Was versteht man unter Selektion, Selektionsdruck und wenn die Allelfrequenz ansteigt?

Selektion bedeutet nichts anderes als "Auslese" oder "Auswahl". In der Evolutionsbiologie sind damit vor allem zwei Formen der Auslese gemeint, erstens die natürliche Selektion und zweitens die sexuelle Selektion.

Natürliche Selektion manifestiert sich durch eine Varianz der Lebewesen in ihrem Überlebenserfolg. Merkmale sind innerhalb einer Population nicht konstant, sondern variabel. Das kann z. B. die Körpergröße sein. Manche Individuen sind etwas größer, andere sind durchschnittlich groß, wieder andere sind kleiner. Die Selektion kommt nun durch die Umwelt zur Wirkung. Manche Individuen sind an ihre Umwelt besser angepasst als andere. Ist es z. B. sehr kalt (arktisches Klima) ist es vorteilhaft, groß zu sein, denn ein großer Körper besitzt in Relation zu seinem Volumen eine kleinere Oberfläche und verliert daher nicht so viel Wärme. In einer kalten Umgebung werden deshalb diejenigen Individuen, die größer sind, selektiert (ausgewählt). Sie überleben im kalten Klima eher, während ihre kleineren Artgenossen schlechtere Überlebenschancen haben und frühzeitig sterben (sie werden aussortiert oder ausselektiert). Weil die großen Individuen länger leben, pflanzen sie sich erfolgreicher fort und vererben ihre Gene, die ihnen diesen evolutionären Vorteil (die Größe) verschafft haben, an ihre Nachkommen weiter. Der Druck, den die Umwelt auf die Individuen ausübt und sie zur Anpassung zwingt, wird Selektionsdruck genannt. Er lastet am stärksten auf jenen, die schlechter angepasst sind und diesem Druck daher nicht standhalten können.

Der Selektionsdruck bewirkt, dass sich Merkmalsverteilungen innerhalb einer Population verschieben können. Wir unterscheiden deshalb unterschiedliche Formen der natürlichen Selektion, je nachdem, wo der Selektionsdruck lastet. Wirkt der Selektionsdruck vor allem auf die Extremwerte einer Merkmalsverteilung und begünstigt den Durchschnittswert, bezeichnet man dies als stabilisierende Selektion. Gerichtet oder transformierend ist die Selektion, wenn sie nur auf einer Seite wirkt und die Merkmalsverteilung somit in eine Richtung verschiebt (z. B. hin zu "größer"). Und schließlich kann Selektion auch spaltend oder disruptiv wirken, der Selektionsdruck wirkt dann vor allem auf den Durchschnitt und die beiden Extremwerte einer Merkmalsverteilung werden begünstigt. Man stelle sich z. B. eine Vogelart vor. Innerhalb der Population gibt es verschiedene Merkmalsausprägungen des Merkmals Schnabellänge, z. B. klein, mittel und groß. Wir stellen uns nun vor, die Vogelart lebt in einem Gebiet, in dem es sehr viele kleine Samen und sehr viele große Samen gibt. Ein kleiner Schnabel ist gut geeignet, um damit kleine Samen zu picken, kann aber keine großen Samen knacken. Ein großer Schnabel kann die harten und großen Samen knacken, für kleine Samen ist er nicht geeignet. Ein mittelgroßer Schnabel ist aber weder geeignet, um daimt kleine Samen zu sammeln (er ist zu groß) noch, um damit die großen Samen zu knacken (er ist zu schwach). In diesem Fall wirkt die Selektion daher disruptiv und es werden Vögel mit großem und mit kleinem Schnabel selektiert, während die mit mittelgroßem Schnabel aussterben. Disruptive Selektion kann daher zu einer Aufspaltung einer Population in zwei Teilpopulationen innerhalb eines Lebensraumes führen und damit die sympatrische Artbildung fördern. Das ist dann der Fall, wenn beide Populationen lange genug voneinander in ihrer Fotpflanzung getrennt sind, bis sie sich nur noch mit solchen Individuen der gleichen Population fortpflanzen können.

