Aufgabe 2 - Teilaufgabe 3: Evolutionsfaktoren und… · Abitur NRW Biologie LK · 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: Weitere Messungen mit GABA und Virol A

Im Rahmen weiterer Untersuchungen wurde der GABA-gesteuerte Chloridionen-Strom über die Membran in einer dreiteiligen Versuchsreihe gemessen:

Im ersten Versuchsschritt ließ man GABA auf die Membran einwirken und maß den Chloridionen-Einstrom (Abbildung 3A).

Im zweiten Versuchsschritt wurde GABA von der Membran gewaschen und so vollständig entfernt. Anschließend wurde nur Virol A hinzugegeben und der Chloridionen-Einstrom gemessen (Abbildung 3B).

Im dritten Versuchsschritt wurde Virol A durch Waschen der Membran vollständig entfernt. Dann wurde erneut GABA hinzugegeben und der Chloridionen-Einstrom gemessen (Abbildung 3C).

Material C: 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 4).

Material D: Verwandtschaftsbeziehungen der Wasserschierlinge 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 verschiedenen 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 5).

3. Geben Sie an, wie der Begriff reproduktive Fitness definiert wird, und erläutern Sie, welche Bedeutung die unterschiedliche Verteilung des Gifts auf die Pflanzenteile des Wasserschierlings für dessen reproduktive Fitness hat (Abbildung 4, Material C). Entwickeln Sie anhand von Material C eine evolutionsbiologisch begründete Hypothese dazu, wie die Giftigkeit des Wasserschierlings entstanden sein könnte.

[16 Punkte]

a)

b)

c)