Abitraining Biologie Klausur Leistungskurs 3
Thema: Die Rispen-Flockenblume in Nordamerika
Orientierungen zur Lösung
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Aufgabe 1: Erklären Sie allgemein Eigenschaften von invasiven Arten und begründen Sie das invasive Potenzial der Rispen-Flockenblume (Material A). Fassen Sie die in Material B gezeigten Ergebnisse zu Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika zusammen (Material B).
Entwickeln Sie evolutionsbiologisch begründete Hypothesen zur Erklärung der Unterschiede (Materialien A und B).
Teil 1) allgemein Eigenschaften von invasiven Arten erklären:
● Invasive Arten zeichnen sich häufig durch eine hohe Reproduktionsrate aus.
● Sie sind zudem oft an unterschiedliche klimatische Bedingungen angepasst und in der Regel besonders konkurrenzstark. Sie haben eine breite ökologische Potenz.
● Insbesondere im neu besiedelten Lebensraum haben sie keine oder kaum Fressfeinde.
Teil 2) das invasive Potenzial der Rispen-Flockenblume begründen:
● Rispen-Flockenblumen bilden durchschnittlich 1000 Samen pro Pflanze. Die Samen bleiben im Boden jahrelang keimungsfähig. Die Rispen-Flockenblume hat daher ein hohes Reproduktionspotenzial.
● Die Pflanzen bilden in den Trichomen auf den Blättern Cnicin als chemischen Abwehrstoff. Dadurch werden sie von größeren Herbivoren eher gemieden.
● Sollten von größeren Herbivoren wie Schafen dennoch Blütenstände gefressen werden, so überleben etwa ein Fünftel der Samen den Verdauungstrakt und bleiben keimungsfähig.
● Als potenzielle Selbstbestäuber sind sie im neuen Gebiet nicht zwingend auf Insekten angewiesen.
● Die Rispen-Flockenblume ist somit konkurrenzstark und besitzt eine breite ökologische Potenz.
● Sie besitzt daher ein hohes invasives Potenzial.
Teil 3) die in Material B gezeigten Ergebnisse zu Rispen-Flockenblumen aus Europa und Nordamerika zusammenfassen:
● Rispen-Flockenblumen aus Nordamerika, die ohne P. spicata angezogen wurden, bilden mehr Biomasse als solche aus Europa, aber weniger Blüten.
● Die Anwesenheit des Blaubüschel-Weizengrases wirkt sich auf Rispen-Flockenblumen aus Europa stärker aus. Bei ihnen gehen Biomasse und Blütenanzahl stärker zurück als bei Rispen-Flockenblumen aus Nordamerika.
● Nordamerikanische Rispen-Flockenblumen haben auch eine größere Trichomdichte.
● Sie werden zudem weniger von Raupen der Aschgrauen Höckereule gefressen.
Teil 4) evolutionsbiologisch begründete Hypothesen zur Erklärung der Unterschiede entwickeln:
● Die Rispen-Flockenblumen in Nordamerika gehen wahrscheinlich auf Pflanzen aus Osteuropa zurück. In Nordamerika herrschen andere Selektionsbedingungen als in Europa, sodass in Nordamerika möglicherweise andere Allele Selektionsvorteile bieten als in Europa. Dadurch könnten sich die unterschiedlichen Merkmalsausprägungen erklären lassen.
● Zudem können sich die Unterschiede auch durch Mutationen nach der Einschleppung erklären lassen. Die neu entstandene Allele boten den Trägern einen Selektionsvorteil zum Beispiel durch geringeren Blattfraß durch Herbivoren.
● Die nach Nordamerika eingeschleppten Individuen trugen vermutlich nur einen kleinen Teil der Allele des gesamten Genpools der europäischen/eurasischen Rispen-Flockenblumen.
● Es könnten zufällig Individuen darunter gewesen sein, die seltene Allele trugen. Diese Allele könnten für die unterschiedlichen Merkmalsausprägungen, wie Biomasseproduktion, Blütenbildung oder Trichombildung, verantwortlich sein. Durch die Ausbreitung der Nachkommen dieser Individuen in Nordamerika erhöhten sich die Frequenzen dieser Allele in der Population. Dies wird als Gründereffekt bezeichnet.
● In Europa gibt es zum Beispiel interspezifische Konkurrenten, die durch Coevolution Angepasstheiten an die Rispen-Flockenblume entwickelt haben.
● Ähnliches gilt auch für Herbivore, wie die Aschgraue Höckereule. Diese haben in Europa aufgrund der vermutlich langen gemeinsamen Evolution Angepasstheiten entwickelt, durch die sie in der Lage sind, Rispen-Flockenblumen stärker zu konsumieren.
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Aufgabe 2: Fassen Sie die in Material C dargestellten Ergebnisse zusammen und deuten Sie diese im Hinblick auf die ökologischen Beziehungen (Material C).
Teil 1) die in Material C dargestellten Ergebnisse zusammenfassen:
● An den Standorten, an denen die Rispen-Flockenblume vermehrt auftritt, ist die Dichte heimischer Pflanzenarten wie zum Beispiel des Idaho-Schwingels oder des Blaubüschel-Weizengrases geringer.
● Wächst der Idaho-Schwingel in einem Topf mit einer Rispen-Flockenblume, so ist seine Biomasse in Anwesenheit von Aktivkohle größer als ohne Aktivkohle.
● Die Biomasse der Rispen-Flockenblume ist geringer, wenn Aktivkohle im Boden vorhanden ist.
Teil 2) diese Ergebnisse im Hinblick auf die ökologischen Beziehungen deuten:
● Rispen-Flockenblumen und heimische Pflanzenarten wie der Idaho-Schwingel stehen in interspezifischer Konkurrenz zueinander um Ressourcen, wie z. B. Mineralstoffe und Wasser im Boden, Licht oder Raum.
