Abiturprüfung Biologie, Grundkurs

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1 Seite 1 von 5 Abiturprüfung 2009 Biologie, Grundkurs Aufgabenstellung: Thema: Parasiten als Indikatoren der Primaten-Evolution I.1 Begründen Sie, warum der Vergleich von Aminosäure-Sequenzen und Basen-Sequenzen Erkenntnisse zur Abstammung liefert. Beschreiben Sie die darauf basierenden Ergebnisse für die Abstammung der Hominoiden (Material A) sowie für die Abstammung der Parasitengattungen Pediculus und Phthirus (Material C). (16 Punkte) I.2 Vergleichen Sie den Stammbaum der Läuse mit dem ihrer Wirte in Bezug auf den Zeitpunkt der Trennung der jeweiligen Linien und deuten Sie Ihre Ergebnisse (Material A, Material C). (18 Punkte) I.3 Vergleichen und erläutern Sie die Angepasstheiten der Kleiderlaus und der Kopflaus (Material B). Beurteilen Sie, inwieweit die Daten zur DNA-Sequenzanalyse der Kopfund Kleiderläuse sowie die beschriebenen Angepasstheiten die Hypothese stützen, dass der Ursprung von Homo sapiens in Afrika liegt, von wo aus er sich vor etwa Jahren über die Welt verbreitet hat (Material B und D). (20 Punkte) Zugelassene Hilfsmittel: Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung

2 Seite 2 von 5 Material A: Molekularer Stammbaum der Hominoidea Die folgende Grafik zeigt die Verwandtschaftsbeziehungen zwischen Menschen und Menschenaffen, basierend auf Berechnungen, die auf der Bestimmung der Aminosäure- Sequenzen von 69 Proteinen, dem Sequenzvergleich und der Auswertung dieser Daten durch geeignete Computerprogramme beruhen: Orang-Utan Gorilla Schimpanse Mensch Millionen Jahre Abbildung 1: Molekularer Stammbaum der Hominoidea (Ausschnitt), basierend auf vergleichender Auswertung der Aminosäuresequenzen von 69 Proteinen

3 Seite 3 von 5 Material B: Parasiten des Menschen: Kopflaus, Kleiderlaus, Filzlaus Läuse gehören zwar zu den Insekten, besitzen aber weder Flügel noch Facettenaugen. Sie saugen Blut und benötigen Wärme. Ihre letzten Beinglieder bilden zusammen eine Art Zange, mit der sie sich an Haaren oder Fasern anklammern. Die Größe dieser Greifzange entspricht exakt dem Querschnitt der Haare bzw. Gewebefasern, an denen die Läuse leben. Die Eier der Läuse Nissen werden an die Haare bzw. die Fasern der Kleidung geklebt. Die Larve, die daraus schlüpft, ist nach der dritten Häutung fortpflanzungsfähig. Die Infektion der Wirte erfolgt durch Körperkontakt, bei Kleiderläusen über die Kleidung. Kopfläuse und Kleiderläuse sind untereinander kreuzbar, Filzläuse und Kopfläuse bzw. Filzläuse und Kleiderläuse nicht. Der Wissenschaftler Mark Stoneking vom Max-Planck-Institut Leipzig nimmt an, dass sich die Kleiderlaus aus der Kopflaus entwickelt hat. In diesem Zusammenhang steht auch, dass sich Menschen in kälteren Regionen durch Kleidung schützen. Tabelle 1: Außenparasiten des Menschen: Läuse Skizze Unterart: Pediculus humanus capitis Kopflaus Art: Pediculus humanus Unterart: Pediculus humanus humanus Kleiderlaus Art: Phthirus pubis Filzlaus Lebensraum feine Kopfhaare nahe der Kopfhaut körpernahe Falten der Kleidung, aber keine Tierhäute (Leder), keine Tierfelle Augenbrauen, Wimpern, Achselhaare, Schamhaare Körperlänge 2 3,5 mm 3 4,5 mm 1 1,5 mm Klauen sehr fein kräftig grob, kräftig Blutsaugen pro Tag 6- bis 12-mal zweimal einmal Eizahl je Weibchen Anheften der Nissen Kopfhaare Fasern der Kleiderstoffe Augenbrauen, Wimpern, Achselhaare, Schamhaare Überleben ohne Wirt 55 h bis zu 4 Tage 24 h

4 Seite 4 von 5 Material C: Stammbaum der Primaten-Läuse Verwandte Tierarten haben häufig verwandte Parasiten: die Stammesgeschichte der Parasiten entspricht der Stammensgeschichte ihrer Wirte und umgekehrt. Vor mindestens 25 Millionen Jahren begann die Evolution parasitischer Läuse. Läuse besitzen eine hohe Wirtsspezifität, d. h., sie sind in aller Regel stark auf ihre Wirtsart spezialisiert. Heute ist der Mensch Wirt für drei unterschiedliche Vertreter: Kopflaus, Kleiderlaus und Filzlaus. Die übrigen Hominoiden werden nur von einer einzigen Art besiedelt; der Orang- Utan beherbergt überhaupt keine Läuse. David Reed von der Universität Florida sammelte unterschiedliche Läuse von Menschen, Gorillas und Schimpansen. Er analysierte die DNA der Laus-Gene Cox1 und EF-1α. Aus dem Vergleich der Basensequenzen berechnete er den phylogenetischen Stammbaum der Läuse; dabei wies er nach, dass die Gattungen Phthirus und Pediculus einen gemeinsamen Ursprung besitzen. Wirte: Altweltaffen Mensch Schimpanse Gorilla Mensch Parasiten: Kopflaus Filzlaus weitere Pediculus Pediculus Phthirus Phthirus Pediculus-Arten humanus schaeffi gorillae pubis capitis Millionen Jahre Abbildung 2: Verwandtschaftsverhältnisse der Hominoiden-Läuse, die auf der Grundlage der Ergebnisse der Sequenzanalyse der Gene Cox1 und EF-1α ermittelt wurden (Ausschnitt)

5 Seite 5 von 5 Material D: Sequenzanalyse der DNA von Kopf- und Kleiderläusen Mark Stoneking, ein Genetiker des Max-Planck-Instituts Leipzig für evolutionäre Anthropologie, und seine Kollegen ermittelten die DNA-Unterschiede für die Gene der Mitochondrien (mtdna) aus den Zellen von Kopfläusen und Kleiderläusen, die in Afrika und in 12 nichtafrikanischen Ländern in unterschiedlichen Regionen der Welt gesammelt wurden. Tabelle 2: Basenunterschiede in % bei Kopf- und Kleiderläusen (angegeben werden die Durchschnittswerte) Vergleich der mtdna afrikanischer Kopfläuse untereinander... nicht-afrikanischer... aller Kopfläuse Kopfläuse aus 12 untereinander Ländern untereinander... aller Kleiderläuse untereinander % % % % Basenunterschiede 3,31 1,76 3,42 0,19 Auf der Basis dieser mtdna-ergebnisse und der DNA-Analyse von zwei weiteren Kern- Genen der Kleiderlaus berechnete Stoneking, dass die Kleiderlaus sich vor etwa Jahren aus der Kopflaus entwickelt hat.