Aufgabe 2 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Nachtermin 2021

Material A: Lebensweise der Östlichen Mausspinne

Die Östliche Mausspinne ( Missulena bradleyi) ist eine Giftspinne, die nur an der australischen Ostküste vorkommt. Diese Spinnen bauen etwa 30 Zentimeter tiefe, gangartige Höhlen in einem sandig-lehmigen Boden. Jeder Bau hat zwei Eingänge, die jeweils mit einer Falltür aus Spinnenseide versehen sind und den Beutefang erleichtern. Männliche und weibliche Spinnen fangen mithilfe der Falltür bodenbewohnende Wirbellose wie zum Beispiel Insekten und Schnecken, die sie mit ihrer Giftmischung lähmen, verflüssigen und aussaugen.

Ein weiterer Gang innerhalb des Baus führt zu einer Brutkammer, in die die Weibchen ihre unterschiedlich großen Gelege ablegen. Die Spinnenweibchen verlassen ihren Bau im Lauf ihres Lebens fast nie. Sobald die Spinnenmännchen fortpflanzungsfähig sind, verlassen sie vor allem im Herbst und Winter den Bau, gehen auf Beutefang und begeben sich auf die Suche nach einem paarungsbereiten Weibchen. Das Gift fortpflanzungsfähiger Männchen auf Wanderschaft ist toxischer als das von Weibchen und noch nicht fortpflanzungsfähigen Männchen. Nach der Paarung überwintern die Spinnen mit der sich entwickelnden Brut geschützt in den Bauten.

Material B: Wirkung von Delta-Missulenatoxin-Mb1a

Die Östliche Mausspinne verfügt über eine Giftmischung, die aus mehreren Komponenten besteht. Beim Menschen kann ein Biss der Spinne unbehandelt schnell zur Bewusstlosigkeit führen. Es treten Muskelkrämpfe sowie ein Kreislaufzusammenbruch auf. Der bei Wirbeltieren wie Ratten oder Menschen wirksame Bestandteil des Giftes der Mausspinnen-Männchen ist das Delta-Missulenatoxin-Mb1a. Die Auswirkungen von Delta-Missulenatoxin-Mb1a auf spannungsgesteuerte Natriumionen-Kanäle von Neuronen der Ratte wurden genauer analysiert. Dazu wurde der Natriumionen-Strom nach einer künstlichen Depolarisation über den Schwellenwert ermittelt (Abbildung 1). Ähnliche Ergebnisse sind auch für den Menschen anzunehmen.

Material C: Verwandtschaft der Vogelspinnenartigen

Anhand eines Vergleichs von morphologischen Merkmalen unterschiedlicher Spinnenarten wurde ein phylogenetischer Stammbaum erstellt (Abbildung 2). Die Östliche Mausspinne ( Missulena bradleyi) ist eine Spinnenart, die nach morphologischen Kriterien zur Familie der Actinopodidae gehört. Die stark giftige Sydney-Trichternetzspinne ( Atrax robustus) gehört zur Familie der Hexathelidae. Ähnlich wie bei der Östlichen Mausspinne sind bei der Sydney-Trichternetzspinne die fortpflanzungsfähigen Männchen toxischer als die Weibchen. In die Familie der Hexathelidae werden auch Spinnen der Gattungen Illawarra und Hadronyche eingeordnet. Diese Spinnen verfügen jeweils über Toxine, die dem Delta-Missulenatoxin-Mb1a der Östlichen Mausspinne ähneln. Ein Vergleich der vollständigen Aminosäuresequenzen der Toxine dieser Spinnenarten ist in Tabelle 1 dargestellt. Bei den anderen im Stammbaum in Abbildung 2 berücksichtigten Spinnenfamilien konnten ähnliche Toxine bislang nicht nachgewiesen werden.

Vergiftungen nach Bissen durch die Östliche Mausspinne können erfolgreich mit einem Gegengift gegen das Toxin der Sydney-Trichternetzspinne behandelt werden.

Material D: Tabelle der Aminosäuren

A · Ala · Alanin

C · Cys · Cystein

D · Asp · Asparaginsäure

E · Glu · Glutaminsäure

F · Phe · Phenylalanin

G · Gly · Glycin

H · His · Histidin

I · Ile · Isoleucin

K · Lys · Lysin

L · Leu · Leucin

M · Met · Methionin

N · Asn · Asparagin

P · Pro · Prolin

Q · Gln · Glutamin

R · Arg · Arginin

S · Ser · Serin

T · Thr · Threonin

V · Val · Valin

W · Trp · Tryptophan

Y · Tyr · Tyrosin

Thema: Das Gift der Östlichen Mausspinne

1. Definieren Sie den Begriff der reproduktiven Fitness (Geben Sie die Definition an) und erläutern Sie, welche Faktoren die reproduktive Fitness der Männchen und der Weibchen der Östlichen Mausspinne bestimmen (Material A). Entwickeln Sie eine evolutionsbiologisch begründete Hypothese dazu, wie es zur höheren Toxizität des Giftes bei fortpflanzungsfähigen Spinnenmännchen kommen konnte (Material A). (14 Punkte)

a)

b)

c)