Abitur Hessen Biologie 2021 · GK

Honigbiene und Varroamilbe

1 Geben Sie die Definitionen für Biotop und Biozönose an und nennen Sie je zwei Beispiele für charakteristische abiotische und biotische Ökofaktoren. (8 BE)

Material 1

Die Honigbiene

Die Honigbiene ist ein sozial lebendes Insekt, das in einem „Volk“ lebt, einer in sich geschlossenen Gemeinschaft. Jedes Volk baut ein Nest aus Waben und Wachs, das sich in einer vom Imker gebauten Behausung oder, bei Wildbienen, in einer Höhle befindet. Volk, Nest und Behausung zusammen werden als „Stock“ bezeichnet. Im Mittelpunkt des Volkes steht die Königin. Sie lebt mehrere Jahre. In ihrem ersten Lebensjahr verpaart sie sich auf dem Hochzeitsflug und speichert die Spermien für den Rest ihres Lebens in ihrem Körper. Alle Bienen des Volkes (weibliche Arbeitsbienen und männliche Bienen, die Drohnen) stammen von ihr ab.

Im Frühjahr beginnt die Königin mit der Eiablage. Sie legt in kurzer Zeit so viele Eier, dass das Volk bei ausreichendem Blütenangebot bis auf mehrere Zehntausend Bienen anwachsen kann. Jedes Ei wird einzeln in eine Wachszelle gelegt. Aus einem befruchteten Ei schlüpft nach drei Tagen eine Larve, die innerhalb von sechs Tagen durch das Füttern durch Arbeitsbienen so schnell an Gewicht zunimmt, dass sie sich verpuppen kann. Dazu wird neun Tage nach der Eiablage die Wachszelle, in der sich die Larve befindet, von Arbeitsbienen mit Wachs verschlossen. Nach zwölf Tagen schlüpft daraus eine junge Arbeitsbiene, die im Frühjahr oder Sommer ca. fünf Wochen lebt. In den letzten beiden Wochen ihres Lebens sammelt sie außerhalb ihres Stocks Pollen und Nektar für ihr Volk.

Im Herbst nimmt das Bienenvolk wieder auf ca. 10 000 bis 15 000 Bienen ab. Arbeitsbienen, die im Herbst schlüpfen, leben mehrere Monate. Ihre Aufgabe ist es, im Winter die Stocktemperatur über 20°C zu halten. Dazu bilden sie eine Traube und erzeugen mit ihrer Flugmuskulatur Wärme und verfallen daher im Winter auch nicht in eine Körperstarre. Im Frühjahr ist es ihre Aufgabe, die neue Brut aufzuziehen. Das Volk ernährt sich in dieser Zeit von den eingelagerten Vorräten: Honig, den die Arbeitsbienen aus dem Blütennektar herstellen, und Pollen. Die Königin überwintert mit wenigen Tausend Arbeitsbienen, den sogenannten Winterbienen, ohne dass in dieser Zeit weitere Bienen hinzukommen, da die Königin in dieser Zeit keine Eier legt.

Material 2

Bestäubungsleistung durch Honigbienen

Apfelbäume blühen in Deutschland ca. zwei bis drei Wochen im Zeitraum von April bis Mai. Sie locken die Bienen mit einem reichen Angebot an Nektar und Pollen an. Die blütenbesuchenden Arbeitsbienen sind blütenstet, das heißt, stehen zu Beginn ihrer Sammeltätigkeit zum Beispiel in der Nähe Apfelbäume in voller Blüte, besuchen sie diese in den nächsten Tagen regelmäßig, ohne zeitgleich andere Pflanzenarten zu besuchen. Das erhöht für die Apfelblüten die Wahrscheinlichkeit, befruchtet zu werden.

Das folgende Diagramm zeigt die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zur Rolle der Honigbienen für die Ausbildung von Früchten bei drei verschiedenen Apfelsorten. Dazu wurde jeweils die Fruchtbildung nach Anwesenheit von Honigbienen zur Blütezeit mit 100% festgesetzt. Damit verglichen wurde die Fruchtbildung bei diesen drei Apfelsorten, wenn keine Honigbienen als Bestäuber zur Verfügung standen. Eine Selbstbestäubung wurde bei dieser Untersuchung ausgeschlossen.

Material 3

Die Varroamilbe – der bedeutsamste Bienenschädling

Die vielfältigen Veränderungen unserer Kulturlandschaften, wie die Umstellung auf große Monokulturen, ein hoher Einsatz von Pestiziden und das Verschwinden der blütenreichen Randstreifen an Äckern und Wegen, haben sich deutlich auf den Gesundheitszustand der Honigbienen ausgewirkt.

Besonders erschwerend wirkte sich das Einschleppen der Varroamilbe Varroa destructor aus Asien in den 1950er Jahren aus. Sie ernährt sich vom Fettkörper der Bienen. In den Zellen des Fettkörpers werden Stoffe umgebaut, neu synthetisiert und gespeichert. Die Aktivität des Organs beeinflusst den hormonellen Status der Larve sowie der erwachsenen Biene und damit auch das Bienenverhalten. Der Fettkörper ist in der Larve besonders stark entwickelt, da er die Reservestoffe enthält, die während der Metamorphose (Umwandlung der Larvenform zum Adultstadium) gebraucht werden.

Die Varroamilbe lebt auf den Arbeitsbienen und verlässt diese, wenn sie auf heranwachsende Bienenlarven überwechseln kann, bevor deren Wachszellen verschlossen werden. In den 12 Tagen der Verpuppung parasitiert die Milbe an der Bienenlarve und vermehrt sich. Dabei stirbt die befallene Biene nicht, wird aber geschwächt: Ihre Größe ist um ca. 10% vermindert, ihre Lebenszeit stark verkürzt, ihre Orientierungsleistungen sind schlechter und von den Milben übertragene Viren verursachen Erkrankungen, wie z.B. Verkrüppelung der Flügel. Deutschlandweit wurde untersucht, wie hoch die Wahrscheinlichkeit des Sterbens eines Bienenvolkes im Winter („Winterverlust“) in Abhängigkeit von seinem Varroamilbenbefall im Herbst ist. Es wurde beobachtet, dass das Risiko, im Winter zu sterben, bei Völkern ohne Varroa-Befall bei etwa 4% liegt. Bei einem Befall ab 20 Milben pro 100 Bienen liegt das Verlustrisiko bei fast 50%.

2 Erläutern Sie die wechselseitige Beziehung zwischen Honigbienen und Apfelbäumen. Beschreiben Sie die Unterschiede zwischen den drei Apfelsorten hinsichtlich des Ertrags und entwickeln Sie eine Hypothese für die Erträge ohne Honigbienenbeflug. (Material 1 und 2) (11 BE)

Material 1

Die Honigbiene

Die Honigbiene ist ein sozial lebendes Insekt, das in einem „Volk“ lebt, einer in sich geschlossenen Gemeinschaft. Jedes Volk baut ein Nest aus Waben und Wachs, das sich in einer vom Imker gebauten Behausung oder, bei Wildbienen, in einer Höhle befindet. Volk, Nest und Behausung zusammen werden als „Stock“ bezeichnet. Im Mittelpunkt des Volkes steht die Königin. Sie lebt mehrere Jahre. In ihrem ersten Lebensjahr verpaart sie sich auf dem Hochzeitsflug und speichert die Spermien für den Rest ihres Lebens in ihrem Körper. Alle Bienen des Volkes (weibliche Arbeitsbienen und männliche Bienen, die Drohnen) stammen von ihr ab.

Im Frühjahr beginnt die Königin mit der Eiablage. Sie legt in kurzer Zeit so viele Eier, dass das Volk bei ausreichendem Blütenangebot bis auf mehrere Zehntausend Bienen anwachsen kann. Jedes Ei wird einzeln in eine Wachszelle gelegt. Aus einem befruchteten Ei schlüpft nach drei Tagen eine Larve, die innerhalb von sechs Tagen durch das Füttern durch Arbeitsbienen so schnell an Gewicht zunimmt, dass sie sich verpuppen kann. Dazu wird neun Tage nach der Eiablage die Wachszelle, in der sich die Larve befindet, von Arbeitsbienen mit Wachs verschlossen. Nach zwölf Tagen schlüpft daraus eine junge Arbeitsbiene, die im Frühjahr oder Sommer ca. fünf Wochen lebt. In den letzten beiden Wochen ihres Lebens sammelt sie außerhalb ihres Stocks Pollen und Nektar für ihr Volk.

Im Herbst nimmt das Bienenvolk wieder auf ca. 10 000 bis 15 000 Bienen ab. Arbeitsbienen, die im Herbst schlüpfen, leben mehrere Monate. Ihre Aufgabe ist es, im Winter die Stocktemperatur über 20°C zu halten. Dazu bilden sie eine Traube und erzeugen mit ihrer Flugmuskulatur Wärme und verfallen daher im Winter auch nicht in eine Körperstarre. Im Frühjahr ist es ihre Aufgabe, die neue Brut aufzuziehen. Das Volk ernährt sich in dieser Zeit von den eingelagerten Vorräten: Honig, den die Arbeitsbienen aus dem Blütennektar herstellen, und Pollen. Die Königin überwintert mit wenigen Tausend Arbeitsbienen, den sogenannten Winterbienen, ohne dass in dieser Zeit weitere Bienen hinzukommen, da die Königin in dieser Zeit keine Eier legt.

