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AbituraufgabenAbgestufte Ähnlichkeiten

Grabende Säuger und Insekten, Wale mit Beckenknochen — Ähnlichkeiten deuten und ihren Aussagewert für Verwandtschaft prüfen.

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Graben mit Hand und Bein

AFB I–II

Der Europäische Maulwurf (ein Säugetier) und die Maulwurfsgrille (ein Insekt) leben beide unterirdisch und graben ihre Gänge mit stark verbreiterten Vordergliedmaßen. M1 vergleicht den Bau dieser Grabwerkzeuge.

M1Grabwerkzeuge im Vergleich
MerkmalMaulwurfMaulwurfsgrille
StützeInnenskelett aus KnochenAußenskelett aus Chitin
AbschnitteOberarm, Unterarm (Elle, Speiche), Handwurzel, Mittelhand, 5 FingerHüfte, Schenkelring, Schenkel, Schiene, Fuß
Schaufel gebildet ausverbreiterter Hand mit einem zusätzlichen sichelförmigen Knochenverbreiterter Schiene mit kräftigen Zähnen
Muskulaturliegt außen um die Knochenliegt innen im Chitinrohr
Lageerstes Beinpaar am Brustkorberstes Beinpaar am Vorderbrustsegment
  1. Beschreiben Sie die Gemeinsamkeiten und Unterschiede der beiden Grabwerkzeuge (M1).
  2. Erläutern Sie, ob die Grabwerkzeuge homolog oder analog sind.
  3. Begründen Sie, dass die Grabhand des Maulwurfs zur Hand des Menschen homolog ist.
  4. Ein Mitschüler meint: „Maulwurf und Maulwurfsgrille sind näher miteinander verwandt als Maulwurf und Mensch, denn ihre Grabbeine sind sich viel ähnlicher als Grabhand und menschliche Hand.“ Beurteilen Sie diese Aussage.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Trennen Sie Funktion und Form von Bau und Material.
Hinweis zu Aufgabe b)
Prüfen Sie die drei Homologiekriterien, und nennen Sie die Ursache der Ähnlichkeit.
Hinweis zu Aufgabe c)
Wenden Sie das Kriterium der Lage an.
Hinweis zu Aufgabe d)
Welche Art von Ähnlichkeit darf man für Verwandtschaft heranziehen?Beurteilen: Zu einem Sachverhalt ein selbstständiges Urteil unter Verwendung von Fachwissen und Fachmethoden formulieren und begründen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Gemeinsam sind die Funktion (Graben), die schaufelartig verbreiterte Form und die Lage als vorderstes Gliedmaßenpaar. Unterschiedlich sind die Stütze (Knochen-Innenskelett gegenüber Chitin-Außenskelett), die Abschnitte (Oberarm bis Finger gegenüber Hüfte bis Fuß), der Teil, der die Schaufel bildet (Hand gegenüber Schiene), und die Lage der Muskulatur (außen gegenüber innen).

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

Die Grabwerkzeuge sind analog. Sie stimmen nur in der Funktion und der daraus folgenden Form überein. Der Bau ist grundverschieden: Keine Struktur des einen lässt sich einer Struktur des anderen zuordnen (kein Lagekriterium), die Übereinstimmung in Einzelheiten fehlt (keine spezifische Qualität), und Zwischenformen zwischen Wirbeltier- und Insektenbein gibt es nicht (keine Stetigkeit). Die Ähnlichkeit ist durch Konvergenz entstanden: In beiden Linien hatten unter der Lebensweise im Boden Individuen mit breiteren Grabbeinen einen Vorteil.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Grabhand liegt wie die menschliche Hand am Ende der Vorderextremität und folgt derselben Abfolge: ein Oberarmknochen, zwei Unterarmknochen, Handwurzel, Mittelhand, fünf Finger (M1). Nach dem Kriterium der Lage sind die Strukturen homolog. Der zusätzliche sichelförmige Knochen ist eine Neuerung der Maulwurfslinie und ändert am gemeinsamen Grundbauplan nichts.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Aussage ist falsch. Sie stützt sich auf eine Ähnlichkeit der äußeren Form, die durch gleiche Funktion entstanden ist, also auf eine Analogie. Analogien sagen nichts über Verwandtschaft aus. Maulwurf und Mensch teilen dagegen den Bauplan der Wirbeltierextremität und viele weitere Homologien (Wirbelsäule, Haare, Milchdrüsen). Nach dem Prinzip der abgestuften Ähnlichkeit sind Maulwurf und Mensch als Säugetiere viel näher verwandt als Maulwurf und Insekt.

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Wale mit Beckenknochen

AFB II–III

Im Körper heutiger Wale liegen, ohne Verbindung zur Wirbelsäule, zwei kleine stabförmige Knochen: Reste eines Beckens. Hinterbeine sind äußerlich nicht zu sehen. M2 zeigt fossile Funde aus der Stammeslinie der Wale.

