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Gendrift – ein Evolutionsfaktor

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Lerouret
Gendrift – ein Evolutionsfaktor
lernst du in der 11. Klasse - 12. Klasse - 13. Klasse

Beschreibung Gendrift – ein Evolutionsfaktor

Inhalt

Gendrift – ein Evolutionsfaktor

Evolutionsfaktoren sind die Triebkräfte der Evolution des Lebens. Grundlegend handelt es sich bei diesen Faktoren um Prozesse, die den Genpool einer Population entscheidend verändern und somit evolutive Veränderungen hervorrufen. Eine kleine Notiz zur Erinnerung: Der Genpool bezeichnet die Gesamtheit aller Gene und somit auch aller Allele (Genvarianten) einer Population.
In der Biologie gibt es mehrere Evolutionsfaktoren, Beispiele dafür sind Mutation und Selektion, Rekombination, Isolation und Gendrift. Die Gendrift ist ein Evolutionsfaktor, der vom Zufall abhängig ist. Im Folgenden wird der Fokus auf genau diesen Evolutionsfaktor gelegt. Du findest Antworten auf die Fragen: Was ist Gendrift? Wann tritt Gendrift auf und welche Ursachen hat die Gendrift?


Gendrift – Definition

Gendrift bedeutet, dass ein zufälliges Ereignis, wie z. B. ein Blitzschlag, eine Überschwemmung oder ein Vulkanausbruch, den Genpool einer Population entscheidend verändert. Ein Genpool wird dahingehend beeinflusst, dass die Allelfrequenz, die Häufigkeit der vorkommenden Gene, verändert wird. Im Extremfall kann es z. B. dazu kommen, dass durch Zufall der einzige Träger eines Allels, der keine Nachkommen hat, stirbt. Das ist der Grund dafür, dass zufällige Ereignisse oftmals mit dem Verlust von Allelen und daher mit einer starken Reduzierung des Genpools einhergehen. Im schlimmsten Fall kann es dazu kommen, dass nur noch ein Teil der Allele der ursprünglichen Population vorliegt. Dadurch verändert sich die Häufigkeit der Allele. Besonders häufig sind kleine Populationen von Gendrift betroffen. Doch was führt zu Gendrift und wann tritt sie auf?


Gendrift – Beispiele

Anhand einer Schneckenpopulation lässt sich der Evolutionsfaktor Gendrift einfach erklären. Stell dir vor, es gäbe eine Schneckenpopulation, die sich aus 100 Schnecken zusammensetzt, deren Gehäuse unterschiedliche Farben haben. Sie lassen sich grob in drei Gruppen unterteilen: Schnecken mit braunem Gehäuse, mit blauem Gehäuse oder mit gelbem Gehäuse. Nehmen wir an, dass die braunen und blauen Gehäuse jeweils 45-mal vorkommen, dann beträgt die Häufigkeit der braunen und blauen Schneckengehäuse jeweils 45 %. Die restlichen 10 % (entsprechen 10 Schnecken) beziehen sich auf die gelben Gehäuse, die dementsprechend deutlich seltener in ihrem Vorkommen sind.

Bei einem Gewitter fällt ein Baum zufällig auf die Schneckenpopulation. Die Folge: Durch den Zufall werden die Schnecken mit blauem Gehäuse ausgelöscht, neun gelbe und eine braune Schnecke überleben. Das bedeutet, dass das Allel für die gelbe Farbe mit einer Häufigkeit von 90 % und das braune Allel mit einer Häufigkeit von 10 % vorkommt. Das gelbe Allel kommt also häufig, das braune Allel selten und das blaue Allel nun gar nicht mehr vor. Gendrift hat stattgefunden.
Nach einer Zeit wird die Population größer, da sich die überlebenden Schnecken vermehren. Zunächst wird das Allel für die gelbe Gehäusefarbe in seiner Häufigkeit herausstechen. Durch Evolutionsfaktoren wie Mutation, Rekombination oder Selektion kann es jedoch mit der Zeit zu einer anderen Verteilung der Farben kommen.

