Zoologie - Exam

Aufgabe 1)

Natürliche Selektion und Adaptation

Mechanismus, bei dem Individuen mit vorteilhaften Merkmalen eine höhere Überlebens- und Fortpflanzungsrate haben. Diese Merkmale werden häufiger in zukünftigen Generationen vorkommen. Adaptation ist das Ergebnis dieses Prozesses, bei dem Organismen besser an ihre Umwelt angepasst sind.

• Ursprünge: Charles Darwin
• Faktoren: Variation, Vererbung, Überproduktion, Unterschiedlicher Fortpflanzungserfolg
• Merkmale: phänotypische Merkmale, die die Fitness beeinflussen
• Adaptation: Strukturelle, verhaltensbezogene, physiologische Veränderungen
• Genetische Basis: Mutationen, Rekombination
• Selektionstypen: stabilisierend, gerichtet, disruptiv
• Beispiele: Industriemelanismus, Antibiotikaresistenz

a)

(a) Erkläre, wie die natürliche Selektion zur Entstehung der Antibiotikaresistenz bei Bakterien führen kann. Beschreibe die Rolle von Mutation und Rekombination in diesem Prozess und erläutere, welche Selektionsart in diesem Kontext relevant ist.

Lösung:

(a) Erklärung der Entstehung der Antibiotikaresistenz bei Bakterien durch natürliche Selektion

Die natürliche Selektion spielt eine entscheidende Rolle bei der Entstehung der Antibiotikaresistenz bei Bakterien. Dieser Prozess kann in mehreren Schritten erklärt werden:

• Variation: Innerhalb einer Population von Bakterien gibt es natürliche genetische Variationen. Einige dieser Variationen können zufällig durch Mutationen entstehen. Diese Mutationen können zufällig Änderungen im genetischen Material hervorrufen, wodurch einige Bakterien resistent gegen bestimmte Antibiotika werden.
• Mutation und Rekombination: Mutationen sind Veränderungen im genetischen Material, die zufällig auftreten. Rekombination, besonders bei Bakterien durch horizontalen Gentransfer, kann ebenfalls neue genetische Kombinationen hervorbringen. Diese Prozesse führen zur Entstehung neuer genetischer Variationen innerhalb der Population.
• Selektion: Wenn Bakterien einer Antibiotikabehandlung ausgesetzt werden, überleben nur diejenigen Bakterien, die Mutationen besitzen, welche sie resistent gegen das Antibiotikum machen. Diese resistenten Bakterien haben im Gegensatz zu nicht-resistenten Bakterien eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit und eine höhere Fortpflanzungsrate.
• Relevante Selektionsart: In diesem Kontext ist die gerichtet Selektion (directional selection) relevant. Durch den konstanten Einsatz von Antibiotika wird ein starker Selektionsdruck auf die Bakterienpopulation ausgeübt, sodass diejenigen Individuen, die resistent sind, bevorzugt überleben und sich vermehren. Dies führt dazu, dass der Anteil resistenter Bakterien in der Population im Laufe der Zeit zunimmt.

Durch diesen Prozess können antibiotikaresistente Bakterienstämme entstehen, die schwerer zu behandeln sind, was ein ernsthaftes Problem für die Gesundheitsversorgung darstellt.

b)

(b) Gegeben sei eine Population von Marienkäfern, bei denen die Verteilung der Körperfarben rot (R) und schwarz (S) durch verschiedene Umweltfaktoren beeinflusst wird. Angenommen, die Fitness der Individuen hängt stark von der Körperfarbe ab und in einer bestimmten Umgebung haben schwarze Marienkäfer einen selektiven Vorteil, da sie besser getarnt sind und dadurch Fressfeinde meiden können. Verwende die Hardy-Weinberg-Gleichung um zu analysieren, wie sich die Allelfrequenzen unter diesen Bedingungen entwickeln könnten.

