Abitur NRW Biologie 2022 · LK · Haupttermin · Weiterbildungskolleg

Thema: Chemotaktile Wahrnehmung bei Octopus

Material A: Jagdverhalten bei Octopus

Die Vertreter der Gattung Octopus leben in Tiefen bis zu 200 Meter vorwiegend am Meeresboden. Sie besitzen einen Kopf, acht Arme, die mit jeweils zwei Reihen von Saugnäpfen besetzt sind, und einen Eingeweidesack mit Tintenblase. Oktopusse sind Jäger, die vorwiegend Krebstiere, Muscheln und Schnecken und manchmal Fische mithilfe ihrer Arme erbeuten. Beständig suchen sie mit ihren beweglichen Armen auf und im Untergrund nach Nahrung. Bei Gefahr entleert der Octopus seine Tintenblase und flüchtet vor Feinden wie etwa Kalmaren im Schutz des tintengefärbten Wassers. Oktopusse verfügen über empfindliche Sinnesorgane und ein leistungsfähiges Gehirn. Sie besitzen zwei hoch entwickelte Linsenaugen und können Wasserströmungen über ein Seitenlinienorgan wahrnehmen. Insbesondere die Arme mit den Saugnäpfen sind sehr stark von Neuronen durchzogen. Die Zellkörper dieser Neuronen liegen gemeinsam in einer Verdickung, dem Ganglion, an der Basis des jeweiligen Arms. Die Bewegung jedes Arms kann von dessen eigenem Ganglion und daher unabhängig vom Gehirn gesteuert werden.

In Experimenten mit dem Gewöhnlichen Kraken ( Octopus vulgaris) wurde im Aquarium die Häufigkeit des zuerst geöffneten Schraubgefäßes ermittelt (Abbildung 1). Als Nahrung bevorzugte O. vulgaris ohne Schraubgefäß immer Sardellen. Bei blickdichten Gefäßen mit Deckeln ohne Löcher wurden beide Gefäße annähernd gleich häufig zuerst geöffnet.

Material B: Neurophysiologische Untersuchungen bei Zelltypen von Saugnäpfen

Die Saugnäpfe der Arme des Kalifornischen Zweipunktkraken ( Octopus bimaculoides) wurden genauer analysiert. Hier treten drei Zelltypen auf, die sich in ihrem Aufbau und ihrer neurophysiologischen Reaktion auf verschiedene Reizarten unterscheiden lassen. Untersucht wurde der reizabhängige Einstrom von Kationen wie etwa Natriumionen in den jeweiligen Zelltyp mithilfe elektrophysiologischer Messungen (Abbildung 2).

Um die elektrophysiologischen Eigenschaften der drei Zelltypen zu untersuchen, wurden die verschiedenen Zelltypen unterschiedlich starken künstlichen Reizströmen ausgesetzt und die jeweilige Reaktion gemessen (Abbildung 3).

Abbildung 3 Elektrophysiologische Reaktion der Zelltypen des Saugnapfs bei unterschiedlich starken Reizströmen.

pA = Pico-Ampere

Material C: Spezifität der Chemorezeptorproteine

Molekulare Analysen der Chemorezeptorzellen führten zur Identifikation einer Vielzahl von Chemorezeptorproteinen, den CR-Proteinen, bei Octopus bimaculoides. Allgemein sind Chemorezeptorproteine Transmembranproteine, die von außen kommende Stoffe zu Beginn der Signaltransduktion spezifisch binden. Bei O. bimaculoides bilden die unterschiedlichen CR-Proteine Ionenkanäle, die nach Aktivierung für Kationen permeabel werden. Um die Spezifität dieser CR-Proteine genauer zu analysieren, wurden ihre Reaktionen auf unterschiedliche chemische Substanzen wie zum Beispiel Oktopus-Tinte elektrophysiologisch untersucht, auch mithilfe der Patch-Clamp-Technik. Die Ergebnisse der Experimente für ausgewählte CR-Proteine sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Im Wasser werden gut wasserlösliche (hydrophile) Stoffe schneller gleichmäßig in einem großen Volumen verteilt. Schlecht wasserlösliche (hydrophobe) Stoffe bleiben länger in der Nähe der Stoffquelle. Fischextrakt enthält sowohl hydrophile als auch hydrophobe Stoffe. Physiologisch bedeutende hydrophobe Substanzen sind zum Beispiel Atractylon und Polygodial. Diese beiden hydrophoben Stoffe werden auch von Muscheln oder Schnecken insbesondere bei Bedrohung abgegeben.

Material D: Evolution von CR-Proteinen

Acetylcholin-gesteuerte Natriumionen-Kanäle chemischer Synapsen, kurz bezeichnet als ACh-Rezeptorproteine, kommen in vielen Variationen in den unterschiedlichen neuronalen Geweben bei Wirbellosen und Wirbeltieren vor. Sie weisen alle einen Bereich auf, der den Liganden Acetylcholin binden kann. Die verschiedenen Varianten dieser ACh-Rezeptorproteine werden zum Beispiel beim Menschen oder auch beim Octopus durch eine Vielzahl unterschiedlicher Genkopien codiert. Die CR-Proteine von Octopus bimaculoides zeigen Sequenzübereinstimmungen zu Acetylcholin-gesteuerten Natriumionen-Kanälen erregender chemischer Synapsen, reagieren aber nicht auf den Liganden Acetylcholin. Die CR-Proteine findet man nur bei Octopus und anderen Kopffüßern in großer Vielfalt, aber nicht bei anderen Wirbellosen und auch nicht bei Wirbeltieren.

Durch Genverdopplungen können aus einem Ursprungsgen mehrere Genkopien entstehen, die sich evolutiv unterschiedlich entwickeln können. Solche Vorgänge führen zur Bildung von Genfamilien wie zum Beispiel bei den hier verglichenen Rezeptorproteinen. Abbildung 4 zeigt einen vereinfachten phylogenetischen Stammbaum ausgewählter ACh-Rezeptorproteine und CR-Proteine von O. bimaculoides.

1.

Stellen Sie in knapper Form das experimentelle Vorgehen dar und werten Sie Abbildung 1 im Hinblick auf die Rolle der verschiedenen Reizarten für Octopus aus (Material A). [10 Punkte]

2.

Fassen Sie die Ergebnisse aus den Abbildungen 2 und 3 zusammen und erklären Sie, wie die Signaltransduktion in Mechano- und Chemorezeptorzellen von Octopus bimaculoides abläuft (Material B). Deuten Sie diese Ergebnisse hinsichtlich der Rolle der unterschiedlichen Reizarten und beziehen Sie dabei die neuronale Informationsverarbeitung im Ganglion von Octopus bimaculoides ein (Materialien A und B). [22 Punkte]

3.

