Abitraining Biologie Klausur Grundkurs 2
Thema: Ökologie und Evolution Eurasischer Spitzmäuse
Orientierungen zur Lösung
Aufgabe 1: Fassen Sie die Angaben zu den Beutespektren der drei genannten Spitzmausarten zusammen (Material A). Werten Sie Material A im Hinblick auf die ökologischen Beziehungen aus und begründen Sie die Koexistenz der drei Spitzmausarten (Material A).
Teil 1) die Angaben zu den Beutespektren der drei genannten Spitzmausarten zusammenfassen:
● Die Eurasische Wasserspitzmaus ernährt sich von verschiedenen wirbellosen Tieren. Zum bevorzugten Beutespektrum gehören landlebende Käfer, Tausendfüßer, Spinnen und Regenwürmer sowie wasserlebende Fliegenlarven und Wasserasseln. Auch kleinere Wirbeltiere wie Frösche und Fische werden gefressen.
● Die Sumpfspitzmaus bevorzugt Regenwürmer und Spinnen, frisst aber auch andere landlebende Wirbellose wie Käfer, Tausendfüßer und Spinnen. Auch wasserlebende Fliegenlarven und Asseln zählen zur Beute.
● Die Waldspitzmaus ernährt sich ausschließlich von landlebender Beute. Bevorzugt werden Regenwürmer und Käfer gefressen, aber auch Ameisen und selten kleinere Wirbeltiere gehören zum Beutespektrum.
Teil 2) Material A auswerten im Hinblick auf die ökologischen Beziehungen:
● Alle drei Spitzmausarten ernähren sich carnivor von landlebenden Wirbellosen. Zwischen den Spitzmausarten und den Beutetieren liegen Räuber-Beute-Beziehungen vor.
● Die Beutespektren der drei Arten sind breit. Zudem bevorzugen die Spitzmäuse ähnliche Beute. Wasserspitzmaus und Sumpfspitzmaus erbeuten darüber hinaus auch wasserlebende Beute.
● Die ökologischen Nischen aller drei Spitzmausarten überschneiden sich auch in Bezug auf die Habitatwahl. Alle drei Arten bevorzugen feuchte Lebensräume.
● Es liegt somit interspezifische Konkurrenz zwischen den drei Spitzmausarten vor.
Teil 3) die Koexistenz der drei Spitzmausarten begründen:
● Die Waldspitzmaus ist im Gegensatz zu den beiden anderen Spitzmausarten auch tagaktiv. Die Habitatwahl ist bei allen drei Spitzmausarten zwar ähnlich, es zeigen sich allerdings auch Unterschiede, zum Beispiel hinsichtlich der Fließgewässer.
● Die Unterschiede in der Aktivitätszeit, den erbeuteten Nahrungsorganismen und der Habitatwahl schwächen die interspezifische Konkurrenz zwischen den Spitzmäusen ab.
● Es handelt sich um eine Form der Konkurrenzvermeidung. Durch Unterschiede in den ökologischen Nischen wird eine Koexistenz der drei Arten möglich.
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Aufgabe 2: Fassen Sie die in Abbildung 1A dargestellten Ergebnisse zusammen und deuten Sie das Verhalten der Spitzmausarten (Materialien A und B). Stellen Sie unter Berücksichtigung der Daten aus Abbildung 1B eine begründete Hypothese über die Bedeutung des Giftes für die Eurasische Wasserspitzmaus auf (Materialien A und B).
Teil 1) die in Abbildung 1A dargestellten Ergebnisse zum Umgang mit der Beute der beiden Spitzmausarten zusammenfassen:
● Kleinere und leichtere Beutetiere (Mehlkäferlarven) werden von beiden Spitzmausarten
größtenteils sofort gefressen.
● Mittelgroße Beutetiere (Regenwürmer) werden kaum sofort, sondern nach und
nach gefressen.
● Mehlkäferlarven werden weniger gehortet als Regenwürmer. Regenwürmer werden
häufig immobilisiert und dann gehortet, wobei die Waldspitzmaus anteilig mehr
Regenwürmer hortet als die Eurasische Wasserspitzmaus.
● Die Waldspitzmaus ignoriert anteilig weniger Beute als die Eurasische Wasserspitzmaus.
Teil 2) das Verhalten der Spitzmausarten deuten:
● Kleine Nahrung wird bevorzugt sofort gefressen und deckt so den hohen aktuellen Energiebedarf.
● Ein Teil der Beute wird gehortet, um den ständigen Energiebedarf auch in den Ruhephasen decken zu können, in denen die Tiere nicht aktiv auf Nahrungssuche sind.
