Evolution und Ökologie

Art

Fortpflanzungsgemeinschaft, deren Individuen überlebens- und fortpflanzungsfähige Nachkommen erzeugen können.

Artbildung (Speziation)

Entstehung neuer Arten meist durch Isolation einer Subpopulation, wodurch sich Populationen genetisch auseinanderentwickeln.

Ökologische Separation

Unterschiedliche Arten besiedeln verschiedene Lebensräume und treffen kaum aufeinander.

Verhaltensisolation

Unterschiedliche Balzrufe, Gesänge oder Paarungsrituale verhindern Kreuzung.

Zeitliche Isolation (Reproduktionszeit)

Arten paaren sich zu verschiedenen Jahres- oder Tageszeiten.

Bestäuberisolation

Verschiedene Pflanzenarten werden von unterschiedlichen Bestäubern bestäubt.

Gametische Inkompatibilität

Paarung findet statt, aber keine Befruchtung; z. B. Pollenschlauch wächst zu langsam oder Spermien sind inkompatibel.

Sexuelle Selektion

Partner anderer Arten sind sexuell unattraktiv; basiert meist auf Sexualdimorphismus.

Hybrid

Nachkommen aus Kreuzung zweier Arten; können lebensfähig, steril oder schwächer sein.

Evolutionsfaktoren

Mutation, Rekombination, Selektion, Gendrift

Ökologie

Wissenschaft von den Wechselwirkungen zwischen belebter (biotischer) und unbelebter (abiotischer) Umwelt.

Abiotische Faktoren

Unbelebte Umweltfaktoren wie Licht, Wasser, Temperatur, Nährstoffe, Bodenbeschaffenheit.

Biotische Faktoren

Beziehungen zwischen Lebewesen wie Konkurrenz, Räuber-Beute, Parasitismus, Symbiose.

Biotop

Bestimmter Lebensraum (z. B. Wald, Teich), in dem Organismen in Wechselwirkung treten.

Biozönose

Lebensgemeinschaft aller Organismen in einem Biotop und ihrer Wechselwirkungen.

Produzenten

Autotrophe Organismen, die durch Photosynthese Biomasse aufbauen (z. B. Pflanzen, Cyanobakterien).

Konsumenten

Heterotrophe Organismen, die Biomasse anderer Lebewesen aufnehmen; Pflanzen- und Fleischfresser.

Destruenten

Zersetzer, die organisches Material in anorganische Stoffe umwandeln (Bakterien, Pilze).

Antibiose

Wechselwirkung, bei der mindestens ein Partner benachteiligt ist (z. B. Parasitismus).

Probiose

Wechselwirkung, bei der mindestens ein Partner profitiert (z. B. Symbiose).

Ökosystem

Einheit aus Biotop und Biozönose.

Biosphäre

Gesamtheit aller Ökosysteme der Erde.

Population

Gesamtheit aller Individuen einer Art in einem Lebensraum, die sich fortpflanzen können.

Ökologische Nische

Gesamtheit aller biotischen und abiotischen Faktoren, die für das Überleben einer Art entscheidend sind.

Konkurrenzausschlussprinzip

Zwei Arten mit derselben ökologischen Nische können im selben Lebensraum nicht dauerhaft koexistieren.

Fundamentale Nische

Größtmöglicher Lebensraum, in dem eine Art überleben könnte.

Reale Nische

Tatsächlicher Lebensraum, den eine Art aufgrund von Konkurrenz und Bedingungen einnimmt.

Biologisches Gleichgewicht

Zustand in einem Ökosystem, bei dem Individuenzahl, Artenzahl und Umweltbedingungen stabil bleiben.

Nahrungskette / Nahrungsnetz

Darstellung von Energie- und Stoffflüssen zwischen Produzenten, Konsumenten und Destruenten.

Energiefluss

Weitergabe von Energie in einem Ökosystem; nur etwa 10 % der Biomasse werden von einer Trophiestufe zur nächsten weitergegeben.

Nennen Sie die 6 wichtigsten Luftschadstoffe.

1. Stickoxide (NOₓ)

2. Schwefeldioxid (SO₂)

3. Kohlenstoffdioxid (CO₂)

4. Feinstaub (PM)

5. Ozon (O₃) in Bodennähe

6. Kohlenstoffmonoxid (CO)

Was sind die Hauptquellen und Wirkungen von Stickoxiden (NOₓ)?

• Quellen: Straßenverkehr (Motoren), Kraftwerke, Industrie.

• Wirkungen: Reizt die Atemwege, bildet sauren Regen und Ozon (Sommersmog).

Welcher Schadstoff ist der Hauptverursacher des sauren Regens und woher stammt er?

Schwefeldioxid (SO₂). Hauptquelle ist die Verbrennung schwefelhaltiger Kohle und Heizöle.

Was ist Feinstaub und warum ist er so gefährlich?