Stellen Sie die Patch-Clamp-Technik dar. Werten Sie Tabelle 1 daraufhin aus, wie spezifisch die beiden CR-Proteine sind (Material C). Erläutern Sie, welche Bedeutung die ausgewählten CR-Proteine und die Mechanorezeptoren für das Verhalten von Octopus bimaculoides in seiner natürlichen Umgebung haben (Materialien A bis C). [20 Punkte]

Thema: Chemotaktile Wahrnehmung bei Octopus

Material A: Jagdverhalten bei Octopus

Die Vertreter der Gattung Octopus leben in Tiefen bis zu 200 Meter vorwiegend am Meeresboden. Sie besitzen einen Kopf, acht Arme, die mit jeweils zwei Reihen von Saugnäpfen besetzt sind, und einen Eingeweidesack mit Tintenblase. Oktopusse sind Jäger, die vorwiegend Krebstiere, Muscheln und Schnecken und manchmal Fische mithilfe ihrer Arme erbeuten. Beständig suchen sie mit ihren beweglichen Armen auf und im Untergrund nach Nahrung. Bei Gefahr entleert der Octopus seine Tintenblase und flüchtet vor Feinden wie etwa Kalmaren im Schutz des tintengefärbten Wassers. Oktopusse verfügen über empfindliche Sinnesorgane und ein leistungsfähiges Gehirn. Sie besitzen zwei hoch entwickelte Linsenaugen und können Wasserströmungen über ein Seitenlinienorgan wahrnehmen. Insbesondere die Arme mit den Saugnäpfen sind sehr stark von Neuronen durchzogen. Die Zellkörper dieser Neuronen liegen gemeinsam in einer Verdickung, dem Ganglion, an der Basis des jeweiligen Arms. Die Bewegung jedes Arms kann von dessen eigenem Ganglion und daher unabhängig vom Gehirn gesteuert werden.

In Experimenten mit dem Gewöhnlichen Kraken ( Octopus vulgaris) wurde im Aquarium die Häufigkeit des zuerst geöffneten Schraubgefäßes ermittelt (Abbildung 1). Als Nahrung bevorzugte O. vulgaris ohne Schraubgefäß immer Sardellen. Bei blickdichten Gefäßen mit Deckeln ohne Löcher wurden beide Gefäße annähernd gleich häufig zuerst geöffnet.

Material B: Neurophysiologische Untersuchungen bei Zelltypen von Saugnäpfen

Die Saugnäpfe der Arme des Kalifornischen Zweipunktkraken ( Octopus bimaculoides) wurden genauer analysiert. Hier treten drei Zelltypen auf, die sich in ihrem Aufbau und ihrer neurophysiologischen Reaktion auf verschiedene Reizarten unterscheiden lassen. Untersucht wurde der reizabhängige Einstrom von Kationen wie etwa Natriumionen in den jeweiligen Zelltyp mithilfe elektrophysiologischer Messungen (Abbildung 2).

Um die elektrophysiologischen Eigenschaften der drei Zelltypen zu untersuchen, wurden die verschiedenen Zelltypen unterschiedlich starken künstlichen Reizströmen ausgesetzt und die jeweilige Reaktion gemessen (Abbildung 3).

Abbildung 3 Elektrophysiologische Reaktion der Zelltypen des Saugnapfs bei unterschiedlich starken Reizströmen.

pA = Pico-Ampere

Material C: Spezifität der Chemorezeptorproteine

Molekulare Analysen der Chemorezeptorzellen führten zur Identifikation einer Vielzahl von Chemorezeptorproteinen, den CR-Proteinen, bei Octopus bimaculoides. Allgemein sind Chemorezeptorproteine Transmembranproteine, die von außen kommende Stoffe zu Beginn der Signaltransduktion spezifisch binden. Bei O. bimaculoides bilden die unterschiedlichen CR-Proteine Ionenkanäle, die nach Aktivierung für Kationen permeabel werden. Um die Spezifität dieser CR-Proteine genauer zu analysieren, wurden ihre Reaktionen auf unterschiedliche chemische Substanzen wie zum Beispiel Oktopus-Tinte elektrophysiologisch untersucht, auch mithilfe der Patch-Clamp-Technik. Die Ergebnisse der Experimente für ausgewählte CR-Proteine sind in Tabelle 1 zusammengefasst.

Im Wasser werden gut wasserlösliche (hydrophile) Stoffe schneller gleichmäßig in einem großen Volumen verteilt. Schlecht wasserlösliche (hydrophobe) Stoffe bleiben länger in der Nähe der Stoffquelle. Fischextrakt enthält sowohl hydrophile als auch hydrophobe Stoffe. Physiologisch bedeutende hydrophobe Substanzen sind zum Beispiel Atractylon und Polygodial. Diese beiden hydrophoben Stoffe werden auch von Muscheln oder Schnecken insbesondere bei Bedrohung abgegeben.

Material D: Evolution von CR-Proteinen

Acetylcholin-gesteuerte Natriumionen-Kanäle chemischer Synapsen, kurz bezeichnet als ACh-Rezeptorproteine, kommen in vielen Variationen in den unterschiedlichen neuronalen Geweben bei Wirbellosen und Wirbeltieren vor. Sie weisen alle einen Bereich auf, der den Liganden Acetylcholin binden kann. Die verschiedenen Varianten dieser ACh-Rezeptorproteine werden zum Beispiel beim Menschen oder auch beim Octopus durch eine Vielzahl unterschiedlicher Genkopien codiert. Die CR-Proteine von Octopus bimaculoides zeigen Sequenzübereinstimmungen zu Acetylcholin-gesteuerten Natriumionen-Kanälen erregender chemischer Synapsen, reagieren aber nicht auf den Liganden Acetylcholin. Die CR-Proteine findet man nur bei Octopus und anderen Kopffüßern in großer Vielfalt, aber nicht bei anderen Wirbellosen und auch nicht bei Wirbeltieren.

Durch Genverdopplungen können aus einem Ursprungsgen mehrere Genkopien entstehen, die sich evolutiv unterschiedlich entwickeln können. Solche Vorgänge führen zur Bildung von Genfamilien wie zum Beispiel bei den hier verglichenen Rezeptorproteinen. Abbildung 4 zeigt einen vereinfachten phylogenetischen Stammbaum ausgewählter ACh-Rezeptorproteine und CR-Proteine von O. bimaculoides.