 # Hardy-Weinberg-Gleichung: p^2 + 2pq + q^2 = 1# Frequenzen der Allele: p (Anteil des Allels R), q (Anteil des Allels S) # Gegeben: p_initial = 0.3, q_initial = 0.7 # Berechne die Frequenzen nach einer Generation unter selektivem Vorteil Allelfrequenzen = {  'p': 0.3,  'q': 0.7,}# Du kannst die Informationen als Eingabedaten verwenden und die Frequenzen der Allele nach einer Generation # berechnen. Verwende die gewichtete Fitness, um Veränderungen in der Population zu modellieren.p_1 = Allelfrequenzen['p'] * (relative_Fitness_von_R)q_1 = Allelfrequenzen['q'] * (relative_Fitness_von_S)# Normalisiere die Frequenzen, um die Summe 1 zu ergeben:p_1_normalisiert = p_1 / (p_1 + q_1)q_1_normalisiert = q_1 / (p_1 + q_1)

Lösung:

(b) Verwendung der Hardy-Weinberg-Gleichung zur Analyse der Entwicklung der Allelfrequenzen bei Marienkäfern

Gegeben sei eine Population von Marienkäfern mit zwei Körperfarben: Rot (R) und Schwarz (S). Diese Farben sind durch die Allele R und S kodiert und beginnen mit den folgenden Anfangsfrequenzen:

• p_initial: 0.3 (Anteil des Allels R)
• q_initial: 0.7 (Anteil des Allels S)

Angenommen, schwarze Marienkäfer haben einen selektiven Vorteil, da sie besser getarnt sind und dadurch Fressfeinde besser meiden können. Um zu analysieren, wie sich die Allelfrequenzen unter diesen Bedingungen entwickeln könnten, berücksichtigen wir die relative Fitness der beiden Phänotypen.

# Hardy-Weinberg-Gleichung: p^2 + 2pq + q^2 = 1# Frequenzen der Allele:Allelfrequenzen = {  'p': 0.3,  # Anteil des Allels R  'q': 0.7   # Anteil des Allels S}# Relative Fitnesswerte (angenommen):relative_Fitness_von_R = 0.8  # geringere Fitness der roten Marienkäferrelative_Fitness_von_S = 1.0  # höhere Fitness der schwarzen Marienkäfer# Berechne die neuen Frequenzen nach einer Generation:p_1 = Allelfrequenzen['p'] * relative_Fitness_von_Rq_1 = Allelfrequenzen['q'] * relative_Fitness_von_S# Normalisiere die Frequenzen, um die Summe 1 zu ergeben:p_1_normalisiert = p_1 / (p_1 + q_1)q_1_normalisiert = q_1 / (p_1 + q_1)print(f'Neue Frequenz von p (R): {p_1_normalisiert:.4f}')print(f'Neue Frequenz von q (S): {q_1_normalisiert:.4f}')

Um die neuen Frequenzen nach einer Generation zu berechnen, folgen wir diesen Schritten:

1. Berechne die gewichteten Frequenzen:
   • p_1 = p_initial * relative_Fitness_von_R = 0.3 * 0.8 = 0.24
   • q_1 = q_initial * relative_Fitness_von_S = 0.7 * 1.0 = 0.7
2. Normalisiere die Frequenzen:
   • p_1_normalisiert = \frac{p_1}{p_1 + q_1} = \frac{0.24}{0.24 + 0.7} = 0.2553
   • q_1_normalisiert = \frac{q_1}{p_1 + q_1} = \frac{0.7}{0.24 + 0.7} = 0.7447

Nach einer Generation unter den gegebenen Bedingungen sinkt die Frequenz des Allels R auf 0.2553, während die Frequenz des Allels S auf 0.7447 steigt.

Diese Veränderungen zeigen, dass die Population der Marienkäfer evolutionärer Selektion unterliegt. Schwarze Marienkäfer haben einen selektiven Vorteil und werden daher in zukünftigen Generationen häufiger vorkommen.

