Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 2 · Abitur Hessen Biologie LK · Schulen für Erwachsene 2022

Material 1

Der Kaffeebaum

Ursprünglich im äthiopischen Bergland in Afrika beheimatet, wird heute Kaffee rund um die Äquatorregion angebaut. In Kaffeeplantagen findet sich zu etwa 60% die Art Coffea arabica (Bergkaffee), auf die sich die nachfolgenden Informationen beziehen. C. arabica ist eine anspruchsvolle, bis zu 4 m große Pflanze, die nur in Höhen von 600 bis 2000 m mit hohen Niederschlagsmengen, humusreichen Böden und in einem engen Temperaturbereich von 18 bis 25 °C gedeiht. Je nach klimatischen Bedingungen blüht der Kaffeebaum einmal oder mehrmals im Jahr. Die Reifung der Früchte dauert ca. sieben bis neun Monate, die Farbe wechselt mit zunehmendem Reifungsgrad von grün über gelb zu rot. Die reifen Früchte, die man auch Kaffeekirschen nennt, verströmen einen alkoholartigen Geruch. Kaffeekirschen enthalten in der Regel zwei grüne Samen, die wir als Kaffeebohnen bezeichnen. Das Koffein wird in jungen Blättern synthetisiert und während der Reifezeit in die Früchte transportiert. Nicht alle Früchte reifen gleichzeitig, sodass sich die Ernte über zehn bis zwölf Wochen hinzieht.

Material 2

Der Kaffeeschädling Nummer 1

Unter den Kaffeezüchtern ist der noch nicht einmal 2 mm große Kaffeekirschenkäfer ( Hypothenemus hampei) als Schädling gefürchtet. Der jährliche Schaden wird mit 500 Millionen US-Dollar beziffert. Obwohl das giftige Koffein in den Kaffeebohnen als Fraßschutz dienen soll, schafft es der Kaffeekirschenkäfer als einziges Insekt, nahezu seinen kompletten Lebenszyklus versteckt in den Kaffeekirschen zu verbringen und die Kaffeebohnen als Nahrung zu nutzen.

Befruchtete weibliche Käfer fliegen die Kaffeekirsche an, bohren Gänge und legen dort ihre Eier ab. Innerhalb von etwa vier Wochen vollziehen diese ihre Entwicklung bis zum erwachsenen Käfer. Durch die schnelle Entwicklung können mehrere Generationen von Kaffeekirschenkäfern in einem Jahr heranwachsen. Frisch geschlüpfte Käfer verpaaren sich noch in der Kaffeekirsche, allerdings sind die kleineren Männchen aufgrund verkümmerter Flügel nicht flugfähig und verlassen die Kaffeekirsche nicht. Auch die Weibchen sind keine guten Flieger und können nur Strecken von bis zu 500 Metern zurücklegen. Zwischen den Reifezeiten der Kaffeebohnen können sie aber mühelos mehrere Monate in den heruntergefallenen Früchten überleben.

Der kleine Käfer hat viele Feinde, z. B. steht er auf dem Speisezettel von Ameisen und Vögeln. Winzige Wespen wie die Art Cephalonomia stephanoderis suchen die Bohrgänge von befallenen Kaffeekirschen auf, um dort ebenfalls ihre Eier abzulegen. Die Larven und Puppen der Käfer dienen als Nahrung für die Wespenlarven. In dem feuchten, regenreichen Klima müssen sich die Käfer auch gegen Pilze wie Beauveria bassiana wehren. Wenn Pilzsporen (einzellige Fortpflanzungseinheiten) den Käfer infizieren, bilden sich Pilzgeflechte im Käfer aus. Der Pilz ernährt sich von dem Käfer und führt zu dessen Tod.

Material 3

Koffeingehalt im Kot des Kaffeekirschenkäfers

Im Darm des Kaffeekirschenkäfers befindet sich eine Vielzahl unterschiedlicher Bakterienarten wie z. B. Pseudomonas fulva. Durch die Verwendung von Antibiotika können diese Darmbakterien im Käfer weitestgehend abgetötet werden, ohne die Käfer selbst zu schädigen. Mit chemischen Methoden ist es möglich, die Menge des Koffeins im Kot der Käfer zu bestimmen.

Koffeingehalte verschiedener Quellen

Quelle

Koffeingehalt in mg pro g der jeweiligen Quelle

Kaffeebohne (unbehandelt)

1,8 - 2,2

Kot von Käfern, die mit Kaffeebohnen gefüttert wurden.

nicht nachweisbar

Kot von Käfern, die zuvor vier Wochen mit Antibiotika haltiger Nahrung aus Kaffeebohnen gefüttert wurden.

1,4 - 2,2

Kot von Käfern, die vier Wochen mit Antibiotika behandelt wurden und anschließend 1 Woche Nahrung aus Kaffeebohnen bekamen, die Bakterien der Art Pseudomonas fulva enthielt.

nicht nachweisbar

2 Formulieren Sie eine Fragestellung zu der in Material 3 dargestellten Versuchsreihe und deuten Sie die Versuchsergebnisse. (Material 1, 2 und 3)

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