Biologie II: Baupläne und Evolution - Cheatsheet

Homologe und analoge Strukturen

Definition:

Ähnliche Merkmale bei verschiedenen Arten aufgrund gemeinsamer Abstammung oder ähnlicher Funktion.

Details:

• Homologe Strukturen: gleiche Abstammung, unterschiedliche Funktionen, z.B. Vordergliedmaßen von Wirbeltieren.
• Analoge Strukturen: unterschiedliche Abstammung, gleiche Funktion, z.B. Flügel von Vögeln und Insekten.
• Homologie: durch gemeinsame Vorfahren, Basiskriterien: Lage, spezifische Qualität, Kontinuität.
• Analogie: durch konvergente Evolution, nicht durch gemeinsame Vorfahren
• Wichtige Konzepte: Divergenz (Homologie) und Konvergenz (Analogie).

Stammbäume und Kladistik

Definition:

Verwendung von Stammbäumen in der Kladistik zur Darstellung evolutionärer Verwandtschaftsverhältnisse.

Details:

• Stammbäume visualisieren phylogenetische Beziehungen
• Kladistik: Methode zur Erstellung von Stammbäumen basierend auf gemeinsamen Merkmalen
• Monophyletische Gruppen: Alle Nachkommen eines gemeinsamen Vorfahren
• Paraphyletische Gruppen: Beinhaltet Vorfahren, aber nicht alle Nachkommen
• Polyphyletische Gruppen: Organismen ohne gemeinsamen direkten Vorfahren
• Kladogramme räpresentieren Hypothesen der Verwandtschaft
• Homologe Merkmale: Geerbt von einem gemeinsamen Vorfahren
• Analoge Merkmale: Ähnlichkeiten durch konvergente Evolution
• Outgroup-Vergleich zur Bestimmung von Merkmalszuständen

Morphogenese und Organbildung

Definition:

Prozesse der Formbildung und Differenzierung von Organismen, einschließlich der Entwicklung einzelner Organe und Gewebe.

Details:

• Morphogene: Signalmoleküle, die Positionsinformationen während der Embryogenese vermitteln
• Gradienten: Konzentrationsgradienten von Morphogenen spezifizieren Zellschicksale
• Wichtige Prozesse: Zellproliferation, Zelldifferenzierung, Apoptose, Zellbewegung
• Genetische Steuerung: Hox-Gene und andere Transkriptionsfaktoren regulieren die regionale Identität
• Modellorganismen: Drosophila, Zebrafisch, Arabidopsis
• Verfahren: In-situ-Hybridisierung, Immunhistochemie, genetische Manipulationen

Natürliche Selektion und Anpassung

Definition:

Grundmechanismus der Evolution: Welche Individuen (mit bestimmten Merkmalen) überleben und sich fortpflanzen, hängt von ihrer Anpassung an die Umwelt ab.

Details:

• N.S. führt zu evolutionärer Anpassung, da förderliche Merkmale über Generationen hinweg häufiger werden.
• Anpassung: Prozess, bei dem sich Organismen durch Selektion besser an ihre Umweltbedingungen anpassen.
• Variation, Vererbung, und Differenzielle Reproduktion sind Schlüsselkomponenten der N.S.
• Fitness: relative Fortpflanzungserfolg eines Individuums.

Mechanische Eigenschaften biologischer Strukturen

Definition:

Untersuchen die physikalischen Eigenschaften und das mechanische Verhalten von biologischen Materialien.

Details:

• Elastizität (Hooke'sches Gesetz): \(\sigma = E \cdot \epsilon\)
• Viskoelasticität: Kombination aus elastischem und viskosem Verhalten
• Zugfestigkeit: Maximale Spannung vor dem Bruch
• Biegefestigkeit: Widerstand gegen Biegen, abhängig von Material und Form
• Duktilität: Maß für die plastische Verformbarkeit
• Härte: Widerstand gegen Eindringen oder Deformation
• Beispiele: Knochen, Sehnen, Zellwände (Pflanzen), Exoskelette (Arthropoden)

Genetische Drift und Flaschenhalseffekte

Definition:

Genetische Drift: Zufällige Veränderungen der Allelfrequenzen in einer Population. Flaschenhalseffekt: Drastische Reduktion der Populationsgröße führt zu verringerter genetischer Vielfalt.

Details:

• Genetische Drift: Signifikant in kleinen Populationen.
• Flaschenhalseffekt: Nach starken Reduktionsereignissen (z.B. Naturkatastrophen).
• Reduziert genetische Variabilität, erhöht Anfälligkeit für Krankheiten/Extinktion.
• Formeln: Änderung der Allelfrequenz durch Drift \(q = p^k (1-p)^{N-k}\), wobei 'p' die initiale Frequenz eines Allels und 'N' die Populationsgröße ist.

Prinzip des gemeinsamen Vorfahrens

Definition:

Gemeinsamer Ursprung aller Lebewesen durch evolutionäre Abstammungslinien.

Details:

• Basiskonzept der Evolutionstheorie
• Evidenz durch fossile Funde, genetische Übereinstimmungen
• Phylogenetische Bäume darstellen Verwandtschaftsbeziehungen
• Homologe Merkmale beweisen gemeinsame Vorfahren

Entwicklung genetischer Regulation

Definition:

Fokus auf evolutionäre Veränderungen in der Genexpression und Genregulation, Anpassung an Umweltbedingungen.

Details:

• Regulationsebene: Transkription, Translation, posttranslationale Modifikation
• Mutationen in regulatorischen Sequenzen
• Genetische Netzwerke und Feedback-Loops
• Epigenetische Mechanismen (z.B. DNA-Methylierung, Histon-Modifikation)
• Hox-Gene und deren Rolle bei der Entwicklung
• Beispiel: Adaptive Radiation und ihre genetische Grundlage