4. Analysieren Sie den in Abbildung 4 dargestellten Stammbaum im Hinblick auf die evolutionäre Entwicklung der ausgewählten Rezeptorproteine (Material D) und entwickeln Sie unter Anwendung der Synthetischen Evolutionstheorie (Materialien A bis D) eine Hypothese zur Entstehung der CR-Proteine. [14 Punkte]

a)

b)

Thema: Genetik der Blütenfarben des Gewöhnlichen Kohlröschens

Material A: Blütenfarben beim Gewöhnlichen Kohlröschen

Das Gewöhnliche Kohlröschen ( Gymnadenia rhellicani) ist eine Orchidee, die in Bergregionen der Alpen bis in den Balkan vorkommt. Die mehrjährige Art besitzt einen Blütenstand mit zahlreichen, in der Regel dunkelroten Einzelblüten, die von Insekten wie Fliegen und Bienen bestäubt werden. Ohne Bestäubung entwickeln sich bei dieser Art keine Samen.

Am Puflatsch, einer Erhebung in Norditalien, findet man beim Gewöhnlichen Kohlröschen neben Pflanzen mit dunkelroten Blüten auch Pflanzen mit hellroter und weißer Blütenfarbe. Innerhalb der Population bestehen keine Unterschiede in der räumlichen Verteilung, verschiedene Farbvarianten kommen oft in unmittelbarer Nähe vor.

Die Färbung der Blüten beim Gewöhnlichen Kohlröschen ändert sich im Laufe des Lebens einer Pflanze nicht.

Beim Gewöhnlichen Kohlröschen ist der wichtigste Blütenfarbstoff das rote Cyanidin-3-glucosid. Der Farbstoff wird in den Blütenzellen mithilfe von Enzymen synthetisiert (Abbildung 2).

Material B: Regulation des ANS-Gens

Im Gewöhnlichen Kohlröschen wird die Synthese von Cyanidin-3-glucosid aus Leukocyanidin durch das Enzym Anthocyanidin-Synthase (ANS) katalysiert. Die Anthocyanidin-Synthase wird vom ANS -Gen codiert.

Die Regulation des ANS -Gens ist in anderen Pflanzenarten gut untersucht. Dort sind unter anderem MYB-Transkriptionsfaktoren an der Regulation beteiligt. Im Gewöhnlichen Kohlröschen wurde der MYB1-Transkriptionsfaktor identifiziert. Weil MYB1 große Aminosäuresequenz-Übereinstimmungen mit bekannten MYB-Transkriptionsfaktoren anderer Pflanzenarten zeigt, wird der in Abbildung 3 dargestellte Mechanismus auch beim Gewöhnlichen Kohlröschen vermutet.

Material C: MYB1 -Allele und Blütenphänotyp

In der Population am Puflatsch wurden unterschiedliche Allele des MYB1 -Gens gefunden, die im Gewöhnlichen Kohlröschen in unterschiedlichen Kombinationen vorkommen. Das MYB1-Protein besteht aus 262 Aminosäuren. DNA-Sequenzen der Allele und der Zusammenhang zwischen Allelkombination und Blütenfarbe des Gewöhnlichen Kohlröschens am Puflatsch wurden näher untersucht (Tabellen 1 und 2).

Tabelle 1: Ausschnitt aus dem nicht-codogenen Strang des MYB1 -Gens des Gewöhnlichen Kohlröschens

Triplett-Nummer

218

219

220

221

222

223

Allel 1

TCG

GCA

GAT

TAC

GAC

CTC

Allel 2

TCG

GCA

GAT

TAG

GAC

CTC

Allel 3

TCG

GCA

GAT

TAA

GAC

CTC

$5' \rightarrow 3'$

Tabelle 2: Blütenphänotypen bei verschiedenen MYB1 -Allelkombinationen

Allel 1

Allel 2

Allel 3

Allel 1

dunkelrot

hellrot

hellrot

Allel 2

hellrot

weiß

weiß

Allel 3

hellrot

weiß

weiß

Material D: Entwicklung der Population am Puflatsch

Der prozentuale Anteil der Farbvarianten am Puflatsch wird seit 1997 wissenschaftlich erfasst und ausgewertet. In einer Studie wurden darüber hinaus Daten zum Besuch von Bestäubern und zur Anzahl der Samen pro Pflanze bei den verschiedenen Phänotypen erhoben. Untersuchungen von Bienen und Fliegen zeigten außerdem, dass an Bienen dreimal häufiger Blütenpollen zu finden waren als an Fliegen.

Material E: Codesonne und Tabelle zum genetischen Code

Teilaufgabe 1 [12 Punkte]

Fassen Sie anhand von Material A zusammen, was über die Blütenfärbung des Gewöhnlichen Kohlröschens bekannt ist. Leiten Sie daraus denkbare genetische Gründe für die Entstehung der verschiedenen Blütenfarben ab (Material A).

Teilaufgabe 3 [22 Punkte]

3.1. Ermitteln Sie zu den in Tabelle 1 aufgeführten Nukleotidsequenzen (nicht-codogener Strang des MYB1 -Gens, 5' → 3') jeweils die mRNA-Sequenz und die Aminosäuresequenz (Materialien C und E).

Allel

mRNA-Sequenz (5' → 3')

Aminosäuresequenz

Allel 1

Allel 2

Allel 3

3.2. Bestimmen Sie für Allel 2 und Allel 3 jeweils den molekularen Mutationstyp (Art der Basenveränderung sowie funktionelle Folge für die Translation):

3.3. Werten Sie die Daten aus Material C aus (Zusammenhang zwischen Allelkombinationen und Blütenphänotypen) und entwickeln Sie eine Hypothese, wie sich die Mutationen auf molekularer wie auch auf phänotypischer Ebene auswirken (Materialien A bis C).

Thema: Genetik der Blütenfarben des Gewöhnlichen Kohlröschens

Material A: Blütenfarben beim Gewöhnlichen Kohlröschen

Das Gewöhnliche Kohlröschen ( Gymnadenia rhellicani) ist eine Orchidee, die in Bergregionen der Alpen bis in den Balkan vorkommt. Die mehrjährige Art besitzt einen Blütenstand mit zahlreichen, in der Regel dunkelroten Einzelblüten, die von Insekten wie Fliegen und Bienen bestäubt werden. Ohne Bestäubung entwickeln sich bei dieser Art keine Samen.

Am Puflatsch, einer Erhebung in Norditalien, findet man beim Gewöhnlichen Kohlröschen neben Pflanzen mit dunkelroten Blüten auch Pflanzen mit hellroter und weißer Blütenfarbe. Innerhalb der Population bestehen keine Unterschiede in der räumlichen Verteilung, verschiedene Farbvarianten kommen oft in unmittelbarer Nähe vor.

