Bänderschnecken in Wald und Wiese
AFB I–IIDie Hain-Bänderschnecke kommt mit gebänderten und ungebänderten Gehäusen vor. Vereinfacht wird die Bänderung von einem Gen mit zwei Allelen bestimmt: Das Allel U (ungebändert) ist dominant über das Allel u (gebändert). In zwei benachbarten Gebieten wurden Schnecken gesammelt und ihre Genotypen durch Kreuzungsversuche ermittelt (M1).
| Gebiet | UU | Uu | uu | gesamt |
|---|---|---|---|---|
| Buchenwald | 120 | 60 | 20 | 200 |
| Wiese | 30 | 80 | 90 | 200 |
Die Dicke des Gehäuses schwankt innerhalb beider Populationen deutlich. Schnecken, die im Labor auf kalkarmem Futter aufwachsen, bilden dünnere Gehäuse als ihre Geschwister auf kalkreichem Futter. Gebänderte und ungebänderte Geschwister bleiben dagegen auf jedem Futter so, wie sie geschlüpft sind.
- Beschreiben Sie am Beispiel der Schnecken im Buchenwald die Begriffe Population und Genpool.
- Berechnen Sie die Allelfrequenzen von U und u in beiden Populationen (M1).
- Erläutern Sie anhand von M2 den Unterschied zwischen genetischer Variabilität und phänotypischer Variation.
- Erklären Sie, wie in einer solchen Population ständig neue Genotypen und gelegentlich neue Allele entstehen.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Die Population umfasst alle Hain-Bänderschnecken, die zur selben Zeit im Buchenwald leben und sich untereinander fortpflanzen können. Ihr Genpool ist die Gesamtheit aller Allele dieser Schnecken; für das Bänderungsgen besteht er bei 200 diploiden Tieren aus 400 Allelen, die entweder U oder u sind.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
Buchenwald: \(n(U) = 2\cdot 120 + 60 = 300\) von 400 Allelen, also \(p(U) = 0{,}75\) und \(p(u) = 0{,}25\).
Wiese: \(n(U) = 2\cdot 30 + 80 = 140\) von 400 Allelen, also \(p(U) = 0{,}35\) und \(p(u) = 0{,}65\).
Die beiden Genpools unterscheiden sich deutlich.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Phänotypische Variation umfasst alle Unterschiede im Erscheinungsbild, genetische Variabilität nur die Unterschiede in den Genotypen. Die Gehäusedicke hängt stark vom Kalkangebot ab: Geschwister unterscheiden sich je nach Futter. Dieser Teil der Variation ist eine Modifikation und wird nicht vererbt. Die Bänderung dagegen ändert sich mit dem Futter nicht; sie beruht auf verschiedenen Allelen und damit auf genetischer Variabilität. Nur diese kann an die Nachkommen weitergegeben werden und ist für Evolution von Bedeutung.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Neue Allele entstehen nur durch Mutation, zufällig und ungerichtet, vererbt nur in Keimbahnzellen. Neue Genotypen entstehen in jeder Generation durch Rekombination: In der Meiose I werden die homologen Chromosomen zufällig verteilt (interchromosomal), beim Crossing-over tauschen Nicht-Schwesterchromatiden Abschnitte (intrachromosomal), und bei der Befruchtung treffen zufällige Keimzellen zweier Eltern zusammen. Hain-Bänderschnecken sind Zwitter, pflanzen sich aber in der Regel durch gegenseitige Begattung fort, sodass auch hier die Allele zweier Individuen neu kombiniert werden.
Warum Schnecken Männchen brauchen
AFB II–IIIDie Neuseeländische Zwergdeckelschnecke kommt in vielen Seen in zwei Formen vor: Ein Teil der Weibchen pflanzt sich ungeschlechtlich fort, ein anderer Teil geschlechtlich mit Männchen. Ungeschlechtliche Weibchen bilden ihre Eizellen ohne Meiose; aus ihnen schlüpfen nur Weibchen, die genetisch mit der Mutter übereinstimmen. Der Anteil der Männchen in einem See ist daher ein Maß dafür, wie häufig dort geschlechtliche Fortpflanzung ist. In den Seen leben parasitische Saugwürmer, die die Schnecken befallen und unfruchtbar machen.