Material 2

Bestäubungsleistung durch Honigbienen

Apfelbäume blühen in Deutschland ca. zwei bis drei Wochen im Zeitraum von April bis Mai. Sie locken die Bienen mit einem reichen Angebot an Nektar und Pollen an. Die blütenbesuchenden Arbeitsbienen sind blütenstet, das heißt, stehen zu Beginn ihrer Sammeltätigkeit zum Beispiel in der Nähe Apfelbäume in voller Blüte, besuchen sie diese in den nächsten Tagen regelmäßig, ohne zeitgleich andere Pflanzenarten zu besuchen. Das erhöht für die Apfelblüten die Wahrscheinlichkeit, befruchtet zu werden.

Das folgende Diagramm zeigt die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zur Rolle der Honigbienen für die Ausbildung von Früchten bei drei verschiedenen Apfelsorten. Dazu wurde jeweils die Fruchtbildung nach Anwesenheit von Honigbienen zur Blütezeit mit 100% festgesetzt. Damit verglichen wurde die Fruchtbildung bei diesen drei Apfelsorten, wenn keine Honigbienen als Bestäuber zur Verfügung standen. Eine Selbstbestäubung wurde bei dieser Untersuchung ausgeschlossen.

Material 3

Die Varroamilbe – der bedeutsamste Bienenschädling

Die vielfältigen Veränderungen unserer Kulturlandschaften, wie die Umstellung auf große Monokulturen, ein hoher Einsatz von Pestiziden und das Verschwinden der blütenreichen Randstreifen an Äckern und Wegen, haben sich deutlich auf den Gesundheitszustand der Honigbienen ausgewirkt.

Besonders erschwerend wirkte sich das Einschleppen der Varroamilbe Varroa destructor aus Asien in den 1950er Jahren aus. Sie ernährt sich vom Fettkörper der Bienen. In den Zellen des Fettkörpers werden Stoffe umgebaut, neu synthetisiert und gespeichert. Die Aktivität des Organs beeinflusst den hormonellen Status der Larve sowie der erwachsenen Biene und damit auch das Bienenverhalten. Der Fettkörper ist in der Larve besonders stark entwickelt, da er die Reservestoffe enthält, die während der Metamorphose (Umwandlung der Larvenform zum Adultstadium) gebraucht werden.

Die Varroamilbe lebt auf den Arbeitsbienen und verlässt diese, wenn sie auf heranwachsende Bienenlarven überwechseln kann, bevor deren Wachszellen verschlossen werden. In den 12 Tagen der Verpuppung parasitiert die Milbe an der Bienenlarve und vermehrt sich. Dabei stirbt die befallene Biene nicht, wird aber geschwächt: Ihre Größe ist um ca. 10% vermindert, ihre Lebenszeit stark verkürzt, ihre Orientierungsleistungen sind schlechter und von den Milben übertragene Viren verursachen Erkrankungen, wie z.B. Verkrüppelung der Flügel. Deutschlandweit wurde untersucht, wie hoch die Wahrscheinlichkeit des Sterbens eines Bienenvolkes im Winter („Winterverlust“) in Abhängigkeit von seinem Varroamilbenbefall im Herbst ist. Es wurde beobachtet, dass das Risiko, im Winter zu sterben, bei Völkern ohne Varroa-Befall bei etwa 4% liegt. Bei einem Befall ab 20 Milben pro 100 Bienen liegt das Verlustrisiko bei fast 50%.

3 Erklären Sie den Einfluss der Varroamilbe auf die Sterblichkeit des Bienenvolkes. (Material 1 und 3) (8 BE)

Material 3: Die Varroamilbe – der bedeutsamste Bienenschädling

Die vielfältigen Veränderungen unserer Kulturlandschaften, wie die Umstellung auf große Monokulturen, ein hoher Einsatz von Pestiziden und das Verschwinden der blütenreichen Randstreifen an Äckern und Wegen, haben sich deutlich auf den Gesundheitszustand der Honigbienen ausgewirkt.

Besonders erschwerend wirkte sich das Einschleppen der Varroamilbe Varroa destructor aus Asien in den 1950er Jahren aus. Sie ernährt sich vom Fettkörper der Bienen. In den Zellen des Fettkörpers werden Stoffe umgebaut, neu synthetisiert und gespeichert. Die Aktivität des Organs beeinflusst den hormonellen Status der Larve sowie der erwachsenen Biene und damit auch das Bienenverhalten. Der Fettkörper ist in der Larve besonders stark entwickelt, da er die Reservestoffe enthält, die während der Metamorphose (Umwandlung der Larvenform zum Adultstadium) gebraucht werden.

Die Varroamilbe lebt auf den Arbeitsbienen und verlässt diese, wenn sie auf heranwachsende Bienenlarven überwechseln kann, bevor deren Wachszellen verschlossen werden. In den 12 Tagen der Verpuppungsphase parasitiert die Milbe an der Bienenlarve und vermehrt sich. Dabei stirbt die befallene Biene nicht, wird aber geschwächt: Ihre Größe ist um ca. 10% vermindert, ihre Lebenszeit stark verkürzt, ihre Orientierungsleistungen sind schlechter und von den Milben übertragene Viren verursachen Erkrankungen, wie z.B. Verkrüppelung der Flügel. Deutschlandweit wurde untersucht, wie hoch die Wahrscheinlichkeit des Sterbens eines Bienenvolkes im Winter („Winterverlust“) in Abhängigkeit von seinem Varroamilbenbefall im Herbst ist. Es wurde beobachtet, dass das Risiko, im Winter zu sterben, bei Völkern ohne Varroa-Befall bei etwa 4% liegt. Bei einem Befall ab 20 Milben pro 100 Bienen liegt das Verlustrisiko bei fast 50%.

Material 4: Das Putzverhalten der asiatischen und der europäischen Honigbiene

Angesichts der hohen Verluste durch Varroamilbenbefall bei der heimischen Honigbiene untersuchten Forscher die Beziehung zwischen der Milbe und ihrem ursprünglichen Wirt, der asiatischen Honigbiene. In ihrem ursprünglichen Verbreitungsgebiet existieren Milbe und asiatische Honigbiene schon seit langem miteinander, ohne dass es nennenswerte Beeinträchtigungen der Bienenpopulation gibt. Um diese Beobachtung zu erklären, wurden Versuche mit gesunden Völkern von asiatischen und europäischen Honigbienen durchgeführt. In offene Wachszellen mit Bienenlarven wurde entweder eine Milbe oder ein gleichgroßes Stück Kontrollpapier eingebracht. Dann wurde das Putzverhalten der Bienen beobachtet und geprüft, in welcher Zeit sie jeweils die Milben bzw. das Kontrollpapier entfernten. Bei den Reaktionen der asiatischen Honigbienen konnten alle Beobachtungen innerhalb der ersten 10 Minuten des Versuches durchgeführt werden. Bei den europäischen Honigbienen dagegen musste über 75 Minuten (4500 s) beobachtet und das Resultat zu diesem Zeitpunkt zusammengefasst werden.

4

Fassen Sie die Versuchsergebnisse zum Putzverhalten der asiatischen und der europäischen Honigbiene zusammen und deuten Sie diese. (Material 3 und 4) [15 BE]

Material 1

Die Honigbiene

Die Honigbiene ist ein sozial lebendes Insekt, das in einem „Volk“ lebt, einer in sich geschlossenen Gemeinschaft. Jedes Volk baut ein Nest aus Waben und Wachs, das sich in einer vom Imker gebauten Behausung oder, bei Wildbienen, in einer Höhle befindet. Volk, Nest und Behausung zusammen werden als „Stock“ bezeichnet. Im Mittelpunkt des Volkes steht die Königin. Sie lebt mehrere Jahre. In ihrem ersten Lebensjahr verpaart sie sich auf dem Hochzeitsflug und speichert die Spermien für den Rest ihres Lebens in ihrem Körper. Alle Bienen des Volkes (weibliche Arbeitsbienen und männliche Bienen, die Drohnen) stammen von ihr ab.

Im Frühjahr beginnt die Königin mit der Eiablage. Sie legt in kurzer Zeit so viele Eier, dass das Volk bei ausreichendem Blütenangebot bis auf mehrere Zehntausend Bienen anwachsen kann. Jedes Ei wird einzeln in eine Wachszelle gelegt. Aus einem befruchteten Ei schlüpft nach drei Tagen eine Larve, die innerhalb von sechs Tagen durch das Füttern durch Arbeitsbienen so schnell an Gewicht zunimmt, dass sie sich verpuppen kann. Dazu wird neun Tage nach der Eiablage die Wachszelle, in der sich die Larve befindet, von Arbeitsbienen mit Wachs verschlossen. Nach zwölf Tagen schlüpft daraus eine junge Arbeitsbiene, die im Frühjahr oder Sommer ca. fünf Wochen lebt. In den letzten beiden Wochen ihres Lebens sammelt sie außerhalb ihres Stocks Pollen und Nektar für ihr Volk.

Im Herbst nimmt das Bienenvolk wieder auf ca. 10 000 bis 15 000 Bienen ab. Arbeitsbienen, die im Herbst schlüpfen, leben mehrere Monate. Ihre Aufgabe ist es, im Winter die Stocktemperatur über 20°C zu halten. Dazu bilden sie eine Traube und erzeugen mit ihrer Flugmuskulatur Wärme und verfallen daher im Winter auch nicht in eine Körperstarre. Im Frühjahr ist es ihre Aufgabe, die neue Brut aufzuziehen. Das Volk ernährt sich in dieser Zeit von den eingelagerten Vorräten: Honig, den die Arbeitsbienen aus dem Blütennektar herstellen, und Pollen. Die Königin überwintert mit wenigen Tausend Arbeitsbienen, den sogenannten Winterbienen, ohne dass in dieser Zeit weitere Bienen hinzukommen, da die Königin in dieser Zeit keine Eier legt.

