Abitur Sachsen Biologie 2025 · GK · Trichternetzspinne

Die giftige Trichternetzspinne Agelenopsis aperta kommt hauptsächlich in trockenen Regionen der Vereinigten Staaten und im Norden Mexikos vor. Sie baut trichterförmige Netze und wartet dort auf ihre Beute. Die Zusammensetzung und neurophysiologische Wirkung ihrer Giftmischung ist umfassend, auch im Hinblick auf evolutionsbiologische Aspekte, untersucht worden.

Material 1: Die neuromuskuläre Synapse bei Insekten

Die Skelettmuskeln von Insekten werden durch Motoneuronen angesteuert. Über verschiedene Typen von neuromuskulären Synapsen wird die ankommende Erregung an die Muskeln übertragen. Bei einem Synapsen-Typ wird Glutamat als Neurotransmitter verwendet (Abb. 1). Der Glutamat-gesteuerte Kationenkanal in der postsynaptischen Membran ist unter anderem durchlässig für Natrium-Ionen.

(in Anlehnung an: Pflüger, Duch, 2011)

Abb. 1: Neuromuskuläre, Glutamat-gesteuerte Synapse

Material 2: Neurophysiologische Wirkung von Agatoxinen

Die Trichternetzspinne Agelenopsis aperta jagt Insekten und andere Spinnen. Durch einen Biss injiziert sie der Beute eine Giftmischung und die Beute wird dadurch gelähmt. Eine Lähmung kann durch das Fehlen von Muskelkontraktionen oder durch eine dauerhafte, krampfartige Kontraktion der Muskeln verursacht werden.

Die Giftmischung enthält unterschiedliche Gifte, die alle als Agatoxine bezeichnet werden. Dazu gehört α-Agatoxin, das auf die Glutamat-gesteuerten Kationenkanäle in der postsynaptischen Membran von neuromuskulären Synapsen wirkt. µ-Agatoxin wirkt hingegen auf spannungsgesteuerte Natrium-Ionen-Kanäle im Axon des Motoneurons (siehe M 1, Abb. 1).

Der Wirkmechanismus beider Gifte wurde an den Muskeln von Stubenfliegen ( Musca domestica) untersucht. Dazu wurde zum einen α-Agatoxin zu einem Motoneuron gegeben und dieses kurz gereizt. Anschließend wurde das Potenzial an der postsynaptischen Membran gemessen (Abb. 2A). Zum anderen wurde µ-Agatoxin zu einem Motoneuron gegeben und ohne Reizung das resultierende Membranpotenzial am Axon des Motoneurons gemessen (Abb. 2B).

(in Anlehnung an Wikipedia, o.J. und Adams, 2004)

Abb. 2: Membranpotenziale nach Zugabe von Agatoxinen, A: Postsynaptisches Potenzial an einer neuromuskulären Synapse ohne und mit Zugabe von α-Agatoxin, der Pfeil kennzeichnet den Zeitpunkt der Reizung; B: Aktionspotenziale am Axon des Motoneurons nach Zugabe von µ-Agatoxin ohne Reizung

Material 3: Wirkung der Giftmischung auf Beutetiere

Die Giftmischung von A. aperta besteht aus verschiedenen Giften, die zu unterschiedlichen Stoffklassen gehören. Die Gifte werden jeweils über unterschiedliche, mehrschrittige und energetisch aufwändige Biosynthesewege in den Giftdrüsen produziert. Die Giftmischung wird gespeichert und mit dem Biss in das Beutetier eingebracht, wodurch dieses rasch und lang anhaltend gelähmt wird. Zur Untersuchung der Wirkung verschiedener Agatoxine auf Beutetiere wurden die Gifte einzeln oder gemeinsam in erwachsene Stubenfliegen injiziert. Anschließend wurde die Intensität der Lähmung jeweils über mehrere Stunden erfasst (Abb. 3).

Abb.3: Lähmungsintensität bei Stubenfliegen nach Injektion von α- und µ-Agatoxin. Ab der 5. Stunde liegt eine andere Skalierung der Zeitintervalle vor.

