BI BIL E GK ?? 1 BI LK HT 1 Seite 1 von 4 Name: _______________________ Abiturprüfung 2014 Biologie, Leistungskurs Aufgabenstellung: Thema: Evolution der Fledermäuse I.1 Nennen Sie die in Abbildung 1 sichtbaren anatomischen Angepasstheiten im Hinblick auf die Flugfähigkeit bei Fledermäusen und vergleichen Sie in diesem Kontext die Merkmale der dargestellten Flügel (Material A). (8 Punkte) I.2 Erklären Sie ausgehend von der Definition der ökologischen Nische das Zustandekommen der Artenvielfalt der Fledermäuse (Material B). Werten Sie die in Abbildung 3 darge- stellte Untersuchung aus und erläutern Sie in diesem Zusammenhang den evolutiven Vorteil der Echoortung. (22 Punkte) I.3 Fassen Sie die Ergebnisse des in Material C dargestellten Experiments zusammen und interpretieren Sie sie im Hinblick auf die spezifischen Angepasstheiten der Motte Cycnia tenera. (14 Punkte) I.4 Skizzieren Sie mithilfe von Kurvendiagrammen die Ihnen bekannten möglichen Wirkungen der Selektion auf die Merkmalsverteilung innerhalb einer Population. Deuten Sie auf dieser Basis die Beobachtungen zum speziellen Echoortungsverhalten einiger Fledermausarten (Material C). Beurteilen Sie umfassend, inwiefern es sich bei der Evolution von Fledermäusen und Motten um ein evolutionäres Wettrüsten handelt (Material C). (22 Punkte) Zugelassene Hilfsmittel:  Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI LK HT 1 Seite 2 von 4 Name: _______________________ Material A: Anatomie der Fledermäuse Schulterblatt Oberarmknochen A Schlüsselbein Brustbein Schwanz Elle Speiche Sporn (Ferse) Handwurzelknochen Daumen Fingerknochen Mittelhandknochen B C Sporn (Ferse) Abbildung 1: A Skelett einer Fledermaus B fünfstrahlige Grundextremität der Wirbeltiere C Flügelform einer Fledermaus Abbildung 2: Flügelaufbau von A Flugsaurier, B Vogel, C Fledermaus Nur für den Dienstgebrauch! Flughaut

BI BIL E GK ?? 1 BI LK HT 1 Seite 3 von 4 Name: _______________________ Material B: Ökologie der Fledermäuse Fledermäuse gehören mit ihren Verwandten, den Flughunden, zur Ordnung der Fledertiere (Chiroptera). Die Fledertiere sind die einzigen Säugetiere, bei denen im Verlauf der Evolution die Fähigkeit des aktiven Fluges entstanden ist. Sie bilden eine sehr artenreiche Ordnung: Jede fünfte heute lebende Säugerart gehört dieser Gruppe an, sie sind – mit Ausnahme der Polargebiete – weltweit verbreitet. Bei Fledermäusen hat sich die Fähigkeit zur Echoortung entwickelt, die ihnen zur Orien- tierung und zur Nahrungssuche dient: Dazu stoßen sie mit ihrem Kehlkopf Laute im Ultra- schallbereich aus, die beim Auftreffen auf ein Hindernis oder ein Beutetier (z. B. ein fliegen- des Insekt) zur Fledermaus zurückgeworfen werden. Das über die Ohren wahrgenommene Echo kann nun analysiert werden und verrät der Fledermaus u. a. die Lage von Hindernis oder Beutetier. Über 85 % der heute lebenden Fledertierarten gehören zu den Fledermäusen, die im Gegen- satz zu den Vögeln zumeist nachtaktiv sind. Die meisten Fledermausarten ernähren sich von Insekten, daneben finden sich auch einige Arten mit herbivorer (Früchte, Nektar, Pollen), carnivorer (Frösche, Fische) oder sanguivorer (Wirbeltierblut) Lebensweise. Beim Kleinen Braunen Mausohr (Myotis lucifugus) hat man die im Flug erbeuteten und in seinem Kot nachweisbaren Insekten vermessen, in Größenklassen eingeteilt und mit der Häufigkeit von im Biotop insgesamt verfügbaren Insekten entsprechender Größenklassen verglichen (Abbildung 3). Abbildung 3: Beutegröße des Kleinen Braunen