● Das Wachstum des Idaho-Schwingels wird durch die Rispen-Flockenblume gehemmt, indem diese Stoffe in den Boden absondert. Die Rispen-Flockenblume wächst hingegen besser, wenn sie mithilfe von in den Boden abgesonderten Stoffen das Wachstum von interspezifischen Konkurrenten hemmt. Ihr stehen so die für ihr eigenes Wachstum und ihre Verbreitung notwendigen Ressourcen in erhöhtem Maße zur Verfügung.
● Dies könnte zur Verdrängung der interspezifischen Konkurrenten und längerfristig zum Konkurrenz-Ausschluss führen.
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Aufgabe 3: Skizzieren Sie auf der Grundlage von Material D ein Nahrungsnetz und geben Sie die Trophieebenen an (Material D). Erläutern Sie die Bedeutung der Bohrfliegen für die Hirschmäuse und entwickeln Sie eine Hypothese zu den Populationsentwicklungen von Hirschmäusen und Rispen-Flockenblumen in Nordamerika nach Einführung der Bohrfliegen (Material D).
Teil 1) auf der Grundlage von Material D ein Nahrungsnetz skizzieren:
Inhalt der Skizze soll verdeutlichen:
– Rispen-Flockenblume wird gefressen von Bohrfliegen-Larve & Hirschmaus
– Bohrfliegen-Larve wird gefressen von Hirschmaus
– andere Pflanzenarten werden gefressen von Hirschmaus
– andere Insekten werden gefressen von Hirschmaus
Teil 2) die Trophieebenen angeben:
Rispen-Flockenblumen und andere Pflanzenarten sind Produzenten.
Bohrfliegen-Larven sind Konsumenten 1. Ordnung.
Hirschmäuse sind Konsumenten 1. und 2. Ordnung.
Teil 3) die Bedeutung der Bohrfliegen für die Hirschmäuse erläutern:
● Hirschmäuse ernähren sich von Januar bis einschließlich April überwiegend von Bohrfliegen-Larven. Besonders in den Wintermonaten tragen die Bohrfliegen-Larven somit zum Überleben der Hirschmäuse bei.
● Im Mai sowie von August bis November bilden sie ebenfalls eine wichtige Nahrungsquelle der Hirschmäuse.
● Innerhalb weniger Jahrzehnte sind die Bohrfliegen bzw. ihre Larven demnach zur bevorzugten Beute der Hirschmäuse geworden.
● Nur in den Sommermonaten Juni und Juli stellen andere Insekten den Hauptteil der Nahrung, da sich in diesen Monaten keine Bohrfliegen-Larven in den Fruchtständen der Rispen-Flockenblumen befinden.
Teil 4) eine Hypothese entwickeln zu den Populationsentwicklungen von Hirschmäusen und Rispen-Flockenblumen in Nordamerika nach Einführung der Bohrfliegen:
● Mit zunehmender Ausbreitung der Rispen-Flockenblumen in Nordamerika könnten sich auch die eingeführten Bohrfliegen ausbreiten. Bohrfliegen-Larven sind für die Hirschmäuse ein bedeutender Nahrungsbestandteil. Daher profitieren die Hirschmäuse von der Ausbreitung der Rispen-Flockenblume. Ihre Populationsdichte sollte demzufolge ansteigen.
● Rispen-Flockenblumen werden durch die Larven der Bohrfliegen geschädigt, die in den Fruchtständen Gallen bilden und die Samenbildung reduzieren. Die Anwesenheit der Bohrfliegen sollte sich demzufolge nachteilig auf die Populationsdichte der Rispen-Flockenblumen auswirken.
● Durch den Anstieg der Dichte der Hirschmauspopulation wird allerdings die Bohrfliegenpopulation dezimiert, was sich wiederum positiv auf die Populationsdichte der Rispen-Flockenblumen auswirken sollte.
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Aufgabe 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).
Teil 1) die Einführung der Bohrfliegen zur biologischen Bekämpfung der Rispen-Flockenblume in Nordamerika beurteilen:
● Bohrfliegen sind wirtsspezifisch. Sie befallen in Nordamerika nur die eingeschleppten Rispen-Flockenblumen. Sie eignen sich daher prinzipiell sehr gut zur Bekämpfung der Pflanzen, da sie keine direkten negativen Einflüsse auf heimische Arten zeigen.
● Die Bohrfliegen dienen jedoch als Nahrungsquelle für Hirschmäuse, wodurch die Bohrfliegenpopulation dezimiert wird. Dadurch wird die Bekämpfung der Rispen-Flockenblumen weniger effektiv.
● Eine Vermehrung der Hirschmäuse kann zu einer stärkeren Verbreitung von Hantaviren führen. Dies stellt für Menschen eine Gesundheitsgefährdung dar.
● Die Einführung der Bohrfliegen bringt demnach wahrscheinlich nicht den gewünschten Erfolg und sollte durch alternative Maßnahmen ergänzt werden.
Teil 2) eine alternative Vorgehensweise entwickeln:
● Möglicherweise gibt es weitere in Europa heimische Feinde der Rispen-Flockenblumen, die ebenfalls wirtsspezifisch sind. Sofern diese keine Fressfeinde in Nordamerika haben, könnten sie eine effektive Alternative darstellen.
● Sollten biologische Maßnahmen nicht zum Ziel führen, so könnte man auch mit chemischen Bekämpfungsmitteln eine Eindämmung der Ausbreitung der Rispen-Flockenblume versuchen. Dies müsste aber regelmäßig und vor der Samenreifung geschehen, da die Samen mehrere Jahre im Boden überdauern können.