Aufgabe 2)

Betrachte ein einfaches Ökosystem, das aus Primärproduzenten, Herbivoren, und zwei Stufen von Karnivoren besteht. Das Nahrungsnetz zeigt die Beziehungen zwischen diesen Organismen. Außerdem tritt eine trophische Kaskade auf, wenn der Top-Raubtier in diesem System entfernt wird. Untersuche die Auswirkungen dieser Veränderung auf die Populationen der anderen trophischen Ebenen und die Struktur des Ökosystems.

a)

Erstelle ein Nahrungsnetz für das beschriebene Ökosystem. Zeichne die Beziehungen zwischen Primärproduzenten, Herbivoren, und den zwei Stufen der Karnivoren. Achte darauf, die Richtung der Energieflüsse durch Pfeile deutlich zu machen.

Lösung:

Um ein Nahrungsnetz für das beschriebene Ökosystem zu erstellen, folgen wir den angegebenen Schritten:

• Primärproduzenten: Diese bilden die Basis des Nahrungsnetzes. Beispiele sind Pflanzen und Algen, die durch Photosynthese Energie erzeugen.
• Herbivoren: Diese ernähren sich von den Primärproduzenten. Beispiele sind Kaninchen, Rehe oder Heuschrecken.
• Karnivoren der ersten Stufe: Diese ernähren sich von Herbivoren. Beispiele sind Fuchs, Schlange oder Raubvögel.
• Karnivoren der zweiten Stufe (Top-Raubtiere): Diese ernähren sich von den Karnivoren der ersten Stufe und können auch andere Organismen der unteren Stufen fressen. Beispiele sind Wolf, Adler oder Hai.

Im folgenden Diagramm zeigt jeder Pfeil den Energiefluss von einer trophischen Ebene zur nächsten:

• Primärproduzenten → Herbivoren
• Herbivoren → Karnivoren der ersten Stufe
• Karnivoren der ersten Stufe → Karnivoren der zweiten Stufe

Das folgende Diagramm veranschaulicht dieses Nahrungsnetz:

                Karnivoren der zweiten Stufe (Top-Raubtiere)                               /                  |                       Karnivoren der ersten Stufe                    /                   |                                Herbivoren                            /       |                  Primärproduzenten                      

b)
 Beschreibe die Effekte der Entfernung des Top-Raubtiers auf die Populationen der Herbivoren und Primärproduzenten in diesem Ökosystem. Beziehe dich auf das Konzept der trophischen Kaskade. 
 Lösung: 
Um die Effekte der Entfernung des Top-Raubtiers auf die Populationen der Herbivoren und Primärproduzenten in diesem Ökosystem zu beschreiben, sollten wir das Konzept der trophischen Kaskade berücksichtigen. Eine trophische Kaskade beschreibt eine ökologisch signifikante Kaskade von Effekten, die durch das Entfernen eines Top-Raubtiers ausgelöst werden. Dies kann tiefgreifende Auswirkungen auf die Struktur und Funktion eines Ökosystems haben.

• Effekte auf die Population der Karnivoren der ersten Stufe:Wenn das Top-Raubtier entfernt wird, gibt es keine natürlichen Feinde mehr für die Karnivoren der ersten Stufe. Dies kann zu einer Zunahme ihrer Population führen, da weniger Individuen gefressen werden.
• Effekte auf die Population der Herbivoren:Da die Karnivoren der ersten Stufe aufgrund fehlender Top-Raubtiere im Überfluss vorhanden sind, werden mehr Herbivoren gefressen. Das führt zu einer Verringerung der Population der Herbivoren.
• Effekte auf die Population der Primärproduzenten:Weil weniger Herbivoren vorhanden sind, verringert sich der Fraßdruck auf die Primärproduzenten. Dies führt dazu, dass die Population der Primärproduzenten (z. B. Pflanzen) zunimmt, da sie weniger stark von den Herbivoren gefressen werden.

Zusammengefasst führt das Entfernen des Top-Raubtiers zu einer Serie von Veränderungen in den Populationen der anderen trophischen Ebenen, was die Struktur des gesamten Ökosystems verändert. Diese Kette von Ereignissen verdeutlicht das wichtige Konzept der trophischen Kaskade.

