Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 6 · Abitur Hessen Biologie GK 2022
Thema: Verhaltensbiologie · Aus der Prüfung GK (2022)
Aufgabenstellung
Material 5
Parasit als Netzwerk zwischen Pflanzen?
Hexenseide parasitiert nicht nur auf einer einzelnen Wirtspflanze, sondern oft auf mehreren gleichzeitig, sogar auf unterschiedlichen Pflanzenarten. Der Parasit verbindet dadurch diese Pflanzen mit „hexenseidenen“ Brücken. Ob die derartig vernetzten Pflanzen Stoffe austauschen und sogar kommunizieren können, haben verschiedene Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler versucht nachzuweisen.
Wenn Pflanzenteile von Insekten angegriffen und durch Fraß verwundet werden, werden Signalstoffe durch die Leitungsbahnen der Pflanze transportiert, sodass auch in den noch nicht betroffenen Pflanzenteilen Verteidigungsmechanismen rechtzeitig aktiviert werden. Es gibt auch die Möglichkeit, andere Pflanzen über gasförmige Signalstoffe, die über Spaltöffnungen und die Luft ausgetauscht werden, zu warnen.
Eine solche Verteidigung setzt in der Regel die Aktivierung von Genen voraus. Bekannt ist z. B. die gesteigerte Bildung des sogenannten Trypsin-Protease-Inhibitors (TPI), der zur Insektenabwehr dient, indem er proteinverdauende Enzyme des Schädlings hemmt. Eine Forschergruppe nutzte daher TPI, um zu überprüfen, ob Warnsignale zwischen zwei Pflanzen ausgetauscht werden können, die über „Hexenbrücken“ verbunden sind.
Experiment 1: Pflanzenverbindung derselben Art durch Hexenseide
Jeweils zwei Sojabohnenpflanzen ( Glycine max) wurden über den Parasit Hexenseide miteinander verbunden. Anschließend wurden bei der Hälfte dieser Paare auf Wirtspflanze 1 Schmetterlingsraupen aus der Familie der Eulenfalter ( Spodoptera litura) gesetzt (Herbivor-Behandlung), bei der anderen Hälfte war diese Pflanze nicht behandelt (Kontrolle).
Danach erfolgten zwei Messungen an Wirtspflanze 2 (Darstellung der Messergebnisse in B):
Messung 1: Nach 24 Stunden wurde die TPI-Aktivität in den Blättern der Wirtspflanze 2 bestimmt.
Messung 2: An Wirtspflanze 2 wurden Schmetterlingsraupen gesetzt und nach 72 Stunden deren Massenzunahme bestimmt.
Experiment 2: Verbindung zweier Pflanzen unterschiedlicher Art durch Hexenseide
Jeweils eine Acker-Schmalwand- und eine Tabak-Pflanze ( Nicotiana tabacum) wurden über Hexenseide miteinander verbunden (Anordnung in A) und anschließend behandelt wie in Abbildung 5.1 beschrieben.
Experiment 3: Eine Tabak-Pflanze mit mehreren mittels Hexenseide verbundenen Acker-Schmalwand-Pflanzen
Jeweils eine Tabak-Pflanze (Pflanze 6) wurde nacheinander über mehrere Individuen des Parasits Hexenseide mit mehreren Acker-Schmalwand-Pflanzen (Pflanzen 1–5) verbunden. Die Versuchsanordnung ist schematisch in Darstellung A abgebildet. Die erste Acker-Schmalwand-Pflanze (Pflanze 1) wurde den Fraßfeinden ausgesetzt und die Reaktionen der Tabak-Pflanze wurde wie bereits in den Experimenten 1 und 2 getestet.
6 Formulieren Sie zu jedem der drei Experimente jeweils eine Fragestellung und werten Sie das Ergebnis aus. (Material 5)
(18 BE)
a)
b)
c)
Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
Zu Experiment 1 (Abb. 5.1): Fragestellung
Lösung: Können Signale über die Fraßattacke einer Raupe über Hexenseide-Verbindungen übertragen werden, sodass auch die nicht-attackierte Pflanze mit Abwehrmechanismen reagiert?
Zu Experiment 1 (Abb. 5.1): Auswertung
Lösung: Ja, es wird eine entsprechende Information übertragen, da nach Herbivor-Behandlung der einen Pflanze auch die nicht attackierte Pflanze Abwehrmechanismen zeigt, und zwar sowohl durch eine erhöhte TPI-Aktivität als auch dadurch, dass Raupen, die sich von diesen Pflanzen ernähren, weniger gut wachsen.
Zu Experiment 2 (Abb. 5.2): Fragestellung
Lösung: Können Signale über die Fraßattacke einer Raupe über Hexenseide-Verbindungen auch zwischen Pflanzen verschiedener Arten übertragen werden?
Zu Experiment 2 (Abb. 5.2): Auswertung
Lösung: Ja, auch wenn Acker-Schmalwand über Hexenseide mit Tabak verbunden wurde, konnte nach Raupenfraß an Acker-Schmalwand auch bei nicht-attackiertem Tabak eine Abwehrreaktion entsprechend Experiment 1 in Abb. 5.1 nachgewiesen werden.
Zu Experiment 3 (Abb. 5.3): Fragestellung
Lösung: Kann die Signalübertragung auch über mehrere Pflanzen hinweg erfolgen?
Zu Experiment 3 (Abb. 5.3): Auswertung
Lösung: Ja. Wie in den vorangegangenen Experimenten, konnte bei der Tabakpflanze eine Abwehrreaktion nachgewiesen werden, auch wenn sie über mehrere, nicht attackierte Zwischenpflanzen (sogar einer anderen Art, vgl. Experiment 2) und mehrere individuelle Hexenseide-Pflanzen mit der Herbivor-behandelten Pflanze verbunden war.
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