Gendrift – Ursachen

Merke dir: Gendrift wird nicht nur durch zufällige Ereignisse wie Naturkatastrophen ausgelöst. Es gibt auch andere Möglichkeiten, wie z. B. die Abdriftung einer kleinen Teilpopulation, die zu Gendrift führen.


Gendrift – Gründereffekt

Stell dir vor, dass einzelne Individuen einer Stammpopulation zufällig einen neuen Lebensraum, wie z. B. eine einsame Insel, besiedeln. Diese Individuen repräsentieren dann nur noch einen kleinen Teil des ursprünglichen Genpools. Beziehen wir dies auf das Beispiel der Schneckenpopulation, könnte man sich vorstellen, dass zufällig zwei gelbe Schnecken aus der Population mit der braunen, blauen und gelben Farbe die einsame Insel besiedelt haben. Die beiden gelben Schnecken bilden die sogenannte Gründerpopulation, in der nur das Allel für die gelbe Farbe enthalten ist. Aus der Gründerpopulation entsteht nun eine neue Population. Dieser Vorgang wird als Gründerprinzip oder auch Gründereffekt bezeichnet.


Gendrift – Flaschenhalseffekt

Gendrift zeichnet sich also dadurch aus, dass ein Großteil der Population durch ein zufälliges Ereignis vernichtet wird bzw. die Population vorübergehend schrumpft. Damit einhergehend ist auch die genetische Variabilität innerhalb der Population vorerst gering, da die überlebenden Individuen meist nur einen kleinen Teil des ursprünglichen Genpools repräsentieren und die Basis einer neuen Population bilden. In diesem Fall spricht man vom Flaschenhalseffekt. Der Flaschenhalseffekt kann jedoch weitgehende Folgen haben: Dadurch, dass nur ein Bruchteil der ursprünglichen Gene vorhanden ist, liegt eine genetische Verarmung vor. Es besteht das Risiko, dass die Restpopulation sehr anfällig für Infektionen oder Inzucht ist, und damit auch die Gefahr, dass die neue Population noch weiter schrumpft und schließlich endgültig ausstirbt. Gendrift Flaschenhalseffekt

Dieses Video

In diesem Video wirst du den Evolutionsfaktor Gendrift kennenlernen. Gendrift ist ein Prozess, der Ursache für evolutive Veränderungen sein kann. Bei Gendrift wird der Genpool einer Population entscheidend durch ein zufälliges Ereignis (Naturkatastrophe, Abdriftung einer kleinen Teilpopulation) verändert. Das zufällige Ereignis bewirkt, dass nur einige Individuen einer Population zufällig überleben oder zufällig ein neues Gebiet besiedeln (Gründerpopulation, Gründerprinzip). Sie bringen nur einen kleinen Teil des ursprünglichen Genpools mit, sodass sich die neue Population in den vorhandenen Allelen und deren Häufigkeit deutlich von der Stammpopulation unterscheidet. Auch zum Thema Gendrift in der Biologie gibt es interaktive Übungen und Arbeitsblätter. Du kannst dein neu gewonnenes Wissen also direkt testen.