• Top-Raubtier entfernt → ewline{Population der Karnivoren der ersten Stufe erhöht sich}
• Karnivoren der ersten Stufe erhöht → ewline{Population der Herbivoren verringert sich}
• Population der Herbivoren verringert → ewline{Population der Primärproduzenten erhöht sich}

c)

Betrachtet man eine Modellgleichung, die die Herbivorenpopulation H als Funktion der Zeit t in einem solchen Ökosystem beschreibt: \[\frac{dH}{dt} = rH(1 - \frac{H}{K}) - cHP\] Erkläre die Bedeutung der Parameter r, K, und c in dieser Gleichung und interpretiere, wie sich die Entfernung des Top-Raubtiers auf diese Gleichung auswirkt. Berechne, was mit H passiert, wenn P (Population des Top-Raubtiers) auf Null gesetzt wird, wenn r = 0.1, K = 500, und c = 0.005.

Lösung:

Um die gegebene Gleichung zu analysieren, die die Herbivorenpopulation H als Funktion der Zeit t beschreibt, betrachten wir folgende Gleichung:

\[\frac{dH}{dt} = rH(1 - \frac{H}{K}) - cHP\]

Die Parameter in dieser Gleichung haben folgende Bedeutungen:

• r: Die intrinsische Wachstumsrate der Herbivorenpopulation. Sie gibt an, mit welcher Rate die Herbivorenpopulation wächst, wenn keine weiteren Einschränkungen vorhanden sind.
• K: Die Tragfähigkeit des Ökosystems. Dies ist die maximale Population von Herbivoren, die das Ökosystem auf Dauer unterstützen kann.
• c: Die Prädationsrate. Dies ist die Rate, mit der die Herbivoren von den Top-Raubtieren gefressen werden.

Die Gleichung hat zwei Hauptteile:

• \(rH \bigg(1 - \frac{H}{K}\bigg):\) Dieser Term beschreibt das logistische Wachstum der Herbivorenpopulation und berücksichtigt die begrenzten Ressourcen des Ökosystems.
• \(cHP:\) Dieser Term beschreibt die Verluste in der Herbivorenpopulation durch Prädation durch die Top-Raubtiere.

Wenn die Top-Raubtiere entfernt werden, setzt man die Population P auf Null (P = 0). Dadurch vereinfacht sich die Gleichung zu:

\[\frac{dH}{dt} = rH(1 - \frac{H}{K})\]

Da der Term \(-cHP\) jetzt wegfällt, bleibt nur das logistische Wachstum der Herbivorenpopulation bestehen.

Setzen wir nun die gegebenen Werte r = 0,1, K = 500, und c = 0,005 in diese vereinfachte Gleichung ein:

• \[\frac{dH}{dt} = 0,1H\bigg(1 - \frac{H}{500}\bigg)\]

Diese Gleichung beschreibt das Wachstum der Herbivorenpopulation ohne die Einflussnahme durch Prädation. Die Herbivorenpopulation wird jetzt solange wachsen, bis sie die Tragfähigkeit K (500) erreicht, sofern keine anderen Faktoren ins Spiel kommen.

Kurz gesagt, wenn die Top-Raubtiere entfernt werden (P = 0):

• Die Herbivorenpopulation H wird im Laufe der Zeit auf die Tragfähigkeit K (500) anwachsen, da der prädatorische Druck nicht mehr vorhanden ist.

Aufgabe 3)

Ein Zoologe hat in einem tropischen Regenwald eine neue Tierart entdeckt, die den folgenden Klassifikationsmerkmalen entspricht:

• Domäne: Eukaryota
• Reich: Animalia
• Stamm: Arthropoda
• Klasse: Insecta
• Ordnung: Coleoptera
• Familie: Carabidae
• Gattung: Pseudoferonia
• Art: mysticum

Der Zoologe stellt fest, dass diese neue Art die binomiale Nomenklatur Pseudoferonia mysticum besitzt und nach den Regeln der ICZN benannt wurde.

a)

Teilfrage 1: Beschreibe die hierarchischen Stufen der Klassifikation, denen die neue Art Pseudoferonia mysticum angehört. Erkläre, warum diese hierarchische Einteilung wichtig für die zoologische Nomenklatur ist und wie sie zur Ordnung und Kommunikation in der Biologie beiträgt.