Die Färbung der Blüten beim Gewöhnlichen Kohlröschen ändert sich im Laufe des Lebens einer Pflanze nicht.

Beim Gewöhnlichen Kohlröschen ist der wichtigste Blütenfarbstoff das rote Cyanidin-3-glucosid. Der Farbstoff wird in den Blütenzellen mithilfe von Enzymen synthetisiert (Abbildung 2).

Material B: Regulation des ANS-Gens

Im Gewöhnlichen Kohlröschen wird die Synthese von Cyanidin-3-glucosid aus Leukocyanidin durch das Enzym Anthocyanidin-Synthase (ANS) katalysiert. Die Anthocyanidin-Synthase wird vom ANS -Gen codiert.

Die Regulation des ANS -Gens ist in anderen Pflanzenarten gut untersucht. Dort sind unter anderem MYB-Transkriptionsfaktoren an der Regulation beteiligt. Im Gewöhnlichen Kohlröschen wurde der MYB1-Transkriptionsfaktor identifiziert. Weil MYB1 große Aminosäuresequenz-Übereinstimmungen mit bekannten MYB-Transkriptionsfaktoren anderer Pflanzenarten zeigt, wird der in Abbildung 3 dargestellte Mechanismus auch beim Gewöhnlichen Kohlröschen vermutet.

Material C: MYB1 -Allele und Blütenphänotyp

In der Population am Puflatsch wurden unterschiedliche Allele des MYB1 -Gens gefunden, die im Gewöhnlichen Kohlröschen in unterschiedlichen Kombinationen vorkommen. Das MYB1-Protein besteht aus 262 Aminosäuren. DNA-Sequenzen der Allele und der Zusammenhang zwischen Allelkombination und Blütenfarbe des Gewöhnlichen Kohlröschens am Puflatsch wurden näher untersucht (Tabellen 1 und 2).

Tabelle 1: Ausschnitt aus dem nicht-codogenen Strang des MYB1 -Gens des Gewöhnlichen Kohlröschens

Triplett-Nummer

218

219

220

221

222

223

Allel 1

TCG

GCA

GAT

TAC

GAC

CTC

Allel 2

TCG

GCA

GAT

TAG

GAC

CTC

Allel 3

TCG

GCA

GAT

TAA

GAC

CTC

$5' \rightarrow 3'$

Tabelle 2: Blütenphänotypen bei verschiedenen MYB1 -Allelkombinationen

Allel 1

Allel 2

Allel 3

Allel 1

dunkelrot

hellrot

hellrot

Allel 2

hellrot

weiß

weiß

Allel 3

hellrot

weiß

weiß

Material D: Entwicklung der Population am Puflatsch

Der prozentuale Anteil der Farbvarianten am Puflatsch wird seit 1997 wissenschaftlich erfasst und ausgewertet. In einer Studie wurden darüber hinaus Daten zum Besuch von Bestäubern und zur Anzahl der Samen pro Pflanze bei den verschiedenen Phänotypen erhoben. Untersuchungen von Bienen und Fliegen zeigten außerdem, dass an Bienen dreimal häufiger Blütenpollen zu finden waren als an Fliegen.

Material E: Codesonne und Tabelle zum genetischen Code

Aufgabe 2 – Teilaufgabe 2

a)

Erläutern Sie, wie das ANS -Gen reguliert wird (Material B). [7 Punkte]

b)

Nehmen Sie kritisch Stellung zu der Frage, ob Erkenntnisse aus anderen Pflanzenarten auf die Wirkungsweise des MYB1-Transkriptionsfaktors beim Gewöhnlichen Kohlröschen übertragbar sind (Material B). [6 Punkte]

Thema: Genetik der Blütenfarben des Gewöhnlichen Kohlröschens

Material A: Blütenfarben beim Gewöhnlichen Kohlröschen

Das Gewöhnliche Kohlröschen ( Gymnadenia rhellicani) ist eine Orchidee, die in Bergregionen der Alpen bis in den Balkan vorkommt. Die mehrjährige Art besitzt einen Blütenstand mit zahlreichen, in der Regel dunkelroten Einzelblüten, die von Insekten wie Fliegen und Bienen bestäubt werden. Ohne Bestäubung entwickeln sich bei dieser Art keine Samen.

Am Puflatsch, einer Erhebung in Norditalien, findet man beim Gewöhnlichen Kohlröschen neben Pflanzen mit dunkelroten Blüten auch Pflanzen mit hellroter und weißer Blütenfarbe. Innerhalb der Population bestehen keine Unterschiede in der räumlichen Verteilung, verschiedene Farbvarianten kommen oft in unmittelbarer Nähe vor.

Die Färbung der Blüten beim Gewöhnlichen Kohlröschen ändert sich im Laufe des Lebens einer Pflanze nicht.

Beim Gewöhnlichen Kohlröschen ist der wichtigste Blütenfarbstoff das rote Cyanidin-3-glucosid. Der Farbstoff wird in den Blütenzellen mithilfe von Enzymen synthetisiert (Abbildung 2).

Material B: Regulation des ANS-Gens

Im Gewöhnlichen Kohlröschen wird die Synthese von Cyanidin-3-glucosid aus Leukocyanidin durch das Enzym Anthocyanidin-Synthase (ANS) katalysiert. Die Anthocyanidin-Synthase wird vom ANS -Gen codiert.

Die Regulation des ANS -Gens ist in anderen Pflanzenarten gut untersucht. Dort sind unter anderem MYB-Transkriptionsfaktoren an der Regulation beteiligt. Im Gewöhnlichen Kohlröschen wurde der MYB1-Transkriptionsfaktor identifiziert. Weil MYB1 große Aminosäuresequenz-Übereinstimmungen mit bekannten MYB-Transkriptionsfaktoren anderer Pflanzenarten zeigt, wird der in Abbildung 3 dargestellte Mechanismus auch beim Gewöhnlichen Kohlröschen vermutet.

Material C: MYB1 -Allele und Blütenphänotyp

In der Population am Puflatsch wurden unterschiedliche Allele des MYB1 -Gens gefunden, die im Gewöhnlichen Kohlröschen in unterschiedlichen Kombinationen vorkommen. Das MYB1-Protein besteht aus 262 Aminosäuren. DNA-Sequenzen der Allele und der Zusammenhang zwischen Allelkombination und Blütenfarbe des Gewöhnlichen Kohlröschens am Puflatsch wurden näher untersucht (Tabellen 1 und 2).