Material 2

Bestäubungsleistung durch Honigbienen

Apfelbäume blühen in Deutschland ca. zwei bis drei Wochen im Zeitraum von April bis Mai. Sie locken die Bienen mit einem reichen Angebot an Nektar und Pollen an. Die blütenbesuchenden Arbeitsbienen sind blütenstet, das heißt, stehen zu Beginn ihrer Sammeltätigkeit zum Beispiel in der Nähe Apfelbäume in voller Blüte, besuchen sie diese in den nächsten Tagen regelmäßig, ohne zeitgleich andere Pflanzenarten zu besuchen. Das erhöht für die Apfelblüten die Wahrscheinlichkeit, befruchtet zu werden.

Das folgende Diagramm zeigt die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zur Rolle der Honigbienen für die Ausbildung von Früchten bei drei verschiedenen Apfelsorten. Dazu wurde jeweils die Fruchtbildung nach Anwesenheit von Honigbienen zur Blütezeit mit 100% festgesetzt. Damit verglichen wurde die Fruchtbildung bei diesen drei Apfelsorten, wenn keine Honigbienen als Bestäuber zur Verfügung standen. Eine Selbstbestäubung wurde bei dieser Untersuchung ausgeschlossen.

Material 3

Die Varroamilbe – der bedeutsamste Bienenschädling

Die vielfältigen Veränderungen unserer Kulturlandschaften, wie die Umstellung auf große Monokulturen, ein hoher Einsatz von Pestiziden und das Verschwinden der blütenreichen Randstreifen an Äckern und Wegen, haben sich deutlich auf den Gesundheitszustand der Honigbienen ausgewirkt.

Besonders erschwerend wirkte sich das Einschleppen der Varroamilbe Varroa destructor aus Asien in den 1950er Jahren aus. Sie ernährt sich vom Fettkörper der Bienen. In den Zellen des Fettkörpers werden Stoffe umgebaut, neu synthetisiert und gespeichert. Die Aktivität des Organs beeinflusst den hormonellen Status der Larve sowie der erwachsenen Biene und damit auch das Bienenverhalten. Der Fettkörper ist in der Larve besonders stark entwickelt, da er die Reservestoffe enthält, die während der Metamorphose (Umwandlung der Larvenform zum Adultstadium) gebraucht werden.

Die Varroamilbe lebt auf den Arbeitsbienen und verlässt diese, wenn sie auf heranwachsende Bienenlarven überwechseln kann, bevor deren Wachszellen verschlossen werden. In den 12 Tagen der Verpuppung parasitiert die Milbe an der Bienenlarve und vermehrt sich. Dabei stirbt die befallene Biene nicht, wird aber geschwächt: Ihre Größe ist um ca. 10% vermindert, ihre Lebenszeit stark verkürzt, ihre Orientierungsleistungen sind schlechter und von den Milben übertragene Viren verursachen Erkrankungen, wie z.B. Verkrüppelung der Flügel. Deutschlandweit wurde untersucht, wie hoch die Wahrscheinlichkeit des Sterbens eines Bienenvolkes im Winter („Winterverlust“) in Abhängigkeit von seinem Varroamilbenbefall im Herbst ist. Es wurde beobachtet, dass das Risiko, im Winter zu sterben, bei Völkern ohne Varroa-Befall bei etwa 4% liegt. Bei einem Befall ab 20 Milben pro 100 Bienen liegt das Verlustrisiko bei fast 50%.

Material 5

Bestäubung durch Honigbiene und Gehörnte Mauerbiene

Die meisten unserer heimischen Bienenarten sind Wildbienen, die in der Regel nicht von Varroamilben befallen werden. Sie bilden keine Völker wie die Honigbiene, sondern leben allein (solitär). Dazu gehört auch die recht häufige Gehörnte Mauerbiene. Nach dem Schlüpfen im Frühjahr und der Paarung beginnen die Weibchen in hohlen Pflanzenstängeln oder in Erdlöchern mit dem Bau der Brutzellen, in die sie jeweils ein Ei ablegen und die sie mit Nektar und Pollen versorgen. Anschließend werden die Kammern fest verschlossen. Ca. zwölf solcher Einzelzellen nebeneinander bilden zusammen ein kleines Brutnest. Nach etwa vier bis sechs Wochen stirbt das Weibchen. Ihr Nachwuchs wächst über den Sommer eingeschlossen in seinen Zellen heran und überwintert, bereits voll entwickelt, darin, bis zum Schlüpfen bei steigenden Temperaturen im Frühjahr. Die jetzt verlassenen Röhren können für den kommenden Nachwuchs wieder genutzt werden.

In der Flugzeit der Mauerbienen-Weibchen blühen auch Apfelbäume, in denen sie intensiv Nektar und Pollen sammeln und dabei auch die Blüten bestäuben. Für eine erfolgreiche Befruchtung der Blüten ist es wichtig, dass ein blütenbesuchendes Weibchen den Pollen anderer Blüten auf die gerade besuchte Blüte so überträgt, dass dieser auf der Narbe der Blüte landet. Beim Blütenbesuch verhalten sich Mauerbienen anders als Honigbienen. In einer Apfelplantage mit einer Delicious-Sorte wurden einzelne Bienen beider Bienenarten beim Blütenbesuch beobachtet und anschließend das Ausmaß der Fruchtbildung verglichen. Folgende Daten wurden erhoben:

Besuchszeit je Blüte

[s]

besuchte Blüten pro Minute

Narbenkontakt bei Blütenbesuch

[% der Besuche]

Fruchtbildung nach Blütenbesuch

[% der Besuche]

Gehörnte Mauerbiene

3,4

12,3

97,7

27,4

Europäische Honigbiene

5,3

7,9

32,7

12,1

5 Beurteilen Sie den Vorschlag, bei der Apfelblüte gezielt solitäre Bienenarten, wie z.B. die Gehörnte Mauerbiene, zum Einsatz zu bringen, anhand von vier unterschiedlichen Aspekten. (Material 1, 2 und 5)

[8 BE]

Material 6

„Pontischer Honig“

Im Jahre 401 v. Chr. befanden sich die Krieger des griechischen Feldherren Xenophon auf dem Rückzug von einer Schlacht um die Herrschaft des persischen Reiches an der Schwarzmeerküste und aßen Honig aus Waben. Alle, die davon gekostet hatten, klagten über Beschwerden, die von Betrunkenheit oder Erbrechen bis hin zu Ohnmacht reichten.

Noch heute warnt das Bundesinstitut für Risikoforschung vor dem Verzehr des auch als „pontischer Honig“ oder „Mad Honey“ bezeichneten Rhododendron-Honigs der türkischen Schwarzmeerküste, da es durch ihn zu akuten Vergiftungserscheinungen wie Schwindel, Blutdruckabfall, verlangsamtem Herzschlag, Missempfindungen, Kribbeln, Jucken, Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen kommen kann. Normalerweise dämpft der Vagusnerv Herztätigkeit und Blutdruck und fördert die Darmtätigkeit.

Als auslösende Ursache wurden die Grayanotoxine (GTX) identifiziert. Diese werden von am Schwarzmeer beheimateten Rhododendren-Arten gebildet und gelangen mittels Pollen und Nektar in den Honig.

Material 7

Ionenkonzentrationen und Membranpermeabilitäten eines Neurons während des Ruhepotenzials am unerregten Riesenaxon eines Tintenfisches

Ion · Na + · K + · Cl − · organische Anionen

intrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 50 · 400 · 108 · 460

extrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 440 · 20 · 560 · 0

relativer Permeabilitätskoeffizient · 0,04 · 1 · 0,44 · 0

Erläuterung:

Relativer Permeabilitätskoeffizient: Maß für die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Ionen. Dieser gibt das Verhältnis der Permeabilitäten für Na + und Cl − zur Permeabilität von K + an.

Material 8

Molekulare Ursache der Vergiftungserscheinungen durch Grayanotoxin

Um die molekularen Ursachen zu identifizieren, welche die beschriebenen Wirkungen im Nervensystem des Menschen auslösen, wurden Riesenaxone des Tintenfischs Loligo pealeii präpariert und Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung ausgesetzt.

In den Experimenten wurde sichergestellt, dass die Ausbildung von Aktionspotenzialen blockiert wird, ohne dass das Ruhepotenzial beeinflusst wird.

Das Axoninnere wurde konstant von einer Standard-Innenraumflüssigkeit durchströmt, während die Außenlösungen entsprechend den in der Grafik angegebenen Verhältnissen variiert wurden. Die erhaltenen Membranpotenzialänderungen wurden aufgezeichnet. Neben den in der Tabelle verwendeten Außenlösungen wurden zu unterschiedlichen Zeiten für bestimmte zeitliche Intervalle Tetrodotoxin (TTX) beziehungsweise Grayanotoxin (GTX) zugesetzt.

Tetrodotoxin ist ein Wirkstoff, der spannungsabhängige Natriumionenkanäle so blockiert, dass keine Natriumionen mehr hindurch diffundieren können.

Hinweis: Osmotische Vorgänge sind für die Lösung der Aufgabe nicht relevant.

