Aufgabe 2 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg 2022

Material A: Das Gift des Wasserschierlings

Der Wasserschierling ( Cicuta virosa) ist eine Pflanzenart aus der Familie der Doldenblütler ( Apiaceae), die weltweit verbreitet ist. Wasserschierlinge enthalten neben anderen Giftstoffen Cicutoxin und das nahezu strukturgleiche Virol A. Beide wirken auf GABA-gesteuerte Synapsen (Abbildung 1). Bei einer Vergiftung kommt es zu einer Serie sich wiederholender Krämpfe der Körpermuskulatur.

In einer Versuchsreihe wurde die Wirkung von Virol A auf den Chlorid($\text{Cl}^-$)-Ionenfluss von GABA-gesteuerten Ionenkanälen an isolierten Neuronen von Ratten untersucht (Abbildung 2). Dabei wurde dauerhaft GABA hinzugegeben und es wurden unterschiedliche Konzentrationen von Virol A eingesetzt.

Material B: Verteilung von Giften im Wasserschierling

Der Wasserschierling wächst auf feuchten Wiesen und in Uferzonen stehender Gewässer. Er wird grundsätzlich von Pflanzenfressern gemieden. Sollte es dennoch zum Verzehr größerer Mengen kommen, können die Tiere daran sterben.

Der Wasserschierling besitzt eine Knolle als Wurzelverdickung, die ganzjährig Nährstoffe speichert und mit der er im Winter im Boden überdauert. Aus den Knollen treiben im folgenden Frühjahr durch ungeschlechtliche Fortpflanzung neue Pflanzen aus. Im Sommer reifen die Samen heran, die Schwimmgewebe besitzen und sich über Wasser verbreiten.

Für den Wasserschierling wurde die Giftverteilung in verschiedenen Pflanzenteilen in unterschiedlichen Entwicklungsstadien im Jahresverlauf untersucht (Abbildung 3).

Material C: Verwandtschaftsbeziehungen des Wasserschierlings zu anderen Gattungen der Doldenblütler

Die artenreiche Familie der Doldenblütler enthält viele Heil- und Giftpflanzen. Als toxisch bezeichnen Botaniker bei den Doldenblütlern die Gattungen Wasserschierlinge, Hundspetersilie, Schierlinge und Wasserfenchel, deren Gift schon in geringer Konzentration zum Tode bei Menschen und Tieren führt.

Die von den vier Gattungen gebildeten Toxine lassen sich in verschiedene Stoffgruppen einteilen, wie z. B. Polyacetylene und Alkaloide, die auf sehr unterschiedlichen Synthesewegen in spezialisierten Zellen produziert werden. Die Verwandtschaftsverhältnisse der Doldenblütler wurden anhand von molekularen Daten untersucht (Abbildung 4).

2. Geben Sie eine Definition des Begriffs reproduktive Fitness an und erläutern Sie, welche Bedeutung die unterschiedliche Verteilung des Gifts auf die Pflanzenteile für die reproduktive Fitness des Wasserschierlings hat (Abbildung 3, Material B). Entwickeln Sie eine evolutionsbiologisch begründete Hypothese dazu, wie die Giftigkeit des Wasserschierlings entstanden sein könnte (Material B). [17 Punkte]

a)

b)

c)