Aufgaben 119 Die Entstehung der Artenvielfalt Evolution zeigt sich an der Zusammensetzung von Populationen Warum hat es bis ins 19. Jahrhundert gedauert, bis Evolution „entdeckt“ wurde? Vermutlich weil der Vorgang nicht gerade offensichtlich ist. Evolution verläuft in der Regel viel zu langsam, um sie mit eigenen Augen beobachten zu können. Dennoch zeigten 1908 Godfrey Hardy1 und Wilhelm Weinberg2, dass man mit einer einfachen mathematischen Formel berechnen kann, ob sich in einer Population die Häufigkeit eines Merkmals ändert, ob also bezüglich dieses Merkmals Evolution stattfindet oder nicht. Die Formel gibt die Phänotyp-Häufigkeiten für alle möglichen Kombinationen der vorhandenen Allele an, unter der Annahme, dass keine Evolution stattfindet. In einer solchen „idealen Population“ gäbe es weder Selektion und Mutation noch Zu- oder Abwanderung (Migration). Alle Individuen hätten die gleichen Fortpflanzungschancen. Die Hardy-Weinberg-Regel sagt aus, dass in einer solchen idealen Population die Allelhäufigkeiten über die Generationen hinweg unverändert bleiben. Nehmen wir an, eine Ausgangspopulation der Wunderblume bestünde nur aus roten und weißen Blumen (das heißt, rosa käme nicht vor), und es hätten 10 % den Phänotyp rot (Genotyp RR) und 90 % wären weiß (Genotyp WW). Die Allelhäufigkeiten sind dann p = 0,1 für das Allel R und q = 0,9 für das Allel W. Wie du in Abbildung 17 siehst, blieben in der Folgegeneration diese Allelhäufigkeiten gleich. Das ist logisch, denn wenn in einer Population alle Individuen die gleichen Fortpflanzungschancen haben, dann sollte sich auch an den Allelhäufigkeiten nichts ändern, also keine Evolution stattfinden. Abbildung 17 zeigt noch einen weiteren Aspekt der Hardy-Weinberg-Regel: Das Verhältnis der möglichen Genotypen RR : RW : WW entspricht in einer nicht-evolvierenden Population ab der F1-Generation (in allen weiteren Generationen) dem Verhältnis p2 : 2pq : q2. Bei einem Verhältnis der Allelhäufigkeit von 10 % R (p = 0,1) zu 90 % W (q = 0,9) – wie in Abbildung 17 – muss das Verhältnis der Genotypen RR : RW : WW in allen Generationen somit ebenso 1 % : 18 % : 81 % betragen, für den Fall, dass keine Evolution stattfindet. Ob das in einer Population wirklich zutrifft, kannst du experimentell prüfen. Dazu muss nur die Anzahl der verschiedenen Genotypen gezählt werden. Daraus berechnest du die Anteile p und q für die beiden Allele R und W. Berechne dann mit den Werten von p und q die nach der Hardy- Weinberg-Regel zu erwartenden Häufigkeiten der Genotypen RR (p2), RW (2pq) und WW (q2). Stimmen die beobachteten Zahlenwerte mit den berechneten überein, kann gezeigt werden, dass die Population hinsichtlich dieses Merkmals nicht evolviert. Man sagt dann, dass sich die Population im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht befindet. Abweichungen hingegen weisen auf Selektionsprozesse hin. 1 Godfrey Hardy: britischer Mathematiker, 1877–1947 2 Wilhelm Weinberg: deutscher Arzt, 1862–1937 Mit Hilfe der Hardy- Weinberg-Regel kann rechnerisch überprüft werden, ob sich Allelhäufigkeiten ändern, das heißt ob Evolution stattfindet R W R W RR RW WR WW Folgegeneration Phänotyp: rot rosa weiß Genotyp: RR RW WW Häufigkeit Genotypen: p2=0,01 2pq=0,18 q2=0,81 Allelhäufigkeiten: p=0,1; q=0,9 Ausgangspopulation Phänotyp: Genotyp: RR WW gegeben: Anteil R: p=0,1; Anteil W: q=0,9 p=0,1 Eizellen Wunderblume (Mirabilis jalapa) Samenzellen p=0,1 Häufigkeit p2=0,01 Häufigkeit qp=0,09 Häufigkeit qp=0,09 Häufigkeit p2=0,81 q=0,9 q=0,9 rot weiß Abb.17: Hardy-Weinberg-Regel. Bei gleichen Fortpflanzungschancen für alle Individuen bleibt die Allelhäufigkeit über die Generationen konstant. 1 E In einer Wunder- blumen-Population findest du folgende Ergebnisse. Berechne die Gesamtanzahl der Allele R und W und die Allelhäufigkeiten p und q. Berechne daraus die erwarteten Häufigkeiten laut der Hardy-WeinbergGleichung. Stimmen die berechneten und beobachteten Zahlen überein? Welchen Schluss kannst du daraus ziehen? 2 E Mukoviszidose ist eine monogenetische Erbkrankheit. Das mutierte Allel wird rezessiv vererbt: Nur homozygote Personen weisen Symptome auf, heterozygote Trägerinnen bzw. Träger sind hingegen gesund. Die Häufigkeit der Krankheit liegt bei 1 : 2 500 unter Neugeborenen. Berechne daraus den Anteil der heterozygoten Trägerinnen und Träger in der Gesamtpopulation. a) Phänotyp (Genotyp) b) ausgezählte Pflanzen rot (RR) 20 rosa (RW oder WR) 120 weiß (WW) 60 Summe 200 Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv
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