 interaktive Übungen
  • original Abituraufgaben

Drei Prinzipien der Stammbaum-Entwicklung

Belege der Evolution / Stammbäume erstellen & verstehen

Homologievermutung

In der Genetik und Evolutionsbiologie wird der Begriff der Homologie auch auf solche Gene angewandt, die in unterschiedlichen Spezies ähnliche oder identische Funktionen haben und in ihrer Sequenz auf einen gemeinsamen Vorläufer zurückzuführen sind.

Außengruppenvergleich

Eine Art, die nicht ganz zu vergleichbaren Arten passt, aber ähnliche Eigenschaften zeigt, wird als Vergleichsmuster eingesetzt. Die Spinatpflanze betreibt Fotosynthese und besitzt dementsprechend alle Enzyme und zellulären Voraussetzungen, diesen Stoffwechselweg zu betreiben. Damit ist sie als Außengruppe für einen Stammbaum von Cyanobakterien geeignet, die ebenfalls Fotosynthese betreiben.

Prinzip der einfachsten Erklärung

Stammbäume können auf den unterschiedlichsten Merkmalen basieren. Neben makroskopischen (morphologischen) und mikroskopischen Merkmalen liegen ihnen heutzutage in der Regel auch genetische Merkmale (DNA/Proteinsequenzen) zugrunde. Der Vergleich mehrerer Basen- bzw. Aminosäuresequenzen führt zu einer umfangreichen Datenmenge, in der Ähnlichkeiten jedoch nur schwer zu entdecken sind. Mathematisch werden etwaige Ähnlichkeiten mithilfe von Algorithmen beschrieben. Ein simples Beispiel dafür ist folgende Abschätzung anhand eines Dendrogramms. Grundlage dafür ist die Analyse von Differenzen innerhalb festgelegter Sequenzen (Schmelztemperatur, DNA-Sequenz, Aminosäuresequenz).

Merke

Stammbäume erstellen: Homologievermutung, Außengruppenvergleich, Prinzip der einfachsten Erklärung

Bsp.: Vergleich einer kurzen DNA-Sequenz. Die Tabelle gibt die Merkmalsunterschiede zwischen den einzelnen Proben an.

 

Unterschiede in den Sequenzen

DNA-Sequenz Proben

A

B

C

D

A

-

2

3

1

B

2

-

5

2

C

3

5

-

3

D

1

2

3

-

 

Im folgenden Schritt werden die ermittelten Unterschiede für jede Sequenz aufsummiert, woraus sich der Distanzwert ergibt.

Distanzwert

6

9

11

6

Der Distanzwert stellt die Summe der Änderungen „A zu allen anderen; B zu allen anderen, ...“ dar.

Die Sequenzen werden nun nach diesem Distanzwert sortiert und folgendermaßen weiterbehandelt:

A und D zeigen denselben Distanzwert. Sie werden deshalb als sehr ähnlich angesehen und in einem gemeinsamen Cluster unter dem Mittelwert der Ziffer 6 zusammengefasst. Zwischen den Sequenzen B und C besteht die geringste Distanz. Ein Mittelwert von 10 wird aus den Distanzwerten von B und C errechnet. Aus den Werten 6 und 10 wird im nächsten Schritt wiederum der Durchschnitt gebildet, sodass das Gesamtcluster den Wert 8 umschließt.

Dendrogramm

Diese baumartige Darstellung einer Datenmenge wird als Dendrogramm bezeichnet. Das Dendrogramm ist in der Regel ein Aufriss, also die Seitenansicht des Stammbaumes. Hier werden alle Verzweigungen gezeigt. Jede Verzweigung in einem phylogenetischen Stammbaum repräsentiert den Vorfahren bzw. den nächsten gemeinsamen Verwandten dieser Vorfahren. Die Pfadlänge entspricht meist der geschätzten Zeit, in der sich Arten separiert haben oder der Anzahl der Mutationen, die während dieser Entwicklung aufgetreten sind. Doch Vorsicht, sie dient nur dann als “Evolutionsuhr", wenn entsprechende andere Datierungsmöglichkeiten (z.B. Fossilien mit 14C- oder Kalium-Argon-Datierung) zur Verfügung stehen. Der Knoten in einem phylogenetischen Baum wird als taxonomische Einheit bezeichnet, wobei man bei inneren Knoten oft von hypothetischen taxonomischen Einheiten spricht, wenn die entsprechenden Arten oder Einheiten nicht beobachtet werden können.

