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Mutation und Selektion – Anwendung

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Team Digital
Mutation und Selektion – Anwendung
lernst du in der Oberstufe 5. Klasse - 6. Klasse - 7. Klasse - 8. Klasse - 9. Klasse

Grundlagen zum Thema Mutation und Selektion – Anwendung

Inhalt

Mutation – Biologie

Beim Menschen werden Mutationen oft mit Krankheiten, zum Beispiel mit der Entstehung von Krebs, assoziiert. Mutationen können aber auch positive Effekte haben, so sind sie für die Artenvielfalt auf der Erde verantwortlich. Aber was ist eine Mutation und welche Bedeutung haben Mutationen in der Evolution?

Mutation – Definition

Eine Mutation ist eine Veränderung von Erbanlagen (DNA). Dabei können Gene so verändert werden, dass Merkmale verschwinden, sich verändern oder gar neue Merkmale entstehen. Diese Veränderungen treten meist spontan und zufällig auf. Mutationen können aber auch durch externe Auslöser wie UV-Strahlung, radioaktive Strahlung und Chemikalien hervorgerufen werden. Zudem können Mutationen an die Nachkommen weitervererbt werden.

Mutation und Selektion am Beispiel der Kerguelen-Fliege

In der Evolution bilden Mutationen die Grundlage für die Entstehung neuer Arten. Aber Mutationen allein reichen nicht aus: Ein weiterer Faktor ist maßgeblich an der Artenentstehung beteiligt – die Selektion. Schauen wir uns die Vorgänge der Mutation und Selektion am Beispiel der Kerguelen-Fliege an, einer auf den Kerguelen-Inseln entstandenen flügellosen Fliegenart.

Mutation
Das Merkmal, das in diesem Beispiel von Mutation betroffen war, war die Flügelgröße. So traten, bedingt durch Mutation, immer wieder Fliegen mit unterschiedlicher Flügelgröße und -form auf.

Mutation Merkmalsänderung

Einige von ihnen hatten Stummelflügel, wodurch sie flugunfähig waren. Diese Mutation war ein Nachteil für die Fliegen auf dem Festland, da sie schneller gefressen oder zertreten wurden als Fliegen mit normalen Flügeln. Sie starben, bevor sie sich fortpflanzen konnten. Die Flügelmutation konnte sich so nicht durchsetzen. Aber warum entstand dann die Art der Kerguelen-Fliegen auf den Kerguelen-Inseln?

Selektion
Zur Entstehung einer neuen Art braucht es neben der Mutation immer die Selektion, auch natürliche Auslese genannt. Welche Vorgänge der Selektion führten zur Entstehung der Art der Kerguelen-Fliege? Auf die Kerguelen-Inseln gelangten durch Wind oder Treibholz Fliegen mit normalen Flügeln und welche mit Stummelflügeln. Im Gegensatz zum Festland ist es auf den Kerguelen-Inseln sehr windig. Fliegen mit normalen Flügeln waren hier im Nachteil, da sie vom Wind weggeweht wurden. Je kleiner die Flügel, desto besser waren die Fliegen auf der Insel an die Bedingungen angepasst, sie waren im Vorteil. Der Wind war hier der Selektionsfaktor.

Selektion und Selektionsfaktor

Im Laufe der Evolution verschwanden die Flügel aufgrund von Mutation und Selektion schließlich komplett, denn Merkmale, die einen Vorteil liefern, werden weitervererbt. Fressfeinde gibt es auf den Kerguelen-Inseln für die flügellosen Fliegen kaum. Im Gegensatz dazu sind auf dem Festland die Fressfeinde der treibende Selektionsfaktor und bewirken, dass sich die Art der flügellosen Fliegen nicht durchsetzt.

