Aufgabe Vorschlag C - Aufgabe 7 · Abitur Hessen Biologie GK 2022

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.

7 Entwickeln Sie für das in Abbildung 5.1 dargestellte Experiment ein ergänzendes Experiment, mit dem ausgeschlossen werden kann, dass die Signale über eine Fraßattacke der Raupe über die Luft übertragen werden statt über die Cuscuta -Ranken. (Material 5)

(6 BE)