Aufgabe 1 - Teilaufgabe 2: Stammbäume, Verhalten… · Abitur NRW Biologie GK · Haupttermin · bilingual Englisch 2023
Thema: Stammbäume, Verhalten und Evolution des Menschen · Aus der Prüfung GK · Haupttermin · bilingual Englisch (2023)
Aufgabenstellung
Material A: The Genus Ariamnes on the Hawaii Archipelago
The genus Ariamnes belongs to the family of tangle-web spiders 1 and occurs with numerous species on the Hawaii Archipelago. The biggest species, A. kahili, reaches a maximum size of 11.3 mm. Ariamnes spiders hide in various resting habitats during daytime (Table 1). They are nocturnal predators that do not build site-specific webs. Instead, they run around looking for prey and catch them with a web woven between their hind legs. A kleptoparasitic behaviour was observed in some species: these spiders climb onto the webs of other spider species and feed on their prey or on the spiders themselves. Other spider species and especially birds feed on Ariamnes spiders.
Table 1 Occurrence and selected traits of the known Ariamnes species on the Hawaii Archipelago
Species · Habitat · Resting habitat during daytime · Shape of the abdomen · Colouring · Kleptoparasitic behaviour
A. huinakolu · humid forest · moss · short · dark · shown
A. kahili · humid forest · under leaves · long · gold · shown
A. uwepa · moderate humidity · under leaves · long · gold · not shown
A. makue · moderate humidity · dead ferns · long · dark · shown
A. poele · humid forest · dead ferns · long · dark · not shown
A. melekalikimaka · humid forest · under leaves · medium · gold · shown
A. alepeleke · humid forest · under leaves · medium · gold · not shown
A. laau · humid forest · dead ferns · long · dark · shown
A. corniger · dry forest · white lichens · long · matt white · not shown
A. waikula · humid forest · under leaves · long · gold · not shown
A. hiwa · humid forest · cracks in rocks · long · dark · not shown
1 Haubennetzspinne
Material B: Relationships between Ariamnes Spiders
The Hawaii Archipelago is located in the Pacific Ocean 3800 km from the North American continent and is of volcanic origin. Among the islands in the Archipelago, Hawaii is the biggest and youngest, and Kauai is the oldest (Figure 1). The islands offer a wide range of habitats for a large number of animal and plant species.
Mitochondrial and nuclear DNA sequences were used to analyse the relationships between the Ariamnes spiders of the Hawaii Archipelago and to construct a phylogenetic tree (Figure 2). Information about the current distribution of the described Ariamnes species was added to this phylogenetic tree. The spider species Argyrodes trigonum, which occurs in the USA, is coloured yellow-brown and shows kleptoparasitic behaviour.
Aufgabenstellung: Topic: Evolution of Ariamnes Spiders
2. Name the methodological steps required to build the phylogenetic tree shown in Figure 2 (Material B). Analyse the phylogenetic relationships, considering how the islands of the Hawaiian archipelago were colonised (Material B). Illustrate two ways in which Ariamnes spiders could have colonised the new islands (Materials A and B). [22 Punkte]
a)
b)
c)

Lösung
Nach den offiziellen Korrekturhinweisen
Name the methodological steps required to build the phylogenetic tree shown in Figure 2 (Material B)
Lösung: 1. Isolierung von mitochondrialer und nukleärer DNA aus Individuen der verschiedenen Arten. 2. Vervielfältigung bestimmter homologer DNA-Abschnitte mittels PCR. 3. Sequenzierung der amplifizierten DNA-Fragmente. 4. Abgleich/Sequenzvergleich (Alignment) und Ermittlung von Sequenzunterschieden. 5. Konstruktion und Anordnung der Arten im Kladogramm/Stammbaum anhand molekularer Ähnlichkeiten/Mutationen unter Verwendung einer Außengruppe (*Argyrodes trigonum*).
Analyse the phylogenetic relationships, considering how the islands of the Hawaiian archipelago were colonised (Material B)
Lösung: - Alle hawaiianischen *Ariamnes*-Arten bilden zusammen mit der Außengruppe eine monophyletische Gruppe mit einem gemeinsamen Vorfahren. - Sukzessive Besiedlung von den älteren zu den jüngeren Inseln: Zuerst spalteten sich vor ca. 1,7 und 1,6 Mio. Jahren die Linien auf der ältesten Insel Kauai (*A. huinakolu* und *A. kahili*) ab. - Auf Oahu trennten sich die beiden Arten *A. uwepa* und *A. makue* vor ca. 0,8 Mio. Jahren. - Auf Molokai existiert *A. poele*, deren Linie vor etwa 0,8 Mio. Jahren abzweigte. - Jüngere Arten befinden sich auf Maui und Hawaii. Eine Ausnahme von der streng linearen Besiedlung: *A. waikula* auf Hawaii ist am nächsten verwandt mit *A. corniger* auf Maui (Trennung erst vor ca. 0,4 Mio. Jahren), während *A. hiwa* auf Hawaii bereits vor ca. 0,95 Mio. Jahren eine eigene Linie bildete.
Illustrate two ways in which Ariamnes spiders could have colonised the new islands (Materials A and B)
Lösung: 1. Verdriftung über Treibgut: Spinnen oder Gelege treiben auf abgebrochenen Ästen, Baumstämmen oder Pflanzenmaterial im Meerwasser von einer Insel zur nächsten. 2. Zoochorie / Transport durch Vögel: Vögel sammeln Pflanzenteile (Zweige, Moos, Blätter) als Nistmaterial, in denen sich versteckte Spinnen oder Kokons befinden, und transportieren diese auf Nachbarinseln (oder Spinnen heften sich an Gefieder/Beine).
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