Mutation – Bedeutung in der Biologie

Was bedeutet die Mutation für die Biologie? Durch Mutationen werden Merkmale verändert. Das führt zu Variationen von Individuen innerhalb einer Art. Individuen einer Art sind somit nicht gleich bezüglich eines Merkmals.
Es gibt Mutationen, die einen Vorteil für das Individuum in der jeweiligen Umwelt bringen. Das kann das Fehlen von Flügeln bei der Kerguelen-Fliege sein oder das braune Fell des Feldhasen, das ihn in Feldern und Wäldern besser tarnt als weißes Fell. Andersherum ist der Polarhase mit weißem Fell an die Umgebung im Schnee in den Polarregionen besser angepasst.
Durch Selektion pflanzen sich Individuen mit dem jeweiligen Merkmal öfter fort und vererben dieses an die Nachkommen. Langfristig führt das zur Entstehung einer neuen Art. Ohne Mutationen können Arten weder entstehen noch sich an verändernde Umweltbedingungen anpassen. Mutation und Selektion werden daher auch als „Antrieb der Evolution“ bezeichnet.

Kurze Zusammenfassung zum Video Mutation und Selektion – Anwendung

Was heißt Mutation? Was ist eine Mutation? Im Biologieunterricht hast du sicher schon einmal davon gehört. In diesem Video lernst du die Bedeutung von Mutation und Selektion am Beispiel der Kerguelen-Fliege kennen. Um dein Wissen zum Thema Mutation zu testen, kannst du die Übungen lösen und das Arbeitsblatt ausfüllen.