● Dieses Verhalten könnte auch in den kälteren Wintermonaten, in denen das Nahrungsangebot knapper ist, eine besonders wichtige Funktion haben.
● Das Horten von Beutetieren wie Regenwürmern bietet einen Vorteil, da diese Tiere eine größere Biomasse besitzen.
Teil 3) eine begründete Hypothese über die Bedeutung des Giftes für die Eurasische Wasserspitzmaus aufstellen (unter Berücksichtigung der Daten aus Abbildung 1B):
● Mittelgroße Beute (Regenwürmer) wird von der Eurasischen Wasserspitzmaus schneller überwältigt als von der Waldspitzmaus. Große Beute (Frösche) wurde in dem Experiment nur von der Eurasischen Wasserspitzmaus getötet.
● Dies könnte auf eine mögliche Bedeutung des Giftes der Eurasischen Wasserspitzmaus beim Fang mittelgroßer und größerer Tiere hindeuten.
● Das Gift führt bei Fröschen vermutlich zu einer Muskellähmung und hindert die Tiere an der Flucht.
● Der Zeitaufwand zur Überwältigung insbesondere mittelgroßer Beutetiere ist im Vergleich zu dem von nichtgiftigen Arten geringer. Dadurch spart die Eurasische Wasserspitzmaus Energie.
● Das Gift könnte daher den Beutefang und die Hortung der Nahrung unterstützen und so einen Selektionsvorteil gegenüber nichtgiftigen Konkurrenten darstellen.
● Dieser Vorteil sollte auch den Energieaufwand überwiegen, der zur Synthese des Giftes benötigt wird.
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Aufgabe 3: Analysieren Sie den in Abbildung 2 gezeigten Stammbaum im Hinblick auf das Auftreten von Giften bei den dargestellten Gattungen (Materialien B und C). Entwickeln Sie auf der Basis aller Materialien eine Hypothese zur evolutiven Entstehung von Eurasischer Wasserspitzmaus und Sumpfspitzmaus (Materialien A bis C).
Teil 1) den in Abbildung 2 gezeigten Stammbaum analysieren im Hinblick auf das Auftreten von Giften bei den dargestellten Gattungen:
● Der letzte gemeinsame Vorfahr der dargestellten Gattungen lebte vor etwa 65 Millionen Jahren. Vor etwa 20 Millionen Jahren spaltete sich die Entwicklungslinie der Spitzmäuse auf.
● In den nicht näher verwandten Gattungen Neomys, Blarina und Crocidura sind giftige Arten vertreten. Die Arten der übrigen Gattungen sind ungiftig.
● Aufgrund der großen Anzahl an Entwicklungslinien, in denen keine giftigen Arten vorkommen, ist die Wahrscheinlichkeit hoch, dass das Merkmal der Giftigkeit im Verlauf der Evolution der Spitzmäuse mehrfach unabhängig entstanden ist.
● Dementsprechend begründet das Merkmal Giftigkeit keine nähere Verwandtschaft. In diesem Fall ist das Merkmal der Giftigkeit mehrfach unabhängig durch eine konvergente Entwicklung entstanden.
● In den Lebensräumen der giftigen Arten vorherrschende ähnliche Selektionsdrücke, etwa in Bezug auf die Hortung größerer Beutetiere, könnten diese Entwicklung bewirkt haben.
Teil 2) auf der Basis aller Materialien eine Hypothese zur evolutiven Entstehung von Eurasischer Wasserspitzmaus und Sumpfspitzmaus entwickeln:
● Die Eurasische Wasserspitzmaus und die Sumpfspitzmaus gehören zur Gattung Neomys. Die Stammart der Gattung Neomys wird vermutlich giftig gewesen sein, da alle Vertreter dieser Gattung das Merkmal Giftigkeit aufweisen.
● Durch Mutationen entwickelte sich bei einem Vorfahren die Fähigkeit zur Produktion von Giften in Drüsen unter der Zunge. Dies verschaffte diesen Tieren einen Selektionsvorteil beim Beutefang.
● Der letzte gemeinsame Vorfahre von Eurasischer Wasserspitzmaus und Sumpfspitzmaus war wahrscheinlich bereits durch Schwimmborsten an den Beutefang im Wasser angepasst.
● Ausgeprägtere Schwimmborsten an Hinterfüßen und Schwanz bei den Vorfahren der heutigen Eurasischen Wasserspitzmaus könnten diese zum Beutefang in schnell fließenden Gewässern befähigt haben. Dies könnte die Erschließung neuer Habitate ermöglicht haben.
● Eine allmähliche Isolierung der Population führte zur Trennung der Genpools und zu einer getrennten Entwicklung mit Artaufspaltung.