Natürliche Selektion – Änderung der Allelfrequenz (Birkenspanner)

BiologieEvolutionAlter 17–18

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Eine Population von Nachtfaltern ruht auf Baumstämmen: Die Genotypen AA und Aa ergeben dunkle Flügel, aa helle Flügel, und jeder Genotyp hat seine eigene Fitness (Überlebensrate bis zur Fortpflanzung). In jeder Generation werden Individuen entsprechend ihrer Fitness entfernt, Allele weitergegeben, und mit geringer Rate treten Mutationen A ⇄ a auf; ein Diagramm verfolgt die Allelfrequenz über die Generationen im Vergleich zur theoretischen Δp-Kurve. Die Lernenden verändern die Fitnesswerte, wechseln die Rindenfarbe, um die Selektionsrichtung umzukehren, und beobachten, wie das begünstigte Allel mit der Zeit häufiger wird.

Lektion: Synthetische Evolutionstheorie: Natürliche Selektion und Mutation verändern die Allelfrequenz in einer Population

Was sie zeigt

Natürliche Selektion verändert Allelfrequenzen, weil sich Genotypen in ihrer Fitness unterscheiden, also in der Chance, bis zur Fortpflanzung zu überleben. Hier sind dunkle Flügel (AA, Aa) oder helle Flügel (aa) je nach Rindenfarbe besser oder schlechter getarnt, wie beim Birkenspanner während der industriellen Luftverschmutzung. In jeder Generation entfernt die Simulation Falter entsprechend ihrer Fitness und bildet die nächste Generation aus den Allelen der Überlebenden. Die simulierte Frequenz p des Allels A wird mit der theoretischen Vorhersage Δp verglichen, sodass die Richtung der Selektion und zufällige Drift in kleinen Populationen sichtbar werden.

So funktioniert es

Beginnen Sie mit den voreingestellten Fitnesswerten und klicken Sie einige Male auf Nächste Generation; lassen Sie die Simulation dann laufen und beobachten Sie, wie p entlang der theoretischen Kurve steigt. Mit Rindenfarbe ändern tauschen Sie die Fitness von AA und aa und kehren die Selektionsrichtung um. Vergleichen Sie Durchläufe mit kleiner und großer Populationsgröße N, und setzen Sie alle drei Fitnesswerte gleich, um zu sehen, was ohne Selektion geschieht.

Einstellbare Parameter

Fitness von AA (dunkle Flügel) 0–1
Fitness von Aa (dunkle Flügel) 0–1
Fitness von aa (helle Flügel) 0–1
Populationsgröße N 50–2000 Individuen
Anfangsfrequenz des Allels A 0,01–0,99
Mutationsrate A ⇄ a pro Generation 0–0,01

Fragen zum Erkunden

Warum entfernt die Selektion gegen helle aa-Falter das Allel a nur sehr langsam, sobald es selten ist?
Was geschieht mit den Allelfrequenzen, wenn die Fitness von AA, Aa und aa gleich ist?
Warum weicht eine Population von 50 Faltern stärker von der theoretischen Kurve ab als eine von 2000?

Ideen für den Unterricht

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