Lösung:

Hierarchische Stufen der Klassifikation für die Art Pseudoferonia mysticum:

• Domäne: Eukaryota
• Reich: Animalia
• Stamm: Arthropoda
• Klasse: Insecta
• Ordnung: Coleoptera
• Familie: Carabidae
• Gattung: Pseudoferonia
• Art: mysticum

Wichtigkeit der hierarchischen Einteilung

1. Systematische Organisation: Die hierarchische Klassifikation ermöglicht eine systematische Einteilung der Lebewesen in Gruppen, die auf bestimmten gemeinsamen Merkmalen basieren. Dies hilft Wissenschaftlern, die Vielfalt des Lebens besser zu verstehen und zu organisieren.
2. Kommunikation: Die einheitliche Verwendung der binomischen Nomenklatur (z. B. Pseudoferonia mysticum) und der hierarchischen Klassifikation gewährleistet, dass Wissenschaftler weltweit eindeutig über dieselben Organismen sprechen. Dies verhindert Missverständnisse und sorgt für Klarheit in der biologischen Forschung.
3. Verwandtschaft und Evolution: Die hierarchische Einteilung spiegelt die evolutionären Beziehungen zwischen verschiedenen Organismen wider. Durch die Analyse dieser Beziehungen können Wissenschaftler Rückschlüsse auf die gemeinsame Abstammung und evolutionäre Geschichte der Organismen ziehen.

Beitrag zur Ordnung und Kommunikation in der Biologie

• Standardisierung: Die hierarchische Klassifikation und binomiale Nomenklatur sorgen für eine standardisierte Benennung und Einteilung von Organismen. Dies erleichtert die Erstellung und Nutzung von Datenbanken und Katalogen in der Biologie.
• Information austausch: Forscher können ihre Erkenntnisse und Daten effizienter teilen und analysieren, da sie auf eine einheitliche Nomenklatur zurückgreifen. Dies fördert die internationale Zusammenarbeit und den wissenschaftlichen Fortschritt.
• Nachvollziehbarkeit: Die hierarchische Klassifikation bietet eine nachvollziehbare Struktur, die es ermöglicht, neue Entdeckungen in bereits bestehende Systeme zu integrieren. So bleibt das Wissen über die biologische Vielfalt stets organisiert und aktuell.

b)

Teilfrage 2: Angenommen, ein anderer Forscher entdeckt eine verwandte Art in der gleichen Gattung. Formuliere einen sinnvollen wissenschaftlichen Namen für diese verwandte Art gemäß der Regeln der binären Nomenklatur. Erläutere die Bedeutung der Gattung und Art in der binären Nomenklatur.

Lösung:

Wissenschaftlicher Name für eine verwandte Art

Angenommen, der andere Forscher entdeckt eine verwandte Art innerhalb der gleichen Gattung Pseudoferonia. Ein sinnvoller wissenschaftlicher Name könnte Pseudoferonia novus sein.

Bedeutung der Gattung und Art in der binären Nomenklatur

• Gattung: Die Gattung (z. B. Pseudoferonia) ist die erste Komponente des wissenschaftlichen Namens eines Organismus. Sie gruppiert mehrere verwandte Arten, die gemeinsame Merkmale und eine nahe evolutionäre Abstammung teilen. Die Gattung beschreibt eine breitere Kategorie als die Art und hilft, ähnliche Organismen zu identifizieren und zu vergleichen.
• Art: Die Art (z. B. mysticum oder novus) ist die spezifische Bezeichnung innerhalb der Gattung und beschreibt eine einzelne Gruppe von Individuen, die sich erfolgreich miteinander fortpflanzen können und gemeinsame, spezifische Merkmale aufweisen. Die Art ist die unterste Taxonomiestufe und identifiziert die einzigartigen Eigenschaften und das Verhalten eines bestimmten Organismus.
• Binäre Nomenklatur: Die binäre Nomenklatur (auch binomiale Nomenklatur genannt) besteht aus zwei Teilen: dem Gattungsnamen und dem Artnamen. Dieses System, das von Carl von Linné entwickelt wurde, bietet eine eindeutige, standardisierte Methode zur Benennung von Lebewesen auf der ganzen Welt. Es erleichtert die Kommunikation und den Wissensaustausch zwischen Wissenschaftlern, da jedes Lebewesen einen einzigartigen, global anerkannten Namen erhält.