6 Beschreiben Sie das Zustandekommen des Ruhepotenzials an einer Nervenzelle. Erläutern Sie in diesem Zusammenhang die Bedeutung und die Funktion der Natrium-Kaliumpumpe. (Material 7)

(17 BE)

a)

b)

Material 6

„Pontischer Honig“

Im Jahre 401 v. Chr. befanden sich die Krieger des griechischen Feldherren Xenophon auf dem Rückzug von einer Schlacht um die Herrschaft des persischen Reiches an der Schwarzmeerküste und aßen Honig aus Waben. Alle, die davon gekostet hatten, klagten über Beschwerden, die von Betrunkenheit oder Erbrechen bis hin zu Ohnmacht reichten.

Noch heute warnt das Bundesinstitut für Risikoforschung vor dem Verzehr des auch als „pontischer Honig“ oder „Mad Honey“ bezeichneten Rhododendron-Honigs der türkischen Schwarzmeerküste, da es durch ihn zu akuten Vergiftungserscheinungen wie Schwindel, Blutdruckabfall, verlangsamtem Herzschlag, Missempfindungen, Kribbeln, Jucken, Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen kommen kann. Normalerweise dämpft der Vagusnerv Herztätigkeit und Blutdruck und fördert die Darmtätigkeit.

Als auslösende Ursache wurden die Grayanotoxine (GTX) identifiziert. Diese werden von am Schwarzmeer beheimateten Rhododendren-Arten gebildet und gelangen mittels Pollen und Nektar in den Honig.

Material 7

Ionenkonzentrationen und Membranpermeabilitäten eines Neurons während des Ruhepotenzials am unerregten Riesenaxon eines Tintenfisches

Ion · Na + · K + · Cl − · organische Anionen

intrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 50 · 400 · 108 · 460

extrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 440 · 20 · 560 · 0

relativer Permeabilitätskoeffizient · 0,04 · 1 · 0,44 · 0

Erläuterung:

Relativer Permeabilitätskoeffizient: Maß für die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Ionen. Dieser gibt das Verhältnis der Permeabilitäten für Na + und Cl − zur Permeabilität von K + an.

Material 8

Molekulare Ursache der Vergiftungserscheinungen durch Grayanotoxin

Um die molekularen Ursachen zu identifizieren, welche die beschriebenen Wirkungen im Nervensystem des Menschen auslösen, wurden Riesenaxone des Tintenfischs Loligo pealeii präpariert und Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung ausgesetzt.

In den Experimenten wurde sichergestellt, dass die Ausbildung von Aktionspotenzialen blockiert wird, ohne dass das Ruhepotenzial beeinflusst wird.

Das Axoninnere wurde konstant von einer Standard-Innenraumflüssigkeit durchströmt, während die Außenlösungen entsprechend den in der Grafik angegebenen Verhältnissen variiert wurden. Die erhaltenen Membranpotenzialänderungen wurden aufgezeichnet. Neben den in der Tabelle verwendeten Außenlösungen wurden zu unterschiedlichen Zeiten für bestimmte zeitliche Intervalle Tetrodotoxin (TTX) beziehungsweise Grayanotoxin (GTX) zugesetzt.

Tetrodotoxin ist ein Wirkstoff, der spannungsabhängige Natriumionenkanäle so blockiert, dass keine Natriumionen mehr hindurch diffundieren können.

Hinweis: Osmotische Vorgänge sind für die Lösung der Aufgabe nicht relevant.

Aufgabe 7 (22 BE)

Beschreiben und erklären Sie den Potenzialverlauf in Abbildung 8.2. (Material 6, 7 und 8)

Material 6

„Pontischer Honig“

Im Jahre 401 v. Chr. befanden sich die Krieger des griechischen Feldherren Xenophon auf dem Rückzug von einer Schlacht um die Herrschaft des persischen Reiches an der Schwarzmeerküste und aßen Honig aus Waben. Alle, die davon gekostet hatten, klagten über Beschwerden, die von Betrunkenheit oder Erbrechen bis hin zu Ohnmacht reichten.

Noch heute warnt das Bundesinstitut für Risikoforschung vor dem Verzehr des auch als „pontischer Honig“ oder „Mad Honey“ bezeichneten Rhododendron-Honigs der türkischen Schwarzmeerküste, da es durch ihn zu akuten Vergiftungserscheinungen wie Schwindel, Blutdruckabfall, verlangsamtem Herzschlag, Missempfindungen, Kribbeln, Jucken, Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen kommen kann. Normalerweise dämpft der Vagusnerv Herztätigkeit und Blutdruck und fördert die Darmtätigkeit.

Als auslösende Ursache wurden die Grayanotoxine (GTX) identifiziert. Diese werden von am Schwarzmeer beheimateten Rhododendren-Arten gebildet und gelangen mittels Pollen und Nektar in den Honig.

Material 7

Ionenkonzentrationen und Membranpermeabilitäten eines Neurons während des Ruhepotenzials am unerregten Riesenaxon eines Tintenfisches

Ion · Na + · K + · Cl − · organische Anionen

intrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 50 · 400 · 108 · 460

extrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 440 · 20 · 560 · 0

relativer Permeabilitätskoeffizient · 0,04 · 1 · 0,44 · 0

Erläuterung:

Relativer Permeabilitätskoeffizient: Maß für die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Ionen. Dieser gibt das Verhältnis der Permeabilitäten für Na + und Cl − zur Permeabilität von K + an.

Material 8

Molekulare Ursache der Vergiftungserscheinungen durch Grayanotoxin

Um die molekularen Ursachen zu identifizieren, welche die beschriebenen Wirkungen im Nervensystem des Menschen auslösen, wurden Riesenaxone des Tintenfischs Loligo pealeii präpariert und Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung ausgesetzt.

In den Experimenten wurde sichergestellt, dass die Ausbildung von Aktionspotenzialen blockiert wird, ohne dass das Ruhepotenzial beeinflusst wird.

Das Axoninnere wurde konstant von einer Standard-Innenraumflüssigkeit durchströmt, während die Außenlösungen entsprechend den in der Grafik angegebenen Verhältnissen variiert wurden. Die erhaltenen Membranpotenzialänderungen wurden aufgezeichnet. Neben den in der Tabelle verwendeten Außenlösungen wurden zu unterschiedlichen Zeiten für bestimmte zeitliche Intervalle Tetrodotoxin (TTX) beziehungsweise Grayanotoxin (GTX) zugesetzt.

Tetrodotoxin ist ein Wirkstoff, der spannungsabhängige Natriumionenkanäle so blockiert, dass keine Natriumionen mehr hindurch diffundieren können.

Hinweis: Osmotische Vorgänge sind für die Lösung der Aufgabe nicht relevant.

Material 9

Ergänzende Untersuchungen

In weiteren Experimenten wurden GTX und TTX jeweils dem Axoninneren oder der Außenlösung zugefügt und ihre Wirkung untersucht. Es wurde beobachtet, dass Grayanotoxin sowohl stärker als auch schneller wirkt, wenn es dem Axoninneren zugeführt wird. Im Gegensatz dazu wirkte Tetrodotoxin nur bei Zugabe in die Außenlösung.

8

Entwickeln Sie eine Hypothese, die die in Material 9 beschriebenen Untersuchungsergebnisse erklären könnte. (Material 8 und 9) [4 BE]

Material 6

„Pontischer Honig“

Im Jahre 401 v. Chr. befanden sich die Krieger des griechischen Feldherren Xenophon auf dem Rückzug von einer Schlacht um die Herrschaft des persischen Reiches an der Schwarzmeerküste und aßen Honig aus Waben. Alle, die davon gekostet hatten, klagten über Beschwerden, die von Betrunkenheit oder Erbrechen bis hin zu Ohnmacht reichten.

Noch heute warnt das Bundesinstitut für Risikoforschung vor dem Verzehr des auch als „pontischer Honig“ oder „Mad Honey“ bezeichneten Rhododendron-Honigs der türkischen Schwarzmeerküste, da es durch ihn zu akuten Vergiftungserscheinungen wie Schwindel, Blutdruckabfall, verlangsamtem Herzschlag, Missempfindungen, Kribbeln, Jucken, Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen kommen kann. Normalerweise dämpft der Vagusnerv Herztätigkeit und Blutdruck und fördert die Darmtätigkeit.

Als auslösende Ursache wurden die Grayanotoxine (GTX) identifiziert. Diese werden von am Schwarzmeer beheimateten Rhododendren-Arten gebildet und gelangen mittels Pollen und Nektar in den Honig.

Material 7

Ionenkonzentrationen und Membranpermeabilitäten eines Neurons während des Ruhepotenzials am unerregten Riesenaxon eines Tintenfisches

Ion · Na + · K + · Cl − · organische Anionen

intrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 50 · 400 · 108 · 460

extrazelluläre Konzentration [mmol/l] · 440 · 20 · 560 · 0

relativer Permeabilitätskoeffizient · 0,04 · 1 · 0,44 · 0

Erläuterung:

Relativer Permeabilitätskoeffizient: Maß für die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Ionen. Dieser gibt das Verhältnis der Permeabilitäten für Na + und Cl − zur Permeabilität von K + an.

Material 8

Molekulare Ursache der Vergiftungserscheinungen durch Grayanotoxin

Um die molekularen Ursachen zu identifizieren, welche die beschriebenen Wirkungen im Nervensystem des Menschen auslösen, wurden Riesenaxone des Tintenfischs Loligo pealeii präpariert und Lösungen unterschiedlicher Zusammensetzung ausgesetzt.

In den Experimenten wurde sichergestellt, dass die Ausbildung von Aktionspotenzialen blockiert wird, ohne dass das Ruhepotenzial beeinflusst wird.

