Aufgabe 2 - Teilaufgabe 2: Evolutionsfaktoren und… · Abitur NRW Biologie GK · Nachtermin 2022
Thema: Evolutionsfaktoren und Artbildung · Aus der Prüfung GK · Nachtermin (2022)
Aufgabenstellung
Material A: Afrikanische Wildhunde, Tüpfelhyänen und Löwen
Afrikanische Wildhunde ( Lycaon pictus) gehören zu den bedrohten Tierarten, da ihr Bestand vor allem durch menschliche Einflüsse gefährdet ist. Sie leben in Rudeln in der afrikanischen Savanne. Afrikanische Wildhunde sind ausdauernde Hetzjäger, die ihre Beute über mehrere Kilometer verfolgen können. Sie jagen ein- bis zweimal am Tag, morgens und abends. Ihre Beute verteidigen sie etwa gegen Tüpfelhyänen ( Crocuta crocuta), wenn diese nicht zu zahlreich sind.
Tüpfelhyänen sind wie Löwen ( Panthera leo) dämmerungs- und nachtaktiv. Den überwiegenden Anteil der Beute jagen Tüpfelhyänen durch Hetzjagd. Allerdings sind sie auch Aasfresser und nehmen zudem anderen Raubtieren die bereits gerissene Beute weg. Tüpfelhyänen haben ein sehr breites Beutespektrum. Löwen sind keine ausdauernden Jäger, können jedoch schnell beschleunigen und erbeuten ihre Beute auf kurzer Distanz. Löwen können Afrikanische Wildhunde töten und fressen.
Im Rahmen ökologischer Untersuchungen wurden in Tansania die Populationsdichten von Afrikanischen Wildhunden, Tüpfelhyänen und Löwen in den Regionen Serengeti, Selous und Ngorongoro untersucht (Abbildung 1). In der Region Ngorongoro existieren keine Afrikanischen Wildhunde mehr. Parallel zu deren Abnahme stieg dort die Dichte an Beutetieren sowie Tüpfelhyänen und Löwen.
Zudem wurden das Beutespektrum (Tabelle 1) sowie der Umgang der Tüpfelhyänen mit der gerissenen Beute von Afrikanischen Wildhunden untersucht (Tabelle 2).
Tabelle 1: Bevorzugte Beutetiere von Afrikanischen Wildhunden, Tüpfelhyänen und Löwen
Region · Afrikanischer Wildhund · Tüpfelhyäne · Löwe
Serengeti · Gnu, Gazelle, Zebra · Gnu, Gazelle, Zebra · Gnu, Zebra, Büffel und Warzenschwein
Selous · Gnu, Antilope, Warzenschwein · Gnu, Antilope · Büffel, Gnu, Zebra und Warzenschwein
Tabelle 2: Umgang der Tüpfelhyänen mit gerissener Beute von Afrikanischen Wildhunden; Anteil an der gesamten Beute der Afrikanischen Wildhunde
Region · Tüpfelhyänen
finden Beute der Afrikanischen Wildhunde · fressen Beute der Afrikanischen Wildhunde
Serengeti · 86 % · 86 %
Selous · 18 % · 2 %
Material B: Afrikanische Wildhunde aus Süd- und Ostafrika
Afrikanische Wildhunde aus Ost- und Südafrika unterscheiden sich. Vertreter aus Südafrika haben ein helleres Fell, einen größeren Schädel sowie größere Zähne und sind insgesamt größer als Vertreter aus Ostafrika. Anhand des Vergleichs mitochondrialer DNA von Afrikanischen Wildhunden wurden verschiedene Genotypen ermittelt, unter anderem die E- und S-Genotypen (Abbildung 2). Die Analysen legen nahe, dass sich die Populationen mit dem E- und dem S-Genotyp vor etwa 350 000 Jahren trennten. Es wird vermutet, dass klimatische und geografische Bedingungen für die Trennung verantwortlich waren.
Material C: Evolution des Afrikanischen Wildhundes
Anhand molekularer Daten und morphologischer Merkmale wurde die Verwandtschaft der Afrikanischen Wildhunde innerhalb der Familie der Hunde ( Canidae) untersucht (Abbildung 3). Die Vierzehigkeit an den Vorderextremitäten wirkt sich auf eine größere Schrittlänge und Geschwindigkeit aus und begünstigt die Hetzjagd von Beute über große Entfernungen.
2. Erklären Sie, worin sich sympatrische und allopatrische Artbildung voneinander unterscheiden. Diskutieren Sie, inwiefern die Verteilung der Genotypen bei den Afrikanischen Wildhunden einen Artbildungsprozess erkennen lässt (Material B). (18 Punkte)

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
Erklären Sie, worin sich sympatrische und allopatrische Artbildung voneinander unterscheiden.
Lösung: Bei der allopatrischen Artbildung trennt eine geografische Barriere eine Ausgangsart in Teilpopulationen auf und verhindert den Genfluss zwischen beiden Teilpopulationen. Während der Separation kann es wegen ungleicher Allelverteilung, unterschiedlicher Mutationen und verschiedener Selektionsbedingungen in den Teilpopulationen zu einer Merkmalsdivergenz kommen. Bei einem erneuten Kontakt der Populationen können dann Isolationsmechanismen vorliegen, sodass die beiden Arten reproduktiv isoliert sind. Bei der sympatrischen Artbildung kommt es in einem Lebensraum der Ursprungsart zur Verhinderung des Genflusses und somit zur Entstehung verschiedener Arten. Dabei kommt es im gleichen Lebensraum zu einer sofortigen Entstehung von Reproduktionsbarrieren.
Diskutieren Sie, inwiefern die Verteilung der Genotypen bei den Afrikanischen Wildhunden einen Artbildungsprozess erkennen lässt (Material B).
Lösung: Die Genotypanalyse stützt die Annahme einer allopatrischen Artbildung, da die räumlich getrennten Populationen in der ostafrikanischen Serengeti ausschließlich den E-Genotyp aufweisen und die Afrikanischen Wildhunde im südafrikanischen Kruger Nationalpark nur den S-Genotyp. Demnach könnte eine klimatisch bedingte geografische Isolation vor etwa 350 000 Jahren zur Separierung beider Teilpopulationen geführt haben. Durch unterschiedliche Mutationen und einen unterbrochenen Genfluss beider Teilpopulationen haben sich die unterschiedlichen morphologischen Merkmalsausprägungen, wie Unterschiede in der Körpergröße und Fellfarbe, entwickelt. Allerdings weisen im Übergangsbereich zwischen Ost- und Südafrika Afrikanische Wildhunde in Selous und Okavango die Genotypen E und S auf. Dies verdeutlicht, dass die geografische Isolation aufgehoben ist. Es lässt sich anhand der Materialien nicht abschließend beurteilen, ob der Artbildungsprozess abgeschlossen oder nicht beendet wurde. Aus dem Material wird nicht ersichtlich, inwieweit es noch zu einer Fortpflanzung zwischen den Individuen mit dem E-Genotyp und dem S-Genotyp im geografischen Übergangsbereich zwischen Ost- und Südafrika kommt (bzw. ob Genfluss und reproduktive Isolation vorliegen).
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