c)

Teilfrage 3: Diskutiere drei Hauptregeln des International Code of Zoological Nomenclature (ICZN), die bei der Benennung von Pseudoferonia mysticum beachtet werden müssen. Warum ist es wichtig, dass diese Regeln international anerkannt sind?

Lösung:

Drei Hauptregeln des International Code of Zoological Nomenclature (ICZN)

1. Prinzip der binären Nomenklatur: Jedes Lebewesen muss einen zweiteiligen wissenschaftlichen Namen haben, bestehend aus Gattung und Art. Zum Beispiel, im Falle von Pseudoferonia mysticum besteht der Name aus der Gattung Pseudoferonia und der Artnamen mysticum. Dieses Prinzip gewährleistet eine konsistente und eindeutige Benennung.
2. Prioritätsregel: Der erste veröffentlichte Name für eine Art hat Vorrang vor späteren Namen. Das bedeutet, dass Pseudoferonia mysticum seinen Namen behält, solange keine früheren gültigen Namen existieren. Diese Regel verhindert Verwirrung durch die Verwendung mehrerer Namen für dasselbe Organismus.
3. Beschreibende Veröffentlichung: Ein neuer wissenschaftlicher Name muss in einer überprüfbaren und zugänglichen Publikation veröffentlicht werden, die eine Beschreibung der Art enthält und spezifische Diagnosen bietet, um die neue Art von anderen zu unterscheiden. Diese Veröffentlichung muss den Namen und die zur Identifizierung notwendigen Merkmale klar angeben.

Warum ist die internationale Anerkennung dieser Regeln wichtig?

• Kohärenz und Standardisierung: Die internationalen Regeln des ICZN stellen sicher, dass alle Wissenschaftler weltweit dieselben Standards und Methoden zur Benennung und Klassifizierung von Tieren verwenden. Dies erleichtert das Verständnis und vermeidet Missverständnisse.
• Eindeutige Identifizierung: Durch die Anwendung der ICZN-Regeln wird gewährleistet, dass jede Art einen einzigartigen Namen hat, der weltweit anerkannt ist. Dies ist essentiell für die effektive Kommunikation und die genaue Zuweisung von Forschungsergebnissen und Daten.
• Historische Kontinuität: Die Anwendung dieser Regeln erhält die historische Integrität und ermöglicht es, die evolutionären Beziehungen und die taxonomische Geschichte von Arten über lange Zeiträume hinweg zu verfolgen. Es verhindert, dass Namen willkürlich geändert werden und somit Verwirrung stiften.

Aufgabe 4)

Du hast gerade über Instinkte und erlerntes Verhalten gelernt. Instinkte sind angeborene, reflexartige Verhaltensweisen, die genetisch programmiert sind und keine Lernerfahrung benötigen. Dagegen erlerntes Verhalten wird durch Erfahrung und Interaktion mit der Umwelt erworben. Beide Arten des Verhaltens sind wichtig, um das Verhalten von Tieren und ihre Anpassungsmechanismen zu verstehen. Beispiele für Instinkte sind Fluchtverhalten bei Gefahr und Brutpflege. Beispiele für erlerntes Verhalten sind Werkzeuggebrauch bei Tieren und konditioniertes Lernen. Klassische und operante Konditionierung sind Methoden, durch die erlerntes Verhalten entsteht.

a)

Erläutere den Unterschied zwischen Instinkten und erlerntem Verhalten. Gib jeweils zwei Beispiele aus der Tierwelt, die diese Verhaltensweisen verdeutlichen.