Das Axoninnere wurde konstant von einer Standard-Innenraumflüssigkeit durchströmt, während die Außenlösungen entsprechend den in der Grafik angegebenen Verhältnissen variiert wurden. Die erhaltenen Membranpotenzialänderungen wurden aufgezeichnet. Neben den in der Tabelle verwendeten Außenlösungen wurden zu unterschiedlichen Zeiten für bestimmte zeitliche Intervalle Tetrodotoxin (TTX) beziehungsweise Grayanotoxin (GTX) zugesetzt.

Tetrodotoxin ist ein Wirkstoff, der spannungsabhängige Natriumionenkanäle so blockiert, dass keine Natriumionen mehr hindurch diffundieren können.

Hinweis: Osmotische Vorgänge sind für die Lösung der Aufgabe nicht relevant.

Aufgabe 9 (7 BE)

Entwickeln Sie eine Erklärung für die beobachteten Symptome nach dem Genuss von „Mad Honey“. (Material 6 und 8)

Synaptische Übertragung und Verschaltung von Neuronen

1 Beschreiben Sie jeweils die Entstehung eines excitatorischen Potenzials (EPSP) sowie eines inhibitorischen Potenzials (IPSP) an der postsynaptischen Membran eines Neurons. Geben Sie jeweils eine Definition für die Begriffe zeitliche Summation und räumliche Summation an. [11 BE]

Material 1: Verschaltung von Neuronen

Im Rückenmark von Wirbeltieren befinden sich Motoneurone, die Skelettmuskelfasern innervieren und somit sowohl Bewegungen ermöglichen als auch die muskuläre Spannung steuern. Sie enthalten den Transmitter Acetylcholin. Alle von einem bestimmten Motoneuron innervierten Muskelzellen und das zugehörige Motoneuron selbst bilden eine motorische Einheit. Eine motorische Einheit kann einige wenige bis zu mehreren tausend Muskelzellen umfassen. Je kleiner die motorischen Einheiten eines Muskels sind, desto feiner können Bewegungen abgestuft werden. Alle motorischen Einheiten eines Muskels tragen gemeinsam zu seiner Kontraktionskraft bei.

Ein einzelnes Neuron kann tausende präsynaptischer Endigungen von anderen Neuronen besitzen, von denen ein Teil erregend, andere hemmend wirken. Darüber hinaus können sich Neurone verzweigen und über diese Verzweigungen, Kollateralen genannt, andere Neurone innervieren.

Im Rückenmark sind Motoneurone über Kollateralen mit spezialisierten Interneuronen verschaltet, die nach ihrem Entdecker als Renshaw-Zellen bezeichnet werden. Sie reagieren so empfindlich auf Signale von Motoneuronen, dass ein einziges Aktionspotential eines Motoneurons ausreicht, um in einem Renshaw-Neuron eine Serie von Potentialänderungen auszulösen.

Die folgende Abbildung zeigt ein Motoneuron, das einen Muskel innerviert. Das Axon des Motoneurons ist über eine Kollaterale mit einem Renshaw-Neuron verbunden. Das Renshaw-Neuron schüttet den Transmitter Glycin aus.

In einem Experiment wird das Axon des Motoneurons künstlich gereizt, und die entstehenden Potenziale werden am Axon der Renshaw-Zelle (Messstelle 1) sowie am Soma des Motoneurons (Messstelle 2) abgeleitet.

Aufgabe 2 [14 BE]

Erklären Sie die Ergebnisse der Messungen an den Messstellen 1 und 2. Leiten Sie die Bedeutung von Renshaw-Neuronen für die Steuerung der Muskelkontraktion bei der Aktivierung von Motoneuronen durch absteigende Nervenbahnen her. (Material 1)

a)

b)

Wirkung von Antiepileptika

Material 2 – Epilepsie

Epilepsie ist die häufigste chronische Erkrankung des zentralen Nervensystems. Nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation WHO erleiden zirka fünf Prozent aller Menschen mindestens einmal in ihrem Leben einen epileptischen Anfall.

Dabei gerät die neuronale Aktivität außer Kontrolle: Viele Nervenzellen aktivieren sich selbstständig zur gleichen Zeit, was Symptome wie zum Beispiel Bewusstseins- und Wahrnehmungsstörungen, Muskelzuckungen oder Krampfzustände verursachen kann. Diese Entladungen von Nervenzellen können sich über das gesamte Gehirn ausbreiten. Es wird vermutet, dass die mangelnde Koordination von neuronaler Erregung und Hemmung zur Auslösung epileptischer Anfälle beiträgt.

Neben einer erblichen Disposition können auch Hirnschädigungen oder angeborene Fehlbildungen des Gehirns Epilepsie verursachen.

Um die Wirksamkeit von Medikamenten gegen Epilepsie zu testen, nutzt man aus, dass sich bei bestimmten Stämmen von Ratten epileptische Anfälle durch akustische Reize auslösen lassen. Diese Anfälle werden durch eine Phase intensiven Rennens eingeleitet, die jeweils 10 bis 30 Sekunden andauert. Darauf folgt typischerweise eine Phase der Starre, während der die Ratte in einem muskulären Krampfzustand mit steif ausgestreckten Gliedmaßen unbeweglich verharrt.

In einer Serie von Experimenten wurden acht Ratten 60 Minuten nach der Behandlung mit dem Wirkstoff Topiramat einem akustischen Reiz ausgesetzt, der geeignet war, einen epileptischen Anfall auszulösen. Bei verschiedenen Dosierungen von Topiramat wurde untersucht, wie viele der untersuchten Ratten als Reaktion auf einen akustischen Reiz die typische Abfolge eines solchen epileptischen Anfalls mit intensivem Rennen, gefolgt von einem anschließenden Starrezustand, zeigten.

3 Analysieren Sie die Ergebnisse der Untersuchungen. (Material 2) [6 BE]

Material 3

Antiepileptika

Die Behandlung von Patienten mit Epilepsie erfolgt durch die Gabe von anti-epileptischen Medikamenten, sogenannten Antiepileptika. Ihre Wirkung zielt vor allem auf eine Senkung der neuronalen Überaktivität im Gehirn sowie auf das Lösen von Krampfzuständen der Muskulatur ab. Die medikamentöse Behandlung bei Epilepsie ist eine Langzeitbehandlung, die sich über das ganze Leben erstrecken kann.

Der Wirkstoff Topiramat, der zur Behandlung von Epilepsie eingesetzt wird, blockiert im zentralen Nervensystem unter anderem spannungsabhängige Calcium-Ionenkanäle an erregenden Synapsen, die den Transmitter Glutamat verwenden. Auch bindet Topiramat an die Glutamat-Bindungsstellen von Rezeptoren in der postsynaptischen Membran, ohne die Ionenkanäle für Natriumionen zu öffnen. Glutamat ist der im ZNS quantitativ am häufigsten vorkommende erregende Neurotransmitter.

Aufgabe 4 [14 BE]

Stellen Sie die verschiedenen Wirkorte des Antiepileptikums Topiramat an Glutamat führenden Synapsen mit Hilfe einer Skizze dar. Erläutern Sie ausgehend von diesen Wirkorten den Einfluss von Topiramat auf die Erregungsübertragung der Synapsen. (Material 3)

Molekularbiologische Nachweismethoden für Mutationen

5 Beschreiben Sie den prinzipiellen Ablauf einer Polymerase-Kettenreaktion sowie einer Gelelektrophorese. [13 BE]

Material 4

Lissenzephalie

Lissenzephalie ist eine neurologische Erkrankung, die auf einer Entwicklungsstörung der Nervenzellen in der menschlichen Großhirnrinde beruht. Diese fÿhrt, je nach Schweregrad der Erkrankung, dazu, dass die Faltung der Großhirnrinde vollständig fehlt bzw. nur eine grobe Strukturierung vorliegt. Auch kann die Anordnung der Schichten neuronaler Gewebe innerhalb der Hirnrinde verändert sein. Die bei Lissenzephalien beobachteten Fehlbildungen entstehen bereits im Mutterleib während der pränatalen Entwicklung des kindlichen Gehirns.

Durch die Fehlbildungen ihres Gehirns leiden an Lissenzephalie erkrankte Menschen oftmals unter geistigen Behinderungen und epileptischen Anfällen. Es werden auch Störungen der motorischen Fähigkeiten beobachtet sowie Beeinträchtigungen beim Schlucken, die in schweren Fällen eine Ernährung über eine Magensonde notwendig machen. Das Spektrum der Beeinträchtigungen reicht von leichten Formen mit epileptischen Anfällen bis zu schwersten Verläufen, die bereits innerhalb der ersten Lebensmonate zum Tod fÿhren können. Eine ursächliche Therapie gibt es zurzeit nicht.

Eine häufige Ursache der erblichen Form der Lissenzephalie sind Mutationen im Gen DCX, das das Protein Doublecortin kodiert. Doublecortin wird ausschließlich in den ersten Monaten der frÿhkindlichen Entwicklung in neuronalen Geweben exprimiert. In sich entwickelnden Neuronen bindet es an die Mikrotubuli des Cytoskeletts und stabilisiert diese. Diese Funktion von Doublecortin spielt eine wichtige Rolle bei der Wanderung und der korrekten Positionierung junger Neurone in der Großhirnrinde.