Gefahr: Sie können tief in die Lunge und ins Blut eindringen und verursachen Atemwegs- und Herz-Kreislauf-Erkrankungen, Lungenkrebs.

• Quellen: Verkehr (Motoren, Reifenabrieb), Industrie, Heizungen.

Wie entsteht gesundheitsschädliches Ozon (O₃) in Bodennähe?

Es ist ein Sekundärschadstoff, der bei starker Sonneneinstrahlung aus Stickoxiden (NOₓ) und Lösungsmitteln (VOC) entsteht (Sommersmog).

Warum ist Kohlenstoffmonoxid (CO) lebensgefährlich?

Es bindet sich an den roten Blutfarbstoff (Hämoglobin) und blockiert so den Sauerstofftransport im Körper. Es führt zu innerem Ersticken.

Nennen Sie die vier Hauptquellen der Wasserverschmutzung.

1. Kommunale Abwässer (Fäkalien, Nährstoffe)

2. Industrieabwässer (Schwermetalle, Chemikalien)

3. Landwirtschaft (Dünger, Pestizide)

4. Luftschadstoffe (Saurer Regen)

Was versteht man unter Eutrophierung?

Die Überdüngung eines Gewässers mit Nährstoffen (v.a. Nitrat, Phosphat). Dies führt zu übermäßigem Algenwachstum, Sauerstoffmangel und "Umkippen" des Gewässers.

Welche drei Reinigungsstufen gibt es in einer Kläranlage?

1. Mechanische Reinigung (Entfernung fester Stoffe)

2. Biologische Reinigung (Abbau organischer Stoffe durch Bakterien)

3. Chemische/Weitergehende Reinigung (Entfernung von Nährstoffen wie Phosphor und Stickstoff)

Was geschieht in der mechanischen Reinigungsstufe?

Entfernung grober und fester Stoffe.

• Rechen: Grobstoffe (Plastik, Holz)

• Sandfang: Sand und Kies

• Vorklärbecken: Absetzen von Schwebstoffen

Wie funktioniert die biologische Reinigung?

Mikroorganismen (Bakterien) bauen im Belebtschlammverfahren oder im Tropfkörper die gelösten organischen Schmutzstoffe (z.B. aus Fäkalien) ab.

Welches Ziel hat die weitergehende Reinigung (3. Stufe)?

ie Entfernung von Pflanzennährstoffen, insbesondere Phosphor (durch Fällung mit Chemikalien) und Stickstoff (durch bakterielle Prozesse), um die Eutrophierung der Gewässer zu verhindern.

Nennen Sie die vier Hauptbelege für die Evolution und beschreiben Sie sie.

1. Fossilien: Versteinerte Überreste zeigen Übergangsformen und die zeitliche Abfolge von Arten.

2. Anatomie: Homologe Organe (gemeinsamer Bauplan, unterschiedliche Funktion) weisen auf gemeinsame Vorfahren hin.

3. Embryologie: Ähnliche Embryonalentwicklung bei verwandten Arten (biogenetische Grundregel).

4. Molekularbiologie: Ähnlichkeiten in DNA und Proteinen (z.B. Cytochrom c) zeigen Verwandtschaftsgrade

Was ist der entscheidende Unterschied zwischen der Evolutionstheorie von Lamarck und der von Darwin?

• Lamarck: "Erworbene Eigenschaften werden vererbt" (z.B. Giraffe streckt Hals -> Nachkommen haben längeren Hals). Falsch.

• Darwin: "Natürliche Selektion (Auslese) begünstigt Individuen mit zufällig entstandenen, vorteilhaften Merkmalen." Richtig.

Was sind Leitfossilien? Nennen Sie ein Beispiel.

Fossilien von Arten, die kurzlebig, weit verbreitet und häufig waren. Sie erlauben die Altersbestimmung von Gesteinsschichten.

Was sind Homologien, was Analogien? Geben Sie je ein Beispiel.

• Homologie: Gleicher Grundbauplan, unterschiedliche Funktion (zeigt Verwandtschaft).

  • Beispiel: Vorderbein eines Menschen, Flügel eines Vogels, Flosse eines Wals.

Was besagt die biogenetische Grundregel (Haeckel)?

"Die Embryonalentwicklung (Ontogenie) wiederholt in verkürzter Form die Stammesentwicklung (Phylogenie)."

Was ist die "Ursuppe" und welche Bedeutung hat sie?

Der Ur-Ozean der frühen Erde, angereichert mit organischen Molekülen. In ihr fand die chemische Evolution statt, die zur Entstehung der ersten Lebensbausteine führte.

Welche revolutionäre Erfindung machten die Cyanobakterien und welche Konsequenz hatte das?

Sie erfanden die oxygenische Photosynthese. Dies führte zur Anreicherung von Sauerstoff in der Atmosphäre, was die Bedingungen für sauerstoffatmende Lebewesen schuf und andere Lebensformen auslöschte ("Sauerstoffkatastrophe").

