Wolfgang Klemmstein

Die Eroberung des Süßwassers

Ein dreistachliger Stichling.
Ein dreistachliger Stichling., Foto; © Rostislav Stefanek/Shutterstock.com

Wolfgang Klemmstein

Unterrichtsvoraussetzungen
Evolution: Selektion, ökologische Einnischung, adaptive Radiation
Genetik: Chromosomen, Autosomen, Gonosomen, Genduplikation (Transposons, Hybridisierung), Ausfallmutanten im Experiment
Lösungshinweise und Anforderungsbereiche
Aufgabe 1
Die Anzahl der Kiemenreusendornen bei der pazifischen Stichlingsform liegt im Mittelwert bei circa 21 Stück. Die Anzahl schwankt nur sehr geringfügig. Die Stichlinge des Japanischen Meeres haben mit fast 25 Stück im Durchschnitt mehr Kiemenreusendornen. Auch die Schwankungsbreite ist größer. Süßwasserformen zeigen keine Anhäufung der Anzahl mit Mittelwert, dafür aber einen weiten Schwankungsbereich von 22 bis rund 14 Kiemenreusendornen. Die Anzahl der Lateralplatten zeigt bei beiden Meeresformen eine enge Häufung um circa 31 Stück. Bei den Süßwasserformen ist diese Häufung sehr gering und die Schwankungsbreite reicht hinunter bis zu 5 Lateralplatten. (AFB I)
Diese Ergebnisse zeigen bei den Meeresformen den gleichen starken Selektionsdruck auf die Anzahl der Lateralplatten. Dieser ist bei Süßwasserformen nicht vorhanden. Bei der Anzahl der Kiemenreusen liegt ein recht starker Selektionsdruck auf der pazifischen Form, etwas geringer ist er bei der japanischen Meeresform. Auch hier zeigt die breite Streuung, dass der Selektionsdruck auf Süßwasserformen nicht einwirkt. (AFB II)
Ein neuer Lebensraum stellt neue Anforderungen, die einen starken Selektionsdruck ausüben. Bei der Anzahl der Kiemenreusendornen und der Lateralplatten ist dies nicht gegeben. Sie sind somit keine Schlüsselmerkmale zur Erschließung des Süßwassers. (AFB II/III)
Die Koexistenz von Organismen hängt meist stark von der eingenommenen Nahrungsnische ab. Diese zeigt sich bei den Stichlingen in der Anzahl der Kiemenreusendornen. Die unterschiedliche Anzahl bei den drei Formen deutet auf verschiedene Nahrungsnischen. So ist eine Koexistenz möglich. (AFB II)
Aufgabe 2
Gemessen wurde der DHA-Gehalt in Gehirn und Augen. Die Werte sind bei der atlantischen Form jeweils etwa doppelt so hoch wie bei der des Japanischen Meeres. Sowohl pflanzliche als auch tierische Nahrung besitzt im Meer einen deutlich höheren Gehalt an DHA als im Süßwasser. (AFB I)
Die Stichlinge des Japanischen Meeres sind nicht in Süßwasser-habitate vorgedrungen, da der geringe DHA-Gehalt im Körper der Tiere durch die DHA-arme Nahrung im Süßwasser nicht ausgeglichen werden kann. Unter diesen Bedingungen entwickeln sich diese Tiere im Süßwasser nicht. (AFB II)
Aufgabe 3
Abb. 5 zeigt, dass die Anzahl der Kopien des Fads2-Gens bei dem Pazifik-Stichling rund zwei- bis dreimal so hoch ist wie beim Stichling des Japanischen Meeres. (AFB I)
Da das Gen auf einem Geschlechtschromosom liegt, besitzt das Weibchen die doppelte Anzahl. Beim pazifischen Stichling ist dies nicht so deutlich erkennbar, weil es einen weiteren Genort auf einem autosomalen Chromosom gibt. Deshalb hat der pazifische Stichling auch insgesamt eine höhere Anzahl an Genkopien. Dies erklärt auch die höhere Genaktivität in Gehirn und Augen der pazifischen Stichlingsform (Abb. 6). (AFB II)
Es kann zu einer Genvermehrung kommen, wenn ein Transposon („springendes Gen) bei seiner Desintegration aus der Wirts-DNA ein benachbartes Gen mitnimmt und an anderer Stelle mitintegriert. Auch bei der Hybridisierung mit einer verwandten Rasse/Art kann eine zusätzliche Genkopie (Allel) übertragen werden, die in einer neuen Umwelt durch eine neue Eigenschaft einen Vorteil vermittelt. (AFB I/II)
Bei einer Hybridisierung bliebe allerdings der Genort erhalten, weil die Integration den Regeln der Vererbung folgt. Das Auftreten von zwei verschiedenen Genorten legt ein Transposon als Ursache nahe. (AFB II/III)
Aufgabe 4
Um die Wirkung des Fads2-Gens zu testen, muss es mit einer „Ausfallmutante ohne dieses Gen verglichen werden. Alle weiteren Bedingungen müssen gleich sein. (AFB II)
Stichlinge mit Fads2-Gen...
Unterricht Biologie
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Fakten zum Artikel
aus: Unterricht Biologie Nr. 453 / 2020

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Beitrag aus Zeitschrift Unterricht Biologie Abitur & Prüfung Schuljahr 1-13