Stammbaum einer Familie mit einer erblichen Form der Lissenzephalie

Weibliche Mitglieder der in der Abbildung dargestellten Familie, welche eine Mutation im DCX -Gen tragen (Personen 1 und 7), entwickelten in jugendlichem Alter epileptische Anfälle, ohne jedoch weitere klinische Symptome zu zeigen. Die ebenfalls von der DCX -Mutation betroffenen männlichen Mitglieder der Familie (Personen 5, 6 und 10) hingegen litten bereits wenige Wochen nach ihrer Geburt unter schweren epileptischen Anfällen, waren stark in ihrer geistigen Entwicklung verzögert und körperlich schwer behindert.

Material 5

Molekulargenetische Untersuchung eines Patienten mit Lissenzephalie

Bei einem Patienten mit klinisch diagnostizierter Lissenzephalie wurde das DCX -Gen molekulargenetisch untersucht. Das Genprodukt Doublecortin besteht aus 361 Aminosäuren.

Abbildung 5.1: Ausschnitte des nicht-codogenen DNA-Strangs des DCX -Gens

5′ – …GAC CTG ACG CGA TCT… – 3′

gesunder Mann

5′ – …GAC CTG AGG CGA TCT… – 3′

Patient mit Lissenzephalie

6 Prüfen Sie den Stammbaum der Familie mit einer erblichen Form der Lissenzephalie auf mögliche Vererbungsmodi. Entscheiden Sie anhand der auftretenden Symptome, welcher der möglichen Vererbungsmodi wahrscheinlich vorliegt. (Material 4) [18 BE]

Material 4

Lissenzephalie

Lissenzephalie ist eine neurologische Erkrankung, die auf einer Entwicklungsstörung der Nervenzellen in der menschlichen Großhirnrinde beruht. Diese fÿhrt, je nach Schweregrad der Erkrankung, dazu, dass die Faltung der Großhirnrinde vollständig fehlt bzw. nur eine grobe Strukturierung vorliegt. Auch kann die Anordnung der Schichten neuronaler Gewebe innerhalb der Hirnrinde verändert sein. Die bei Lissenzephalien beobachteten Fehlbildungen entstehen bereits im Mutterleib während der pränatalen Entwicklung des kindlichen Gehirns.

Durch die Fehlbildungen ihres Gehirns leiden an Lissenzephalie erkrankte Menschen oftmals unter geistigen Behinderungen und epileptischen Anfällen. Es werden auch Störungen der motorischen Fähigkeiten beobachtet sowie Beeinträchtigungen beim Schlucken, die in schweren Fällen eine Ernährung über eine Magensonde notwendig machen. Das Spektrum der Beeinträchtigungen reicht von leichten Formen mit epileptischen Anfällen bis zu schwersten Verläufen, die bereits innerhalb der ersten Lebensmonate zum Tod fÿhren können. Eine ursächliche Therapie gibt es zurzeit nicht.

Eine häufige Ursache der erblichen Form der Lissenzephalie sind Mutationen im Gen DCX, das das Protein Doublecortin kodiert. Doublecortin wird ausschließlich in den ersten Monaten der frÿhkindlichen Entwicklung in neuronalen Geweben exprimiert. In sich entwickelnden Neuronen bindet es an die Mikrotubuli des Cytoskeletts und stabilisiert diese. Diese Funktion von Doublecortin spielt eine wichtige Rolle bei der Wanderung und der korrekten Positionierung junger Neurone in der Großhirnrinde.

Stammbaum einer Familie mit einer erblichen Form der Lissenzephalie

Weibliche Mitglieder der in der Abbildung dargestellten Familie, welche eine Mutation im DCX -Gen tragen (Personen 1 und 7), entwickelten in jugendlichem Alter epileptische Anfälle, ohne jedoch weitere klinische Symptome zu zeigen. Die ebenfalls von der DCX -Mutation betroffenen männlichen Mitglieder der Familie (Personen 5, 6 und 10) hingegen litten bereits wenige Wochen nach ihrer Geburt unter schweren epileptischen Anfällen, waren stark in ihrer geistigen Entwicklung verzögert und körperlich schwer behindert.

Material 5

Molekulargenetische Untersuchung eines Patienten mit Lissenzephalie

Bei einem Patienten mit klinisch diagnostizierter Lissenzephalie wurde das DCX -Gen molekulargenetisch untersucht. Das Genprodukt Doublecortin besteht aus 361 Aminosäuren.

Abbildung 5.1: Ausschnitte des nicht-codogenen DNA-Strangs des DCX -Gens

5′ – …GAC CTG ACG CGA TCT… – 3′

gesunder Mann

5′ – …GAC CTG AGG CGA TCT… – 3′

Patient mit Lissenzephalie

7 Geben Sie für den DNA-Ausschnitt des DCX -Gens einer an Lissenzephalie erkrankten Person die entsprechende Aminosäuresequenz des Proteins Doublecortin an. Bestimmen Sie die Mutationsform und erklären Sie mögliche Folgen für die Gehirnentwicklung. (Material 4 und 5) [9 BE]

a)

b)

Material 4

Lissenzephalie

Lissenzephalie ist eine neurologische Erkrankung, die auf einer Entwicklungsstörung der Nervenzellen in der menschlichen Großhirnrinde beruht. Diese fÿhrt, je nach Schweregrad der Erkrankung, dazu, dass die Faltung der Großhirnrinde vollständig fehlt bzw. nur eine grobe Strukturierung vorliegt. Auch kann die Anordnung der Schichten neuronaler Gewebe innerhalb der Hirnrinde verändert sein. Die bei Lissenzephalien beobachteten Fehlbildungen entstehen bereits im Mutterleib während der pränatalen Entwicklung des kindlichen Gehirns.

Durch die Fehlbildungen ihres Gehirns leiden an Lissenzephalie erkrankte Menschen oftmals unter geistigen Behinderungen und epileptischen Anfällen. Es werden auch Störungen der motorischen Fähigkeiten beobachtet sowie Beeinträchtigungen beim Schlucken, die in schweren Fällen eine Ernährung über eine Magensonde notwendig machen. Das Spektrum der Beeinträchtigungen reicht von leichten Formen mit epileptischen Anfällen bis zu schwersten Verläufen, die bereits innerhalb der ersten Lebensmonate zum Tod fÿhren können. Eine ursächliche Therapie gibt es zurzeit nicht.

Eine häufige Ursache der erblichen Form der Lissenzephalie sind Mutationen im Gen DCX, das das Protein Doublecortin kodiert. Doublecortin wird ausschließlich in den ersten Monaten der frÿhkindlichen Entwicklung in neuronalen Geweben exprimiert. In sich entwickelnden Neuronen bindet es an die Mikrotubuli des Cytoskeletts und stabilisiert diese. Diese Funktion von Doublecortin spielt eine wichtige Rolle bei der Wanderung und der korrekten Positionierung junger Neurone in der Großhirnrinde.

Stammbaum einer Familie mit einer erblichen Form der Lissenzephalie

Weibliche Mitglieder der in der Abbildung dargestellten Familie, welche eine Mutation im DCX -Gen tragen (Personen 1 und 7), entwickelten in jugendlichem Alter epileptische Anfälle, ohne jedoch weitere klinische Symptome zu zeigen. Die ebenfalls von der DCX -Mutation betroffenen männlichen Mitglieder der Familie (Personen 5, 6 und 10) hingegen litten bereits wenige Wochen nach ihrer Geburt unter schweren epileptischen Anfällen, waren stark in ihrer geistigen Entwicklung verzögert und körperlich schwer behindert.

Material 5

Molekulargenetische Untersuchung eines Patienten mit Lissenzephalie

Bei einem Patienten mit klinisch diagnostizierter Lissenzephalie wurde das DCX -Gen molekulargenetisch untersucht. Das Genprodukt Doublecortin besteht aus 361 Aminosäuren.

Abbildung 5.1: Ausschnitte des nicht-codogenen DNA-Strangs des DCX -Gens

5′ – …GAC CTG ACG CGA TCT… – 3′

gesunder Mann

5′ – …GAC CTG AGG CGA TCT… – 3′

Patient mit Lissenzephalie

Material 6

Molekulargenetische Nachweismethoden

In einer weiteren molekulargenetischen Untersuchung des DCX -Gens des in Material 5 vorgestellten Patienten wurde zunächst ein Bereich von 469 Basenpaaren (bp) Länge aus dem kodierenden Bereich mittels PCR vervielfältigt. Die entstandenen PCR-Produkte wurden anschließend mit dem Restriktionsenzym DdeI behandelt. Die nicht mutierten Allele des DCX -Gens gesunder Personen weisen für dieses Enzym im untersuchten Bereich vier Schnittstellen auf. Die entstandenen Fragmente der PCR-Produkte wurden anschließend mittels Gelelektrophorese aufgetrennt.

Abbildung 6.1: Erkennungssequenz des Restriktionsenzyms DdeI

5'–...CTNAG... –3'

3'–...GANTC... –5'

Erläuterung: N: beliebige Base (Adenin, Cytosin, Guanin oder Thymin)

Aufgabe 8 [15 BE]

Beschreiben Sie die Unterschiede in den Ergebnissen der Gelelektrophorese im Vergleich und deuten Sie den Befund des Lissenzephalie-Patienten. (Material 5 und 6)

a)

b)

Bekämpfung der eingeschleppten Tigermücke

(Genetik und Gentechnik, ökologische und stoffwechselphysiologische Zusammenhänge)

Die Asiatische Tigermücke ( Aedes albopictus) stammt ursprünglich aus Südostasien. Durch den globalisierten Waren- und Reiseverkehr wird sie seit Jahrzehnten weltweit verschleppt. 2007 erfolgte der erste Nachweis in Deutschland, im Sommer 2018 wurde sie in Frankfurt am Main aufgespürt. Als Überträger von Virus-Erkrankungen wie dem Gelbfieber entwickelt sich die Asiatische Tigermücke zu einer ernsten Bedrohung für die Menschen in Deutschland. Kenntnisse genetischer und ökologischer Aspekte des Organismus sind für die Entwicklung geeigneter Bekämpfungsmethoden notwendig.

