Aufgabe 1 - Stammbäume, Verhalten und Evolution d… · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2023

Thema: Stammbäume, Verhalten und Evolution des Menschen · 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.

2. Nennen Sie die einzelnen methodischen Schritte, mit denen der in Abbildung 2 dargestellte phylogenetische Stammbaum erstellt wird (Material B). Analysieren Sie die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse und beziehen Sie dabei die Besiedlung der verschiedenen Inseln der Hawaii-Inselgruppe ein (Material B). Erläutern Sie zwei Wege, auf denen die jeweils neu entstandenen Inseln von Ariamnes -Spinnen besiedelt worden sein können (Materialien A und B). (22 Punkte)

Aufgabenstellung: Aufgabe 1 - Stammbäume, Verhalten und Evolution d… · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin 2023

Lösung

Nach den offiziellen Korrekturhinweisen

Nennen Sie die einzelnen methodischen Schritte, mit denen der in Abbildung 2 dargestellte phylogenetische Stammbaum erstellt wird (Material B).

Lösung: 1. Isolierung von mitochondrialer und nukleärer DNA aus einzelnen Individuen der verschiedenen Arten. 2. Vervielfältigung bestimmter DNA-Abschnitte mittels PCR (Polymerase-Kettenreaktion). 3. Sequenzierung der PCR-Produkte zur Bestimmung der Basenabfolgen. 4. Vergleich (Alignment) der DNA-Sequenzen zur Ermittlung von Sequenzunterschieden/Mutationen. 5. Konstruktion und Anordnung der Arten in einem phylogenetischen Stammbaum anhand des Verwandtschaftsgrades (und unter Verwendung einer Außengruppe wie *Argyrodes trigonum* sowie einer molekularen Uhr).

Analysieren Sie die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse und beziehen Sie dabei die Besiedlung der verschiedenen Inseln der Hawaii-Inselgruppe ein (Material B).

Lösung: - Die *Ariamnes*-Spinnen Hawaiis und die Außengruppe *Argyrodes trigonum* gehen auf eine gemeinsame Ursprungsart zurück. - Vor etwa 1,7 und 1,6 Mio. Jahren zweigten auf der ältesten Insel Kauai die beiden Entwicklungslinien ab, aus denen *A. huinakolu* und *A. kahili* hervorgingen. - Vor etwa 0,8 Mio. Jahren trennten sich die beiden Arten auf Oahu (*A. uwepa* und *A. makue*), die auf einen gemeinsamen Vorfahren zurückgehen. - Vor etwa 0,8 Mio. Jahren spaltete sich die Linie von *A. poele* (Molokai) von den Vorfahren der Arten auf Maui und Hawaii ab. - Auf Hawaii finden sich *A. waikula* und *A. hiwa*. Der letzte gemeinsame Vorfahre dieser beiden lebte vor etwa 0,95 Mio. Jahren. *A. waikula* entwickelte sich vor etwa 0,4 Mio. Jahren aus einem gemeinsamen Vorfahren mit der Maui-Art *A. corniger*. - Insgesamt zeigt sich, mit Ausnahme von *A. waikula*, eine sukzessive Besiedlung von den geologisch älteren Inseln (Kauai) zu den jüngeren Inseln (Hawaii), was mit der Entstehungsgeschichte der Vulkaninseln übereinstimmt. *A. waikula* gelangte vermutlich erst vor rund 0,4 Mio. Jahren von Maui auf die jüngste Insel Hawaii.

Erläutern Sie zwei Wege, auf denen die jeweils neu entstandenen Inseln von Ariamnes-Spinnen besiedelt worden sein können (Materialien A und B).

Lösung: 1. Verdriftung über das Meer (Floßtheorie): Spinnen oder ihre Kokons gelangten auf abgebrochenen, im Meer treibenden Ästen, Baumstämmen oder Vegetationsinseln mit Meeresströmungen und Winden zu den neu entstandenen Inseln. 2. Zoochorie durch Vögel: Vögel sammelten pflanzliches Nistmaterial (Moos, Flechten, Äste oder Blätter), in dem sich *Ariamnes*-Spinnen tagsüber versteckt hielten. Durch den Flug der Vögel zu Nachbarinseln wurden Spinnen unbeabsichtigt transportiert.

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