Phylogenetischer Stammbaum / Kladogramm - Anwendungsaufgaben [Biologie, Abitur, Oberstufe]
TeacherToby
https://www.youtube.com/watch?v=KQISsOJBsXc

Transkript (automatisch erstellt)

0:01 [musik] In diesem Video geht es um konkrete Anwendungsaufgaben rund um das Thema
0:12 phylogenetische Stampe. Es empfiehlt sich bereits das vorherige Video zu diesem Thema an dieser Stelle einmal
0:18 verlinkt geguckt zu haben, indem wir wichtige theoretische Grundlagen besprochen haben, z.B. wie man einen
0:24 phylogenetischen Stammbaum liest und interpretiert und welche Fachbegriffe in diesem Kontext relevant sind. Aus diesem
0:31 Video wisst ihr ebenfalls, dass die Analyse und Interpretation von Stammbäumen immer wieder Gegenstand von
0:36 Abiturprüfung im Fach Biologie ist, weshalb wir in diesem Video vergangene Abiturklausuraufgaben
0:42 zu diesem Thema besprechen werden. In den letzten 5 Jahren kam in fast jeder LK oder GK Klausur eine Aufgabe zu
0:50 phylogenetischen Stamm dran. im Jahr 2024 im LK und im Grundkurs, 2023 im Grundkurs,
0:58 2022 im LK und GK, 2021 im LK. Oft ging es in den Aufgaben darum, die Evolution eines Merkmals zu analysieren oder
1:09 anhand des Stammbaums Rückschlüsse auf eine konvergente oder divergente Entwicklung abzuleiten. Aus diesem Grund
1:15 werden wir zwei Aufgaben, die die eben genannten inhaltlichen Schwerpunkte abbilden, exemplarisch besprechen. Zum
1:21 einen werden wir uns die Aufgabe der Grundkursklausur aus dem Jahr 2024 angucken, ehe wir uns der
1:26 Abiturklausuraufgabe aus dem LK desselben Jahres widmen. Aber auch als Klausur Vorbereitung in der Qualiphase
1:33 kann dieses Video hilfreich sein. Nutzen Lehrkräfte doch nicht selten vergangene Abiturklausuraufgaben für die Erstellung
1:40 ihrer eigenen Klausuren. Die Aufgabenstellung der Grundkursklausur sowie das dazugehörige Material habe ich
1:46 euch an dieser Stelle einmal abgebildet. Tipp: pausiert das Video und versucht einmal die Aufgabe selbstständig zu
1:53 lösen. Die Teilaufgabe der Abiturklausur ist es also zu beurteilen, ob die Angepasstheiten des Dornteufels, eine in
2:01 Australien lebende Echsenart, an heiße und trockene Lebensräume das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung in der
2:08 Gruppe der australasiatischen Agamen sind. Also anhand der Interpretation des gegebenen phylogenetischen Stammbaums.
2:16 Noch mal zur Erinnerung, bei divergenten Entwicklungen entstehen Ausgehen von einem gemeinsamen Ursprung
2:22 unterschiedliche phänotypische Ausprägung Homologrukturen aufgrund unterschiedlicher
2:28 Selektionsbedingung oder anders formuliert homologisch Strukturen, die von einem gemeinsamen Vorfahren vererbt
2:34 wurden und damit ein Beleg für eine gemeinsame Verwandtschaft sind, weise natürlich eine genetische Ähnlichkeit
2:40 aufgrund weitgehend übereinstimmender DNAqurenzen auf. Diese Merkmale können sich im Laufe der Evolution durch
2:47 Anpassung an die Umweltteils erheblich verändern. Etwas ursprünglich ähnliches entwickelt sich hier also auseinander,
2:55 z.B. aufgrund unterschiedlicher Umweltbedingung. Bei konvergenten Entwicklung hingegen entstehen aufgrund
3:00 eines ähnlichen Selektionsdrucks analoge, also oberflächlich ähnliche Merkmale, die nicht auf einen
3:07 gemeinsamen Ursprung zurückzuführen sind. Etwas ursprünglich unterschiedliches entwickelt sich hier
3:13 also zu etwas ähnlichem. Wenn ein ähnliches Merkmal wie z.B. hier die Angepasstheit an einen Lebensraum bei
3:21 weit entfernten Arten auftritt, ohne dass es auf denselben gemeinsamen Ursprung zurückgeht. Denn dann wissen
3:27 wir, dass es unabhängig z.B. aufgrund ähnlicher Selektionsdrücke entstanden ist und damit analog und ein Indiz für
3:34 eine konvergente Entwicklung ist. Übrigens, allein für die Definition gibt es bereits vier Punkte.