Die Ökologie der Asiatischen Tigermücke

1

Geben Sie jeweils eine Definition der Begriffe ökologische Nische, Symbiose und Parasitismus an. Nennen Sie jeweils ein Beispiel für eine symbiotische und eine parasitische Beziehung. [8 BE]

Material 1

Ökologie der Asiatischen Tigermücke

Die Asiatische Tigermücke ist eine relativ kleine Stechmücke mit 0,5–1 cm Körperlänge. Sie ist sehr anpassungsfähig, da sie trocken- und kälteresistente Eier bilden kann. Während die Larven und Puppen der Mücken bei Temperaturen unter 10°C absterben, überdauern die Eier auch Temperaturen bis zu –10°C. Der voranschreitende Klimawandel und die damit einhergehenden milder werdenden Winter tragen ebenfalls dazu bei, dass sich die Tigermücke in unseren Breiten erfolgreich ausbreitet.

Die Tigermücke ist hervorragend an städtische Lebensräume angepasst. Eier, Puppen und Larven findet man in kleinsten Wasseransammlungen wie Vogeltränken, alten Autoreifen und verstopften Dachrinnen. Die Larven ernähren sich von Mikroorganismen und organischem Material, das sie aus dem Wasser filtern. Die erwachsenen, flugfähigen Tiere entfernen sich von den Brutstätten, die Tigermücke fliegt allerdings nur rund 100–200m weit.

Wie bei anderen Stechmücken auch, saugen ausschließlich die Weibchen Blut, welches sie für die Bildung ihrer Eier benötigen. Die Asiatische Tigermücke ist potenzieller Überträger verschiedener Krankheitserreger. Sie ist in der Lage, Dengue-, Chikungunya-, West-Nil-, Zika- oder Gelbfieber-Viren zu übertragen. In Hessen wurde jedoch bisher keine dieser Infektionen durch eine Tigermücke dokumentiert.

Material 4

Ausrottung der Asiatischen Tigermücke auf Palmyra

Das Palmyra-Atoll, eine Gruppe sehr kleiner Inseln im Pazifik, wird von ca. 50 000 Seevögeln bewohnt, Menschen leben und lebten hier nie dauerhaft. Ursprünglich waren keine Säugetiere auf der Inselgruppe heimisch. Im zweiten Weltkrieg schleppten Soldaten, die die Insel als Militärbasis nutzten, Ratten ein. Diese ernährten sich von den Küken und Eiern der Seevögel und von Krebsen und Krabben. Sie fraßen Kokosnüsse und andere Baumsamen. Diese Kokosnussschalen waren eine der wenigen Möglichkeiten, wo sich Regenwasser sammeln konnte. Im Jahr 2011 führten Ökologen eine erfolgreiche Ausrottungskampagne gegen die damals ca. 40 000 Nager durch. Überraschenderweise verschwand mit den Ratten auch die ebenfalls eingeschleppte Tigermücke von der Insel, deren Weibchen vor allem Säugetiere stechen, aber nur in Ausnahmefällen Vögel. Hingegen kommt eine zweite Stechmückenart, die Südliche Hausmücke, die sich auf Vögel spezialisiert hat, weiterhin vor.

Material 2: Untersuchungen zur Temperaturabhängigkeit der Asiatischen Tigermücke

2.

Beschreiben Sie die Toleranzkurve (Abbildung 2.1). Beschreiben und erklären Sie die Abhängigkeit der Entwicklungsgeschwindigkeit der Tigermückenpuppe von der Wassertemperatur (Abbildung 2.2). (Material 1 und 2)

[11 BE]

Material 3: Stechmückenarten treten in Konkurrenz

Die in Europa häufig vorkommende Gemeine Stechmücke ( Culex pipiens) und die jetzt neu auftretende Asiatische Tigermücke ( Aedes albopictus) teilen sich oft dieselben Eiablagestellen. In Italien wurden in etwa jeder zehnten Fundstelle Gemeine Stechmückenlarven (SML) zusammen mit Asiatischen Tigermückenlarven (TML) gefunden.

Eine Frankfurter Forschergruppe führte Experimente mit TML und SML durch. Unter kontrollierten Bedingungen (16 h Licht pro Tag, 20°C Wassertemperatur und gleichbleibende Wasserqualität) wurden Versuche mit jeweils 30 Larven angesetzt. Die Versuchsansätze enthielten entweder die Larvenart allein oder jeweils 15 Larven der untersuchten Art zusammen mit 15 Larven der jeweils anderen Art. Die Ergebnisse sind in Abbildung 3.1 dargestellt.

3.1

Formulieren Sie zwei Fragestellungen, die dem Experiment in Material 3 zugrunde liegen. [2 BE]

3.2

Fassen Sie die Versuchsergebnisse zusammen und werten Sie diese aus. (Material 3) [14 BE]

Material 1

Ökologie der Asiatischen Tigermücke

Die Asiatische Tigermücke ist eine relativ kleine Stechmücke mit 0,5–1 cm Körperlänge. Sie ist sehr anpassungsfähig, da sie trocken- und kälteresistente Eier bilden kann. Während die Larven und Puppen der Mücken bei Temperaturen unter 10°C absterben, überdauern die Eier auch Temperaturen bis zu –10°C. Der voranschreitende Klimawandel und die damit einhergehenden milder werdenden Winter tragen ebenfalls dazu bei, dass sich die Tigermücke in unseren Breiten erfolgreich ausbreitet.

Die Tigermücke ist hervorragend an städtische Lebensräume angepasst. Eier, Puppen und Larven findet man in kleinsten Wasseransammlungen wie Vogeltränken, alten Autoreifen und verstopften Dachrinnen. Die Larven ernähren sich von Mikroorganismen und organischem Material, das sie aus dem Wasser filtern. Die erwachsenen, flugfähigen Tiere entfernen sich von den Brutstätten, die Tigermücke fliegt allerdings nur rund 100–200m weit.

Wie bei anderen Stechmücken auch, saugen ausschließlich die Weibchen Blut, welches sie für die Bildung ihrer Eier benötigen. Die Asiatische Tigermücke ist potenzieller Überträger verschiedener Krankheitserreger. Sie ist in der Lage, Dengue-, Chikungunya-, West-Nil-, Zika- oder Gelbfieber-Viren zu übertragen. In Hessen wurde jedoch bisher keine dieser Infektionen durch eine Tigermücke dokumentiert.

Material 4

Ausrottung der Asiatischen Tigermücke auf Palmyra

Das Palmyra-Atoll, eine Gruppe sehr kleiner Inseln im Pazifik, wird von ca. 50 000 Seevögeln bewohnt, Menschen leben und lebten hier nie dauerhaft. Ursprünglich waren keine Säugetiere auf der Inselgruppe heimisch. Im zweiten Weltkrieg schleppten Soldaten, die die Insel als Militärbasis nutzten, Ratten ein. Diese ernährten sich von den Küken und Eiern der Seevögel und von Krebsen und Krabben. Sie fraßen Kokosnüsse und andere Baumsamen. Diese Kokosnussschalen waren eine der wenigen Möglichkeiten, wo sich Regenwasser sammeln konnte. Im Jahr 2011 führten Ökologen eine erfolgreiche Ausrottungskampagne gegen die damals ca. 40 000 Nager durch. Überraschenderweise verschwand mit den Ratten auch die ebenfalls eingeschleppte Tigermücke von der Insel, deren Weibchen vor allem Säugetiere stechen, aber nur in Ausnahmefällen Vögel. Hingegen kommt eine zweite Stechmückenart, die Südliche Hausmücke, die sich auf Vögel spezialisiert hat, weiterhin vor.

4 Skizzieren Sie ein Nahrungsnetz der im Material 4 genannten Organismen bei Anwesenheit von Ratten und Menschen. Ordnen Sie exemplarisch drei der Organismen unterschiedlichen Trophieebenen zu. (Material 4) [9 BE]

a)

b)

Material 1

Ökologie der Asiatischen Tigermücke

Die Asiatische Tigermücke ist eine relativ kleine Stechmücke mit 0,5–1 cm Körperlänge. Sie ist sehr anpassungsfähig, da sie trocken- und kälteresistente Eier bilden kann. Während die Larven und Puppen der Mücken bei Temperaturen unter 10°C absterben, überdauern die Eier auch Temperaturen bis zu –10°C. Der voranschreitende Klimawandel und die damit einhergehenden milder werdenden Winter tragen ebenfalls dazu bei, dass sich die Tigermücke in unseren Breiten erfolgreich ausbreitet.

Die Tigermücke ist hervorragend an städtische Lebensräume angepasst. Eier, Puppen und Larven findet man in kleinsten Wasseransammlungen wie Vogeltränken, alten Autoreifen und verstopften Dachrinnen. Die Larven ernähren sich von Mikroorganismen und organischem Material, das sie aus dem Wasser filtern. Die erwachsenen, flugfähigen Tiere entfernen sich von den Brutstätten, die Tigermücke fliegt allerdings nur rund 100–200m weit.

Wie bei anderen Stechmücken auch, saugen ausschließlich die Weibchen Blut, welches sie für die Bildung ihrer Eier benötigen. Die Asiatische Tigermücke ist potenzieller Überträger verschiedener Krankheitserreger. Sie ist in der Lage, Dengue-, Chikungunya-, West-Nil-, Zika- oder Gelbfieber-Viren zu übertragen. In Hessen wurde jedoch bisher keine dieser Infektionen durch eine Tigermücke dokumentiert.