Lösung:

Unterschied zwischen Instinkten und erlerntem Verhalten:

• Instinkte sind angeborene, genetisch programmierte Verhaltensweisen, die ohne vorherige Lernerfahrung auftreten. Beispiel: Ein Vogel, der instinktiv ein Nest baut.
• Erlerntes Verhalten ist Verhalten, das durch Erfahrung und Interaktion mit der Umwelt erworben wird. Beispiel: Ein Affe, der lernt, Werkzeuge zu benutzen.

Beispiele aus der Tierwelt:

• Instinkte:
  • Fluchtverhalten bei Gefahr: Zebras fliehen instinktiv, wenn sie Raubtiere wittern.
  • Brutpflege: Vögel füttern und verteidigen instinktiv ihre Jungen.
• Erlerntes Verhalten:
  • Werkzeuggebrauch: Schimpansen verwenden Steine, um Nüsse zu knacken.
  • Konditioniertes Lernen: Ein Hund, der auf ein Kommando hin Sitz macht und dafür eine Belohnung erhält.

b)

Beschreibe den Prozess der klassischen Konditionierung und wie er zum erlernten Verhalten beiträgt. Nutze Pavlovs Experimente mit Hunden als Beispiel, um den Ablauf zu erklären.

Lösung:

Prozess der klassischen Konditionierung und ihr Beitrag zum erlernten Verhalten:

Klassische Konditionierung ist eine Lernmethode, bei der ein ursprünglich neutraler Reiz (NS) mit einem unkonditionierten Reiz (UCS) wiederholt gepaart wird, bis der neutrale Reiz eine konditionierte Antwort (CR) hervorruft. Dieser Lernprozess wurde erstmals von dem russischen Physiologen Iwan Pawlow beschrieben.

Pavlovs Experimente mit Hunden:

• Unkonditionierter Reiz (UCS): Futter, das bei Hunden natürlicherweise Speichelfluss auslöst.
• Unkonditionierte Reaktion (UCR): Der Speichelfluss der Hunde als natürliche Reaktion auf das Futter.
• Neutraler Reiz (NS): Ein Glockenton, der ursprünglich keine spezielle Reaktion bei den Hunden auslöste.

Pawlow führte seine berühmten Experimente wie folgt durch:

1. Er präsentierte den Hunden das Futter (UCS) und beobachtete die natürliche Reaktion, den Speichelfluss (UCR).
2. Gleichzeitig mit der Futtergabe ließ er einen Glockenton (NS) erklingen.
3. Nach mehrmaliger Wiederholung der Paarung von Glockenton mit Futter begann der Glockenton (vormals NS) allein, ohne das Futter, den Speichelfluss (CR) hervorzurufen.

Als Ergebnis dieser wiederholten Paarungen wurde der ehemals neutrale Reiz (Glockenton) zu einem konditionierten Reiz (CS), und die Reaktion, die ursprünglich nur durch das Futter ausgelöst wurde, wurde nun durch den Glockenton ausgelöst (konditionierte Reaktion, CR). Dies zeigt, wie klassisches Konditionieren zu erlerntem Verhalten beiträgt.

c)

Analysiere, wie genetische Programmierung und Umweltinteraktion zu Instinkten und erlerntem Verhalten beitragen. Diskutiere die Vorteile und Nachteile von beiden Verhaltensweisen in Bezug auf die Überlebensfähigkeit einer Tierart.

Lösung:

Analyse der Beiträge von genetischer Programmierung und Umweltinteraktion zu Instinkten und erlerntem Verhalten:

• Genetische Programmierung: Instinkte sind durch genetische Programmierung festgelegt und beinhalten reflexartige Verhaltensweisen, die ohne vorherige Lernerfahrung auftreten. Diese Mechanismen sind tief in der DNA der Tiere verankert und garantieren, dass wichtige Verhaltensweisen sofort und zuverlässig ablaufen.
• Umweltinteraktion: Erlerntes Verhalten resultiert aus der Interaktion eines Tieres mit seiner Umwelt. Durch Erfahrung und Lernen passt sich das Tier an verändernde Umstände an und verbessert seine Fähigkeiten, was seine Überlebenschancen erhöht.

