Allopolyploidie als Isolationsmechanismus a legende: a bzw. B = haploider Chromosomensatz rt a art B




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Allopolyploidie als Isolationsmechanismus
A
Legende:

A bzw. B = haploider Chromosomensatz


rt A Art B

Genom AA X Genom BB



AB

F1-Bastard :



steril wegen nicht-homologen

C


Durch Wiedervereinigung der schwer trennbaren Chromosomen im Anaphase­kern entstehen zwei diploide Gameten. Die Vereinigung zweier solcher Gameten führt zu einem tetraploiden fruchtbaren Organismus, der nur mit seinesgleichen, nicht aber mit Individuen der Ausgangsarten fertile Nachkommen erzeugen kann
hromosomensätzen, wodurch

es zu Fehlverteilungen der

Chromosomen in der Meiose

kommt.


Eine Vermischung mit einer

der Ausgangsarten ist dadurch

genetisch blockiert

AABB


Fruchtbarer Organismus
Ist ein tetraploider Organismus erst einmal entstanden, so verlaufen weitere Meiosen reibungslos, da sich die Homologen jedes Doppelsatzes problemlos trennen lassen und so stets normale Gameten gebildet werden können. Andererseits würde eine Vermischung mit Individuen der Ausgangsgenerationen erneut zu Ungleichverteilungen der Chromosomen während der Meiose führen, d.h. in einer genetischen Sackgasse enden.

Durch Allopolyploidie entsteht somit schlagartig ein Isolationsmechanismus gegenüber den übrigen Mitgliedern der bisherigen Population.

Viele Kulturpflanzen sind durch Allopolyploidie entstanden:

Die amerikanische Kulturbaumwolle (2n=52) entstand als allopolyploider Artbastard aus der Wildform der asiatischen Baumwolle (2n=26) und der Wildform der amerikanischen Baumwolle (2n=26).

Unser heutiger Kulturweizen weist gleich zweimal eine Artbastardierung mit anschließender Polyploidisierung auf, wie die nachstehende Abbildung verdeutlicht:

(aus Osche, G. : Evolution. studio visuell. Herder. Freiburg 1972)
Weitere Beispiele sind Gurke, Hauspflaume und verschiedeneTabakarten.
Für den Ackerhohlzahn (Galeopsis tetrahit, 2n=32), einen Lippenblütler, gelang es dem Schweden Arne Müntzing erstmals, den Evolutionsweg zu rekonstruieren.1 Er kreuzte dazu den Bunten Hohlzahn (Galeopsis speciosa, 2n=16) mit dem Weichen Hohlzahn (Galeopsis pubescens, 2n=16). Durch den Vorgang der Allopolyploidie, unterstützt durch Temperaturschocks, erhielt er im Experiment Pflanzen, die sich mit dem natürlich vorkommenden Ackerhohlzahn fortpflanzen ließen, damit also derselben Art angehörten, mit den beiden anderen natürlichen Arten aber keine Nachkommen bildeten. „Dies war schon mehr, als der Evolution nur über die Schultern zu schauen!“2

Während Polyploidie im Pflanzenreich häufig anzutreffen ist, ja in einigen Gebieten wegen des Heterosis-Effektes sogar bevorzugt auftritt, findet sich Polyploidie im Tierreich selten. Dies liegt im Wesentlichen wohl daran, daß die meisten Tiere getrenntgeschlechtlich sind, wobei das Geschlecht genetisch festgelegt ist (während viele Pflanzen Zwitter sind). Durch Polyploidisierung entstünden nämlich XX- oder XY-Gameten, aus deren Vereinigung XXXY-Zygoten mit gestörtem Geschlechtsbestimmungsmechanismus hervorgehen würden (siehe entsprechende Krankheitsbilder beim Menschen). Bezeichnenderweise kommen polyploide Tiere fast ausschließlich bei jenen Arten vor, die sich parthenogenetisch (aus der Eizelle ohne Befruchtung) fortpflanzen oder Zwitter sind.



Fragen:


  1. Zu welchen Mutationsarten zählen Auto- und Allopolyploidie?

  2. Worin besteht der Unterschied zwischen Auto- und Allopolyploidie?

  3. Geben Sie einen detaillierten Überblick über die Mutationsarten insgesamt.

  4. Was ist der Heterosis-Effekt?

  5. Nennen Sie Beispiele für parthenogenetische Fortpflanzung!

  6. Nennen Sie die Unterschiede zwischen allopatrischer und sympatrischer Artbildung!

Lösungen:

zu 1. Genom-Mutationen

zu 2. Autopolyplpoidie ist die Vervielfachung gleichartiger Chromosomensätze,

Alloployploidie ist die Vervielfachung unterschiedlicher Chromosomensätze

zu 3. I. Gen- oder Punktmutationen = Veränderung der Nukleotid-Abfolge

1. Basenaustausch-M.

2. Raster-M.
II. Chromosomen-M. = Veränderung der Chromosomen-Struktur

1. Bruchstückentstehung

a. Endstückverlust

b. Mittelstückverlust

2. Bruchstückübertragung

a. auf das homologe Chromosom = Duplikation

b. auf ein nicht-homologes Chromosom = Translokation

3. umgekehrter Wiedereinbau eines Bruchstückes = Inversion


III. Genom-M. = Veränderung der Chromosomenzahl

1. Vervielfachung bzw. Verminderung kompletter Chromosomensätze = Euploidie

a. Vervielfachung gleicher Chr. sätze = Autopolyploidie

b. Vervielfachung verschiedener Chr. sätze = Allopolyploidie


zu 4. Als Heterosis-Effekt bezeichnet man die Erscheinung, dass weitgehend heterozygote Organismen eine gegenüber homozygoten Individuen gesteigerte Wüchsigkeit und Ertragsleistung sowie eine erhöhte Vitalität aufweisen.

zu 5. Blattläuse, Drohnen der Bienen, Wasserflöhe, Rädertiere

zu 6. Allopatrische Artbildung ist ein zweistufiger langwieriger Prozess. Über Separation entstehen Teilpopulationen, die sich im Laufe der Zeit unterschiedlich entwickeln. Isolationsmechanismen verhindern danach die Vermischung dieser different gewordenen Teilpopulationen.

Bei der sympatrischen Artbildung fallen die beiden Prozesse -Separation und Isolation- zeitlich zusammen und es entsteht schlagartig eine neue Art.



1 Schwoerbel,W.: Evolution. Strategie des Lebens. S. 117

2 ebenda


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