Transkript Gendrift – ein Evolutionsfaktor

Hallo, ich bin Sina. In diesem Film möchte ich dir den Evolutionsfaktor Gendrift erklären. Du solltest dich bereits mit den Evolutionstheorien und der natürlichen Selektion gut auskennen. Außerdem musst du die Begriffe Gen, Genpool und Allel verstehen können. Gendrift ist ein Evolutionsfaktor. Was aber ist eigentlich ein Evolutionsfaktor? Jeder Prozess, der den Genpool einer Population entscheidend verändert, wird als Evolutionsfaktor bezeichnet. Zur Erinnerung: Der Genpool bezeichnet die Gesamtheit aller Allele einer Population. Evolutionsfaktoren sind also die Prozesse, die evolutive Veränderungen bewirken. Zu den Evolutionsfaktoren zählen zum Beispiel Mutation, Rekombination, Selektion, Isolation und eben Gendrift. Gendrift bedeutet, dass ein zufälliges Ereignis, wie zum Beispiel ein Blitzschlag, eine Überschwemmung oder ein Vulkanausbruch, den Genpool einer Population entscheidend verändert. Der Genpool wird durch dieses Ereignis in der Regel stark reduziert, da ein Großteil der Population ausgelöscht wird. Zufällig ist also nur noch ein Teil der Allele der ursprünglichen Population vorhanden. Es ist zur Gendrift gekommen. Am Beispiel einer von mir erfunden Schneckenpopulation möchte ich dir den Evolutionsfaktor Gendrift sehr einfach erklären. Die stark vereinfachte Population besteht aus 100 Individuen mit braunen, blauen und gelben Häusern. 45 Schnecken haben braune Häuser, 45 Schnecken haben blaue Häuser und 10 Schnecken haben gelbe Häuser. Es gibt also 3 Allele für die Hausfarbe. Die Allele für Braun und blau kommen also sehr häufig vor - in diesem Fall 45 % - und das Allel für Gelb eher selten - in diesem Fall 10 %. Bei einem Unwetter fällt zufällig ein großer Baum auf die Schnecken-Population. Zufällig überleben 9 gelbe und eine braune Schnecke. In dieser neuen kleinen Population ist das Allel für Braun selten - 10 % - und für Gelb häufig - 90 %. Das Allel für Blau kommt nun gar nicht mehr vor. Gendrift hat also stattgefunden. Die überlebenden Schnecken vermehren sich nun. Es entsteht wieder eine größere Population, in der das Allel für Gelb, zumindest zunächst, sehr häufig sein wird. Viel später kann durch Mutation, Rekombination oder Selektion wieder eine andere Farbverteilung auftreten. Es kommt auch vor, dass ein anderes zufälliges Ereignis, also keine Naturkatastrophe, zur Gendrift führt. Es kann vorkommen, dass nur ein sehr kleiner Teil einer Population ein neues Gebiet besiedelt, da einige Individuen zufällig in ein neues Gebiet gelangt sind. Hier gelangen zufällig 2 gelbe Schnecken aus der Population mit den braunen, blauen und gelben Schnecken auf eine einsame Insel. Sie bilden eine sogenannte Gründerpopulation auf der Insel, in der nur das Allel Gelb vertreten ist. Sie bringen also nur einen sehr geringen Teil des Genpools der ursprünglichen Stammpopulation mit. Aus der Gründerpopulation entsteht eine neue Population. Der Genpool unterscheidet sich vom ursprünglichen Genpool. Gendrift hat stattgefunden. In einem solchen Fall spricht man auch vom Gründerprinzip. Zur Gendrift gehört also, dass die Populationsgröße vorübergehend und durch ein zufälliges Ereignis sehr gering ist. Die genetische Variabilität ist dadurch ebenfalls gering. Dies wird auch als Flaschenhalseffekt bezeichnet. Warum? Das möchte ich dir an einem Modell genauer erklären. Hier siehst du eine Flasche, die mit bunten Perlen gefüllt ist. Sie stellt eine Population mit ihren verschiedenen Allelen des Genpools dar. Hier sind es 11 verschiedene Allele, die ungefähr gleichhäufig vorkommen. Nun wird die Flasche umgedreht. Das Umdrehen steht für das zufällige Ereignis, das den Genpool der Population entscheidend verändern wird, eine Naturkatastrophe also zum Beispiel. Du siehst hier, dass durch den Flaschenhals, der enger ist als die Flasche, nur wenige Perlen in die Schale gelangen. Der Flaschenhals wirkt auf die Perlen also genauso wie das zufällige Ereignis auf die Population. Wenn beim Umdrehen der Flasche also nur wenige Perlen in die Schale gelangen, ist es so, als ob bei einem zufälligen Ereignis nur wenige Individuen überleben. Die geringe genetische Vielfalt wird hier durch die 3 Perlen dargestellt, die in drei Farben vorhanden sind. Es sind also nur noch 3 Allele - statt 11 Allele - vorhanden. Die 3 Perlen stehen für die sogenannte Gründerpopulation oder die überlebenden Individuen, die die Restpopulation bilden. Je nachdem, um welches zufälliges Ereignis es sich handelt. Nun entsteht eine neue Population, deren Genpool sich stark vom Genpool der Stammpopulation unterscheidet. Dies wird durch diese Perlen in der Schale dargestellt. Du hast in diesem Film gelernt, dass Gendrift eine Ursache für evolutive Veränderungen sein kann. Dabei wird der Genpool in einer Population, also die Gesamtheit der Allele einer Population, durch ein zufälliges Ereignis entscheidend verändert. Zur Gendrift kann es durch zufällige Ereignisse wie Naturkatastrophen kommen oder dadurch, dass ein kleiner Teil einer Population zufällig ein Gebiet neu besiedelt. In diesem Fall spricht man vom Gründerprinzip. Mit dem Flaschenhalseffekt kann die Wirkung der Gendrift modellhaft erklärt werden. Tschüss und danke fürs Zusehen.