Vorteile und Nachteile von Instinkten:

• Vorteile:
  • Instinkte ermöglichen schnelle und zuverlässige Reaktionen auf bekannte Bedrohungen (z. B. Fluchtverhalten bei Gefahr).
  • Sichern überlebenswichtige Verhaltensweisen, selbst ohne vorherige Erfahrung oder Erlernen (z. B. Brutpflegeverhalten).
• Nachteile:
  • Instinkte sind starr und wenig flexibel, was Anpassungen an neue oder veränderte Umweltbedingungen erschwert.
  • Fehlende Flexibilität kann in unvorhergesehenen Situationen zu ineffektiven oder sogar schädlichen Verhaltensweisen führen.

Vorteile und Nachteile von erlerntem Verhalten:

• Vorteile:
  • Erlerntes Verhalten ermöglicht eine hohe Flexibilität und Anpassungsfähigkeit an neue oder sich ändernde Umweltbedingungen.
  • Fördert die Entwicklung und Verbesserung von Fähigkeiten, die die Überlebens- und Reproduktionschancen erhöhen (z. B. Werkzeuggebrauch bei Tieren).
• Nachteile:
  • Erlerntes Verhalten erfordert Zeit und Erfahrung, um entwickelt zu werden, was in kritischen Situationen ein Nachteil sein kann.
  • Tiere, die auf erlernte Verhaltensweisen angewiesen sind, können anfälliger für Fehler sein, insbesondere in neuen oder unbekannten Situationen.

Zusammenfassend tragen sowohl Instinkte als auch erlerntes Verhalten wesentlich zur Überlebensfähigkeit einer Tierart bei. Instinkte bieten sofortige und verlässliche Verhaltensweisen, während erlerntes Verhalten Flexibilität und Anpassungsfähigkeit ermöglicht. Die Kombination beider Verhaltensweisen maximiert die Chancen einer Tierart, in unterschiedlichen und sich verändernden Umgebungen zu überleben.

d)

Berechne, wie sich die Wahrscheinlichkeit des Überlebens einer Tierpopulation ändert, wenn 70% der Verhaltensweisen der Population instinktiv und 30% erlernt sind. Gehe davon aus, dass instinktive Verhaltensweisen eine Überlebenswahrscheinlichkeit von 0,9 und erlernte Verhaltensweisen eine von 0,6 haben. Bestimme die Gesamtüberlebenswahrscheinlichkeit der Population.

\[ P(g) = P_i * 0.7 + P_e * 0.3 \]  \[ P(g) = 0.9 * 0.7 + 0.6 * 0.3 \]  \[ P(g) = 0.63 + 0.18 \]  \[ P(g) = 0.81 \] 

Lösung:

Berechnung der Gesamtüberlebenswahrscheinlichkeit einer Tierpopulation:

Gegeben:

• Instinktive Verhaltensweisen: 70% der Verhaltensweisen, Überlebenswahrscheinlichkeit = 0.9
• Erlernte Verhaltensweisen: 30% der Verhaltensweisen, Überlebenswahrscheinlichkeit = 0.6

Die Gesamtüberlebenswahrscheinlichkeit einer Population lässt sich durch die folgende Formel berechnen:

 P(g) = P_i * 0.7 + P_e * 0.3 

Wo:

• P(g) = Gesamtüberlebenswahrscheinlichkeit
• P_i = Überlebenswahrscheinlichkeit für instinktives Verhalten (0.9)
• P_e = Überlebenswahrscheinlichkeit für erlerntes Verhalten (0.6)

Setzen wir die Werte in die Formel ein:

 P(g) = 0.9 * 0.7 + 0.6 * 0.3  P(g) = 0.63 + 0.18  P(g) = 0.81 

Die Gesamtüberlebenswahrscheinlichkeit der Population beträgt somit 0.81 oder 81%.