Über dieses Experiment
Vor der Industriellen Revolution waren fast alle Birkenspanner in England hell und gefleckt und auf flechtenbewachsener Baumrinde gut getarnt. Als Ruß die Bäume schwärzte, konnten Vögel die hellen Falter leichter entdecken, und innerhalb von etwa fünfzig Jahren waren die meisten Falter in der Nähe von Industriestädten dunkel. Nach den Gesetzen für saubere Luft in den 1950er-Jahren kehrte sich dieser Trend um. Diese Simulation verfolgt das dunkle Allel von Generation zu Generation, damit Schülerinnen und Schüler sehen können, wie natürliche Selektion eine Population verändert, und testen können, wie sich die Stärke der Prädation und die anfängliche Häufigkeit auf das Tempo der Veränderung auswirken.
Lernziele
- Erkläre die natürliche Selektion anhand von Variation, Selektionsdruck, Überleben und Vererbung.
- Beschreibe, wie die Umwelt bestimmt, welche Variation einen Vorteil darstellt.
- Unterscheide zwischen dem Anteil dunkler Motten (Phänotyp) und der Häufigkeit des dunklen Allels.
- Erkläre, warum ein seltenes rezessives Allel durch Selektion nur sehr langsam entfernt wird.
Anleitung
- 1Lass die Baumrinde verrußt und drücke auf „Play“. Notiere die Generation, in der dunkle Motten einen Anteil von über 50 % erreichen.
- 2Setze zurück und ändere die zusätzliche Vogelprädation zunächst auf 10 % und dann auf 40 %. Wie verändert sich die Geschwindigkeit?
- 3Lass die Simulation auf verrußter Rinde bis etwa zur 50. Generation laufen. Wechsle dann zu sauberer Rinde und beobachte, wie die hellen Motten zurückkehren.
- 4Vergleiche die Kurve der dunklen Motten mit der Kurve des dunklen Allels. Warum unterscheiden sie sich?
Das Modell
Annahmen
- Motten-Symbole, Vogelflug und Kohortenübergänge dienen der Veranschaulichung. Die Zahlenwerte stammen aus dem Populationsmodell; einzelne Tiere ändern ihre vererbte Farbe nicht.
- Die Population ist sehr groß und paart sich zufällig, sodass der Zufall (genetische Drift) keine Rolle spielt und das Ergebnis jedes Mal gleich ist.
- Die Flügelfarbe wird von einem Gen mit zwei Allelen bestimmt. Das dunkle Allel C ist vollständig dominant, wie bei der echten Carbonaria-Form.
- Der einzige Unterschied beim Überleben ist die Bejagung durch Vögel. Es gibt weder Migration noch neue Mutationen.
- Eine Generation entspricht einem Jahr, was dem Lebenszyklus des Birkenspanners in Großbritannien entspricht.
Im Unterricht ausprobieren
- Q1Hat irgendein Falter seine Farbe verändert, um sich der Rinde anzupassen? Was hat sich tatsächlich in der Population verändert?
- Q2Warum steigt der Anteil dunkler Falter schneller als die Häufigkeit des dunklen Allels?
- Q3Beginne mit 99 % dunklen Faltern auf sauberer Rinde. Warum verschwinden die letzten dunklen Falter so langsam?
- Q4Wenn die Rinde für immer rußig bliebe, würde das helle Allel in diesem Modell vollständig verschwinden? Warum oder warum nicht?
Häufig gestellte Fragen
Wird die Geschichte des Birkenspanners noch immer anerkannt?
Ja. In den 1990er-Jahren wurde sie infrage gestellt, doch eine umfangreiche Feldstudie von Michael Majerus, die 2012 veröffentlicht wurde, bestätigte, dass Vögel mehr von den Faltern fressen, die sich auf der Rinde deutlich abheben.
Woher stammt die dunkle Form überhaupt?
Durch eine Mutation. 2016 konnten Forschende die Ursache auf ein DNA-Stück zurückführen, das in ein Gen namens cortex eingefügt wurde. Diese Mutation entstand Anfang des 19. Jahrhunderts, kurz bevor 1848 in Manchester erstmals ein dunkler Birkenspanner dokumentiert wurde.
Warum gibt es in dieser Simulation keine Zufallsereignisse?
Das Modell verfolgt die Allelfrequenzen in einer sehr großen Population, in der sich Zufallsereignisse ausgleichen. So wird die Selektion isoliert und die Wirkung jeder Einstellung ist klar erkennbar. Gendrift erfordert ein separates Modell für eine kleine Population.