Transkript Mutation und Selektion – Anwendung

An den Stränden Floridas wurden zunehmend blonde“ Küstenmäuse der Art Peromyscus polionotus gesichtet. Etwa ein Trend? Geht er bald vorbei und wie kam der neue Look zustande? Um das Mysterium der blonden Mäuse kümmern wir uns in diesem Video zum Thema „Mutation und Selektion“. Keine Panik – was die beiden Begriffe überhaupt bedeuten, erfährst du selbstverständlich auch hier! Der Begriff Mutation lässt sich von dem lateinischen Wort „mutare“, was so viel bedeutet wie „verändern“ oder „verwandeln“, ableiten. In der Biologie versteht man unter einer Mutation die Veränderung des „Erbguts“. Mutationen entstehen zufällig. Sie können entweder spontan auftreten oder werden durch äußere Faktoren ausgelöst. Diese können UV-Strahlung, Radioaktivität und so weiter darstellen. Die Veränderung der Erbinformationen, welche auf den Genen – dies sind Abschnitte der DNA – gespeichert sind, bringt unter Umständen neue Merkmale eines Lebewesens hervor. Diese Merkmale werden dann teilweise an die Nachkommen vererbt. Somit sind nicht alle Individuen einer Art gleich, man nennt dies auch „Variation“ der Individuen. So auch bei den blonden Mäusen an Floridas Küste. Zunächst gibt es vor allem Küstenmäuse, welche eine dunkle Fellfarbe aufweisen. Die Mäuse haben sich selbstverständlich nicht selbst ihr Fell gefärbt, sondern eine „spontane Mutation“ hat für das Auftreten einer helleren Fellfarbe gesorgt. Durch die Mutation hat also eine „Veränderung des genetischen Materials“ stattgefunden, welche somit auch zu einer „Variation des äußeren Erscheinungsbilds“ der Maus – in diesem Fall am Merkmal „Fellfarbe“ erkennbar, geführt hat. Die Besonderheit hierbei: das helle Fell ist auf dem hellen Sand der Strände eine super Tarnung! Küstenmäuse mit dunklem Fell werden eher von Greifvögeln erkannt und somit gefressen. Ein guter Grund, diesen Look beizubehalten. Und dafür hat die Natur tatsächlich einen Mechanismus auf Lager. Wie du nun weißt, haben die blonden Mäuse aufgrund ihrer Tarnung im Sand eine höhere Überlebenschance als die Dunklen. Sie sind besser an die Umweltbedingungen „angepasst“ und haben durch ihr Überleben auch einen „höheren Fortpflanzungserfolg“, das Merkmal der hellen Fellfarbe wird also häufiger an die nächste Generation weitergegeben. Es wird innerhalb der „Population“ – also einer Gemeinschaft von Individuen einer Art, welche sich untereinander fortpflanzen – demnach zunehmend helle und immer weniger dunkle Mäuse geben. Diese Auslese von Lebewesen nennt man natürliche Selektion. Die blonden Mäuse haben dabei aufgrund besserer Tarnung einen „Selektionsvorteil“. Der helle Sand übt auf die schlecht getarnten dunklen Mäuse der Küstenmauspopulation einen „Selektionsdruck“ aus. Kurzes Zwischenfazit: eine „Mutation“ führt also in manchen Fällen zu einer erkennbaren „Variation“, diese bringt mitunter „Vorteile“ mit sich. Wenn dem so ist, wirkt sich dies wiederum auf den Fortpflanzungserfolg aus. Das Merkmal kommt also durch eine „Selektion“ immer häufiger vor. Die Population „verändert“ sich über einen sehr langen Zeitraum. Mitunter entstehen dadurch sogar ganz neue Arten. Diese wichtigen „Evolutionsfaktoren“ – Mutation und Selektion – zur Entstehung neuer Arten werden daher auch als „Antrieb der Evolution“ bezeichnet. Schauen wir uns dazu ein weiteres Beispiel an. Auf den „Kerguelen-Inseln“ im Indischen Ozean wurde das Auftreten „flugunfähiger Fliegen“ vermehrt beobachtet. Eine zufällige Mutation hat vermutlich zu „kleinen, stummeligen Flügeln“ geführt. Man müsste meinen, dass diese Fliegen keine Überlebenschancen haben – sie werden schnell gefressen oder finden keine Nahrung. Auf dem Festland ist dem auch so. Die meisten Fliegen sterben, sie geben ihr Merkmal nicht weiter. Anders auf den Kerguelen-Inseln. Auf den Inseln ist es „äußerst stürmisch“. Die Fliegen mit den normalen Flügeln können sich auf den Inseln nicht halten. Sie werden auf das Meer hinausgeweht und sterben. Die Fliegen mit den fluguntauglichen, kleinen Flügeln hingegen, können sich am Boden der Inseln halten, sie überleben und pflanzen sich fort. Sie sind also besser an die Umgebung „angepasst“, die kleinen Flügel bieten einen „Selektionsvorteil“. Der „Wind“ stellt hierbei einen „Selektionsfaktor“ dar. Hättest du das erwartet? – flugunfähige Fliegen haben einen Vorteil? Nun ja, wirklich faszinierend! Fassen wir unser Gelerntes noch einmal zusammen. Die Individuen einer Art weisen durch „Mutationen“ unterschiedliche Merkmale auf. Man spricht auch von „Variation“ der Individuen. Bestimmte Merkmale stellen einen „Vorteil in der jeweiligen Umgebung“ dar. Die Lebewesen mit diesem Merkmal haben „bessere Überlebenschancen“ und pflanzen sich somit mit einer höheren Wahrscheinlichkeit fort. Es findet eine „natürliche Selektion“ – also eine Auslese statt, welche dafür sorgt, dass das vorteilhafte Merkmal immer häufiger vorkommt. Auf diese Weise verändern sich Populationen über einen sehr langen Zeitraum. Neue Arten, wie die Kerguelen-Fliege, können so entstehen. Wie du siehst, auch der Küstenmaus geht es nicht darum, ein Trendsetter zu sein, sie kämpft um das nackte Überleben!

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Mutation und Selektion – Anwendung Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Mutation und Selektion – Anwendung kannst du es wiederholen und üben.
  • Gib an, was man unter einer Mutation versteht.

    Tipps

    Zwei der Antwortmöglichkeiten sind richtig.

    Mutationen können äußerliche Veränderungen zur Folge haben, müssen es aber nicht.

    Zu lange ohne Sonnenschutz in der Sonne zu sein, kann gesundheitliche Folgen haben.