Sexuelle Selektion dagegen bezeichnet nicht die Varianz im Überlebens- sondern im Reproduktionserfolg. Manche Männchen haben z. B. einen höheren Fortpflanzungserfolg als andere, weil sie auf Weibchen attraktiver wirken. So bevorzugen Pfauenhennen solche Männchen, die ein besonders schönes und großes Rad schlagen können. Diese Männchen haben höchstwahrscheinlich die besten Gene und daher lohnt es sich, sich mit einem solchen Männchen zu paaren.

Gespeichert sind die Merkmale in der DNS in Form von Genen. Ein Gen ist somit sozusagen der Bauplan für ein Merkmal. Ein Gen kann aber verschiedene Ausprägungsformen haben. Diese Gen-Varianten werden Allele genannt. Die Gesamtheit aller Allele in einer Population wird als Genpool bezeichnet (dieser Begriff hat sich durchgesetzt, obwohl er eigentlich demnach falsch ist. Man sollte besser von einem Allelpool sprechen). Die Häufigkeit, mit der ein Allel in einer Population vertreten ist, wird als Allelfrequenz bezeichnet. Hat ein Allel z. B. eine Frequenz von 0.4, dann bedeutet es, dass sein Anteil am Genpool 40 % beträgt. Nehmen wir an, es gibt von einem bestimmten Gen zwei verschiedene Varianten, also zwei Allele. Wir nennen sie q und p. Jedes Individuum besitzt einen diploiden Chromosomensatz, das heißt, jedes Gen kommt auch doppelt in einem Organismus vor, wobei man das eine Allel vom Vater und das andere von der Mutter geerbt hat. Sind das väterliche und das mütterliche Allel identisch, so spricht man von Homozygotie. In unserem Beispiel gibt es zwei Möglichkeiten für Homozygotie: qq oder pp. Von Heterozygotie spricht man, wenn die Allele verschieden sind. Ein homozygotes Individuum hätte also folgende Allelausstattung: pq.

Nun müssen wir uns ein wenig mit dem Hardy-Weinberg-Gleichgewicht beschäftigen. Es ist ein theoretisches Modell zur Berechnung von Allel- und Genotypfrequenzen in idealen Populationen. In einer idealen Population gibt es weder Zu- noch Abwanderung von bzw. nach außen, Selektion findet nicht statt und alle Individuen können sich uneingeschränkt miteinander fortpflanzen (Panmixie). Mit Hilfe der Hardy-Weinberg-Gleichung lässt sich die Allelfrequenz der einzelnen Allele berechnen. Es gilt folgende Beziehung:



Berechnet man die Frequenzen für mehrere Generationen, stellt man fest, dass sich die Allelfrequenzen in den einzelnen Generationen nicht verändern, sondern konstant bleiben. Kommt in einer idealen Population das Allel q z. B. mit 40 % vor und das Allel mit 60 %, so ändert sich diese Frequenz nicht. Man sagt, die Population befindet sich im Hardy-Weinberg-Gleichgewicht (HWE).

In der Realität gibt es jedoch keine idealen Populationen. Das HWE ist deshalb ein so genanntes Null-Modell. In Wirklichkeit kommt es in wirklichen Populationen aber immer wieder dazu, dass Individuen zu- und abwandern. Außerdem können sich nicht alle Individuen einer Population gleichermaßen miteinander fortpflanzen, denn das Dispersal einzelner Individuen ist begrenzt und somit sind z. B. Individuen am einen Ende einer Verbreitungsgrenze einer Art unter Umständen für Individuen am anderen Ende nicht erreichbar. Und außerdem bewirkt die natürliche Selektion, dass ein bestimmtes Allel in der jeweiligen Umwelt möglicherweise von Vorteil ist. Daher weichen natürliche Populationen mehr oder weniger stark vom HWE ab. Trotzdem befinden sich Populationen oft sehr nahe am HWE. Nehmen wir nun an, dass zwei benachbarte Populationen miteinander in genetischem Austausch stehen (es kommt zum Genfluss), verändern sich die Allelfrequenzen der Population und weichen von dem Wert ab, den man erwarten würde, wenn die Population sich im HWE befände. Ist eine Population nicht im HWE, ist das deshalb ein Hinweis darauf, dass es hier Genfluss aus anderen Populationen geben könnte.

