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

1. Erklären Sie, was man unter Selektion versteht. Leiten Sie her, welche Selektionsvorteile sich für die Weinbergschnecke aus ihrer Lebensweise ergeben (Material A).

Lösung: Erklärung Selektion: Selektion ist der Prozess, bei dem Individuen mit vorteilhafteren Merkmalsausprägungen unter den jeweils herrschenden Umweltbedingungen eine höhere Überlebens- und Fortpflanzungswahrscheinlichkeit (höhere reproduktive Fitness) besitzen als Artgenossen. Dadurch geben sie ihre Erbanlagen überproportional häufig an die Folgegeneration weiter, was zu einer gerichteten Veränderung der Allelhäufigkeiten im Genpool der Population führt. Selektionsvorteile aus Material A: - Eingraben im Boden und Rückzug ins Schneckenhaus: Schutz vor Fressfeinden und extrem niedrigen Temperaturen während der Wintermonate. - Dichter Verschluss mit Kalkdeckel: Verhindert Austrocknung und Flüssigkeitsverlust während der Kältestarre. - Anfressen von Nährstoffreserven vor Winterbeginn: Ermöglicht das Überdauern der Kälteperiode ohne Notwendigkeit zur Nahrungssuche. - Absenkung der Stoffwechselrate: Reduziert den Verbrauch gespeicherter Nährstoffe auf ein Minimum.

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

Lösung: Definition Mutation: Mutationen sind spontan und zufällig auftretende dauerhafte Veränderungen in der Nukleotid- bzw. Basensequenz der DNA eines Organismus, die zu neuen Allelen und veränderten Merkmalen führen können. Erläuterung auf Basis der Synthetischen Evolutionstheorie: - Durch zufällige Mutationen entstanden in der Evolution der Weinbergschnecken genetische Varianten bezüglich der Regulation und Struktur der $\text{Na}_\text{v}$-Kanäle (z. B. Mutationen im Promotor-/Regulationsbereich des $\text{Na}_\text{v}1.8$-Gens für reduzierte Genexpression bei Kälte oder strukturelle Mutationen des $\text{Na}_\text{v}1.9$-Gens, die zu temperaturabhängiger Leitfähigkeit führen). - Bei sinkenden Temperaturen führte die Herunterregulierung der Erregungsleitung zu einer reduzierten neuronalen Aktivität im Gehirn. Da die Aufrechterhaltung von Membranpotenzialen über die Natrium-Kalium-Ionenpumpe enorme Mengen ATP verbraucht, bedeutet die Ruhigstellung eine erhebliche Einsparung energetischer Ressourcen und verhindert schädliches vorzeitiges Erwachen. - Individuen mit diesen vorteilhaften Mutationen überlebten kalte Winterperioden mit höherer Wahrscheinlichkeit unbeschadet und erzielten eine höhere reproduktive Fitness. Die entsprechenden Allele wurden durch natürliche Selektion im Genpool angereichert.