Tabelle 1: Ausschnitt aus dem nicht-codogenen Strang des MYB1 -Gens des Gewöhnlichen Kohlröschens

Triplett-Nummer

218

219

220

221

222

223

Allel 1

TCG

GCA

GAT

TAC

GAC

CTC

Allel 2

TCG

GCA

GAT

TAG

GAC

CTC

Allel 3

TCG

GCA

GAT

TAA

GAC

CTC

$5' \rightarrow 3'$

Tabelle 2: Blütenphänotypen bei verschiedenen MYB1 -Allelkombinationen

Allel 1

Allel 2

Allel 3

Allel 1

dunkelrot

hellrot

hellrot

Allel 2

hellrot

weiß

weiß

Allel 3

hellrot

weiß

weiß

Material D: Entwicklung der Population am Puflatsch

Der prozentuale Anteil der Farbvarianten am Puflatsch wird seit 1997 wissenschaftlich erfasst und ausgewertet. In einer Studie wurden darüber hinaus Daten zum Besuch von Bestäubern und zur Anzahl der Samen pro Pflanze bei den verschiedenen Phänotypen erhoben. Untersuchungen von Bienen und Fliegen zeigten außerdem, dass an Bienen dreimal häufiger Blütenpollen zu finden waren als an Fliegen.

Material E: Codesonne und Tabelle zum genetischen Code

4. Fassen Sie die Ergebnisse aus Material D knapp zusammen und analysieren Sie sie hinsichtlich der Rolle der Bestäuber (Material D). Entwickeln Sie darauf aufbauend eine Hypothese, die die Anteile der Farbvarianten von 1997 bis 2016 erklärt, sowie deren künftige Entwicklung, wobei Sie auch die Verteilung der MYB1 -Allele berücksichtigen (Materialien C und D). (19 Punkte)

a)

b)

c)

d)

Thema: Die Rispen-Flockenblume in Nordamerika

Material A: Die Rispen-Flockenblume

Die Rispen-Flockenblume ( Centaurea maculosa) ist eine Pflanze aus der Familie der Korbblütler (Asteraceae). Sie bevorzugt trockene und halbtrockene Standorte. Die Lebensdauer beträgt drei bis fünf Jahre. Die Blüten werden durch Insekten bestäubt, allerdings ist auch eine Selbstbestäubung möglich. Jede Pflanze bildet pro Jahr durchschnittlich etwa 1000 Samen, die über mehrere Jahre im Boden keimungsfähig bleiben. Es konnte zudem gezeigt werden, dass etwa ein Fünftel der von Schafen gefressenen Samen keimungsfähig blieben. Grundsätzlich werden Rispen-Flockenblumen jedoch von größeren Herbivoren eher gemieden. Die Pflanzen bilden den Stoff Cnicin in kleinen Härchen auf den Blättern, den Trichomen. Cnicin hemmt im Verdauungstrakt von Schafen das Wachstum von Bakterien, die für die Verdauung der pflanzlichen Nahrung wichtig sind. Der Stoff führt zu Übelkeit, Erbrechen, Krämpfen und Durchfall.

Material B: Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika

Die Rispen-Flockenblume stammt ursprünglich aus Europa und Asien. Dort ist die Rispen-Flockenblume meist vereinzelt bis mäßig häufig verbreitet. Die Pflanze hat sich allerdings seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts auch in Teilen Nordamerikas ausgebreitet und verdrängt dort heimische Pflanzenarten. Die nordamerikanischen Rispen-Flockenblumen gehen wahrscheinlich auf eine osteuropäische Population zurück.

Um Erkenntnisse über die Hintergründe der Ausbreitung in Nordamerika zu gewinnen, wurden Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika im Gewächshaus in Töpfen entweder alleine oder zusammen mit dem Blaubüschel-Weizengras ( Pseudoroegneria spicata) angezogen. P. spicata ist eine in Nordamerika heimische Grasart. Bei den Rispen-Flockenblumen wurden Biomasse und Blütenanzahl unter beiden Bedingungen ermittelt (Abbildung 1). Zudem wurde die Dichte ihrer kleinen Blatthärchen, der Trichome, auf den Blättern bestimmt (Abbildung 2) und die Fraßschäden durch Raupen der Aschgrauen Höckereule ( Trichoplusia ni), einem Schmetterling, ermittelt (Abbildung 3). Die Aschgraue Höckereule kommt in weiten Teilen der Welt vor, auch in Eurasien und Nordamerika.

Material C: Wachstum nordamerikanischer Pflanzen

Im US-Bundesstaat Montana wurde der Einfluss der Rispen-Flockenblume auf das Wachstum heimischer Pflanzenarten im Freiland untersucht. Als Maß für das Wachstum verwendete man den Bedeckungsgrad, der angibt, welcher Anteil der Untersuchungsfläche durch die betrachtete Pflanzenart bewachsen ist (Tabelle 1). An vergleichbaren Standorten, an denen die Rispen-Flockenblume nicht wächst, ist der Bedeckungsgrad des Idaho-Schwingels und des Blaubüschel-Weizengrases typischerweise etwa 15 bis 20 Prozent.

Tabelle 1 Bedeckungsgrad verschiedener Pflanzenarten in einem Untersuchungsgebiet im US-Bundesstaat Montana.

Art

Bedeckungsgrad

Rispen-Flockenblume

41,3 %

Idaho-Schwingel

3,8 %

Blaubüschel-Weizengras

3,9 %

Es wurde vermutet, dass die Rispen-Flockenblumen über die Wurzeln bioaktive Stoffe absondern, die Effekte auf andere Pflanzen haben. Dazu wurden in Gewächshäusern Wachstumsversuche mit der Rispen-Flockenblume und der in Nordamerika heimischen Grasart Idaho-Schwingel ( Festuca idahoensis) durchgeführt. Einzelne Idaho-Schwingel wurden mit einer Rispen-Flockenblume in einem Topf angezogen. Die Biomasse der Pflanzen wurde in Anwesenheit und Abwesenheit von Aktivkohle in der Erde ermittelt (Abbildung 4). Aktivkohle bindet von den Wurzeln abgegebene Stoffe im Boden.

Material D: Bohrfliegen und Hirschmäuse

Zur Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika wurden im Jahr 1973 Bohrfliegen der Gattung Urophora aus Europa eingeführt. Die eingeführten Arten legen ihre Eier wirtsspezifisch in die Fruchtstände von Rispen-Flockenblumen. Ihre Larven schlüpfen ab August und überwintern in den Fruchtständen, indem sie dort die Bildung von Gewebewucherungen, den Gallen, auslösen. Dadurch sinkt die Zahl der Samen bei befallenen Rispen-Flockenblumen. Die Larven entwickeln sich im Juni zu ausgewachsenen Fliegen und schlüpfen aus den Gallen.

