Gendrift – ein Evolutionsfaktor

Gendrift – ein Evolutionsfaktor Übung

• Erkläre den Begiff der Gendrift.

  Tipps

  Die Gründung einer neuen Stadt ist nur außerhalb einer anderen Stadt möglich.

  Denke an das Beispiel der Flasche voller Perlen. Ist es Zufall oder nicht, welche Perlen beim Umdrehen der Flasche durch den Hals gelangen?

  Lösung

  Ein wesentliches Merkmal der Gendrift ist, dass sie zufällig passiert. Beispielsweise passiert sie durch eine Naturkatastrophe, die einen Teil der der Population auslöscht und somit den Genpool reduziert. Eine kleine Population ist davon in der Regel stärker betroffen, da manche Allele ohnehin nur sehr selten vorkommen und diese mit einer höheren Wahrscheinlichkeit komplett ausgelöscht werden.

  Der Gründereffekt ist eine Form der Gendrift. Um eine Population neu zu gründen, müssen einige Individuen von der Stammpopulation getrennt, also isoliert werden. Ohne diese Isolation ist keine Neugründung möglich.

  Der Flaschenhalseffekt ist eine weitere Form der Gendrift. Erinnere Dich an das Beispiel mit der Flasche voll bunter Perlen. Dreht man die Flasche um, kommt nur eine kleiner Anteil der Perlen heraus. Diese haben nur ein paar verschiedene Farben, aber nicht so viele verschiedene, wie sich in der Flasche befinden. Die Variabilität ist deutlich eingeschränkt.

  Dieses Beispiel zeigt auch, dass nur der Zufall entscheidet, welche Perlen aus der Flasche kommen. Genauso ist es im Falle einer Naturkatastrophe. Ein Vulkanausbruch löscht einen Teil einer Population aus, egal wie gut diese Individuen an die vorherigen Umweltbedingungen angepasst waren.

• Benenne die folgenden Evolutionsfaktoren.

  Tipps

  „Rekombinieren“ bedeutet „neu anordnen“.

  Den Begriff „Isolierung“ benutzt man zum Beispiel auch bei Kabeln. Ist ein Kabel elektrisch isoliert, bedeutet das, dass es von der Umwelt räumlich getrennt ist.

  Lösung

  Es gibt fünf Evolutionsfaktoren. Die Mutation und die Rekombination wirken direkt auf der Ebene der DNA.

  Durch Mutationen kommt es zu Veränderungen der Basensequenz und somit auch manchmal zur Entstehung neuer Merkmale, wie zum Beispiel einer anderen Fellfarbe.

  Bei der Rekombination wird das vorhandene genetische Material neu gemischt, also neu kombiniert. So kommt es zu neuen Merkmalskombinationen.

  Die anderen Selektionsfaktoren wirken durch die Umwelt.

  Bei der Selektion oder auch „natürlichen Auslese“ überleben die Individuen einer Population, die an die herrschenden Umweltbedingungen am besten angepasst sind. Zum Beispiel ist ein Tier mit weißem Fell in der Arktis besser getarnt als ein Tier mit braunem Fell.

  Isolation hingegen beruht auf der räumlichen Trennung von Populationen derselben Art, zum Beispiel durch ein sehr hohes Gebirge oder Wasser. Die beiden Teilpopulationen entwickeln sich unterschiedlich.

  Als Gendrift bezeichnet man schließlich die Veränderung des Genpools aufgrund eines zufälligen Ereignisses, zum Beispiel eines Vulkanausbruches, durch den ein großer Teil einer Population stirbt. Aus den Überlebenden entwickelt sich eine neue Population mit einem veränderten Genpool.

• Entscheide, ob durch die genannten Prozesse der Genpool vergrößert oder verkleinert wird.

  Tipps

  Eine Veränderung der Gene sorgt für neue Variationen.

  Lösung

  Es gibt verschiedene Prozesse, die den Genpool beeinträchtigen. Mutation und Rekombination vergrößern den Genpool durch Veränderung der Gene. Auch die Einkreuzung fremder, jedoch naher verwandter Arten kann den Genpool einer Population bereichern, sofern eine Kreuzung möglich ist.