17 Kommentare

17 Kommentare
  1. Hallo Dorothee A.,
    ich habe die Aufgabe gerade getestet und bei mir wird die Aussage, dass der Selektionsdruck zu Gunsten der gelben Frösche wirkt, nicht als richtig markiert. Auswahlmöglichkeiten sind als richtig markiert, wenn sich am linken Rand der Auswahlmöglichkeit ein grünes Häkchen befindet und das Kästchen grün umrandet ist. Auswahlmöglichkeiten, die nicht markiert werden sollen und richtig gelöst sind, also nicht markiert wurden, sind blass grün umrandet. Dies soll symbolisieren, dass es richtig war, diese Aussage nicht zu markieren.
    Ich hoffe, dass ich dir weiterhelfen konnte!
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 2 Jahren
  2. Kann es sein, dass in den Lösungen eine Verwechslung stattgefunden hat? Bei Aufgabe 4 sind die Lösungen nicht identisch mit den gestellten Fragen... oder habe ich da etwas missverstanden?
    Es wird gesagt, dass der Evolutionsdruch vor dem Austrocknen zugunsten der Gelben Frösche gewesen wäre. Das ist als richtig markiert. Im Text dazu steht aber, dass dieser zugunsten der Braunen Frösche gewesen wäre.

    Von Dorothee A., vor fast 2 Jahren
  3. Hallo Mittmannjonas,
    der Flaschenhalseffekt ist ein Beispiel für Gendrift.
    Beim Flaschenhalseffekt ist die zufällige Auswahl der Individuen entscheidend, welche unabhängig von ihrer Anpassung an die Umweltfaktoren ist.
    Falls du noch weitere Fragen hast, helfen dir gerne unsere Lehrerinnen und Lehrer des Hausaufgabenchats weiter. Der Chat ist von Montag bis Freitag zwischen 17-19 Uhr für dich da.
    Beste Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor etwa 2 Jahren
  4. ihr habt gendrift und Flaschenhalseffekt gleich erklärt, verstehe jetzt den Unterschied nicht.

    Von Mittmannjonas, vor etwa 2 Jahren
  5. Hallo Daniel Gueffroy,
    in einem Genpool einer Population können auch mehr als zwei unterschiedliche Zustandsformen eines Gens vorkommen. Man spricht dann von multipler Allelie. Allgemein gebe ich dir recht, dass man erstmal vom Phänotypen spricht, wenn man Merkmale von Lebewesen optisch betrachtet. Allerdings hat sich die Tutorin dieses Beispiel ausgedacht und weiß somit, dass die drei verschiedenen Phänotypen auf drei verschiedene Zustandsformen des Gens, sprich Allelen, beruhen. Liebe Grüße aus der Redaktion

    Von Tatjana Elbing, vor fast 3 Jahren
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Gendrift – ein Evolutionsfaktor Übung

Du möchtest dein gelerntes Wissen anwenden? Mit den Aufgaben zum Video Gendrift – ein Evolutionsfaktor kannst du es wiederholen und üben.
  • Erkläre den Begiff der Gendrift.

    Tipps

    Die Gründung einer neuen Stadt ist nur außerhalb einer anderen Stadt möglich.