In Gebieten, in denen sich die Flockenblumen ausbreiten, leben auch Hirschmäuse ( Peromyscus maniculatus). Es wurde beobachtet, dass die Hirschmäuse die Fruchtstände der Rispen-Flockenblume anknabbern und so die Fruchtstände schädigen. Um Erkenntnisse über die Nahrung der Hirschmäuse zu erhalten, wurden ihre Mageninhalte untersucht (Abbildung 5).

Hirschmäuse können über ihren Speichel, Kot und Urin Hantaviren übertragen, die beim Menschen starke fiebrige Erkrankungen auslösen. Dieses Fieber geht manchmal mit schweren Begleiterscheinungen wie Lungenerkrankungen oder Nierenversagen einher. Die Hirschmäuse selbst zeigen keine Krankheitssymptome.

Aufgabenstellung 1

Erklären Sie, welche Eigenschaften invasive Arten generell auszeichnen, und begründen Sie, warum die Rispen-Flockenblume ein invasives Potenzial besitzt (Material A). Fassen Sie die Ergebnisse zusammen, die Material B für Rispen-Flockenblumen aus Europa und aus Nordamerika zeigt (Material B).

Entwickeln Sie Hypothesen auf evolutionsbiologischer Grundlage, die die Unterschiede erklären (Materialien A und B).

[24 Punkte]

a)

b)

c)

d)

Thema: Die Rispen-Flockenblume in Nordamerika

Material A: Die Rispen-Flockenblume

Die Rispen-Flockenblume ( Centaurea maculosa) ist eine Pflanze aus der Familie der Korbblütler (Asteraceae). Sie bevorzugt trockene und halbtrockene Standorte. Die Lebensdauer beträgt drei bis fünf Jahre. Die Blüten werden durch Insekten bestäubt, allerdings ist auch eine Selbstbestäubung möglich. Jede Pflanze bildet pro Jahr durchschnittlich etwa 1000 Samen, die über mehrere Jahre im Boden keimungsfähig bleiben. Es konnte zudem gezeigt werden, dass etwa ein Fünftel der von Schafen gefressenen Samen keimungsfähig blieben. Grundsätzlich werden Rispen-Flockenblumen jedoch von größeren Herbivoren eher gemieden. Die Pflanzen bilden den Stoff Cnicin in kleinen Härchen auf den Blättern, den Trichomen. Cnicin hemmt im Verdauungstrakt von Schafen das Wachstum von Bakterien, die für die Verdauung der pflanzlichen Nahrung wichtig sind. Der Stoff führt zu Übelkeit, Erbrechen, Krämpfen und Durchfall.

Material B: Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika

Die Rispen-Flockenblume stammt ursprünglich aus Europa und Asien. Dort ist die Rispen-Flockenblume meist vereinzelt bis mäßig häufig verbreitet. Die Pflanze hat sich allerdings seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts auch in Teilen Nordamerikas ausgebreitet und verdrängt dort heimische Pflanzenarten. Die nordamerikanischen Rispen-Flockenblumen gehen wahrscheinlich auf eine osteuropäische Population zurück.

Um Erkenntnisse über die Hintergründe der Ausbreitung in Nordamerika zu gewinnen, wurden Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika im Gewächshaus in Töpfen entweder alleine oder zusammen mit dem Blaubüschel-Weizengras ( Pseudoroegneria spicata) angezogen. P. spicata ist eine in Nordamerika heimische Grasart. Bei den Rispen-Flockenblumen wurden Biomasse und Blütenanzahl unter beiden Bedingungen ermittelt (Abbildung 1). Zudem wurde die Dichte ihrer kleinen Blatthärchen, der Trichome, auf den Blättern bestimmt (Abbildung 2) und die Fraßschäden durch Raupen der Aschgrauen Höckereule ( Trichoplusia ni), einem Schmetterling, ermittelt (Abbildung 3). Die Aschgraue Höckereule kommt in weiten Teilen der Welt vor, auch in Eurasien und Nordamerika.

Material C: Wachstum nordamerikanischer Pflanzen

Im US-Bundesstaat Montana wurde der Einfluss der Rispen-Flockenblume auf das Wachstum heimischer Pflanzenarten im Freiland untersucht. Als Maß für das Wachstum verwendete man den Bedeckungsgrad, der angibt, welcher Anteil der Untersuchungsfläche durch die betrachtete Pflanzenart bewachsen ist (Tabelle 1). An vergleichbaren Standorten, an denen die Rispen-Flockenblume nicht wächst, ist der Bedeckungsgrad des Idaho-Schwingels und des Blaubüschel-Weizengrases typischerweise etwa 15 bis 20 Prozent.

Tabelle 1 Bedeckungsgrad verschiedener Pflanzenarten in einem Untersuchungsgebiet im US-Bundesstaat Montana.

Art

Bedeckungsgrad

Rispen-Flockenblume

41,3 %

Idaho-Schwingel

3,8 %

Blaubüschel-Weizengras

3,9 %

Es wurde vermutet, dass die Rispen-Flockenblumen über die Wurzeln bioaktive Stoffe absondern, die Effekte auf andere Pflanzen haben. Dazu wurden in Gewächshäusern Wachstumsversuche mit der Rispen-Flockenblume und der in Nordamerika heimischen Grasart Idaho-Schwingel ( Festuca idahoensis) durchgeführt. Einzelne Idaho-Schwingel wurden mit einer Rispen-Flockenblume in einem Topf angezogen. Die Biomasse der Pflanzen wurde in Anwesenheit und Abwesenheit von Aktivkohle in der Erde ermittelt (Abbildung 4). Aktivkohle bindet von den Wurzeln abgegebene Stoffe im Boden.

Material D: Bohrfliegen und Hirschmäuse

Zur Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika wurden im Jahr 1973 Bohrfliegen der Gattung Urophora aus Europa eingeführt. Die eingeführten Arten legen ihre Eier wirtsspezifisch in die Fruchtstände von Rispen-Flockenblumen. Ihre Larven schlüpfen ab August und überwintern in den Fruchtständen, indem sie dort die Bildung von Gewebewucherungen, den Gallen, auslösen. Dadurch sinkt die Zahl der Samen bei befallenen Rispen-Flockenblumen. Die Larven entwickeln sich im Juni zu ausgewachsenen Fliegen und schlüpfen aus den Gallen.