Mausohres (Myotis lucifugus) (A Anteil der Insekten einzelner Größenklassen an den insgesamt im Biotop verfügbaren Insekten, B Anteil der Insekten einzelner Größenklassen an den verzehrten Insekten) Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI LK HT 1 Seite 4 von 4 Name: _______________________ Material C: Evolution in Aktion Motten schwirren ums Licht. Erzeugt man durch das Klirren eines Schlüsselbundes ein Geräusch, so fallen die Motten im scheinbar unkoordinierten Taumelflug herab. Untersucht man dieses Verhalten genauer, so sind nicht die für uns hörbaren Geräusche, sondern Ultra- schalllaute im Bereich von 15 – 80 kHz entscheidend, die beim Klirren des Schlüsselbundes auch entstehen. In Abhängigkeit von der Art der von Fledermäusen ausgestoßenen Laute verhalten sich Motten unterschiedlich: Auf relativ leise Ultraschalllaute reagieren sie mit einem Flucht- verhalten von der Schallquelle weg. Auf die intensiven Klicklaute, die eine Fledermaus kurz vor dem Zupacken ausstößt, reagieren die Motten mit dem Taumelflug, den man auch durch das Klirren des Schlüsselbundes hervorrufen kann. Man hat auch Fledermausarten mit einem speziellen Echoortungsverhalten gefunden, die zur Beutesuche besonders hochfrequente Signale bis 212 kHz aussenden, andere verwenden besonders niedrige Frequenzen unter 15 kHz. Die Mottenart Cycnia tenera signalisiert durch eine auffällige Färbung und die Abgabe chemischer Signalstoffe, dass sie keine wohlschmeckende Nahrung darstellt. Ferner ist diese Motte in der Lage, Klicklaute im Ultraschallbereich zu erzeugen. Folgendes Experiment wurde mit der Fledermausart Myotis septentrionalis und der Motte Cycnia tenera durchgeführt: Jeweils eine Fledermaus wurde mit einer Motte in einen verdunkelten Raum gebracht. In Ansatz A wurden Cycnia tenera-Exemplare ohne Modifikationen verwendet („intakt“), in Ansatz B wurden den Motten die der Geräuschproduktion dienenden Organe operativ entfernt („stumm“), in Ansatz C wurden zur Kontrolle Motten anderer Arten verwendet. Der Versuch wurde mit insgesamt 6 Fledermäusen und 60 Motten durchgeführt. Tabelle 1: Anteil der Motten der jeweiligen Versuchsgruppe, die (1) keinen Kontakt zur Fledermaus hatten, (2) trotz Kontakts unverletzt blieben oder (3) in Folge des Kontakts getötet wurden Art des Kontaktes Ansatz A: „intakte“ Cycnia tenera Ansatz B: „stumme“ Cycnia tenera Ansatz C: andere Motten 1 kein Kontakt 66,7 % 8,3 % 0% 2 Kontakt, unverletzt 25,0 % 66,7 % 0% 3 Kontakt, getötet 8,3 % 25,0 % 100 % Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 1 Seite 1 von 12 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2014 Biologie, Leistungskurs 1. Aufgabenart Bearbeitung fachspezifischen Materials mit neuem Informationsgehalt 2. 1 Aufgabenstellung Thema: Evolution der Fledermäuse I.1 Nennen Sie die in Abbildung 1 sichtbaren anatomischen Angepasstheiten im Hinblick auf die Flugfähigkeit bei Fledermäusen und vergleichen Sie in diesem Kontext die Merkmale der dargestellten Flügel (Material A). (8 Punkte) I.2 Erklären Sie ausgehend von der Definition der ökologischen Nische das Zustandekommen der Artenvielfalt der Fledermäuse (Material B). Werten Sie die in Abbildung 3 darge- stellte Untersuchung aus und erläutern Sie in diesem Zusammenhang den evolutiven Vorteil der Echoortung. (22 Punkte) I.3 Fassen Sie die Ergebnisse des in Material C dargestellten Experiments zusammen und interpretieren Sie sie im Hinblick auf die spezifischen Angepasstheiten der Motte Cycnia tenera. (14 Punkte) I.4 Skizzieren Sie mithilfe von Kurvendiagrammen die Ihnen bekannten möglichen Wirkungen der Selektion auf die Merkmalsverteilung innerhalb einer Population. Deuten Sie auf dieser Basis die Beobachtungen zum speziellen Echoortungsverhalten einiger Fledermausarten (Material C). Beurteilen Sie umfassend, inwiefern es sich bei der Evolution von Fledermäusen und Motten um ein evolutionäres Wettrüsten handelt (Material C). (22 Punkte) 1 Die Aufgabenstellung deckt inhaltlich alle drei Anforderungsbereiche ab. Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 1 Seite 2 von 12 3. Materialgrundlage  Material A: Abbildung 1 A: verändert nach Simmons 2009 (S. 52) Abbildung 1 B: verändert nach Vogel & Angermann 1974 (S. 120) Abbildung 1 C: verändert nach Habersetzer et al. 2008 (S. 252) Abbildung 2: verändert nach Vogel & Angermann 1974 (S. 474)  Material B: Abbildung 3: verändert nach Altringham 2011 (S. 84) und Anthony & Kunz 1977 (S. 781)  Material C: Tabelle 1: verändert nach Ratcliffe & Fullard 2005 (S. 4693)  Altringham, J. D. (2011). Bats: From Evolution to Conservation (2. Aufl.). Oxford: Oxford University Press  Anthony, E. L. P. & Kunz, T. H. (1977). Feeding Strategies of the Little Brown Bat, Myotis Lucifugus, in Southern New Hampshire. Ecology, 58, S. 775 – 786  Habersetzer, J., Simmons, N. B., Seymour, K., Gunnell, G. F. & Schlosser-Sturm, E. (2008). Fledermäuse: Die Evolution des Fluges und der Echoortung. Biologie in unserer Zeit, 4/08, S. 246 – 254  Miller, L. A. & Surlykke, A. (2001). How Some Insects Detect and Avoid Being Eaten by Bats: Tactics and Countertactics of Prey and Predator. Bioscience, 51, S. 570 – 581  Ratcliffe, J. M. & Fullard, J. H. (2005). The adaptive function of tiger moth clicks against echolocating bats: an experimental and synthetic approach. Journal of Experi- mental Biology, 208, S. 4689 – 4698  Renk, C. (2012). Da wird das Kauen zum Donnergrollen. Badische Zeitung. 05.04.2012. (digital unter: http://www.badische-zeitung.de/suedwest-1/da-wird-das-kauen-zum- donnergrollen--57957150.html (Zugriff: 17.11.2013))  Simmons, N. B. (2009). Fledermäuse – wie sie fliegen und jagen lernten. Spektrum der Wissenschaft, 9/09, S. 50 – 57  Vogel, G. & Angermann, H. (1974). dtv-Atlas zur Biologie: Tafeln und Texte (Band 1, 8. Aufl.; Band 2, 7. Aufl.). München: Deutscher Taschenbuch Verlag  Wehner, R. & Gehring, W. (2007): Zoologie (24. Aufl.). Stuttgart: Georg Thieme Verlag  Wilcken, S. & Kalko, E. K. V. (2004). Die Vielfalt neotropischer Fledermäuse. Biologie in unserer Zeit, 4/04, S. 230 – 239 Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 1 Seite 3 von 12 4. Bezüge zu den Vorgaben 2014 1. Inhaltliche Schwerpunkte Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung  Umweltfaktoren, ökologische Nische – Untersuchungen in einem Lebensraum  Einfache Beziehungen zwischen Organismengruppen und abiotischen Habitat- faktoren – Angepasstheiten an Temperatur und Feuchtigkeit bei Tieren und Pflanzen – Toleranzbereich, physiologisches und ökologisches Optimum  Wechselbeziehungen, Populationsdynamik – Beziehungen zwischen Populationen: Lotka-Volterra-Regeln, Konkurrenz, Koexistenz Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten  Grundlagen evolutiver Veränderungen – Genotypische Variabilität von Populationen (keine Modellberechnungen)  Art und Artbildung  Evolutionshinweise und Evolutionstheorie – Rezente und paläontologische Hinweise (Homologie der Wirbeltiergliedmaßen) – Systematik und phylogenetischer Stammbaum (Grundlegende Zusammenhänge innerhalb des Wirbeltierstammbaumes, vertiefend: phylogenetische Stellung der Primaten) – Vergleich und Beurteilung der Ergebnisse unterschiedlicher Analysemethoden; bei der Analyse bzw. Erstellung eines Stammbaumes sind Übereinstimmungen in der DNA-Sequenz und Aminosäure-Sequenz von Proteinen einzubeziehen – Synthetische Evolutionstheorie – Datierungsmethoden  Verhalten, Fitness und Angepasstheit – Fortpflanzungsstrategien (einschließlich Partnerwahl und Paarungssysteme) 2. Medien/Materialien  entfällt 5. Zugelassene Hilfsmittel  Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 1 Seite 4 von 12 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen – Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe I.1 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 nennt die in Abbildung 1 sichtbaren anatomischen Angepasstheiten im Hinblick auf die Flugfähigkeit bei Fledermäusen:  Flughaut,  stark verlängerte Finger- und Mittelhandknochen,  verlängerte Unterarmknochen,  spornartig erweiterte Ferse,  Schwanz. 2 2 vergleicht in diesem Kontext die Merkmale der dargestellten Flügel (Material A), sinngemäß:  Beim Flugsaurier spannen in der Hauptsache die stark verlängerten Knochen des fünften Fingers gemeinsam mit Ober- und Unterarmknochen eine Flughaut auf.  Beim Vogel befinden sich an Ober- und Unterarm sowie an Mittelhand- und Fingerknochen Federn; die Fingerknochen sind stark reduziert.  Bei der Fledermaus spannen die stark verlängerten Mittelhand- und Fingerknochen der Finger zwei bis fünf gemeinsam mit dem Oberarm- und den verlängerten Unterarmknochen sowie der spornartig verlängerten Ferse und dem Schwanz eine Flughaut auf. (Eine aus dem Material ableitbare abweichende Fingerzählung beim Flugsaurier ist zu akzeptieren.) 6 3 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (1) Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 1 Seite 5 von 12 Teilaufgabe I.2 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 erklärt ausgehend von der Definition der ökologischen Nische das Zustandekommen der Artenvielfalt der Fledermäuse (Material B), sinngemäß:  Der Begriff ökologische Nische bezeichnet die Gesamtheit der biotischen und abiotischen Umweltfaktoren, die das Überleben einer Art beeinflussen. 4 2 erklärt ausgehend von der Definition der ökologischen Nische das Zustandekommen der Artenvielfalt der Fledermäuse (Material B), z. B.:  Fledermäuse stellen mit 85 % den größten Anteil der Fledertierarten, bei denen sich als einziger Säugergruppe eine echte Flugfähigkeit entwickelt hat.  Dadurch war es ihnen möglich, viele verschiedene Lebensräume (ökologische Nischen) zu besiedeln. Aufgrund von adaptiver Radiation entstanden viele Arten von Fledermäusen.  Dass die Artenvielfalt bei Fledermäusen besonders groß ist, kann u. a. auch damit zusammenhängen, dass Fledermäuse über die folgenden Selektionsvorteile ver- fügen: – Echoortung als Werkzeug zur Orientierung und Nahrungssuche, – Nutzung vielfältiger Nahrungsressourcen, – nachtaktive Lebensweise, die die Konkurrenz zu den meist tagaktiven Vögeln abschwächt (Konkurrenzvermeidung). 6 3 wertet die in Abbildung 3 dargestellte Untersuchung aus, z. B.:  In Abbildung 3A ist für das Kleine Braune Mausohr (Myotis lucifugus) gezeigt, welchen Anteil Insekten sechs unterschiedlicher Größenklassen an der in seinem Biotop insgesamt verfügbaren Nahrung ausmachen.  