Aufgabe 2 und 3 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Elefanten-GN 2025

Thema: Evolutionsfaktoren und Artbildung · Aus der Prüfung GK · Elefanten-GN (2025)

Aufgabenstellung

Elefanten und ihre Stoßzähne

Elefanten besiedeln die Erde seit ca. 7 Millionen Jahren und weisen daher charakteristische Angepasstheiten an ihren Lebensraum auf. Aus ihrer Evolution sind drei heute lebende, aber zum Teil schwer abgrenzbare Arten hervorgegangen. Bei einer Art, dem Afrikanischen Elefanten, wurde ein Fall von besonders rasanter Evolution dokumentiert. Bezüglich eines Schutzkonzeptes für den Afrikanischen Elefanten ist ein Entscheidungskonflikt entstanden.

Material 1: Afrikanischer und Asiatischer Elefant

Der Afrikanische und der Asiatische Elefant gehen auf ausgestorbene Verwandte wie zum Beispiel Palaeomastodon (vor ca. 30 Mio. Jahren) zurück, der in feuchten, vegetationsreichen Landschaften lebte. Während der Asiatische Elefant heute vorwiegend Wälder besiedelt, bewohnt der Afrikanische Elefant offene Lebensräume. Diese sind durch hohe Temperaturen, harte Böden und nur einzeln stehende, größere Bäume gekennzeichnet. Gegenüber Palaeomastodon ist der Afrikanische Elefant größer und langrüsseliger. Er hat deutlich größere Ohren und viel längere Stoßzähne. Mit den Stoßzähnen graben die Tiere in der Erde nach Wurzeln und Wasser und schälen Baumrinde. Elefanten fehlen Schweißdrüsen zur Verdunstungskühlung. Die kaum behaarte Haut ist etwa zwei Zentimeter dick. Nur an den stark durchbluteten Ohren ist sie dünner.

Material 2: Selektionsprozess im Gorongosa Nationalpark (Mosambik)

Die Population des Afrikanischen Elefanten im Gorongosa Nationalpark wurde in der Zeit vor und nach dem Bürgerkrieg beobachtet. Dabei wurden Daten über die Größe der Gesamtpopulation und die Stoßzahnausprägung der Weibchen erhoben (Abb. 2). Während des Bürgerkriegs wurden viele Elefanten getötet, um durch den Verkauf der Stoßzähne Waffen und Soldaten zu finanzieren.

Bei genetischen Untersuchungen fand man heraus, dass es ein Allel eines Wachstumsgens für Stoßzähne gibt, welches ein Auswachsen der Stoßzähne bei Weibchen verzögert oder verhindert. Dieses Allel führt außerdem häufig zum Absterben männlicher Embryonen.

2

Stellen Sie die Entstehung vergrößerter Stoßzähne beim Afrikanischen Elefanten im Sinne der Synthetischen Evolutionstheorie in einem Fließschema dar (M 1). [8 BE]

3

Fassen Sie die Daten der Studien aus dem Gorongosa Nationalpark zusammen (M 2).

Erklären Sie die rasanten Veränderungen der Stoßzahnausprägung der Weibchen beim Afrikanischen Elefanten im Gorongosa Nationalpark von 1970 – 2010 (M 2, M 1). [12 BE]

Aufgabenstellung: Aufgabe 2 und 3 - Evolutionsfaktoren und Artbildung · Abitur NRW Biologie GK · Elefanten-GN 2025

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

2 Stellen Sie die Entstehung vergrößerter Stoßzähne beim Afrikanischen Elefanten im Sinne der Synthetischen Evolutionstheorie in einem Fließschema dar (M 1).

Lösung: zufällige erbliche Mutation → größere Stoßzähne bei Einzelindividuen → Variation der Stoßzahngröße in der Population durch Mutation und Rekombination (sexuelle Fortpflanzung) → Selektionsvorteil mit größeren Stoßzähnen, z. B. bei Nahrungsbeschaffung zum Ausgraben von Wurzeln → Individuen mit größeren Stoßzähnen haben höheren Fortpflanzungserfolg → Erhöhung der Allelfrequenz im Genpool der Population für die Merkmalsausprägung größere Stoßzähne.

3 Fassen Sie die Daten der Studien aus dem Gorongosa Nationalpark zusammen (M 2).

Lösung: Vor dem Bürgerkrieg: 2500 Elefanten, davon ca. 1/5 (20,4 %) der weiblichen Tiere ohne Stoßzähne; im Jahr 2000 nach dem Bürgerkrieg nur noch ca. 200 Elefanten, etwa die Hälfte (50,9 %) der Weibchen ohne Stoßzähne; 2010: ca. 250 Elefanten davon 1/3 (33,9 %) der Weibchen ohne Stoßzähne. Die Population erholt sich im Anschluss wieder auf ca. 600 Individuen.

Erklären Sie die rasanten Veränderungen der Stoßzahnausprägung der Weibchen beim Afrikanischen Elefanten im Gorongosa Nationalpark von 1970 – 2010 (M 2, M 1).

Lösung: Durch die Wilderei während des Bürgerkriegs wurde der Besitz von Stoßzähnen zum Selektionsnachteil. Der Anteil der weiblichen Individuen ohne Stoßzähne steigt daher. Das Ausbleiben von Stoßzähnen ist erblich bedingt. Die Häufigkeit des Allels für ausbleibendes Zahnwachstum im Genpool erhöht sich. Nach Wegfall des Selektionsfaktors Jagd zwischen 2000 und 2010 ändert sich der Selektionsdruck wieder und Stoßzähne bedeuten wieder einen Selektionsvorteil, z. B. beim Nahrungserwerb. Außerdem bekommen die stoßzahnlosen Weibchen insgesamt weniger Nachkommen, da die männlichen Embryonen zum Teil absterben. Die Häufigkeit des Allels für ausbleibendes Stoßzahnwachstum im Genpool verringert sich. Der Anteil von weiblichen Elefanten ohne Stoßzähne nimmt wieder ab.

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