In Gebieten, in denen sich die Flockenblumen ausbreiten, leben auch Hirschmäuse ( Peromyscus maniculatus). Es wurde beobachtet, dass die Hirschmäuse die Fruchtstände der Rispen-Flockenblume anknabbern und so die Fruchtstände schädigen. Um Erkenntnisse über die Nahrung der Hirschmäuse zu erhalten, wurden ihre Mageninhalte untersucht (Abbildung 5).

Hirschmäuse können über ihren Speichel, Kot und Urin Hantaviren übertragen, die beim Menschen starke fiebrige Erkrankungen auslösen. Dieses Fieber geht manchmal mit schweren Begleiterscheinungen wie Lungenerkrankungen oder Nierenversagen einher. Die Hirschmäuse selbst zeigen keine Krankheitssymptome.

2. Fassen Sie die Ergebnisse zusammen, die in Material C aufgeführt sind, und deuten Sie sie bezüglich der ökologischen Beziehungen (Material C). [12 Punkte]

a)

b)

Thema: Die Rispen-Flockenblume in Nordamerika

Material A: Die Rispen-Flockenblume

Die Rispen-Flockenblume ( Centaurea maculosa) ist eine Pflanze aus der Familie der Korbblütler (Asteraceae). Sie bevorzugt trockene und halbtrockene Standorte. Die Lebensdauer beträgt drei bis fünf Jahre. Die Blüten werden durch Insekten bestäubt, allerdings ist auch eine Selbstbestäubung möglich. Jede Pflanze bildet pro Jahr durchschnittlich etwa 1000 Samen, die über mehrere Jahre im Boden keimungsfähig bleiben. Es konnte zudem gezeigt werden, dass etwa ein Fünftel der von Schafen gefressenen Samen keimungsfähig blieben. Grundsätzlich werden Rispen-Flockenblumen jedoch von größeren Herbivoren eher gemieden. Die Pflanzen bilden den Stoff Cnicin in kleinen Härchen auf den Blättern, den Trichomen. Cnicin hemmt im Verdauungstrakt von Schafen das Wachstum von Bakterien, die für die Verdauung der pflanzlichen Nahrung wichtig sind. Der Stoff führt zu Übelkeit, Erbrechen, Krämpfen und Durchfall.

Material B: Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika

Die Rispen-Flockenblume stammt ursprünglich aus Europa und Asien. Dort ist die Rispen-Flockenblume meist vereinzelt bis mäßig häufig verbreitet. Die Pflanze hat sich allerdings seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts auch in Teilen Nordamerikas ausgebreitet und verdrängt dort heimische Pflanzenarten. Die nordamerikanischen Rispen-Flockenblumen gehen wahrscheinlich auf eine osteuropäische Population zurück.

Um Erkenntnisse über die Hintergründe der Ausbreitung in Nordamerika zu gewinnen, wurden Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika im Gewächshaus in Töpfen entweder alleine oder zusammen mit dem Blaubüschel-Weizengras ( Pseudoroegneria spicata) angezogen. P. spicata ist eine in Nordamerika heimische Grasart. Bei den Rispen-Flockenblumen wurden Biomasse und Blütenanzahl unter beiden Bedingungen ermittelt (Abbildung 1). Zudem wurde die Dichte ihrer kleinen Blatthärchen, der Trichome, auf den Blättern bestimmt (Abbildung 2) und die Fraßschäden durch Raupen der Aschgrauen Höckereule ( Trichoplusia ni), einem Schmetterling, ermittelt (Abbildung 3). Die Aschgraue Höckereule kommt in weiten Teilen der Welt vor, auch in Eurasien und Nordamerika.

Material C: Wachstum nordamerikanischer Pflanzen

Im US-Bundesstaat Montana wurde der Einfluss der Rispen-Flockenblume auf das Wachstum heimischer Pflanzenarten im Freiland untersucht. Als Maß für das Wachstum verwendete man den Bedeckungsgrad, der angibt, welcher Anteil der Untersuchungsfläche durch die betrachtete Pflanzenart bewachsen ist (Tabelle 1). An vergleichbaren Standorten, an denen die Rispen-Flockenblume nicht wächst, ist der Bedeckungsgrad des Idaho-Schwingels und des Blaubüschel-Weizengrases typischerweise etwa 15 bis 20 Prozent.

Tabelle 1 Bedeckungsgrad verschiedener Pflanzenarten in einem Untersuchungsgebiet im US-Bundesstaat Montana.

Art

Bedeckungsgrad

Rispen-Flockenblume

41,3 %

Idaho-Schwingel

3,8 %

Blaubüschel-Weizengras

3,9 %

Es wurde vermutet, dass die Rispen-Flockenblumen über die Wurzeln bioaktive Stoffe absondern, die Effekte auf andere Pflanzen haben. Dazu wurden in Gewächshäusern Wachstumsversuche mit der Rispen-Flockenblume und der in Nordamerika heimischen Grasart Idaho-Schwingel ( Festuca idahoensis) durchgeführt. Einzelne Idaho-Schwingel wurden mit einer Rispen-Flockenblume in einem Topf angezogen. Die Biomasse der Pflanzen wurde in Anwesenheit und Abwesenheit von Aktivkohle in der Erde ermittelt (Abbildung 4). Aktivkohle bindet von den Wurzeln abgegebene Stoffe im Boden.

Material D: Bohrfliegen und Hirschmäuse

Zur Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika wurden im Jahr 1973 Bohrfliegen der Gattung Urophora aus Europa eingeführt. Die eingeführten Arten legen ihre Eier wirtsspezifisch in die Fruchtstände von Rispen-Flockenblumen. Ihre Larven schlüpfen ab August und überwintern in den Fruchtständen, indem sie dort die Bildung von Gewebewucherungen, den Gallen, auslösen. Dadurch sinkt die Zahl der Samen bei befallenen Rispen-Flockenblumen. Die Larven entwickeln sich im Juni zu ausgewachsenen Fliegen und schlüpfen aus den Gallen.

In Gebieten, in denen sich die Flockenblumen ausbreiten, leben auch Hirschmäuse ( Peromyscus maniculatus). Es wurde beobachtet, dass die Hirschmäuse die Fruchtstände der Rispen-Flockenblume anknabbern und so die Fruchtstände schädigen. Um Erkenntnisse über die Nahrung der Hirschmäuse zu erhalten, wurden ihre Mageninhalte untersucht (Abbildung 5).

Hirschmäuse können über ihren Speichel, Kot und Urin Hantaviren übertragen, die beim Menschen starke fiebrige Erkrankungen auslösen. Dieses Fieber geht manchmal mit schweren Begleiterscheinungen wie Lungenerkrankungen oder Nierenversagen einher. Die Hirschmäuse selbst zeigen keine Krankheitssymptome.

