Das Schweigen der Grillen

Abituraufgaben 2021 LK

Diese Abituraufgabe für den Leistungskurs besteht aus vier umfangreichen Materialien sowie aus vier mehrteiligen Aufgaben.

Materialien

Material A: Gesang der Feldgrillen

Hier werden die Gesänge von zwei verwandten australischen Feldgrillen-Arten (Insekten) vorgestellt, einmal als Beschreibung, einmal als Sonagramm.

Sonogram of the Teleogryllus oceanicus male calling song
Rymiduff, CC BY-SA 3.0, via Wikimedia Commons

Hier sehen wir ein Sonagramm von T. oceanicus aus der Wikipedia (Artikel T. oceanicus).

Außerdem wird das Paarungsverhalten der Männchen beschrieben, bei dem der Gesang eine große Rolle spielt, außerdem chemische Signale.

Material B: Teleogryllus oceanicus auf der Hawaii-Inselgruppe

Bei Teleogryllus oceanicus handelt es sich ebenfalls um eine Grillen-Art, die aber auf den Inseln um Hawaii vorkommt. Aus Nordamerika wurde 1989 eine Fliegen-Art eingeschleppt, Ormia ochracea. Diese Fliegen-Art erkennt die einheimischen Grillen an ihrem Gesang und legt dann ihre Larven auf oder in direkter Nähe der Grillen-Männchen ab. Die Larven bohren sich dann in die Leiber der Grillen, entwickeln sich dort und fressen dabei die Grille von innen auf. Der Befall der Grillen nahm im Laufe der Zeit immer mehr zu, bis schließlich 2001 nur noch ganz wenige Grillen gefunden werden konnten.

Ab 2003 verbesserte sich die Lage jedoch wieder, die Zahl der Grillen nahm wieder zu. Allerdings hatten sich die Flügel Grillen-Männchen in der Zwischenzeit morphologisch verändert. Mit den Flügeln erzeugen die Männchen den arttypischen Gesang, mit dem sie die Weibchen ihrer Art anlocken. Die so veränderten Männchen konnten aber keinen Lockgesang mehr produzieren.

Interessanterweise hielten sich diese "stummen" Männchen häufig in räumlicher Nähe zu Grillen-Männchen auf, die noch ihren Lockgesang erzeugen konnten.

Flatwing-Männchen auf den Hawaii-Inseln Kaua'i und O'ahu
NOAA, Public domain, via Wikimedia Commons. Beschriftung 2003 und 2005: Ulrich Helmich

Die Abbildung zeigt die Herkunft der untersuchten T. oceanicus-Arten sowie den Anteil der Flatwing-Männchen (Männchen, die keinen Gesang mehr erzeugen können). In der Abituraufgabe wurde eine ähnliche Abbildung verwendet (dort dann als Abbildung 2 bezeichnet).

Info für Profis: 2010 wurden auf der Hauptinsel Hawai'i ca. 2% Flatwing-Männchen gezählt. Diese Info findet sich in der Abituraufgabe aber nicht.

Die Abbildung 3 des Materials zeigt den durchschnittlichen Abstand verschiedener Grillen-Männchen (flattrig und Wildtyp) von einem Lautsprecher an, mit dem Grillen-Gesang simuliert wurde:

Abstand von Flatwing-Männchen (schwarz) und Wildtyp-Männchen (grün) von den Lautsprechern
Autor: Ulrich Helmich 03/2024, Lizenz: siehe Seitenende

Dieses Bild wurde in Anlehnung an das Original-Bild aus der Abituraufgabe gestaltet.

Material C: Vergleichende Untersuchungen der Flügelmorphologie

Hier wurde der Aufbau der Flügel von flattrig- und Wildtyp-Grillen auf zwei verschiedenen Inseln der Hawaii-Gruppe verglichen und graphisch dargestellt. Hier ein Screenshot des Original-Materials, das in der Aufgabe verwendet wurde:

Morphological Differences between Male Wing Morphs and between Islands
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Der Abstand zwischen zwei Punkten in dieser Graphik gibt den Grad der Ähnlichkeit zwischen zwei Flügeltypen an. Je ähnlicher die Flügel, desto näher liegen die Punkte zusammen.

Material D: Genetische Grundlagen der flatwing-Morphologie

Hier wurden klassische Kreuzungsexperimente mit Flatwing- und Wildtyp-Individuen durchgeführt. In einer Tabelle werden die nach den Mendelschen Regeln erwarteten Ergebnisse sowie die tatsächlich beobachteten Ergebnisse verglichen.

Aufgaben

Aufgabe 1

• Definition der reproduktiven Isolation.
• Ermittlung des Isolationsmechanismus zwischen den in Material A genannten Grillenarten.
• Erläuterung der Bedeutung von Lock- und Balzgesang der Grillenmännchen unter evolutiven Aspekten.

Aufgabe 2

• Zusammenfassung der in Abb. 2 und 3 gezeigten Ergebnisse
• Ableitung der Selektionsvorteile und -nachteile für Teleogryllus oceanicus-Männchen
• Angeben der Unterschiede zwischen konvergenter und divergenter Entwicklung
• Analyse der Abbildung 4

Aufgabe 3

• Erklärung der zu erwartenden Ergebnisse der Kreuzungsexperimente
• Auswertung der tatsächlich erhaltenen Ergebnisse

Aufgabe 4

• Erklärung der Entwicklung der stummen Grillen mit Hilfe der Synthetischen Evolutionstheorie
• Erläuterung der Geschwindigkeit des evolutionären Wandels bei Teleogryllus oceanicus.

Benötigte Vorkenntnisse

Fassen wir einmal die für die Lösung dieser Aufgabe benötigten Vorkenntnisse zusammen.

Evolutionsbiologie

• Synthetische Evolutionstheorie (Artbildung, Selektion)
• Isolation und Isolationsmechanismen
• konvergente und divergente Entwicklungen (bzw. Analogien und Homologien)

Genetik

• Mendelsche Regeln
• Auswertung von Kreuzungsergebnissen
• Kenntnis von X-chromosomalen Erbgängen

Ökologie

• Parasitismus