Was war die Ediacara-Fauna?

Die ersten bekannten, komplexen vielzelligen Organismen am Ende des Präkambriums. Sie hatten oft bizarre, teller- oder federartige Formen.

Was geschah während der "kambrischen Explosion"?

Eine relativ kurze Phase im Kambrium, in der fast alle modernen Tierstämme (Wirbeltiere, Weichtiere, Gliederfüßer etc.) erstmals im Fossilbericht auftauchten.

Welche Herausforderungen mussten die ersten Pflanzen beim Landgang bewältigen?

1. Trockenheit (Schutz vor Austrocknung).

2. Schwerkraft (Stützgewebe nötig).

3. Fortpflanzung an Land (ohne Wasser).

4. Nährstoffaufnahme aus dem Boden (Wurzeln).

Nennen Sie die drei Perioden des Mesozoikums und deren charakteristische Lebewesen.

1. Trias: Erste Dinosaurier und Säugetiere.

2. Jura: Blütezeit der Dinosaurier (Riesenformen), erste Vögel.

3. Kreide: Weitere Dinosaurier, erste Blütenpflanzen, Aussterben der Dinosaurier am Ende.

Warum ist Archaeopteryx ein klassisches Brückentier?

Er vereint Reptilienmerkmale (Zähne, langer Schwanzwirbel, Bauchrippen) mit Vogelmerkmalen (Federn, Gabelbein, Flügel).

Was ist ein weiteres wichtiges Brückentier zwischen Fischen und Amphibien?

Tiktaalik. Es hatte Schuppen und Kiemen wie ein Fisch, aber auch eine bewegliche Rippe, einen Hals und kräftige Vorderflossen, die bereits an Beine erinnerten.

Warum wird das Känozoikum auch "Zeitalter der Säugetiere" genannt?

Nach dem Aussterben der Dinosaurier konnten sich die Säugetiere, die bisher klein und unscheinbar waren, in die frei gewordenen ökologischen Nischen ausbreiten und eine enorme Vielfalt entwickeln.

Beschreiben Sie den Trend in der Evolution des Pferdes anhand von drei Merkmalen.

1. Größe: Vom fuchsgroßen Hyracotherium zum großen, heutigen Pferd.

2. Extremitäten: Von vier Zehen (vorn) zur Einzehigkeit (Huf) für schnelles Laufen in Steppen.

3. Gebiss: Entwicklung hochkroniger Zähne für das Zermahlen von hartem Steppengras.

Welches Anpassungsmerkmal ist typisch für alle Primaten?

Greifhände (und oft Greiffüße) mit opponierbarem Daumen für das Klettern und Hantieren.

Nennen Sie drei anatomische Unterschiede zwischen Mensch und Menschenaffe, die mit dem aufrechten Gang zusammenhängen.

1. Wirbelsäule: Doppel-S-Form beim Menschen vs. einfache Bogenform beim Affen.

2. Becken: Breites, schüsselförmiges Becken beim Menschen vs. schmales, langes Becken.

3. Beine: Beim Menschen länger als Arme, beim Affen Arme länger als Beine.

Welcher Hominide wird mit dem gesicherten aufrechten Gang in Verbindung gebracht?

Australopithecus afarensis (bekannt durch das Fossil "Lucy").

Was war die kulturelle Leistung von Homo erectus?

Er war der erste Hominide, der das Feuer kontrolliert nutzte (zum Kochen, Wärmen, Schutz und Jagen).

Woher stammt der moderne Homo sapiens und wann wanderte er aus?

Er entstand vor ca. 300.000 Jahren in Afrika und begann vor ca. 100.000 Jahren, die anderen Kontinente zu besiedeln und andere Menschenarten (wie den Neandertaler) zu verdrängen.

Erklären Sie den Unterschied zwischen Mikroevolution und Makroevolution.

• Mikroevolution: Kleine, kurzfristige evolutionäre Veränderungen innerhalb einer Art (z.B. Anpassung von Schnabelgrößen bei Finken).

• Makroevolution: Große, langfristige evolutionäre Veränderungen, die zur Entstehung neuer Arten führen.

Was ist der Unterschied zwischen natürlicher und sexueller Selektion?

• Natürliche Selektion: Erhöht die Überlebensfähigkeit (z.B. Tarnung, Resistenz gegen Krankheiten).

• Sexuelle Selektion: Erhöht den Paarungserfolg (z.B. Pfauenrad, Geweih des Hirsches).

Was versteht man unter konvergenter Evolution?

Die unabhängige Entwicklung ähnlicher Merkmale bei nicht verwandten Arten aufgrund ähnlicher Lebensweisen.

Nennen Sie drei Evolutionsfaktoren.

1. Mutation (Liefert das Rohmaterial für neue Merkmale).

2. Selektion (Selektiert die vorteilhaften Merkmale).

3. Isolation (Führt zur Aufspaltung von Populationen und zur Artbildung).