    Lösung

    Mutationen sind Veränderungen an der DNA, unserem Erbgut. Solche Veränderungen können sich auf bestimmte Merkmale, wie die Fellfarbe, auswirken, müssen es aber nicht.
    Mutationen können durch unterschiedliche Faktoren wie die UV-Strahlung der Sonne oder Radioaktivität oder auch spontan ausgelöst werden.
    Da es sich um Veränderungen am Erbgut handelt, können Mutationen an Nachkommen weitervererbt werden.

  • Ordne den unterschiedlichen Begriffen im Zusammenhang mit Mutation und Selektion ein passendes Beispiel zu.

    Tipps

    Haben die Individuen einer Population unterschiedlich ausgeprägte Merkmale, spricht man von Variation.

    Ein anderer Begriff für Selektion ist Auslese.

    Eine Mutation ist eine Veränderung der DNA.

    Tiere mit einem Selektionsvorteil haben einen Vorteil bei der natürlichen Auslese. Sie werden also mit geringerer Wahrscheinlichkeit aussortiert.

    Lösung

    Mutationen sind Veränderungen am Erbgut. Diese Veränderungen können durch äußere Faktoren verursacht werden oder spontan entstehen. Durch eine Mutation könnte sich beispielsweise die Fellfarbe ändern.

    Gibt es innerhalb einer Population Individuen mit unterschiedlichen Merkmalsausprägungen, spricht man von Variation. In einer Mäusepopulation, in der manche Mäuse helles und manche Mäuse dunkles Fell haben, gibt es eine Variation in der Fellfarbe.

    Durch diese unterschiedlichen Merkmalsausprägungen kommt es dazu, dass manche Individuen in einer Populationen einen Selektionsvorteil haben. Mäuse mit hellem Fell beispielsweise sind besser getarnt und werden dadurch seltener gefressen. Gegenüber den Mäusen mit dunklem Fell haben sie einen Selektionsvorteil.

    Dieser Selektionsvorteil bestimmt schließlich die Selektion. Das ist die natürliche Auslese. Manche Mäuse pflanzen sich häufiger fort und ihre Merkmale setzen sich dadurch auf lange Sicht immer mehr durch.

  • Erkläre, warum Mutation und Selektion zur Entstehung neuer Arten führen können.

    Tipps

    Eine Variation existiert, wenn es unterschiedliche Merkmalsausprägungen innerhalb einer Population gibt.

    Die verkürzten Flügel sind eine Anpassung an die Bedingungen auf den Inseln.

    Nur wenn es eine Variation gibt, kann es zu einer Selektion kommen.

    Lösung

    Zu Beginn unseres Szenarios gibt es nur Fliegen mit großen Flügeln. Erst durch eine Mutation entstehen die verkürzten Flügel. Sobald dieses Merkmal in der Population vorkommt, existiert eine Variation hinsichtlich des Merkmals Flügelgröße. Es gibt nämlich nun unterschiedliche Ausprägungen dieses Merkmals: Manche Fliegen haben große Flügel und andere haben verkürzte Flügel.

    Auf die Fliegen mit großen Flügeln wirkt ein Selektionsdruck. Sie werden vermehrt durch den Wind von der Insel geweht und sterben. Der Selektionsfaktor ist also der starke Wind, der auf den Inseln herrscht. Durch diesen Selektionsdruck gibt es immer weniger Fliegen mit großen Flügeln und immer mehr Fliegen mit verkürzten Flügeln. Irgendwann ist der Punkt erreicht, an dem es sogar mehr Fliegen mit kurzen als mit großen Flügeln gibt.

    Weil die Fliegen auf den Inseln sehr isoliert leben, pflanzen sie sich über viele Generationen unter sich fort. So verändern sich immer mehr Merkmale und die Fliegen auf den Inseln unterscheiden sich immer mehr von den Fliegen auf dem Festland. Irgendwann sind die Unterschiede so groß, dass eine neue Art entstanden ist. Diese hat nach wie vor das Merkmal der verkürzten Flügel und ist flugunfähig.

  • Erkläre die Folgen der Industrialisierung für den Birkenspanner.

    Tipps

    Durch Mutationen können sich äußere Merkmale verändern.

