Abitraining Biologie Klausur Grundkurs 4
Thema: Evolution der Ariamnes-Spinnen
Orientierungen zur Lösung
Aufgabe 1: Nennen Sie eine Definition für die ökologische Nische und erläutern Sie vor diesem Hintergrund die Koexistenz der beiden Arten A. huinakolu und A. kahili (Materialien A und B). Stellen Sie Hypothesen zu den jeweiligen Selektionsvorteilen der äußeren Merkmale der Arten A. makue, A. corniger und A. hiwa auf (Material A).
Teil 1) eine Definition für die ökologische Nische nennen:
Die ökologische Nische beschreibt die Gesamtheit der Beziehungen zwischen einer Art und ihrer Umwelt, wobei sowohl biotische als auch abiotische Faktoren berücksichtigt werden.
Teil 2) vor diesem Hintergrund die Koexistenz der beiden Arten A. huinakolu und A. kahili erläutern:
● Die Arten Ariamnes hoinakolu und A. kahili kommen beide in Feuchtwäldern auf der Insel Kauai vor.
● Eine Koexistenz der beiden Arten ist dann möglich, wenn diese sich in ihren ökologischen Nischen teilweise unterscheiden.
● Das ist z. B. durch die Wahl des Ruhehabitats gewährleistet, in dem sie sich tags-über versteckt halten. A. hoinakolu hält sich in Moos auf, während sich A. kahili unter Blättern versteckt.
Teil 3) Hypothesen aufstellen zu den jeweiligen Selektionsvorteilen der äußeren Merkmale der Arten A. makue, A. corniger und A. hiwa auf:
● Die Hinterleibsfarbe vermittelt in den Ruhehabitaten, in denen sich die einzelnen Arten tagsüber aufhalten, eine Tarnung vor optisch jagenden Fressfeinden wie Vögeln:
‒ A. makue hält sich tagsüber zwischen abgestorbenen Farnen auf. Hier ist sie durch ihre dunkle Färbung gut getarnt.
‒ Gleiches gilt für A. corniger, die sich tagsüber zwischen weißen Flechten aufhält, wo sie durch ihren matt weißen Hinterleib getarnt ist.
‒ Die Hinterleibsfarbe von A. hiwa ist ebenfalls dunkel und bietet eine Tarnung in Felsspalten.
● Als Gemeinsamkeit besitzen alle drei Arten einen langgestreckten Hinterleib. Dieser könnte ggf. durch seine Ähnlichkeit mit Zweigen oder Bodenstreu eine tarnende Wirkung besitzen. Auch ermöglicht der langgestreckte Hinterleib, dass sich A. hiwa tagsüber in Felsspalten aufhalten kann und so vor Fressfeinden geschützt ist.
_______________________________________
Aufgabe 2: Nennen Sie die methodischen Schritte zur Erstellung des in Abbildung 2 gezeigten phylogenetischen Stammbaums (Material B). Analysieren Sie die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse unter Berücksichtigung der Besiedlung der einzelnen Inseln der Hawaii-Inselgruppe (Material B). Erläutern Sie zwei Möglichkeiten der Besiedlung der jeweils neu entstandenen Inseln durch Ariamnes-Spinnen (Materialien A und B).
Teil 1) die methodischen Schritte nennen zur Erstellung des in Abbildung 2 gezeigten phylogenetischen Stammbaums:
● Isolierung von mitochondrialer und nukleärer DNA aus einzelnen Individuen ver-schiedener Arten,
● Vervielfältigung von DNA-Abschnitten durch PCR und Sequenzierung der PCR-Produkte,
● Vergleich der DNA-Sequenzen,
● Anordnung der einzelnen Arten im Stammbaum.
Teil 2) die phylogenetischen Verwandtschaftsverhältnisse analysieren unter Berücksichtigung der Besiedlung der einzelnen Inseln der Hawaii-Inselgruppe:
• Die Ariamnes-Spinnen der Hawaii-Inselgruppe und die Art Argyrodes trigonum gehen auf eine Ursprungsart zurück.
• Vor etwa 1,7 und 1,6 Mio. Jahren zweigten sich zunächst die beiden Entwicklungslinien ab, aus denen sich die Arten A. huinakolu und A. kahili auf Kauai entwickelt haben.
• Die beiden Ariamnes-Arten auf Oahu, A. uwepa und A. makue, entwickelten sich aus einem gemeinsamen Vorfahren. Die Entwicklungslinien dieser beiden Arten trennten sich vor etwa 0,8 Mio Jahren.
• Auf Molokai lebt die Art A. poele. Ihre Entwicklungslinie ist vor etwa 0,8 Mio Jahren aus einem gemeinsamen Vorfahren von fünf weiteren Arten hervorgegangen. Diese kommen jedoch heute auf anderen Inseln der Hawaii-Inselgruppe, Maui und Hawaii, vor.