Insekten mit einer Körperlänge von 2 – 4 mm stellen die Mehrheit. Zweithäufigste Gruppe sind kleine Insekten (0 – 2 mm) mit etwa 25 %; die Häufigkeit der übrigen Gruppen nimmt mit zunehmender Körperlänge ab, allerdings finden sich auch Insekten, die größer als 10 mm sind.  In Abbildung 3B ist für das Kleine Braune Mausohr gezeigt, welchen Anteil Insekten der unterschiedlichen Größenklassen an der tatsächlichen Nahrung ausmachen.  Die Insekten sind zwischen 2 und 10 mm groß, wobei besonders viele Insekten (40 %) 2 – 4 mm lang sind.  Die Größenverteilung der tatsächlich genutzten Nahrung stimmt nicht mit der Größenverteilung der insgesamt verfügbaren Nahrung überein: Sehr kleine (< 2 mm) und sehr große Insekten (> 10 mm) werden überhaupt nicht genutzt, größere Insekten (4 – 10 mm) werden überproportional häufig gefressen. 6 4 erläutert in diesem Zusammenhang den evolutiven Vorteil der Echoortung, z. B.:  Die Echoortung ermöglicht es Fledermäusen, insbesondere auch fliegende Insek- ten zu erbeuten. Sie erfahren dadurch nicht nur etwas über die Lage, sondern auch über die Größe eines potentiellen Beutetieres.  Dies ermöglicht ihnen die selektive Nutzung der Nahrungsressourcen (Kosten- Nutzen-Bilanz) und vermeidet z. B. interspezifische Konkurrenz, wenn mehrere Fledermausarten in einem Biotop Insekten unterschiedlicher Größe als Nahrung nutzen, aber auch intraspezifische Konkurrenz. (Andere fachlich zutreffende Argumente (z. B. Auflösungsvermögen des Echoortungs- systems) sind entsprechend zu werten.) 6 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 1 Seite 6 von 12 Teilaufgabe I.3 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 fasst die Ergebnisse des in Material C dargestellten Experiments zusammen, z. B.:  Alle Motten anderer Arten werden von der Fledermaus gefunden und getötet.  Bei den intakten Cycnia tenera-Motten kommt es in den meisten Fällen (66,7 %) nicht zum Kontakt, in den übrigen Fällen bleibt die Motte etwa dreimal häufiger unverletzt, als dass sie getötet wird.  Bei den stummen Cycnia tenera-Motten verfehlt die Fledermaus nur in 8,3 % der Fälle die Motte. Wie im Fall der intakten Cycnia tenera-Motten bleibt die Motte bei Kontakt ebenfalls nahezu dreimal häufiger unverletzt, als dass sie getötet wird. 6 2 interpretiert sie im Hinblick auf die spezifischen Angepasstheiten der Motte Cycnia tenera, z. B.:  Die Motten anderer Arten verfügen offenbar weder über Möglichkeiten, einen Kontakt mit der Fledermaus zu verhindern, noch über Möglichkeiten, im Falle des Kontakts diesen unverletzt zu überleben.  Cycnia tenera-Motten können die Wahrscheinlichkeit, von der Fledermaus getötet zu werden, signifikant reduzieren: – Die Produktion von Geräuschen spielt offenbar die wesentliche Rolle, da ein Entfernen der hierzu notwendigen Organe den Vermeidungserfolg sehr deut- lich absenkt. – Erfolgt ein Kontakt zwischen Fledermaus und Cycnia tenera-Motte, so scheint die Abwehr durch chemische Signalstoffe entscheidend zu sein, die unabhängig vom Vorhandensein der Geräusche produzierenden Organe in beiden Versuchs- gruppen etwa drei von vier Motten das Überleben trotz Kontakts ermöglicht. 6 3 interpretiert sie im Hinblick auf die spezifischen Angepasstheiten der Motte Cycnia tenera, z. B.:  Die hier dargelegten Angepasstheiten bedeuten für die Motte Cycnia tenera Selek- tionsvorteile und tragen dazu bei, den Feinddruck durch Fledermäuse zu mindern. (Sachgemäße andere Darlegungen (z. B. Etablierung der Merkmale in der Population, Maximierung der reproduktiven Fitness) sind zu akzeptieren.) 2 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!