Aufgabe 1 (3) - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2021

Thema: Obst als Lebensraum

Material A: Lebensraum Weintrauben

Reife Weintrauben, die Früchte der Weinrebe ( Vitis vinifera), sind für viele Organismen Nahrungsquelle und Lebensraum. Hefen, zu denen auch die Bäckerhefe ( Saccharomyces cerevisiae) gehört, sind einzellige Pilze. Die Bäckerhefe kommt in der Natur vor allem auf Früchten vor. Im Herbst verbreitet sie sich rasch auf reifen, zuckerreichen Weintrauben. Sie vergärt den Zucker zur Energiegewinnung, wobei unter anderem Alkohol und verschiedene flüchtige Stoffe entstehen. Auch andere Pilze, wie etwa der Grauschimmelpilz ( Botrytis cinereum) oder Penicillium -Arten, nutzen Weintrauben als Nahrungsquelle.

Die Taufliege ( Drosophila melanogaster) ist weltweit verbreitet und lebt auf verschiedenen Früchten und anderem organischen Material. Ausgewachsene Taufliegen nutzen überreife und gärende Weintrauben als Nahrungsquelle und Substrat für die Eiablage. Die Fliegen und ihre Larven fressen nicht nur die Früchte, sondern auch die darauf vorkommende Bäckerhefe, die lebensnotwendige Aminosäuren, Fette und Vitamine enthält.

Schlupfwespen der Gattung Leptopilina können ein Ei in eine Taufliegen-Larve legen. Die geschlüpfte Wespenlarve frisst die Taufliegen-Larve von innen her und verlässt als ausgewachsene Wespe deren Hülle. Zebraspringspinnen ( Salticus scenicus) jagen auf reifen und gärenden Weintrauben Insekten, die sie aus mehreren Zentimetern Entfernung anspringen und mit einem Giftbiss töten.

Material B: Verbreitung der Bäckerhefe auf Weintrauben

In einem Experiment wurden ausgewachsene Taufliegen verwendet, die im Labor gezüchtet worden waren und vor dem Versuch keinen Kontakt mit Bäckerhefe hatten. Diese Taufliegen wurden zu Versuchsbeginn entweder einen Tag lang mit Bäckerhefe-freiem Futter oder mit einem Futter mit lebender Bäckerhefe gefüttert. Jeweils eine dieser Taufliegen wurde dann auf eine sterilisierte, Bäckerhefe-freie Weintrauben-Probe gesetzt. Als Kontrolle dienten Weintrauben-Proben ohne Zugabe von Taufliegen (Tabelle 1).

Tabelle 1 Wachstum von Bäckerhefe auf Weintrauben. Es wurden jeweils zehn Versuche durchgeführt. Versuchsansatz · Weintrauben-Proben mit Bäckerhefebewuchs

Taufliegen mit Bäckerhefe-freiem Futter · 0

Taufliegen mit Bäckerhefe-haltigem Futter · 10

Kontrolle ohne Taufliegen · 0

Material C: Vermehrung der Taufliege

In weiteren Experimenten wurde der Einfluss der Früchte und der Bäckerhefe auf die Vermehrung der Taufliege untersucht. Dazu wurden vier verschiedene Proben verwendet: Weintrauben, durch Bäckerhefe-Zusatz vergorene Weintrauben, ein Weintrauben-freies Nährmedium für Taufliegen und das durch Bäckerhefe-Zusatz vergorene Nährmedium. Die von diesen Proben abgegebenen Duftstoffe wurden als Geruchsprobe aufgefangen. Jede Geruchsprobe wurde einzeln in einen Windkanal gegeben, in dem sich jeweils 20 Taufliegen befanden. Nach 15 Minuten wurde jeweils die Anzahl der Taufliegen gezählt, die gegen den Wind geflogen und auf der betreffenden Geruchsquelle gelandet waren (Abbildung 1A).

Weiterhin wurde aus den vier Proben jeweils ein Untergrund für die Eiablage hergestellt. Je 20 befruchtete Taufliegenweibchen wurden für 24 Stunden zu den Eiablageuntergründen gegeben und anschließend die abgelegten Eier gezählt (Abbildung 1B).

In einem dritten Experiment wurden zwei Tage alte, Hefe-freie Taufliegen-Larven zum einen auf Weintraubenstücke mit oder ohne Bäckerhefe und zum anderen auf das Nährmedium mit oder ohne Bäckerhefe gelegt. Danach wurde der prozentuale Anteil an Larven bestimmt, die sich bis zur ausgewachsenen Taufliege entwickelten (Abbildung 1C).

Material D: Duftstoffe der Hefen

Die Gruppe der Hefen umfasst 83 Gattungen mit etwa 600 Arten. Viele dieser Pilze produzieren Duftstoffe. In einem Versuch wurden sieben verschiedene Hefe-Arten eingesetzt, die phylogenetisch wenig verwandt sind und sich deutlich in ihren Lebensbedingungen unterscheiden: Einige leben auf Früchten, andere auf Insekten, in Milch oder als Krankheitserreger des Menschen. In einem Windkanal-Versuch, wie in Material C beschrieben, wurde untersucht, inwiefern ausgewachsene Taufliegen zu Geruchsproben dieser verschiedenen Hefe-Arten fliegen (Abbildung 2).

3.

Geben Sie an, wie sich der Begriff Coevolution definieren lässt. Fassen Sie die Ergebnisse zusammen, die Abbildung 2 zeigt (Material D), und diskutieren Sie unter Einbeziehung sämtlicher Materialien, inwiefern sich die Beziehung zwischen Taufliege und Bäckerhefe durch Coevolution erklären lässt (Materialien A bis D). (16 Punkte)