• Auf Hawaii finden sich zwei Arten, A. waikula und A. hiwa. Ihr letzter gemeinsamer Vorfahre lebte vor etwa 0,95 Mio Jahren. A. waikula entwickelte sich vor etwa 0,4 Mio Jahren aus einem gemeinsamen Vorfahren mit A. corniger.
• Mit Ausnahme von A. waikula ergibt sich aus dem gezeigten Stammbaum eine sukzessive Besiedlung der einzelnen Inseln der Hawaii-Inselgruppe. Dies ist auch mit der Entstehungsgeschichte der Inseln in Einklang zu bringen, da die evolutiv ältesten Arten auf der ältesten Insel Kauai zu finden sind und die evolutiv jüngsten Arten auf den jüngsten Inseln.
• Da A. waikula erst vor 0,4 Mio Jahren aus einem gemeinsamen Vorfahren mit A. corniger entstanden ist, könnte es sein, dass eine Teilpopulation dieser Vorgängerart auf die Insel Hawaii gelangte und sich dort entsprechend weiterentwickelt hat.
Teil 3) zwei Möglichkeiten der Besiedlung der jeweils neu entstandenen Inseln durch Ariamnes-Spinnen erläutern:
• Auf allen großen Hawaii-Inseln sind heute Ariamnes-Spinnen verbreitet. Die Spinnen haben demnach mehrfach neu entstandene Inseln besiedelt. Denkbar ist, dass die Besiedlungen durch eine Verdriftung über abgebrochene und im Wasser treibende Äste erfolgten.
• Auch ist es möglich, dass Vögel Äste, Blätter oder Moos als Nistmaterial gesammelt haben, in denen sich Ariamnes-Spinnen befanden. Die Vögel könnten das Nistmaterial auf andere Inseln verbracht und so die Besiedlung neuer Inseln durch die Spinnen ermöglicht haben.
_______________________________________
Aufgabe 3: Entwickeln Sie Hypothesen zur evolutiven Entstehung der Artenvielfalt der Ariamnes-Spinnen auf der Hawaii-Inselgruppe (Materialien A und B). Prüfen Sie in diesem Zusammenhang, ob das Merkmal der goldenen Farbe das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung ist (Materialien A und B).
Teil 1) Hypothesen zur evolutiven Entstehung der Artenvielfalt der Ariamnes-Spinnen auf der Hawaii-Inselgruppe entwickeln:
● Die Vorfahren der heutigen Ariamnes-Spinnen gelangten vermutlich vom amerikanischen Festland auf die älteste Insel Kauai.
● Im Laufe der Zeit entstanden die weiteren Inseln der Hawaii-Inselgruppe. Diese zeichnen sich zum Teil durch ähnliche, zum Teil aber auch durch unterschiedliche Lebensbedingungen aus.
● Isolationsmechanismen (z. B. geographische Isolation) spielten offenbar eine bedeutende Rolle bei der Artaufspaltung der Ariamnes-Spinnen. Zum Beispiel kommen die beiden Schwesterarten A. waikula und A. corniger auf unterschiedlichen Inseln vor. Im Zuge der Entstehung der jüngsten Insel Hawaii könnte durch eine Separation von Teilpopulationen der gemeinsamen Vorläuferart ein allopatrischer Artbildungsprozess abgelaufen sein.
● Es fanden zudem vermutlich Einnischungen infolge von Mutation und Selektion auch innerhalb der einzelnen Biotope auf derselben Insel statt. Dies lässt sich beispielsweise daran erkennen, dass nah verwandte Ariamnes-Arten, wie A. uwepa und A. makue auf Oahu heutzutage unterschiedliche Ruhehabitate nutzen.
● Die Nutzung unterschiedlicher Ruhehabitate sowie die z. T. unterschiedlichen Jagdstrategien stellen eine Form der Konkurrenzvermeidung dar. Auf diese Weise wird durch unterschiedliche ökologische Nischen eine Koexistenz verschiedener Arten im selben Habitat möglich.
● Das vorliegende Phänomen der vielfachen Artaufspaltung wird als adaptive Radiation bezeichnet.
Teil 2) in diesem Zusammenhang prüfen, ob das Merkmal der goldenen Farbe das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung ist:
• Auffällig ist, dass sich auf einzelnen Inseln ähnliche Farbvarianten entwickelt haben, die nicht in jedem Fall mit einer näheren Verwandtschaft zu erklären sind.
• So haben die nicht näher verwandten Arten A. kahili, A. uwepa und A. waikula eine goldene Farbe.
• Dies lässt auf das Vorliegen konvergenter Entwicklungen schließen, bei dem sich durch ähnliche Selektionsbedingungen auf den jeweiligen Inseln ähnliche Formen und Verhaltensweisen ausgebildet haben.
• Die beiden Arten A. melekalikimaka und A. alepeleke kommen beide auf Maui vor und sind sehr nahe verwandt. Ihre goldene Färbung könnte demnach auf einen gemeinsamen Ursprung zurückführen und nicht das Ergebnis einer konvergenten Entwicklung sein.