Aufgabe HT 2 - 3: Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg 2022

Material A: Ökologie Eurasischer Spitzmausarten

Die Eurasische Wasserspitzmaus ( Neomys fodiens) zählt wie die Sumpfspitzmaus ( Neomys anomalus) und die Waldspitzmaus ( Sorex araneus) zur Familie der Spitzmäuse. Alle drei Arten kommen in Europa und Teilen Asiens gemeinsam vor.

Die Eurasische Wasserspitzmaus ist die größte der drei Arten. Sie besitzt Schwimmborsten an den Hinterfüßen und am Schwanz. Sie kann gut schwimmen und tauchen. Das nachtaktive Tier bewohnt nicht zu dicht bewachsene Uferbereiche von meist schnell fließenden Gewässern. Auch Sümpfe, nasse Wälder und Wiesen werden besiedelt. Die nachtaktive Sumpfspitzmaus kann ebenfalls schwimmen und tauchen. Ihre Schwimmborsten sind kleiner als die der Eurasischen Wasserspitzmaus oder fehlen ganz. Sie lebt bevorzugt an Ufern langsam fließender Gewässer und in Feuchtgebieten mit dichtem Kraut- und Strauchbewuchs. Die tag- und nachtaktive Waldspitzmaus besiedelt insbesondere feuchte Wälder und Feuchtwiesen, aber auch andere Landlebensräume.

Neben den in Tabelle 1 gezeigten Wirbellosen zählen auch kleinere Wirbeltiere wie Frösche und Fische zur Beute der Eurasischen Wasserspitzmaus. Die Waldspitzmaus frisst selten kleinere Wirbeltiere wie Frösche oder junge Mäuse.

Tabelle 1 Beutespektrum von Eurasischer Wasserspitzmaus, Sumpfspitzmaus und Waldspitzmaus. Es wurden Fäkalien von gefangenen Spitzmäusen untersucht. Die gezeigten Werte geben an, bei wie viel Prozent der Spitzmäuse die jeweiligen Beutetiere gefunden wurden.

· Eurasische Wasserspitzmaus · Sumpfspitzmaus · Waldspitzmaus

landlebende Beute

Laufkäfer · 22,6 % · 30,8 % · 6,3 %

andere Käfer · 32,3 % · 38,5 % · 56,3 %

Käferlarven · 6,5 % · 23,1 % · 31,3 %

Ameisen · 12,9 % · 0,0 % · 25,0 %

Tausendfüßer · 61,3 % · 38,5 % · 3,1 %

Spinnen · 74,2 % · 76,9 % · 63,3 %

Regenwürmer · 45,2 % · 100,0 % · 90,6 %

wasserlebende Beute

Köcherfliegenlarven · 12,9 % · 15,4 %

Waffenfliegenlarven · 6,5 % · 15,4 %

Wasserasseln · 51,6 % · 23,1 %

Material B: Umgang von Spitzmausarten mit Beutetieren

Spitzmäuse nehmen täglich eine große Menge an Nahrung zu sich, ihr Energiebedarf ist sehr hoch. Da sie auch über den Winter aktiv sind, benötigen sie ganzjährig Nahrung. Sie erbeuten häufig mehr Beutetiere als sie direkt verzehren. Ein Teil der Beute wird für längere Zeit im Bau gehortet. Dafür werden einige Beutetiere durch Bisse immobilisiert. Dies kann mechanisch erfolgen, indem Nerven durchtrennt werden, welche die Muskeln innervieren. Möglich ist zudem eine Immobilisierung mithilfe von Giften.

Die Eurasische Wasserspitzmaus und die Sumpfspitzmaus produzieren ein Gift in Drüsen unter der Zunge. Das Gift kann bei einem Biss mit dem Speichel übertragen werden. Es hat eine muskellähmende Wirkung. Die Waldspitzmaus ist dagegen ungiftig.

In einem Laborexperiment wurde der Umgang mit der Beute von Eurasischer Wasserspitzmaus und der kleineren Waldspitzmaus im Zusammenhang mit der Beutegröße und Beutemasse untersucht. Dazu wurden den Spitzmäusen unterschiedliche Beutetiere angeboten. Als kleine, leichte Beute dienten Mehlkäfer-Larven, als mittelgroße Beute wurden Regenwürmer angeboten und als große, schwere Beute dienten Frösche. Es wurde ermittelt, welcher Anteil der jeweiligen Beutetiere sofort an Ort und Stelle oder nach und nach gefressen wurde. Zudem wurde erfasst, welcher Anteil der Beute im Bau gehortet oder ignoriert wurde (Abbildung 1A). Abbildung 1B zeigt die jeweils zur Überwältigung der Beute benötigte Zeit.

Material C: Verwandtschaftsverhältnisse und Giftigkeit

Die Verwandtschaftsverhältnisse ausgewählter Spitzmausgattungen wurden auf der Grundlage molekularer Daten ermittelt und in Bezug zum Auftreten des Merkmals Giftigkeit in einem phylogenetischen Stammbaum dargestellt (Abbildung 2). Die Eurasische Wasserspitzmaus und die Sumpfspitzmaus gehören zur Gattung Neomys (Wasserspitzmäuse).

3. Analysieren Sie den Stammbaum in Abbildung 2 daraufhin, bei welchen der abgebildeten Gattungen Gifte vorkommen (Materialien B und C). Entwickeln Sie unter Heranziehung sämtlicher Materialien eine Hypothese dazu, wie die Eurasische Wasserspitzmaus und die Sumpfspitzmaus evolutiv entstanden sind (Materialien A bis C).

[20 Punkte]

a)

b)