3. Skizzieren Sie anhand von Material D ein Nahrungsnetz und geben Sie die zugehörigen Trophieebenen an (Material D). Erläutern Sie, welche Bedeutung die Bohrfliegen für die Hirschmäuse haben, und entwickeln Sie eine Hypothese dazu, wie sich die Populationen von Hirschmäusen und Rispen-Flockenblumen in Nordamerika nach der Einführung der Bohrfliegen verändern (Material D). [21 Punkte]

a)

b)

c)

d)

Thema: Die Rispen-Flockenblume in Nordamerika

Material A: Die Rispen-Flockenblume

Die Rispen-Flockenblume ( Centaurea maculosa) ist eine Pflanze aus der Familie der Korbblütler (Asteraceae). Sie bevorzugt trockene und halbtrockene Standorte. Die Lebensdauer beträgt drei bis fünf Jahre. Die Blüten werden durch Insekten bestäubt, allerdings ist auch eine Selbstbestäubung möglich. Jede Pflanze bildet pro Jahr durchschnittlich etwa 1000 Samen, die über mehrere Jahre im Boden keimungsfähig bleiben. Es konnte zudem gezeigt werden, dass etwa ein Fünftel der von Schafen gefressenen Samen keimungsfähig blieben. Grundsätzlich werden Rispen-Flockenblumen jedoch von größeren Herbivoren eher gemieden. Die Pflanzen bilden den Stoff Cnicin in kleinen Härchen auf den Blättern, den Trichomen. Cnicin hemmt im Verdauungstrakt von Schafen das Wachstum von Bakterien, die für die Verdauung der pflanzlichen Nahrung wichtig sind. Der Stoff führt zu Übelkeit, Erbrechen, Krämpfen und Durchfall.

Material B: Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika

Die Rispen-Flockenblume stammt ursprünglich aus Europa und Asien. Dort ist die Rispen-Flockenblume meist vereinzelt bis mäßig häufig verbreitet. Die Pflanze hat sich allerdings seit dem Beginn des 20. Jahrhunderts auch in Teilen Nordamerikas ausgebreitet und verdrängt dort heimische Pflanzenarten. Die nordamerikanischen Rispen-Flockenblumen gehen wahrscheinlich auf eine osteuropäische Population zurück.

Um Erkenntnisse über die Hintergründe der Ausbreitung in Nordamerika zu gewinnen, wurden Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika im Gewächshaus in Töpfen entweder alleine oder zusammen mit dem Blaubüschel-Weizengras ( Pseudoroegneria spicata) angezogen. P. spicata ist eine in Nordamerika heimische Grasart. Bei den Rispen-Flockenblumen wurden Biomasse und Blütenanzahl unter beiden Bedingungen ermittelt (Abbildung 1). Zudem wurde die Dichte ihrer kleinen Blatthärchen, der Trichome, auf den Blättern bestimmt (Abbildung 2) und die Fraßschäden durch Raupen der Aschgrauen Höckereule ( Trichoplusia ni), einem Schmetterling, ermittelt (Abbildung 3). Die Aschgraue Höckereule kommt in weiten Teilen der Welt vor, auch in Eurasien und Nordamerika.

Material C: Wachstum nordamerikanischer Pflanzen

Im US-Bundesstaat Montana wurde der Einfluss der Rispen-Flockenblume auf das Wachstum heimischer Pflanzenarten im Freiland untersucht. Als Maß für das Wachstum verwendete man den Bedeckungsgrad, der angibt, welcher Anteil der Untersuchungsfläche durch die betrachtete Pflanzenart bewachsen ist (Tabelle 1). An vergleichbaren Standorten, an denen die Rispen-Flockenblume nicht wächst, ist der Bedeckungsgrad des Idaho-Schwingels und des Blaubüschel-Weizengrases typischerweise etwa 15 bis 20 Prozent.

Tabelle 1 Bedeckungsgrad verschiedener Pflanzenarten in einem Untersuchungsgebiet im US-Bundesstaat Montana.

Art

Bedeckungsgrad

Rispen-Flockenblume

41,3 %

Idaho-Schwingel

3,8 %

Blaubüschel-Weizengras

3,9 %

Es wurde vermutet, dass die Rispen-Flockenblumen über die Wurzeln bioaktive Stoffe absondern, die Effekte auf andere Pflanzen haben. Dazu wurden in Gewächshäusern Wachstumsversuche mit der Rispen-Flockenblume und der in Nordamerika heimischen Grasart Idaho-Schwingel ( Festuca idahoensis) durchgeführt. Einzelne Idaho-Schwingel wurden mit einer Rispen-Flockenblume in einem Topf angezogen. Die Biomasse der Pflanzen wurde in Anwesenheit und Abwesenheit von Aktivkohle in der Erde ermittelt (Abbildung 4). Aktivkohle bindet von den Wurzeln abgegebene Stoffe im Boden.

Material D: Bohrfliegen und Hirschmäuse

Zur Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika wurden im Jahr 1973 Bohrfliegen der Gattung Urophora aus Europa eingeführt. Die eingeführten Arten legen ihre Eier wirtsspezifisch in die Fruchtstände von Rispen-Flockenblumen. Ihre Larven schlüpfen ab August und überwintern in den Fruchtständen, indem sie dort die Bildung von Gewebewucherungen, den Gallen, auslösen. Dadurch sinkt die Zahl der Samen bei befallenen Rispen-Flockenblumen. Die Larven entwickeln sich im Juni zu ausgewachsenen Fliegen und schlüpfen aus den Gallen.

In Gebieten, in denen sich die Flockenblumen ausbreiten, leben auch Hirschmäuse ( Peromyscus maniculatus). Es wurde beobachtet, dass die Hirschmäuse die Fruchtstände der Rispen-Flockenblume anknabbern und so die Fruchtstände schädigen. Um Erkenntnisse über die Nahrung der Hirschmäuse zu erhalten, wurden ihre Mageninhalte untersucht (Abbildung 5).

Hirschmäuse können über ihren Speichel, Kot und Urin Hantaviren übertragen, die beim Menschen starke fiebrige Erkrankungen auslösen. Dieses Fieber geht manchmal mit schweren Begleiterscheinungen wie Lungenerkrankungen oder Nierenversagen einher. Die Hirschmäuse selbst zeigen keine Krankheitssymptome.

4. Beurteilen Sie die Einführung der Bohrfliegen zur biologischen Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika und entwickeln Sie eine alternative Vorgehensweise (Materialien A bis D). [9 Punkte]

4.1

4.2