Aufgabe 1 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2023

Thema: Evolutionsfaktoren und Artbildung · Aus der Prüfung GK · Haupttermin (2023)

Aufgabenstellung

Material A: Die Gattung Ariamnes auf der Hawaii-Inselgruppe

Die Gattung Ariamnes gehört zur Familie der Haubennetzspinnen und kommt mit zahlreichen Arten auf der Hawaii-Inselgruppe vor. Die größte Art A. kahili wird maximal 11,3 mm groß. Ariamnes -Spinnen halten sich tagsüber in unterschiedlichen Ruhehabitaten versteckt (Tabelle 1). Es handelt sich um nachtaktive Räuber, die keine standortgebundenen Netze bauen, sondern auf der Suche nach Beute frei umherlaufen und ihre Beute mit einem zwischen den Hinterbeinen gewebten Netz fangen. Bei einigen Arten konnte zusätzlich ein kleptoparasitäres Verhalten beobachtet werden, bei dem diese Spinnen auf die Netze anderer Spinnenarten klettern und deren Beute oder die Spinnen selbst fressen. Fressfeinde der Ariamnes -Spinnen sind neben anderen Spinnen insbesondere Vögel.

Tabelle 1: Vorkommen und ausgewählte Merkmale der bekannten Ariamnes -Arten auf der Hawaii-Inselgruppe Art · Habitat · Ruhehabitat während des Tages · Form des Hinterleibs · Färbung · kleptoparasitäres Verhalten

A. huinakolu · Feuchtwald · Moos · kurz · dunkel · vorhanden

A. kahili · Feuchtwald · unter Blättern · langgestreckt · gold · vorhanden

A. uwepa · mäßig feucht · unter Blättern · langgestreckt · gold · nicht vorhanden

A. makue · mäßig feucht · abgestorbene Farne · langgestreckt · dunkel · vorhanden

A. poele · Feuchtwald · abgestorbene Farne · langgestreckt · dunkel · nicht vorhanden

A. melekalikimaka · Feuchtwald · unter Blättern · mittellang · gold · vorhanden

A. alepeleke · Feuchtwald · unter Blättern · mittellang · gold · nicht vorhanden

A. laau · Feuchtwald · abgestorbene Farne · langgestreckt · dunkel · vorhanden

A. corniger · trockener Wald · weiße Flechten · langgestreckt · matt weiß · nicht vorhanden

A. waikula · Feuchtwald · unter Blättern · langgestreckt · gold · nicht vorhanden

A. hiwa · Feuchtwald · Felsspalten · langgestreckt · dunkel · nicht vorhanden

Material B: Verwandtschaftsbeziehungen der Ariamnes -Spinnen

Die Hawaii-Inselgruppe liegt etwa 3800 km vom nordamerikanischen Kontinent entfernt im Pazifischen Ozean und ist vulkanischen Ursprungs. Sie umfasst neben der größten und jüngsten Insel Hawaii weitere Inseln, von denen Kauai die älteste ist (Abbildung 1). Die Inseln bieten vielfältige Lebensräume für eine große Zahl von Tier- und Pflanzenarten.

Mithilfe von mitochondrialen und nukleären DNA-Sequenzen wurden die Verwandtschaftsbeziehungen der Ariamnes -Spinnen der Hawaii-Inselgruppe analysiert und ein phylogenetischer Stammbaum erstellt (Abbildung 2). Dieser wurde um die Angaben zur heutigen Verbreitung der beschriebenen Ariamnes -Arten ergänzt. Die Spinnenart Argyrodes trigonum kommt in den USA vor, ist gelbbraun gefärbt und zeigt kleptoparasitäres Verhalten.

3. Entwickeln Sie Hypothesen dazu, wie die Artenvielfalt der Ariamnes -Spinnen auf den Inseln Hawaiis evolutiv entstanden sein könnte (Materialien A und B). Prüfen Sie dabei, ob die goldene Färbung auf eine konvergente Entwicklung zurückzuführen ist (Materialien A und B). (16 Punkte)

Aufgabenstellung: Aufgabe 1 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2023

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Entwickeln Sie Hypothesen dazu, wie die Artenvielfalt der Ariamnes-Spinnen auf den Inseln Hawaiis evolutiv entstanden sein könnte (Materialien A und B).

Lösung: - Die Vorfahren der *Ariamnes*-Spinnen gelangten vermutlich vom amerikanischen Festland (Besiedlung durch Gründerindividuen) auf die älteste Insel Kauai. - Mit der Entstehung weiterer Inseln boten sich neue, unbesetzte ökologische Lizenzen mit ähnlichen, teils aber auch neuen Lebensbedingungen. - Geographische Isolation (Separation) zwischen den Inseln verhinderte den Genfluss und begünstigte allopatrische Artbildungsprozesse (z. B. Schwesterarten *A. waikula* auf Hawaii und *A. corniger* auf Maui). - Innerhalb einzelner Inseln kam es infolge von Mutation, Rekombination und Selektion zu adaptiver Radiation und sympatrischer bzw. parapatrischer Einnischung: Nah verwandte Arten wie *A. uwepa* und *A. makue* auf Oahu nutzen unterschiedliche Ruhehabitate und Jagdstrategien (Konkurrenzvermeidung). - Die Auffächerung einer Stammart in zahlreiche spezialisierte Arten bei Ausnutzung verschiedener ökologischer Nischen stellt eine adaptive Radiation dar.

Prüfen Sie dabei, ob die goldene Färbung auf eine konvergente Entwicklung zurückzuführen ist (Materialien A und B).

Lösung: - Auf verschiedenen Inseln haben sich unabhängige Linien mit goldener Färbung entwickelt, die nicht näher miteinander verwandt sind: So besitzen *A. kahili* (Kauai), *A. uwepa* (Oahu) und *A. waikula* (Hawaii) alle eine goldene Färbung, stehen im Kladogramm jedoch in getrennten Ästen. - Dies belegt das Vorliegen einer konvergenten Entwicklung: Ähnliche Selektionsdrücke in gleichen Habitaten (Ruhehabitat unter Blättern) führten unabhängig voneinander zur Selektion derselben tarnenden Färbung. - Andererseits besitzen die beiden Arten *A. melekalikimaka* und *A. alepeleke* auf Maui beide eine goldene Färbung und sind direkte Schwesterarten. Bei diesen beiden geht das Merkmal auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück (Homologie) und ist somit innerhalb dieser Klade kein Ergebnis von Konvergenz.

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