Material 4

Ausrottung der Asiatischen Tigermücke auf Palmyra

Das Palmyra-Atoll, eine Gruppe sehr kleiner Inseln im Pazifik, wird von ca. 50 000 Seevögeln bewohnt, Menschen leben und lebten hier nie dauerhaft. Ursprünglich waren keine Säugetiere auf der Inselgruppe heimisch. Im zweiten Weltkrieg schleppten Soldaten, die die Insel als Militärbasis nutzten, Ratten ein. Diese ernährten sich von den Küken und Eiern der Seevögel und von Krebsen und Krabben. Sie fraßen Kokosnüsse und andere Baumsamen. Diese Kokosnussschalen waren eine der wenigen Möglichkeiten, wo sich Regenwasser sammeln konnte. Im Jahr 2011 führten Ökologen eine erfolgreiche Ausrottungskampagne gegen die damals ca. 40 000 Nager durch. Überraschenderweise verschwand mit den Ratten auch die ebenfalls eingeschleppte Tigermücke von der Insel, deren Weibchen vor allem Säugetiere stechen, aber nur in Ausnahmefällen Vögel. Hingegen kommt eine zweite Stechmückenart, die Südliche Hausmücke, die sich auf Vögel spezialisiert hat, weiterhin vor.

5 Erklären Sie das Vorkommen der beiden Stechmückenarten vor und nach Ausrottung der Ratten. (Material 1 und 4) [7 BE]

Gene Drive zur Bekämpfung der Asiatischen Tigermücke?

6

Benennen Sie die durch Nummern gekennzeichneten Bestandteile des lac-Operons in Material 5 und beschreiben Sie dessen Funktionsweise in Abwesenheit von Lactose. Skizzieren Sie das lac-Operon in Anwesenheit von Lactose. (Material 5) [18 BE]

Material 5: lac-Operon (in Abwesenheit von Lactose)

1. Bestandteile des lac-Operons (Nummern 1 bis 8):

1:

2:

3:

4:

5:

6:

7:

8:

2. Funktionsweise in Abwesenheit von Lactose:

3. Skizze des lac-Operons in Anwesenheit von Lactose:

Material 6

Gene Drive mit MEDEA

Durch Gene Drive werden bestimmte Allele in einer Population viel effizienter verbreitet als über reguläre Vererbungsmechanismen. Während bei heterozygoten Organismen die meist in zweifacher Ausfertigung vorliegenden Allele eines Gens zufällig mit gleicher Wahrscheinlichkeit an die Nachfolgegenerationen vererbt werden, treten durch Gene Drive bestimmte Allele mit (viel) höherer Wahrscheinlichkeit in der fertig entwickelten Tochtergeneration auf.

Der Gene-Drive-Effekt tritt in der Natur u.a. bei Insekten auf. Eine Möglichkeit ist der sogenannte MEDEA-Drive, den man bei Mehlkäfern entdeckt hat. Hierbei wird das Allel eines Gens zum MEDEA-Allel, indem es mit zwei weiteren Gen-Elementen gekoppelt wird, einem Giftgen und einem Immunitätsgen. Im jeweils anderen Allel dieses Gens, dem verbliebenen Wildtyp-Allel, fehlen diese Elemente.

In den Eierstöcken von Insekten mit dem MEDEA-Allel ist während der Eireifung das Giftgen aktiv. Das so produzierte Gift wird in die Eier aufgenommen und in ihnen angereichert. Bei heterozygoten Weibchen enthalten daher alle Eier das Gift, auch dann, wenn durch die Meiose nicht in allen Eiern das MEDEA-Allel, sondern z.T. das Wildtyp-Allel vorliegt.

Nach der Befruchtung wird in den Eizellen, die das MEDEA-Allel enthalten, das Immunitätsgen aktiviert, sodass nur diese das Gift neutralisieren und sich zu Larven weiterentwickeln können. Das mit den MEDEA-Elementen gekoppelte mutierte Allel eines Gens ist somit in allen lebenden Nachkommen dieser MEDEA-Weibchen vorhanden.

7 Werten Sie das Vererbungsschema in Material 6 aus. Begründen Sie, dass es sich bei der Vererbung des MEDEA-Allels um einen Gene Drive-Mechanismus handelt. (Material 6) [19 BE]

a)

b)

Material 1

Ökologie der Asiatischen Tigermücke

Die Asiatische Tigermücke ist eine relativ kleine Stechmücke mit 0,5–1 cm Körperlänge. Sie ist sehr anpassungsfähig, da sie trocken- und kälteresistente Eier bilden kann. Während die Larven und Puppen der Mücken bei Temperaturen unter 10°C absterben, überdauern die Eier auch Temperaturen bis zu –10°C. Der voranschreitende Klimawandel und die damit einhergehenden milder werdenden Winter tragen ebenfalls dazu bei, dass sich die Tigermücke in unseren Breiten erfolgreich ausbreitet.

Die Tigermücke ist hervorragend an städtische Lebensräume angepasst. Eier, Puppen und Larven findet man in kleinsten Wasseransammlungen wie Vogeltränken, alten Autoreifen und verstopften Dachrinnen. Die Larven ernähren sich von Mikroorganismen und organischem Material, das sie aus dem Wasser filtern. Die erwachsenen, flugfähigen Tiere entfernen sich von den Brutstätten, die Tigermücke fliegt allerdings nur rund 100–200m weit.

Wie bei anderen Stechmücken auch, saugen ausschließlich die Weibchen Blut, welches sie für die Bildung ihrer Eier benötigen. Die Asiatische Tigermücke ist potenzieller Überträger verschiedener Krankheitserreger. Sie ist in der Lage, Dengue-, Chikungunya-, West-Nil-, Zika- oder Gelbfieber-Viren zu übertragen. In Hessen wurde jedoch bisher keine dieser Infektionen durch eine Tigermücke dokumentiert.

Material 4

Ausrottung der Asiatischen Tigermücke auf Palmyra

Das Palmyra-Atoll, eine Gruppe sehr kleiner Inseln im Pazifik, wird von ca. 50 000 Seevögeln bewohnt, Menschen leben und lebten hier nie dauerhaft. Ursprünglich waren keine Säugetiere auf der Inselgruppe heimisch. Im zweiten Weltkrieg schleppten Soldaten, die die Insel als Militärbasis nutzten, Ratten ein. Diese ernährten sich von den Küken und Eiern der Seevögel und von Krebsen und Krabben. Sie fraßen Kokosnüsse und andere Baumsamen. Diese Kokosnussschalen waren eine der wenigen Möglichkeiten, wo sich Regenwasser sammeln konnte. Im Jahr 2011 führten Ökologen eine erfolgreiche Ausrottungskampagne gegen die damals ca. 40 000 Nager durch. Überraschenderweise verschwand mit den Ratten auch die ebenfalls eingeschleppte Tigermücke von der Insel, deren Weibchen vor allem Säugetiere stechen, aber nur in Ausnahmefällen Vögel. Hingegen kommt eine zweite Stechmückenart, die Südliche Hausmücke, die sich auf Vögel spezialisiert hat, weiterhin vor.

Material 7: Bekämpfungsstrategien gegen die Asiatische Tigermücke

1. Spezifisch wirkende Bio-Pestizide

Aus dem Bacillus thuringiensis serotyp israelensis (bodenlebendes Bakterium) gewinnt man ein Gift (Bti), das nur gegen Fliegen und Mücken gerichtet ist. Nehmen die Larven das Gift auf, so entstehen Löcher in der Darmwand, was unweigerlich zum Tode führt. Trotz jahrzehntelangem Einsatz von Bti sind kaum Resistenzen zu beobachten. Neben Stechmückenlarven werden auch andere Mücken- und Fliegenlarven getötet. Dies wirkt sich ebenfalls negativ auf Amphibien aus, die sich von diesen Insektenlarven ernähren. Bti ist für die Bekämpfung von Mückenlarven in großen Überschwemmungsgebieten durch Ausbringung mit dem Flugzeug oder Hubschrauber genauso geeignet wie für die Bekämpfung in Kleinstgewässern in Form von gepressten Tabletten. Da Bti ein Proteingemisch ist, verliert es nach dem Ausbringen durch Zersetzungsprozesse nach drei Wochen deutlich an Wirkung.

2. Gene Drive

Als neue Methode bietet sich Gene Drive an. Seit wenigen Jahren wird in gentechnischen Experimenten versucht, Gene Drive auch in Stechmücken zu etablieren. Bei Stechmücken gibt es z.B. das nix-Gen, das für die Ausbildung von männlichen Geschlechtsorganen ausschlaggebend ist. Wenn dieses Gen mit einer Gene Drive-Sequenz gekoppelt wäre, würden überproportional viele Männchen gebildet, so dass die Population mehr und mehr an Weibchen verarmen und in wenigen Generationen zusammenbrechen würde. Erste Ergebnisse unter Laborbedingungen waren bereits erfolgreich. Das Aussetzen von nur wenigen Gene-Drive-Stechmücken würde genügen, um eine gesamte Population auszurotten. Mögliche Auswirkungen auf das Ökosystem sind noch nicht geklärt.

8

Beurteilen Sie, ob Gene Drive als Alternative zur bisherigen Bekämpfungsstrategie gegen die Tigermücke geeignet ist. (Material 1 und 7) [12 BE]