(verändert nach an Adams, 2004)

1

Stellen Sie die Erregungsübertragung an der neuromuskulären Synapse von Insekten ausgehend von einem ankommenden Aktionspotenzial in einem Fließschema dar (M 1). [8 BE]

2

Fassen Sie die in Abbildung 2 dargestellten Messergebnisse zusammen (M 2). Erklären Sie die Messergebnisse auf neurophysiologischer Ebene (M 2). [11 BE]

3

Erläutern Sie jeweils die lähmende Wirkung der beiden einzeln injizierten Gifte auf die Stubenfliege (M 2). [5 BE]

Die giftige Trichternetzspinne Agelenopsis aperta kommt hauptsächlich in trockenen Regionen der Vereinigten Staaten und im Norden Mexikos vor. Sie baut trichterförmige Netze und wartet dort auf ihre Beute. Die Zusammensetzung und neurophysiologische Wirkung ihrer Giftmischung ist umfassend, auch im Hinblick auf evolutionsbiologische Aspekte, untersucht worden.

Material 1: Die neuromuskuläre Synapse bei Insekten

Die Skelettmuskeln von Insekten werden durch Motoneuronen angesteuert. Über verschiedene Typen von neuromuskulären Synapsen wird die ankommende Erregung an die Muskeln übertragen. Bei einem Synapsen-Typ wird Glutamat als Neurotransmitter verwendet (Abb. 1). Der Glutamat-gesteuerte Kationenkanal in der postsynaptischen Membran ist unter anderem durchlässig für Natrium-Ionen.

(in Anlehnung an: Pflüger, Duch, 2011)

Abb. 1: Neuromuskuläre, Glutamat-gesteuerte Synapse

Material 2: Neurophysiologische Wirkung von Agatoxinen

Die Trichternetzspinne Agelenopsis aperta jagt Insekten und andere Spinnen. Durch einen Biss injiziert sie der Beute eine Giftmischung und die Beute wird dadurch gelähmt. Eine Lähmung kann durch das Fehlen von Muskelkontraktionen oder durch eine dauerhafte, krampfartige Kontraktion der Muskeln verursacht werden.

Die Giftmischung enthält unterschiedliche Gifte, die alle als Agatoxine bezeichnet werden. Dazu gehört α-Agatoxin, das auf die Glutamat-gesteuerten Kationenkanäle in der postsynaptischen Membran von neuromuskulären Synapsen wirkt. µ-Agatoxin wirkt hingegen auf spannungsgesteuerte Natrium-Ionen-Kanäle im Axon des Motoneurons (siehe M 1, Abb. 1).

Der Wirkmechanismus beider Gifte wurde an den Muskeln von Stubenfliegen ( Musca domestica) untersucht. Dazu wurde zum einen α-Agatoxin zu einem Motoneuron gegeben und dieses kurz gereizt. Anschließend wurde das Potenzial an der postsynaptischen Membran gemessen (Abb. 2A). Zum anderen wurde µ-Agatoxin zu einem Motoneuron gegeben und ohne Reizung das resultierende Membranpotenzial am Axon des Motoneurons gemessen (Abb. 2B).

(in Anlehnung an Wikipedia, o.J. und Adams, 2004)

Abb. 2: Membranpotenziale nach Zugabe von Agatoxinen, A: Postsynaptisches Potenzial an einer neuromuskulären Synapse ohne und mit Zugabe von α-Agatoxin, der Pfeil kennzeichnet den Zeitpunkt der Reizung; B: Aktionspotenziale am Axon des Motoneurons nach Zugabe von µ-Agatoxin ohne Reizung

Material 3: Wirkung der Giftmischung auf Beutetiere

Die Giftmischung von A. aperta besteht aus verschiedenen Giften, die zu unterschiedlichen Stoffklassen gehören. Die Gifte werden jeweils über unterschiedliche, mehrschrittige und energetisch aufwändige Biosynthesewege in den Giftdrüsen produziert. Die Giftmischung wird gespeichert und mit dem Biss in das Beutetier eingebracht, wodurch dieses rasch und lang anhaltend gelähmt wird. Zur Untersuchung der Wirkung verschiedener Agatoxine auf Beutetiere wurden die Gifte einzeln oder gemeinsam in erwachsene Stubenfliegen injiziert. Anschließend wurde die Intensität der Lähmung jeweils über mehrere Stunden erfasst (Abb. 3).

Abb.3: Lähmungsintensität bei Stubenfliegen nach Injektion von α- und µ-Agatoxin. Ab der 5. Stunde liegt eine andere Skalierung der Zeitintervalle vor.

(verändert nach an Adams, 2004)

4

Analysieren Sie Material 3 im Hinblick auf die reproduktive Fitness bei Agelenopsis aperta. [6 BE]