Aufgabe 3 - Teilaufgabe 1: Evolutionsfaktoren und… · Abitur NRW Biologie LK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg 2022

Thema: Die Rispen-Flockenblume in Nordamerika

Material A: Die Rispen-Flockenblume

Die Rispen-Flockenblume ( Centaurea maculosa) ist eine Pflanze aus der Familie der Korbblütler (Asteraceae). Sie bevorzugt trockene und halbtrockene Standorte. Die Lebensdauer beträgt drei bis fünf Jahre. Die Blüten werden durch Insekten bestäubt, allerdings ist auch eine Selbstbestäubung möglich. Jede Pflanze bildet pro Jahr durchschnittlich etwa 1000 Samen, die über mehrere Jahre im Boden keimungsfähig bleiben. Es konnte zudem gezeigt werden, dass etwa ein Fünftel der von Schafen gefressenen Samen keimungsfähig blieben. Grundsätzlich werden Rispen-Flockenblumen jedoch von größeren Herbivoren eher gemieden. Die Pflanzen bilden den Stoff Cnicin in kleinen Härchen auf den Blättern, den Trichomen. Cnicin hemmt im Verdauungstrakt von Schafen das Wachstum von Bakterien, die für die Verdauung der pflanzlichen Nahrung wichtig sind. Der Stoff führt zu Übelkeit, Erbrechen, Krämpfen und Durchfall.

Material B: Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika

Die Rispen-Flockenblume stammt ursprünglich aus Europa und Asien. Dort ist die Rispen-Flockenblume meist vereinzelt bis mäßig häufig verbreitet. Die Pflanze hat sich allerdings seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts auch in Teilen Nordamerikas ausgebreitet und verdrängt dort heimische Pflanzenarten. Die nordamerikanischen Rispen-Flockenblumen gehen wahrscheinlich auf eine osteuropäische Population zurück.

Um Erkenntnisse über die Hintergründe der Ausbreitung in Nordamerika zu gewinnen, wurden Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika im Gewächshaus in Töpfen entweder alleine oder zusammen mit dem Blaubüschel-Weizengras ( Pseudoroegneria spicata) angezogen. P. spicata ist eine in Nordamerika heimische Grasart. Bei den Rispen-Flockenblumen wurden Biomasse und Blütenanzahl unter beiden Bedingungen ermittelt (Abbildung 1). Zudem wurde die Dichte ihrer kleinen Blatthärchen, der Trichome, auf den Blättern bestimmt (Abbildung 2) und die Fraßschäden durch Raupen der Aschgrauen Höckereule ( Trichoplusia ni), einem Schmetterling, ermittelt (Abbildung 3). Die Aschgraue Höckereule kommt in weiten Teilen der Welt vor, auch in Eurasien und Nordamerika.

Material C: Wachstum nordamerikanischer Pflanzen

Im US-Bundesstaat Montana wurde der Einfluss der Rispen-Flockenblume auf das Wachstum heimischer Pflanzenarten im Freiland untersucht. Als Maß für das Wachstum verwendete man den Bedeckungsgrad, der angibt, welcher Anteil der Untersuchungsfläche durch die betrachtete Pflanzenart bewachsen ist (Tabelle 1). An vergleichbaren Standorten, an denen die Rispen-Flockenblume nicht wächst, ist der Bedeckungsgrad des Idaho-Schwingels und des Blaubüschel-Weizengrases typischerweise etwa 15 bis 20 Prozent.

Tabelle 1 Bedeckungsgrad verschiedener Pflanzenarten in einem Untersuchungsgebiet im US-Bundesstaat Montana.

Art

Bedeckungsgrad

Rispen-Flockenblume

41,3 %

Idaho-Schwingel

3,8 %

Blaubüschel-Weizengras

3,9 %

Es wurde vermutet, dass die Rispen-Flockenblumen über die Wurzeln bioaktive Stoffe absondern, die Effekte auf andere Pflanzen haben. Dazu wurden in Gewächshäusern Wachstumsversuche mit der Rispen-Flockenblume und der in Nordamerika heimischen Grasart Idaho-Schwingel ( Festuca idahoensis) durchgeführt. Einzelne Idaho-Schwingel wurden mit einer Rispen-Flockenblume in einem Topf angezogen. Die Biomasse der Pflanzen wurde in Anwesenheit und Abwesenheit von Aktivkohle in der Erde ermittelt (Abbildung 4). Aktivkohle bindet von den Wurzeln abgegebene Stoffe im Boden.

Material D: Bohrfliegen und Hirschmäuse

Zur Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika wurden im Jahr 1973 Bohrfliegen der Gattung Urophora aus Europa eingeführt. Die eingeführten Arten legen ihre Eier wirtsspezifisch in die Fruchtstände von Rispen-Flockenblumen. Ihre Larven schlüpfen ab August und überwintern in den Fruchtständen, indem sie dort die Bildung von Gewebewucherungen, den Gallen, auslösen. Dadurch sinkt die Zahl der Samen bei befallenen Rispen-Flockenblumen. Die Larven entwickeln sich im Juni zu ausgewachsenen Fliegen und schlüpfen aus den Gallen.

In Gebieten, in denen sich die Flockenblumen ausbreiten, leben auch Hirschmäuse ( Peromyscus maniculatus). Es wurde beobachtet, dass die Hirschmäuse die Fruchtstände der Rispen-Flockenblume anknabbern und so die Fruchtstände schädigen. Um Erkenntnisse über die Nahrung der Hirschmäuse zu erhalten, wurden ihre Mageninhalte untersucht (Abbildung 5).

Hirschmäuse können über ihren Speichel, Kot und Urin Hantaviren übertragen, die beim Menschen starke fiebrige Erkrankungen auslösen. Dieses Fieber geht manchmal mit schweren Begleiterscheinungen wie Lungenerkrankungen oder Nierenversagen einher. Die Hirschmäuse selbst zeigen keine Krankheitssymptome.

Aufgabenstellung 1

Erklären Sie, welche Eigenschaften invasive Arten generell auszeichnen, und begründen Sie, warum die Rispen-Flockenblume ein invasives Potenzial besitzt (Material A). Fassen Sie die Ergebnisse zusammen, die Material B für Rispen-Flockenblumen aus Europa und aus Nordamerika zeigt (Material B).

Entwickeln Sie Hypothesen auf evolutionsbiologischer Grundlage, die die Unterschiede erklären (Materialien A und B).

[24 Punkte]

a)

b)

c)

d)