Auch zufällige Ereignisse können bei der Verteilung von Allelfrequenzen eine Rolle spielen. Diese werden als Gendrift bezeichnet. Man unterscheidet hierbei zwischen Gründereffekt und dem genetischen Flaschenhals. Vom Gründereffekt spricht man, wenn ein Teil der Population eine neue Population begründet, etwa wenn einige Individuen eines Vogelschwarms von einem Sturm auf eine entlegene Insel verdriftet werden. Sie gründen dort eine neue Population und weil sie nur einen Teil des ursprünglich viel größeren Genpools repräsentieren, fehlen unter Umständen einige Allele in der neuen Population. Auch kann nun ein Allel, das zuvor sehr selten war, plötzlich viel häufiger sein, es kam zu einem Anstieg der Allelfrequenz. Seltene Allele können sich beim Greifen des Gründereffekts daher in einer Population etablieren, wie werden fixiert. Das gilt selbst dann, wenn das Allel in der Ursprungspopulation eigentlich nachteilig gewesen ist.
Vom genetischen Flaschenhals spricht man, wenn eine Population durch ein zufälliges Ereignis wie eine Naturkatastrophe, z. B. einen Vulkanausbruch oder eine Seuche, stark dezimiert wird und nur wenige Individuen übrig bleiben. Auch sie repräsentieren dann nur einen kleinen Ausschnitt des ursprünglichen Genpools mit ähnlichen Folgen wie beim Gründereffekt. Ist die Anzahl der Individuen so gering, dass es dabei zu einem genetischen Austausch zwischen Verwandten (Inzucht) kommt, wird außerdem der Anteil homozygoter Träger in der Population steigen - es werden ja immer wieder die gleichen Allele miteinander gemischt und Verwandte haben mit großer Wahrscheinlichkeit identische Allele. Daher ist ein hoher Anteil homozygoter Individuen in einer Population ein Hinweis darauf, dass eine solche Population durch einen genetischen Flaschenhals gegangen sein kann und infolge von Inzucht genetisch verarmt ist.

Liebe EliteHighSchool, bevor ich solche Fachfragen mit meinem Halbwissen beantworte, schaue ich lieber erst mal bei wikipedia nach. Den Brockhausband Biologie und Sexualität hat meine Tochter in München.

Und siehe da, diese Begriffe sind dort sehr gut erklärt, sodass auch ein Laie wie ich, der Bio nach der Elften abgewählt hat, das gut versteht.

Das Wort "Allel" mag zwar nicht sonderlich glücklich gewählt sein; es heißt auf Deutsch "einander". Aber immerhin, parallel heißt beieinander, und mehrere Allele sind so etwas wie "parallel". Verschiedene Ausprägungen eines Merkmals, z.B. des Merkmals Haarfarbe. Ein Allel sind blonde Haare.

Menschen lebten zuerst nur in Afrika, hatten braune Haut und schwarze Haare - alle, bis auf ein paar Mutanten, die aber frühzeitig an Sonnenbrand und Sonnenstich verendeten.

Dann wanderten einige nach Europa aus, nach Mitteleuropa gar. Da erwiesen sich die vielen dunklen Pigment als hinderlich, denn der Mensch braucht Sonnenlicht in der Unterhaut, um Vitamin D zu bilden. Plötzlich waren die bisher wenigen hellhäutigen Blonden unter ihnen im Vorteil, Sonnenbrand und Sonnenstich waren selten, Vitamin D - Mangel häufig. Es entstand ein Selektionsdruck derart, dass die hellen Menschen plötzlich bessere Gesundheit und bessere Vermehrungschancen hatten als die dunklen. Damit stieg auch die Frequenz = Häufigkeit des hellhäutigen blonden Allels an, bis es sich in der Lüneburger Heide fast ganz durchsetzte. Aber dann kam wieder eine Zeit der großen Vermischung, und die Frequenz dies Allels ging wieder zurück, selbst in der Lüneburger Heide. Das ist doch eigentlich ganz einfach, oder ?