    Der Selektionsdruck auf die Falter entsteht erst durch die Veränderungen aus der Umwelt.

    Eine Variation beschreibt das Vorkommen unterschiedlicher Merkmalsausprägungen in einer Population.

    Eine gute Tarnung vor Fressfeinden bringt einen Selektionsvorteil.

    Lösung

    Zunächst gibt es nur hell gefärbte Falter in der Population, die vor der Industrialisierung auf den hellen Baumstämmen einen Selektionsvorteil hatten. Durch eine Mutation entstehen jedoch Individuen mit dunkleren Flügeln. Hinsichtlich der Flügelfarbe existiert nun eine Variation in der Falterpopulation.

    Durch eine Umweltveränderung entstehen dunkel gefärbte Birkenstämme, auf denen die hellen Falter gut für Fressfeinde erkennbar sind. Sie haben nun keinen Vorteil mehr, sondern unterliegen einem Selektionsdruck. Die dunkel gefärbten Falter dagegen sind gut getarnt und haben dadurch einen Selektionsvorteil.

    Die Falter mit der dunklen Flügelfarbe haben also einen höheren Fortpflanzungserfolg und es kommt zu einer Selektion. Das Merkmal der hellen Flügelfarbe kommt immer seltener vor.

  • Erkläre die Begriffe Mutation und Selektion.

    Tipps

    Über unser Erbgut in den Keimzellen werden Eigenschaften an Nachkommen vererbt.

    UV-Strahlung kann Veränderungen am Erbgut herbeiführen.

    Den Begriffen müssen jeweils drei Stichpunkte zugeordnet werden.

    Lösung

    Eine Mutation ist eine Veränderung des Erbguts. Sie kann durch äußere Faktoren wie UV-Strahlung oder Radioaktivität, aber auch spontan entstehen. Wenn das Erbgut einer Keimzelle verändert wurde, kann eine Mutation auch vererbt werden.

    Eine Selektion liegt vor, wenn Individuen mit bestimmten Merkmalen einen höheren Fortpflanzungserfolg haben. Durch unterschiedliche Selektionsfaktoren kann ein solcher Erfolg entstehen. Beispielsweise sind manche Individuen besser vor Fressfeinden geschützt. Sie werden seltener gefressen, bekommen mehr Nachkommen und so kommt es zu einer natürlichen Auslese, auch Selektion genannt.

  • Entscheide, um welche Selektionsfaktoren es sich handelt.

    Tipps

    Zwei der beschriebenen Selektionsfaktoren sind abiotisch.

    Die Selektionsfaktoren bei den Birkenspannern sind die Fressfeinde.

    Temperatur ist ein abiotischer Umweltfaktor.

    Lösung

    Abiotische Faktoren sind Faktoren aus der unbelebten Umwelt. Kalte Temperaturen sind ein Faktor, der zu Anpassungen an Kälte führen kann. Dickes Fell ist ein Merkmal, das bei einer kalten Umgebungstemperatur Vorteile bringt. Auch Wind ist ein abiotischer Faktor. Verkürzte Flügel schützen die Kerguelen-Fliegen davor, bei starkem Wind von der Insel geweht zu werden.

    Biotische Faktoren sind Einflüsse aus der belebten Umwelt. Fressfeinde sind ein Beispiel für biotische Faktoren. Eine Tarnung vor Feinden, wie die dunkle Flügelfärbung bei Birkenspannern, kann einen großen Vorteil bringen.

    Sexuelle Selektionsfaktoren beeinflussen, welche Individuen als Fortpflanzungspartner gewählt werden. Hirsche mit großem Geweih haben einen Vorteil, denn sie setzen sich gegenüber Konkurrenten durch und sind so die bevorzugten Sexualpartner.

    Künstliche Selektionsfaktoren werden künstlich erschaffen und so in der Regel durch den Menschen bestimmt. Das ist zum Beispiel bei einer Hundezucht der Fall. Dort werden Hunde mit bestimmten Eigenschaften gezielt gezüchtet.

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