3:42 Nun gilt es herauszufinden, inwiefern die Angepasstheiten des Dornteufels an heiße und trockene Lebensräume das
3:48 Ergebnis einer konvergenten Entwicklung in der Gruppe der australasiatischen Agaben sind. Dazu heißt es im
3:53 Erwartungshorizont wie folgt. Die Stammart der australasiatischen Agamen war vermutlich an feuchte Lebensräume
4:01 angepasst. Aus dieser haben sich hauptsächlich Arten entwickelt, die an Trockenheit
4:06 angepasst wurden. Diese finden sich in beiden Entwicklungslinien, die sich vor ca. 23 Millionen Jahren getrennt haben.
4:15 Innerhalb der einen Gruppe hat sich die an feuchte Lebensräume angepasste Art als erstes abgespalten. Alle anderen
4:23 gezeigten Linien führen zu Arten, die an Trockenheit angepasst wurden. Innerhalb der einen Gruppe hat sich die an feuchte
4:30 Lebensräume angepasste Art E als erstes abgespalten. Alle anderen gezeigten Linien führten zu Arten, die an
4:38 Trockenheit angepasst wurden. Der Dornteufel findet sich in der anderen Gruppe mit einer Art wieder, die an
4:44 feuchte Lebensräume angepasst wurde. In der Abiturklausur sind es sogar zwei andere Arten, die in feuchten
4:51 Lebensräumen leben, hier aufgrund der vereinfachten Darstellung nicht abgebildet. Diese Info ist dennoch
4:56 wichtig, weil aus diesem Grund weiter angeführt wird. Diese Tatsache könnte darauf hindeuten, dass der letzte
5:03 gemeinsame Vorfahrer von Dornteufel und der anderen beiden Arten an feuchte Lebensräume angepasst war. Die
5:10 Angepasstheiten des Dornteufels und der weiter entfernten Verwandten an trockene Lebensräume könnte demnach unabhängig
5:17 voneinander entstanden sein, wodurch diese Angepasstheiten vermutlich das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung
5:23 sind. Für diese letzten zwei Aspekte, die eigentliche Bewertung, würde es gemäß
5:29 Erwartungshorizont fünf Punkte geben, für die Ausführung davor sechs Punkte. Ihr seht also, eine konvergente
5:36 Entwicklung liegt in der Regel dann vor, wenn das beobachtbare Merkmal unabhängig voneinander entstanden ist und es oft
5:43 bei weit entfernten Arten auftritt. Auf das Merkmal, die Angepasstheit an heiße und trockene Lebensräume ist dies
5:50 zutreffend, sodass von einer konvergenten Entwicklung auszugehen ist. Noch mal kurz die Analyse der Aufgabe
5:56 auf einer Meterebene. Ihr seht, dass nicht nur die reine Beurteilung, sondern auch die Beschreibung des Stammbaums
6:03 wichtige Punkte gibt. Auch wenn der Operator beurteilen in der Aufgabenstellung steht, solltet ihr
6:08 einen Stammbaum immer auch gründlich beschreiben. Dies zeigt sich in sämtlichen Abiturklausuraufgaben zu
6:15 phylogenetischen Stammbäumen. Ich kann Irritation nachvollziehen, weil der Operator Beschreiben nicht Teil der
6:21 Aufgabenstellung ist. Aber die Beschreibung und Erläuterung des Stammbaums dient in dieser Aufgabe als
6:27 Grundlage für die anschließende Beurteilung und ist dementsprechend mit aufzuführen. Schauen wir uns als
6:33 nächstes die Leistungskurs Abiturklausuraufgabe aus dem Jahr 2024 an. Auch hier wieder
6:39 die Empfehlung, das Video kurz zu pausieren und die Aufgabe selbständig versuchen zu lösen.
