Aufgabe 3 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2023

1. Erklären Sie, was man unter Selektion versteht. Leiten Sie aus der Lebensweise der Weinbergschnecke mögliche Selektionsvorteile ab (Material A).

Lösung: Erklärung der Selektion: Selektion führt dazu, dass bei unterschiedlicher Merkmalsausprägung Individuen, die an die herrschenden Umweltbedingungen gut angepasst sind, zu höherem Fortpflanzungserfolg kommen als weniger gut angepasste Individuen. Die besser angepassten Individuen einer Population können ihre Anlagen vermehrt in den Genpool der Folgegeneration einbringen. Daher führt Selektion zu einer gerichteten Veränderung des Genpools der Population. Selektionsvorteile der Lebensweise (Material A): - Das Eingraben im Boden sowie der mechanische Schutz durch das Schneckenhaus bieten der Weinbergschnecke im Winter bei niedrigen Umgebungstemperaturen Schutz vor Fressfeinden. - Das Anfressen von Nährstoffreserven während günstiger Umgebungsbedingungen ermöglicht eine Überwinterung ohne weitere Nahrungsaufnahme. - Die Erniedrigung der Stoffwechselrate während der Überwinterung verringert den Verbrauch von Nährstoffen. - Der dichte Verschluss durch den Kalkdeckel vermindert den Wasserverlust im Winter, sodass die Weinbergschnecke während der Kältestarre nicht austrocknet.

3. Geben Sie an, wie der Begriff Mutation definiert ist. Erläutern Sie mithilfe der Synthetischen Evolutionstheorie, wie die neurophysiologischen Angepasstheiten der Weinbergschnecke entstanden sind (Materialien A bis C).

Lösung: Definition Mutation: Mutationen sind zufällige Ereignisse, die zu Veränderungen in den Basenabfolgen der DNA eines Individuums führen. Entwicklung der Angepasstheiten: - In der Stammesgeschichte der Weinbergschnecke entstanden durch Mutationen Varianten der $Na_v$-Gene (Veränderungen in codierenden Nukleotidsequenzen oder regulatorischen Bereichen der Genexpression für $Na_v1.8$ und $Na_v1.9$). - Mutationen in regulatorischen Bereichen führten dazu, dass bei Kälte die Expression/Dichte von $Na_v1.8$-Kanälen stark reduziert wird. Mutationen in den codierenden Sequenzen von $Na_v1.9$ führten zu temperaturabhängigen Kanälen mit stark vermindertem Natriumionen-Strom bei Kälte. - Diese verringerte Erregbarkeit bedeutet eine drastische Absenkung der neuronalen Aktivität im Gehirn während der Kältestarre. Dadurch werden erhebliche Mengen an Ressourcen und Energie (ATP-Verbrauch durch die Natrium-Kalium-Ionenpumpe) eingespart und die Tiere erwachen nicht unnötig bei Kälte. - Individuen mit diesen vorteilhaften Allelen wiesen eine höhere reproduktive Fitness auf, da sie die Kältestarre mit geringerem Nährstoffverbrauch und ohne Schädigung überstanden. Diese Allele wurden vermehrt vererbt und setzten sich im Genpool der Population durch.