M2Fossilien aus der Stammeslinie der Wale (vereinfacht)
GattungAlterLebensraumHinterbeine
Pakicetusetwa 50 Mio. Jahrean Land, am Ufervollständig, zum Laufen
Ambulocetusetwa 49 Mio. JahreUfer und Flachwasserkräftig, zum Laufen und Paddeln
Rodhocetusetwa 47 Mio. Jahreüberwiegend im Wasserkurz, Becken noch mit der Wirbelsäule verbunden
Basilosaurusetwa 40 Mio. Jahrenur im Wasserwinzig, Becken frei, zum Laufen ungeeignet
heutige Waleheutenur im Wasserfehlen, Becken als kleine Knochenstäbe
M3Ein Befund

Bei heutigen Walen setzen an den Beckenknochen Muskeln an, die den Penis bzw. die Scheide bewegen. Bei Arten, in denen die Männchen stark um die Weibchen konkurrieren, sind die Beckenknochen im Verhältnis zur Körpergröße größer als bei anderen Walarten.

  1. Nennen Sie das Homologiekriterium, auf das sich die Reihe in M2 stützt, und die Art von Struktur, die das Walbecken darstellt.
  2. Erklären Sie die Rückbildung der Hinterbeine im Verlauf der Walevolution.
  3. Werten Sie M2 im Hinblick auf die Frage aus, ob Wale von Landsäugetieren abstammen.
  4. Ein Lehrbuch schreibt: „Die Beckenknochen der Wale sind nutzlose Überbleibsel.“ Nehmen Sie unter Einbeziehung von M3 Stellung zu dieser Aussage.

Hinweise

Hinweis zu Aufgabe a)
Zwischenformen, zurückgebildete Struktur.
Hinweis zu Aufgabe b)
Welche Nachteile haben große Hinterbeine beim Schwimmen, und was kostet ihr Aufbau?
Hinweis zu Aufgabe c)
Ordnen Sie Alter, Lebensraum und Hinterbeine einander zu.
Hinweis zu Aufgabe d)
Ein Rudiment hat seine ursprüngliche Funktion verloren — aber zwingend jede?Stellung nehmen: Zu einem Sachverhalt nach kritischer Prüfung und sorgfältiger Abwägung eine eigene begründete Position beziehen.

Erwartungshorizont

Erwartungshorizont zu Aufgabe a)

Kriterium der Stetigkeit: Die Fossilien verbinden als Zwischenformen die Hinterbeine landlebender Vorfahren mit den Beckenresten heutiger Wale. Das Walbecken ist ein Rudiment.

Erwartungshorizont zu Aufgabe b)

In der Vorfahrenpopulation unterschieden sich die Individuen erblich in der Größe der Hinterbeine. Beim Leben im Wasser boten Hinterbeine kaum noch Vorteile, erhöhten aber den Wasserwiderstand und kosteten Baustoffe und Energie. Individuen mit kleineren Hinterbeinen schwammen effizienter und hatten im Mittel mehr Nachkommen. Über viele Generationen nahm so der Anteil der Allele für kleinere Hinterbeine zu. Die Rückbildung ist Folge der Selektion, nicht des fehlenden Gebrauchs.

Erwartungshorizont zu Aufgabe c)

Die Fossilien zeigen mit abnehmendem Alter eine schrittweise Veränderung: vom Landbewohner mit Laufbeinen (Pakicetus) über Uferbewohner mit Paddelbeinen (Ambulocetus) und Formen mit verkürzten Beinen (Rodhocetus) bis zu reinen Wasserbewohnern mit winzigen Hinterbeinen (Basilosaurus). Parallel dazu löst sich das Becken von der Wirbelsäule. Die Reihe stützt die Hypothese, dass Wale von landlebenden Säugetieren abstammen. Einschränkend gilt: Die Fossilien sind nicht zwingend direkte Vorfahren voneinander, sondern Vertreter von Seitenlinien, die den Übergang abbilden.

Erwartungshorizont zu Aufgabe d)

Die Beckenknochen haben ihre ursprüngliche Funktion, die Hinterbeine mit der Wirbelsäule zu verbinden und die Fortbewegung zu tragen, verloren; insofern sind sie Rudimente. Nach M3 dienen sie aber als Ansatz für Muskeln der Geschlechtsorgane, und ihre Größe hängt mit der Konkurrenz der Männchen zusammen. Das spricht dafür, dass sie unter sexueller Selektion stehen und eine neue Funktion erfüllen. „Nutzlos“ ist daher zu weitgehend: Sie sind in Bezug auf ihre ursprüngliche Funktion rückgebildet, haben aber eine andere übernommen. Die Aussage sollte entsprechend eingeschränkt werden.