6:45 In dieser Aufgabe gilt es also den phylogenetischen Stammbaum in Hinblick auf die Entwicklung des Merkmals
6:52 Genomvollständigkeit zu analysieren. Der am häufigsten vorkommende Aufgabentyp übrigens im Kontext von phylogenetischen
6:59 Stammbäumen, diesen auf die Evolution eines Merkmals zu analysieren. Aus dem Informationstext erfahren wir, im Genom
7:07 vieler Pflanzen gibt es eine Übereinstimmung hinsichtlich vorkommender Gene. Es gibt viele Gene,
7:13 die z.B. für die Fotosynthese, das Wachstum und der Entwicklung der Pflanze wichtig sind und entsprechend bei den
7:19 meisten Pflanzen auch vorzufinden sind. Diese Gene, die die genetische Grundausstattung einer Pflanze
7:25 darstellen, werden in ihrer Gesamtheit auch als Pflanzengenset bezeichnet. Auch hier gehen wir zunächst einmal die im
7:32 Erwartungshorizont stehenden Aspekte durch, für die es insgesamt neun Punkte gibt.
7:37 Alle untersuchten parasitisch und nichtparasitisch lebenden Pflanzengattungen gehen auf einen
7:43 gemeinsamen Ursprung zurück. Ausgehend von diesem Ursprung kam es zur Aufteilung in zwei Entwicklungslinien,
7:51 aus denen durch spätere mehrfache Aufspaltung die rezenten Gattungen hervorging.
7:56 Unter den rezenten Gattungen beider Entwicklungslinien befinden sich sowohl parasitisch als auch nichtparasitisch
8:04 lebende Gattung. Da nicht alle der parasitisch lebenden Gattung nah miteinander verwandt sind, hier an einem
8:11 Beispiel exemplarisch verdeutlicht, ist die parasitische Lebensweise vermutlich nicht auf einen gemeinsamen Vorfahren
8:18 zurückzuführen. Dieses Merkmal, die parasitische Lebensweise hat sich mehrmals unabhängig voneinander
8:24 entwickelt. Weiterhin heißt es, bei den parasitisch lebenden Gattungen wurde eine geringere Genomvollständigkeit
8:31 bezogen auf das Pflanzengenset nachgewiesen. Daher ist dieses Merkmal wahrscheinlich
8:37 erst während der Entwicklung der parasitischen Lebensweise mehrfach unabhängig und somit konvergenten. Die
8:44 beiden oben im Stammbaum aufgeführten Arten sind nah verwandt und gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück. Es
8:50 ist möglich, dass die Reduktion des Pflanzengehens bereits beim letzten gemeinsamen Vorfahren dieser beiden
8:56 Gattungen vorlang. Welche Rückschlüsse lassen sich anhand des Erwartungshorizontes hinsichtlich
9:03 der Bearbeitung dieser Aufgabe ziehen? Auch hier gilt es zunächst den phylogenetischen Stammbaum zu
9:08 beschreiben. Ich kann es nicht oft genug wiederholen, wie wichtig auch die Beschreibung phylogenetischer Stammbäume
9:14 ist. Vor allem, weil man durch Operatoren, die die erhöhten Anforderungsbereiche abdecken, leicht
9:20 geneigt ist, die Beschreibung zu überspringen. Ihr wisst aus dem Grundlagenvideo, dass im Kontext der
9:25 Evolution von Merkmalen die relevante Frage ist, inwiefern beobachtete Ähnlichkeiten verschiedener Arten durch
9:31 konvergente oder divergente Entwicklung entstanden sind. Bei der Analyse eines phylogenetischen Stammbaums sollte
9:39 dieser Aspekt also immer berücksichtigt werden. In dieser Klausur wird z.B. viel geschluss folgert, dass sich die
9:45 parasitäre Lebensweise unterschiedlicher Pflanzengattung mehrfach unabhängig voneinander entwickelt hat. Diese tritt
9:51 zudem bei entfernt miteinander verwandten Gattungen auf. Weil die Genomvollständigkeit bei parasitisch
9:58 lebenden Gattung geringer ist, bezogen auf das Pflanzengenset, ist weiterhin davon auszugehen, dass ich auch dieses
10:04 Merkmal mehrfach unabhängig während der Entwicklung der parasitischen Lebensweise entwickelt hat und damit ein
10:11 Indizvergente Entwicklung ist. เฮ