    Denke an das Beispiel der Flasche voller Perlen. Ist es Zufall oder nicht, welche Perlen beim Umdrehen der Flasche durch den Hals gelangen?

    Lösung

    Ein wesentliches Merkmal der Gendrift ist, dass sie zufällig passiert. Beispielsweise passiert sie durch eine Naturkatastrophe, die einen Teil der der Population auslöscht und somit den Genpool reduziert. Eine kleine Population ist davon in der Regel stärker betroffen, da manche Allele ohnehin nur sehr selten vorkommen und diese mit einer höheren Wahrscheinlichkeit komplett ausgelöscht werden.

    Der Gründereffekt ist eine Form der Gendrift. Um eine Population neu zu gründen, müssen einige Individuen von der Stammpopulation getrennt, also isoliert werden. Ohne diese Isolation ist keine Neugründung möglich.

    Der Flaschenhalseffekt ist eine weitere Form der Gendrift. Erinnere Dich an das Beispiel mit der Flasche voll bunter Perlen. Dreht man die Flasche um, kommt nur eine kleiner Anteil der Perlen heraus. Diese haben nur ein paar verschiedene Farben, aber nicht so viele verschiedene, wie sich in der Flasche befinden. Die Variabilität ist deutlich eingeschränkt.

    Dieses Beispiel zeigt auch, dass nur der Zufall entscheidet, welche Perlen aus der Flasche kommen. Genauso ist es im Falle einer Naturkatastrophe. Ein Vulkanausbruch löscht einen Teil einer Population aus, egal wie gut diese Individuen an die vorherigen Umweltbedingungen angepasst waren.

  • Benenne die folgenden Evolutionsfaktoren.

    Tipps

    „Rekombinieren“ bedeutet „neu anordnen“.

    Den Begriff „Isolierung“ benutzt man zum Beispiel auch bei Kabeln. Ist ein Kabel elektrisch isoliert, bedeutet das, dass es von der Umwelt räumlich getrennt ist.

    Lösung

    Es gibt fünf Evolutionsfaktoren. Die Mutation und die Rekombination wirken direkt auf der Ebene der DNA.

    Durch Mutationen kommt es zu Veränderungen der Basensequenz und somit auch manchmal zur Entstehung neuer Merkmale, wie zum Beispiel einer anderen Fellfarbe.

    Bei der Rekombination wird das vorhandene genetische Material neu gemischt, also neu kombiniert. So kommt es zu neuen Merkmalskombinationen.

    Die anderen Selektionsfaktoren wirken durch die Umwelt.

    Bei der Selektion oder auch „natürlichen Auslese“ überleben die Individuen einer Population, die an die herrschenden Umweltbedingungen am besten angepasst sind. Zum Beispiel ist ein Tier mit weißem Fell in der Arktis besser getarnt als ein Tier mit braunem Fell.

    Isolation hingegen beruht auf der räumlichen Trennung von Populationen derselben Art, zum Beispiel durch ein sehr hohes Gebirge oder Wasser. Die beiden Teilpopulationen entwickeln sich unterschiedlich.

    Als Gendrift bezeichnet man schließlich die Veränderung des Genpools aufgrund eines zufälligen Ereignisses, zum Beispiel eines Vulkanausbruches, durch den ein großer Teil einer Population stirbt. Aus den Überlebenden entwickelt sich eine neue Population mit einem veränderten Genpool.

  • Entscheide, ob durch die genannten Prozesse der Genpool vergrößert oder verkleinert wird.

    Tipps

    Eine Veränderung der Gene sorgt für neue Variationen.

    Lösung

    Es gibt verschiedene Prozesse, die den Genpool beeinträchtigen. Mutation und Rekombination vergrößern den Genpool durch Veränderung der Gene. Auch die Einkreuzung fremder, jedoch naher verwandter Arten kann den Genpool einer Population bereichern, sofern eine Kreuzung möglich ist.

    Gendrift, Isolation und Selektion verkleinern den Genpool einer Population. Selektion ist eine gerichtete Aussortierung nicht vorteilhafter Merkmale, wohingegen Gendrift und Isolation zufällig stattfinden und demnach ungerichtet sind.

