Aufgabe Vorschlag B - Aufgabe 3 · Abitur Hessen Biologie LK 2022

Material 1 (Auszug)

In den Wäldern im Osten Australiens kommen „stinging trees“ vor, die mit den in Europa wachsenden Brennnesseln verwandt sind. Blätter und Stängel des Baums Dendrocnide excelsa sind mit bis zu 7 mm langen, sehr dünnen, mit Flüssigkeit gefüllten Brennhaaren bedeckt, die sich bei Berührung ablösen und die Haut durchdringen. Dadurch wird der Inhalt der Brennhaare in die Haut injiziert. Sogar ein sehr kurzer Kontakt mit einem Blatt löst einen unerträglichen Schmerz aus, dessen Höhepunkt nach 20 bis 30 Minuten erreicht ist und der bis zu vier Stunden andauern kann. Die Brennhaare können mehrere Monate in der Haut verbleiben. Deshalb kehrt der Schmerz zurück, sobald man auf die Haut drückt.

Die Brennhaare von Dendrocnide excelsa enthalten zahlreiche Substanzen, die in europäischen und asiatischen Brennnesseln ebenfalls vorkommen. Die extremen Schmerzen lassen sich aber dadurch nicht erklären. Forscher haben nun in den Brennhaaren ein kurzes Protein, genannt ExTxA, mit einer Länge von 36 Aminosäuren entdeckt, das bisher nicht bekannt war.

Material 3: Wirkung von ExTxA auf Mäuse

Schmerzhafte Reize in der Haut werden von spezialisierten sensorischen Nervenzellen registriert. Freie Nervenendigungen dieser Neuronen, die sogenannten Nozizeptoren, nehmen mechanische Reize, z. B. Stiche, oder chemische Reize auf. Die entstehenden Erregungen werden zunächst zum Zellkörper des sensorischen Neurons weitergeleitet, der sich in der Nähe des Rückenmarks befindet. Schließlich gelangen sie über das Rückenmark zum Gehirn, wo die Schmerzempfindung entsteht.

Um zu überprüfen, ob das in den Brennhaaren von Dendrocnide excelsa gefundene Protein ExTxA für die extrem schmerzhafte Wirkung der Pflanzen verantwortlich ist, wurden zunächst die folgenden Experimente durchgeführt:

Lösungen der reinen Substanz ExTxA in verschiedenen Konzentrationen wurden Mäusen in eine Hinterpfote injiziert. Die verwendeten Substanzmengen waren geringer als der Gehalt der jeweiligen Stoffe in einem einzigen Brennhaar der Pflanzen. Die Kontrollgruppe bekam eine Injektion der gleichen Menge physiologischer Kochsalzlösung. Es wurde anschließend eine Stunde lang beobachtet, wie oft die Mäuse in einem Zeitintervall von jeweils 10 Minuten ein Verhalten zeigten, das auf eine Schmerzempfindung in der betroffenen Pfote schließen ließ, z. B. Hochheben der Pfote, Schütteln, Lecken etc. (Abbildung 3.1).

In einem weiteren Experiment wurde ExTxA auf die Haut aufgebracht und anschließend 5 Minuten lang in den Axonen der sensorischen Neuronen die Zahl der Aktionspotenziale gemessen (Abbildung 3.2).

3 Werten Sie die in Material 3 dargestellten Versuchsergebnisse im Zusammenhang miteinander aus. (Material 1 und 3) [7 BE]