Aufgabe 1 - Teilaufgabe 1: Nervenzelle: Membranpo… · Abitur NRW Biologie GK · Nachtermin 2022

Material A: Giftigkeit des Erdbeerfrosches

Der kleine, auffällig gefärbte Erdbeerfrosch ( Dendrobates pumilio) ist in den tropischen Regenwäldern der Karibikküste von Nicaragua über Costa Rica bis nach Panama in Mittelamerika verbreitet. Er gehört zur sehr vielfältigen Familie der Baumsteigerfrösche ( Dendrobatidae).

Aus den Hautsekreten von Erdbeerfröschen konnte der Giftstoff Pumiliotoxin B isoliert werden. Bei Insekten, Amphibien, Vögeln und Säugetieren kann dieser Giftstoff je nach Konzentration nach kurzer Zeit zu Muskelkrämpfen sowie zum Herzstillstand führen.

Die Wirkung von Pumiliotoxin B auf das Membranpotential bei Axonen von Wirbeltieren wurde experimentell untersucht (Abbildung 1). Man hat im Rahmen der Experimente festgestellt, dass Pumiliotoxin B auf spannungsabhängige Ionenkanäle am Axon wirkt.

Material B: Sexuelle Selektion bei Erdbeerfröschen

Erdbeerfrösche sind meist rot gefärbt, treten jedoch auch in anderen Farbvarianten auf. So unterscheiden sich die Erdbeerfrösche unterschiedlicher Habitate, die aber durchaus nah beieinander liegen können, oftmals hinsichtlich ihrer Färbung. Innerhalb einer Population zeigen Männchen und Weibchen häufig eine ähnliche Färbung.

Erdbeerfrosch-Populationen unterscheiden sich auch hinsichtlich ihrer akustischen Signale. Im Rahmen einer Untersuchungsreihe hat man den Einfluss des Rufverhaltens sowie der Körperfarbe auf die Partnerwahl bei Erdbeerfröschen untersucht. Es wurden Wahlversuche mit weiblichen Fröschen verschiedener Populationen durchgeführt (Tabelle 1 und Abbildung 2). Dabei wurden Populationen aus Costa Rica und Panama untersucht. Die Frösche der Populationen unterschieden sich deutlich sowohl in der Färbung als auch bezüglich des Werbungsgesangs der Männchen, hier ihrer Rufsequenz. Die einzelnen Experimente wurden in der Hauptwerbungszeit der Frösche durchgeführt. Dabei konnten die beobachteten Froschweibchen jeweils zwischen unterschiedlichen Rufsequenzen kombiniert mit verschieden gefärbten Froschmodellen wählen (Tabelle 1). Die Rufsequenzen wurden ihnen durch Lautsprecher vermittelt. Zeigte ein Weibchen das arttypische Balzverhalten, wurde das jeweilige Modell beziehungsweise die jeweilige Rufsequenz als gewählt gewertet.

Material C: Farbvielfalt der Erdbeerfrösche

Die Populationen aus Costa Rica und Panama unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Färbung stark voneinander. Die Erdbeerfrösche aus Costa Rica weisen alle eine rote Körperfärbung sowie blaue Hinterbeine auf. Die Frösche der Populationen aus Panama hingegen weisen eine große Variationsbreite an Farben des Körpers sowie der Beine auf. Besonders vielfältig gefärbt sind die Erdbeerfrösche in der Provinz Bocas del Toro, einer Provinz im Nordwesten Panamas, zu der neben einem Stück Festland sechs größere Inseln und zahlreiche kleine Inseln gehören. Die Inseln bieten Lebensräume mit unterschiedlichen Beschaffenheiten.

Erdbeerfrösche sind nur bis zu zwei Zentimeter groß und leben im Allgemeinen in tropischen Regenwäldern im Bodenlaub oder auf Bäumen. Ihre Färbung ermöglicht es den Erdbeerfröschen, dass sie in ihrem natürlichen Lebensraum aus der Ferne nur schwer sichtbar sind. Aus der Nähe betrachtet weist die Färbung der Erdbeerfrösche jedoch auch auf deren Giftigkeit hin.

1. Stellen Sie in einem Fließschema die neurobiologischen Vorgänge dar, die während eines Aktionspotentials ablaufen. Fassen Sie die Ergebnisse aus Abbildung 1 zusammen und entwickeln Sie eine mögliche Hypothese, die die Wirkung des Gifts auf molekularer Ebene erklärt (Material A).

[18 Punkte]

a)

b)

c)