  Gendrift, Isolation und Selektion verkleinern den Genpool einer Population. Selektion ist eine gerichtete Aussortierung nicht vorteilhafter Merkmale, wohingegen Gendrift und Isolation zufällig stattfinden und demnach ungerichtet sind.

• Analysiere das beschriebene Ereignis.

  Tipps

  Überlege, wie es zu einer neuen Farbvariante der Frösche kommen kann.

  Was symbolisiert der Flaschenhals?

  Lösung

  Durch ein zufälliges Ereignis wie das Austrocknen des Sees (Flaschenhals) überlebt nur eine vom Zufall „gewählte“ Gruppe von Tieren, nämlich sechs grüne und zwei gelbe Frösche. Der Genpool hat sich demnach in Richtung des Allels für eine grüne Färbung verschoben.

  Wären Störche gekommen und hätten alle schlecht getarnten Frösche gefressen, würde es sich um Selektion und nicht um Gendrift handeln. Bei der Gendrift spielen vorteilhafte Merkmale, wie eine gute Tarnung, keine Rolle.

  Vor dem Austrocknen des Sees hatten die braunen Frösche durch ihre gute Tarnung einen Selektionsvorteil. Der Selektionsdruck wirkte also zu Gunsten brauner Frösche.

  Im Laufe der Zeit können durch Mutation oder möglicherweise durch Rekombination wieder braune Frösche auftauchen. Diese haben gute Chancen zu überleben, da sie so gut getarnt sind. Der Selektionsdruck könnte also über viele Jahre hinweg wieder zu Gunsten der zufällig entstandenen braunen Frösche wirken.

• Vergleiche Gendrift und natürliche Selektion.

  Tipps

  Selektion findet immer gerichtet statt.

  Lösung

  Selektion findet immer gerichtet statt. Das bedeutet, dass die Natur mit all ihren Einflüssen, wie dem Wetter oder Konkurrenz, selektiert. Somit überleben und vermehren sich diejenigen Tiere, die am besten an die herrschenden Umweltbedingungen angepasst sind. Vorteilhafte Merkmale werden so weitergegeben, wohingegen nachteilige mit der Zeit verschwinden.

  Gendrift geschieht hingegen durch ein zufälliges Ereignis. Zum Beispiel durch eine Naturkatastrophe oder die zufällige Neubesiedelung einer Insel. Der Genpool wird hierdurch verkleinert. Es spielt jedoch keine Rolle, ob die Individuen gut oder schlecht angepasst sind, da die Auswahl dem Zufall unterliegt. Vorteilhafte Merkmale können durch Gendrift verschwinden.

• Erkläre, welche Folgen der Artenerhalt in Zoos mit sich bringt.

  Tipps

  Überlege, was Inzucht bedeutet und welche Probleme dabei entstehen.

  Erinnere Dich an die Definition der natürlichen Selektion.

  Lösung

  Der Flaschenhalseffekt muss nicht zwangsläufig durch eine Naturkatastrophe entstehen, sondern kann wie in diesem Beispiel auch durch das zufällige Einfangen einiger weniger Tiere und durch ihre Aufzucht im Zoo entstehen. Die Rettung einer Art durch Zucht ist zwar gut und wichtig, aber es führt auch zu den Problemen, die eine Gendrift mit sich bringt.

  Diese Tiere stellen sozusagen die Gründerpopulation dar. Der Genpool besteht nur noch aus ein paar wenigen Allelen. Vermehren sich diese Tiere nun in Gefangenschaft, bleibt der Genpool trotzdem gering, es kommt zu Inzucht und Genverlust. Durch diesen Genverlust steigt das Risiko von Erkrankungen, da die Fitness der Tiere stetig abnimmt.

  In freier Wildbahn könnte die natürliche Selektion diesem Phänomen mit der Zeit entgegenwirken, da sich die besser angepassten und gesünderen Tiere stärker vermehren würden. In Gefangenschaft greift die natürliche Selektion jedoch nicht, da es keine Feinde und keine Konkurrenz gibt.

  Daher versuchen Zoos untereinander Tiere zu tauschen um neue Gene in den Genpool zu bringen und die Variation zu erhöhen. Nur so kann eine erfolgreiche Artenrettung funktionieren.