Kladogramm

Das Kladogramm ist ein Stammbaum, der auf der phylogenetischen Systematik (Kladistik) beruht. Diese Art Stammbaum zeigt die Abspaltungen besonders deutlich, z.B. durch Angabe von abgeleiteten Merkmalen. In Kladogrammen wird nie eine absolute Zeitangabe zum Abspaltungsereignis gemacht, es handelt sich um eine relative Abfolge der Abspaltungsereignisse.

Dieser Inhalt ist Bestandteil des Online-Kurses

Evolution

abiweb - Abitur-Vorbereitung online (abiweb.de)
Diese Themen werden im Kurs behandelt:

[Bitte auf Kapitelüberschriften klicken, um Unterthemen anzuzeigen]

  • Was ist Evolution?
    • Einleitung zu Was ist Evolution?
    • Evolution als Thema im Abitur
    • Variabilität
    • Biodiversität
      • Einleitung zu Biodiversität
      • Aufgabenfeld der Evolutionsforschung
    • Ordnung im Chaos - Systematik und Taxonomie
      • Einleitung zu Ordnung im Chaos - Systematik und Taxonomie
      • Drei Domänen des Lebens
      • Linnés Ordnungssystem
  • Evolutionstheorien – Eine Reise durch die Geschichte der Evolution
    • Einleitung zu Evolutionstheorien – Eine Reise durch die Geschichte der Evolution
    • Lamarck
    • Darwin: Evolution durch natürliche Selektion
    • Dobzhansky und Mayr – Synthetische Evolutionstheorie
  • synthetische Evolutionsbiologie: das moderne Konzept der Evolutionsbiologie
    • Einleitung zu synthetische Evolutionsbiologie: das moderne Konzept der Evolutionsbiologie
    • Variabilität – Herkunft und Nutzen
      • Einleitung zu Variabilität – Herkunft und Nutzen
      • Hardy-Weinberg-Gesetz
      • Abituraufgabe
      • Evolutionsfaktor Selektion
        • Einleitung zu Evolutionsfaktor Selektion
        • stabilisierende Selektion
        • disruptive Selektion
    • Wie funktioniert Artbildung?
      • Einleitung zu Wie funktioniert Artbildung?
      • allopatrische Artbildung
      • sympatrische Artbildung
      • Biologische Isolationsmechanismen
      • Gendrift
    • Was ist Präadaptation?
      • Einleitung zu Was ist Präadaptation?
      • Präadaptation - Wie entstehen Mutationen?
  • Belege der Evolution
    • Einleitung zu Belege der Evolution
    • Fossilien: paläontologische Hinweise
      • Einleitung zu Fossilien: paläontologische Hinweise
      • Geschwindigkeit der Evolution
    • Verwandtschaftsselektion und Gesamtfitness
    • Homologie im Bau von Lebewesen
      • Einleitung zu Homologie im Bau von Lebewesen
      • Analogie
        • Einleitung zu Analogie
        • Homologiekriterien aus Anatomie, Embryologie und Molekularbiologie
      • chemische Evolution
      • Geschichte des Lebens
        • Einleitung zu Geschichte des Lebens
        • biologische Evolution - vom Einzeller zum Vielzeller
          • Einleitung zu biologische Evolution - vom Einzeller zum Vielzeller
          • Endosymbiontentheorie
          • Massensterben und Evolutionsschübe
          • Kontinentaldrift – Massensterben
            • Einleitung zu Kontinentaldrift – Massensterben
            • Artensterben: Umweltveränderungen durch den Menschen
          • Koevolution
        • adaptive Radiation
    • Stammbäume erstellen & verstehen
      • Einleitung zu Stammbäume erstellen & verstehen
      • Drei Prinzipien der Stammbaum-Entwicklung
        • Einleitung zu Drei Prinzipien der Stammbaum-Entwicklung
        • Molekularbiologie und Stämmbäume
      • Wirbeltierstammbaum
      • Belege der Evolution am Beispiel Huhn
  • Evolution des Menschen
    • Einleitung zu Evolution des Menschen
    • Menschen und Menschenaffen
    • Fossilien belegen die Menschwerdung
      • Einleitung zu Fossilien belegen die Menschwerdung
      • Menschliche Entwicklung
        • Einleitung zu Menschliche Entwicklung
        • Hominidenstammbaum
      • Von der biologischen zur kulturellen Evolution
    • Menschwerdung
    • Zusammenfassung: Evolution des Menschen
      • Einleitung zu Zusammenfassung: Evolution des Menschen
      • Literatur
  • 56
  • 18
  • 221
  • 56