Aufgabe 1 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie LK · Nachtermin 2021

Thema: Rosengallen – komplexe Beziehungen

Material A: Rosengallen sind Habitate von Insekten

An Blättern der Hundsrose ( Rosa canina) findet man oft kugelige Verdickungen, deren fadenförmige Auswüchse nach außen ragen. Die Weibchen der Rosengallwespe ( Diplolepis rosae) legen im Frühjahr ihre Eigelege an Blattknospen ab. Die ausgeschlüpften Larven fressen an den Blättern und lösen so ein Gewebewachstum bei der Rose aus, das sie dann als Rosengalle umhüllt. In dieser Rosengalle entwickeln sich die Larven weiter und fressen dabei Hohlräume in das pflanzliche Gewebe. Die Larven induzieren durch verschiedene Botenstoffe das weitere Wachstum der Rosengalle. Die inneren, nahrhaften Gewebeschichten der Rosengalle enthalten mehrere Kammern mit Insektenlarven, die äußeren Gewebeschichten verholzen. Im Herbst verpuppen sich die Larven in den jetzt vollständig verholzten Rosengallen und überwintern darin. Im folgenden Frühjahr platzt die Rosengalle auf und die geschlechtsreifen Rosengallwespen schlüpfen.

Durch D. rosae induzierte Rosengallen werden auch von der Schwarzen Rosengallwespe ( Periclistus brandtii) als Habitat und Nahrungsquelle genutzt. Diese Gallwespe kann selbst keine Bildung von Rosengallen auslösen. Die Weibchen von P. brandtii legen ihre Eier in eine sich bereits entwickelnde Rosengalle und dort schlüpfen dann ihre Larven. Auch sie ernähren sich vom pflanzlichen Gewebe und bilden dort Kammern.

Beide Insektenarten werden von verschiedenen Schlupfwespen befallen (Abbildung 1). Die Schlupfwespen-Weibchen stechen mit ihrem langen Legestachel durch die Rosengalle und legen ihre Eier spezifisch in Insektenlarven. Die Schlupfwespen-Larve ernährt sich während ihrer Entwicklung von der befallenen Insektenlarve. Am Ende der eigenen Entwicklung schlüpft die ausgewachsene Schlupfwespe aus der befallenen Insektenlarve und tötet diese dabei.

Material B: Bedeutung der Größe von Rosengallen

Haben die Larven der Rosengallwespe D. rosae während ihrer Entwicklung viel Nahrung zur Verfügung, so sind erwachsene Weibchen beim Schlupf aus der Rosengalle größer und daher in der Lage, später eine größere Anzahl von Eiern zu produzieren und abzulegen. Etwa 75 Prozent der Larven von D. rosae werden durch die Schlupfwespen Orthopelma mediator und Torymus bedeguaris befallen. Fressfeinde der Insektenlarven in Rosengallen sind Wirbeltiere wie Mäuse oder Vögel. Zum Beispiel öffnen Spechte oder Mäuse Rosengallen und erbeuten so die in deren Kammern lebenden Insektenlarven. Die Rate der durch Schlupfwespen befallenen Rosengallwespe (Abbildung 2A) sowie der Anteil der durch Räuber geöffneten Rosengallen (Abbildung 2B) wurden im Freiland untersucht.

Bei Freilandbeobachtungen wurde außerdem der Durchmesser von Rosengallen bei Rosa canina an verschiedenen Standorten bestimmt. Die Häufigkeitsverteilung der Gallengröße ist in Abbildung 3 exemplarisch für einen Standort dargestellt.

Material C: Wolbachia -Bakterien und ihre Wirte

Bei einigen Insektenarten der Rosengallen sind Wolbachia -Bakterien gefunden worden. Wolbachia -Bakterien leben in Zellen von Insekten und anderen Gliedertieren. Sie können nicht außerhalb ihrer Wirtszellen kultiviert werden und sind wirtsspezifisch. Weltweit sind rund 65 Prozent aller Insektenarten Wirte für Wolbachia.

Wolbachia -Bakterien leben vorwiegend in den Eierstöcken weiblicher Insekten, gelangen so in die Eizellen und werden an die Nachkommen weitergegeben. Während der Kernteilung heften sich die Wolbachia -Bakterien an die Spindelapparate und werden bei der Zellteilung daher auf die Tochterzellen verteilt.

Außerdem beeinflussen die Wolbachia -Bakterien die Fortpflanzung ihrer Wirte. Bei der Rosengallwespe Diplolepis rosae entwickeln sich Männchen aus unbefruchteten, haploiden Eiern, Weibchen aus befruchteten, diploiden Eiern. Sind die D. rosae -Weibchen mit Wolbachia infiziert, so entwickeln sich die Eizellen ungeschlechtlich zu diploiden Eiern. Bei Untersuchungen im Freiland lag der Anteil der D. rosae -Männchen bei 1,6 Prozent.

Material D: Verwandtschaftsbeziehungen bei Wolbachia -Bakterien

Die Gattung Wolbachia wird auf der Grundlage von DNA-Sequenzdaten in verschiedene systematische Gruppen eingeteilt, wie Wolbachia -A-Bakterien und Wolbachia -B-Bakterien. Manchmal beherbergen phylogenetisch nur wenig verwandte Insektenarten Wolbachia -Stämme, die einander genetisch sehr ähnlich und daher nah verwandt sind. Man vermutet, dass parasitierende Insekten, wie etwa Schlupfwespen, bei der Eiablage den Wolbachia -Stamm ihres Wirtes aufnehmen könnten.

Abbildung 4 zeigt einen phylogenetischen Stammbaum der Wolbachia -B-Bakterien ausgewählter Insektenarten. Einige Rosengallen-bewohnende Insektenarten (Abbildung 1) beherbergen Wolbachia -B-Bakterien. Bei Orthopelma mediator wurden ebenfalls Wolbachia -Bakterien gefunden, welche allerdings zur systematischen Gruppe der Wolbachia -A-Bakterien gehören.

2.

Fassen Sie die Ergebnisse zusammen, die Abbildung 2 zeigt (Material B). Geben Sie eine Definition des Begriffs reproduktive Fitness an und analysieren Sie, welche Faktoren die reproduktive Fitness der Rosengallwespe Diplolepis rosae bestimmen (Materialien A und B).

[16 Punkte]

3.

Skizzieren Sie für drei verschiedene Selektionstypen jeweils ein Kurvendiagramm. Werten Sie Abbildung 3 aus und ermitteln Sie unter zusätzlicher Berücksichtigung von Abbildung 2, welcher Selektionstyp vorliegt (Materialien A und B).

[16 Punkte]