  • Analysiere das beschriebene Ereignis.

    Tipps

    Überlege, wie es zu einer neuen Farbvariante der Frösche kommen kann.

    Was symbolisiert der Flaschenhals?

    Lösung

    Durch ein zufälliges Ereignis wie das Austrocknen des Sees (Flaschenhals) überlebt nur eine vom Zufall „gewählte“ Gruppe von Tieren, nämlich sechs grüne und zwei gelbe Frösche. Der Genpool hat sich demnach in Richtung des Allels für eine grüne Färbung verschoben.

    Wären Störche gekommen und hätten alle schlecht getarnten Frösche gefressen, würde es sich um Selektion und nicht um Gendrift handeln. Bei der Gendrift spielen vorteilhafte Merkmale, wie eine gute Tarnung, keine Rolle.

    Vor dem Austrocknen des Sees hatten die braunen Frösche durch ihre gute Tarnung einen Selektionsvorteil. Der Selektionsdruck wirkte also zu Gunsten brauner Frösche.

    Im Laufe der Zeit können durch Mutation oder möglicherweise durch Rekombination wieder braune Frösche auftauchen. Diese haben gute Chancen zu überleben, da sie so gut getarnt sind. Der Selektionsdruck könnte also über viele Jahre hinweg wieder zu Gunsten der zufällig entstandenen braunen Frösche wirken.

  • Vergleiche Gendrift und natürliche Selektion.

    Tipps

    Selektion findet immer gerichtet statt.

    Lösung

    Selektion findet immer gerichtet statt. Das bedeutet, dass die Natur mit all ihren Einflüssen, wie dem Wetter oder Konkurrenz, selektiert. Somit überleben und vermehren sich diejenigen Tiere, die am besten an die herrschenden Umweltbedingungen angepasst sind. Vorteilhafte Merkmale werden so weitergegeben, wohingegen nachteilige mit der Zeit verschwinden.

    Gendrift geschieht hingegen durch ein zufälliges Ereignis. Zum Beispiel durch eine Naturkatastrophe oder die zufällige Neubesiedelung einer Insel. Der Genpool wird hierdurch verkleinert. Es spielt jedoch keine Rolle, ob die Individuen gut oder schlecht angepasst sind, da die Auswahl dem Zufall unterliegt. Vorteilhafte Merkmale können durch Gendrift verschwinden.

  • Erkläre, welche Folgen der Artenerhalt in Zoos mit sich bringt.

    Tipps

    Überlege, was Inzucht bedeutet und welche Probleme dabei entstehen.

    Erinnere Dich an die Definition der natürlichen Selektion.

    Lösung

    Der Flaschenhalseffekt muss nicht zwangsläufig durch eine Naturkatastrophe entstehen, sondern kann wie in diesem Beispiel auch durch das zufällige Einfangen einiger weniger Tiere und durch ihre Aufzucht im Zoo entstehen. Die Rettung einer Art durch Zucht ist zwar gut und wichtig, aber es führt auch zu den Problemen, die eine Gendrift mit sich bringt.

    Diese Tiere stellen sozusagen die Gründerpopulation dar. Der Genpool besteht nur noch aus ein paar wenigen Allelen. Vermehren sich diese Tiere nun in Gefangenschaft, bleibt der Genpool trotzdem gering, es kommt zu Inzucht und Genverlust. Durch diesen Genverlust steigt das Risiko von Erkrankungen, da die Fitness der Tiere stetig abnimmt.

    In freier Wildbahn könnte die natürliche Selektion diesem Phänomen mit der Zeit entgegenwirken, da sich die besser angepassten und gesünderen Tiere stärker vermehren würden. In Gefangenschaft greift die natürliche Selektion jedoch nicht, da es keine Feinde und keine Konkurrenz gibt.

    Daher versuchen Zoos untereinander Tiere zu tauschen um neue Gene in den Genpool zu bringen und die Variation zu erhöhen. Nur so kann eine erfolgreiche Artenrettung funktionieren.

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