Saugwürmer aus einem See infizieren Schnecken aus demselben See leichter als Schnecken aus anderen Seen. Unter den ungeschlechtlichen Schnecken eines Sees werden gerade die häufigsten Klone, also die häufigsten Genotypen, besonders stark befallen.
- Vergleichen Sie die genetische Variabilität der Nachkommen bei ungeschlechtlicher und geschlechtlicher Fortpflanzung.
- Werten Sie M1 aus.
- Deuten Sie den Zusammenhang aus M1 unter Einbeziehung von M2.
- Eine Mitschülerin meint: „Ungeschlechtliche Fortpflanzung ist immer nachteilig, weil sie keine Variabilität erzeugt.“ Beurteilen Sie diese Aussage.
Hinweise
Hinweis zu Aufgabe a)
Hinweis zu Aufgabe b)
Hinweis zu Aufgabe c)
Hinweis zu Aufgabe d)
Erwartungshorizont
Erwartungshorizont zu Aufgabe a)
Bei ungeschlechtlicher Fortpflanzung sind die Nachkommen mit der Mutter genetisch identisch; Unterschiede entstehen nur durch seltene Mutationen. Bei geschlechtlicher Fortpflanzung kommen zu den Mutationen drei Formen der Rekombination hinzu: die zufällige Verteilung homologer Chromosomen in der Meiose I, das Crossing-over zwischen Nicht-Schwesterchromatiden und die zufällige Befruchtung. Fast jeder Nachkomme ist dadurch genetisch einzigartig. Gemeinsam ist beiden Formen, dass Mutationen die einzige Quelle neuer Allele sind.
Erwartungshorizont zu Aufgabe b)
In Seen mit wenigen infizierten Schnecken (unter 10 %) liegt der Männchenanteil bei höchstens 4 %; mit steigendem Befall nimmt er annähernd gleichmäßig zu und erreicht bei rund 50 % Befall über 20 %. Je stärker der Parasitenbefall, desto häufiger ist also geschlechtliche Fortpflanzung. Das Diagramm zeigt eine Korrelation; ob der Parasitenbefall die Ursache ist, lässt sich daraus allein nicht ableiten.
Erwartungshorizont zu Aufgabe c)
Nach M2 sind die Parasiten an die Schnecken ihres Sees angepasst und befallen vor allem die häufigsten Genotypen. Ungeschlechtliche Weibchen erzeugen viele identische Nachkommen; ein erfolgreicher Klon wird häufig und damit bevorzugt befallen und unfruchtbar. Geschlechtliche Weibchen erzeugen durch Rekombination seltene, neue Genotypen, an die die Parasiten noch nicht angepasst sind. Ihre Nachkommen werden seltener befallen und pflanzen sich häufiger fort. Wo viele Parasiten vorkommen, überwiegt dieser Vorteil, und geschlechtliche Fortpflanzung ist häufiger.
Erwartungshorizont zu Aufgabe d)
Die Aussage ist zu pauschal. Ungeschlechtliche Fortpflanzung erzeugt nicht gar keine Variabilität, denn Mutationen treten weiterhin auf; sie erzeugt aber deutlich weniger. Sie hat zudem einen Vorteil: Jedes Individuum bringt Nachkommen hervor, es werden keine Männchen „gebraucht“, und die Population kann doppelt so schnell wachsen. Außerdem gibt ein gut angepasstes Weibchen seinen ganzen Genotyp unverändert weiter. Unter gleichbleibenden Bedingungen und geringem Parasitenbefall kann das überwiegen, wie die Seen mit wenigen Männchen in M1 zeigen. Nachteilig wird die geringe Variabilität, wenn sich Bedingungen ändern oder Parasiten sich auf häufige Genotypen einstellen. Ob ungeschlechtliche Fortpflanzung nachteilig ist, hängt also von der Umwelt ab.