Der Atlantische Hering (Clupea harengus) ist weltweit verbreitet. Die verschiedenen Populationen weisen Angepasstheiten an ihre jeweiligen Lebensräume auf und sind unterschiedlich stark voneinander isoliert.

2.1

Nenne je eine mögliche DNA-Sequenz für den gegebenen Ausschnitt aus der Aminosäuresequenz des Rhodopsins von Heringen des Atlantiks und der Ostsee (M 4).

Beschreibe die Auswirkungen der Mutation auf die Proteinbiosynthese und das Rhodopsin (M 4).

8 BE

2.2

Erläutere die Verbreitung des veränderten Rhodopsins in der Population des Ostseeherings nach der synthetischen Evolutionstheorie (M 4).

8 BE

2.3

Plane eine Untersuchung, die überprüft, ob eine Teilpopulation des Atlantischen Herings (Clupea harengus) als eigene Art angesehen werden kann (M 5).

6 BE

2.4

Stelle eine Hypothese zur weiteren evolutionsbiologischen Entwicklung der Heringsbestände in der Ostsee auf (M 4, M 5).

8 BE

M 4 Angepasstheit des Atlantischen Herings (Clupea harengus) an die Ostsee

Der Atlantische Hering (Clupea harengus) ist in vielen marinen Lebensräumen verbreitet. Auch in der Ostsee ist er häufig anzutreffen. Forschende konnten zeigen, dass im Genpool der dortigen Population ein Allel sehr häufig vorkommt, das andere Heringspopulationen nicht aufweisen: Das Allel für Rhodopsin, ein für den Sehvorgang notwendiges Pigment, codiert durch eine Mutation für ein Rhodopsin mit einer anderen Lichtempfindlichkeit als das Rhodopsin anderer Heringspopulationen. Das Sehen im nährstoffreichen und deshalb rötlichen Wasser der Ostsee ist mit dieser Variante des Rhodopsins erleichtert. Die nachfolgende Tabelle verdeutlicht die Unterschiede.

Tabelle 1: Der Proteinanteil des Rhodopsins besteht aus 348 Aminosäuren. In der folgenden Tabelle ist der Ausschnitt 260-264 der Aminosäuresequenz von Heringen des Atlantiks und der Ostsee dargestellt.

M 5 Die Bestände des Atlantischen Herings (Clupea harengus)

Der Atlantische Hering (Clupea harengus) tritt in großen Schwärmen in unterschiedlichen Verbreitungsgebieten auf und zeigt ausgedehnte Wanderungen zwischen Nahrungs- und Laichgründen sowie Überwinterungsplätzen. Mindestens 14 Bestände an der Ostküste Nordamerikas, im Nordostatlantik sowie in Nord- und Ostsee sind bekannt. Ob sich aus einzelnen Populationen weitere Arten entwickeln werden, hängt vom Grad der Isolation ab. Eine Art ist eine Gruppe von Organismen, die sich untereinander fortpflanzen und langfristig fruchtbaren Nachwuchs erzeugen können. Am Beispiel von Beständen in Nord- und Ostsee soll dies veranschaulicht werden.

Die Karte in Abbildung 3 zeigt das Verbreitungsgebiet des im Frühjahr laichenden Heringsbestands (Ostseebestand 1) der westlichen Ostsee.

Nach der Überwinterung im Öresund (Abbildung 3, blau) wandern die Heringe ab einer Wassertemperatur von etwa 4°C in die Laichgebiete (Abbildung 3, orange) in der westlichen Ostsee. Der Laich haftet an Wasserpflanzen im flachen Küstenbereich. Sommer und Herbst verbringen die erwachsenen Heringe in den Nahrungsgründen (Abbildung 3, gelb). Je nach Jahreszeit kann es zu Vermischungen mit anderen Beständen kommen.

In der gesamten Nordsee ist der im Herbst laichende Hering stark verbreitet. Der Laich haftet an bodennahen Kiesbänken im Westen der Nordsee an den Küsten Großbritanniens. Die Nahrungsgründe im Frühjahr und Sommer sowie die Winterquartiere sind der westlich, zwischen Großbritannien und Frankreich, gelegene Ärmelkanal sowie das Skagerrak und Kattegat (Abbildung 3). Die Nordsee ist ein Randmeer des Atlantiks, in dem zahlreiche weitere Bestände des Atlantischen Herings vorkommen.

Aus der zentralen Ostsee (Abbildung 3) ist ein weiterer Bestand bekannt (Ostseebestand 2). Dieser laicht im Frühjahr und wandert dafür in küstennahe Bereiche der zentralen Ostsee, wo der Laich an Wasserpflanzen haftet. Die Nahrungsgründe und auch das Winterquartier dieses Bestands sind tiefere Bereiche der zentralen Ostsee. Die Ostsee ist ein Binnenmeer, das nur über das Skagerrak mit der Nordsee verbunden ist.

Abbildung 3: Die Karte zeigt die Verbreitungsgebiete des im Frühjahr laichenden Heringsbestandes der Ostsee im Laufe des Jahres. Gelb gibt die Nahrungsgründe, blau das Überwinterungsgebiet und orange die Laichgewässer an.

Hilfsmittel – Codesonne

2.1

Mögliche DNA-Sequenz für Hering des Atlantiks:

260	261	262	263	264
CGA	AAA	AAT	CAA	ACA
CGG	AAG	AAC	CAG	ACG
CGT			CAT
CGC			CAC

Mögliche DNA-Sequenz für Hering der Ostsee (nur Position 261 verändert):

260	261	262	263	264
CGA	ATA	AAT	CAA	ACA
CGG	ATG	AAC	CAG	ACG
CGT			CAT
CGC			CAC

Auswirkungen der Mutation

• durch Mutation wird ein Basentriplett der DNA des Rhodopsin-Gens verändert, sodass die m-RNA nach der Transkription an der komplementären Stelle eine andere Base enthält (A statt U)

• bei Translation an den Ribosomen im Zellplasma wird somit Tyr statt Phe an die Polypeptidkette angeknüpft

• funktionstüchtiges Protein wird gebildet mit anderen Eigenschaften (Rhodopsin mit veränderter Lichtempfindlichkeit)

2.2

Verbreitung des veränderten Rhodopsins in der Population

• durch Mutation und Rekombination Variabilität in Heringpopulation, Mutation im Rhodopsin-Gen trat zufällig auf/tritt zufällig immer wieder auf

• in Ostsee haben Heringe mit der mutierten Variante des Gens einen Vorteil, können besser sehen und vor Feinden flüchten bzw. Nahrung finden

• reproduktive Fitness erhöht = mehr Nachkommen, Merkmal wird weitergegeben

• in anderen Populationen selten, da Nachteil und somit Verringerung der reproduktiven Fitness

2.3

Planung einer Untersuchung

– Untersuchung prüft, ob sich die Organismen einer Teilpopulation mit den Organismen anderer Teilpopulationen fortpflanzen und fruchtbare Nachkommen erzeugen können

– Ei- und Samenzellen der zu überprüfenden Teilpopulation müssten mit Ei- und Samenzellen anderer Teilpopulationen des Atlantischen Herings (Clupea harengus) zusammengebracht werden

– hohe Anzahl nötig und mehrere Generationen, um prüfen zu können, ob vielleicht nur einige Organismen sich fortpflanzen können und ob Nachkommen fruchtbar sind

2.4

Hypothese

• Nordsee = Herbstlaicher / Ostsee = beide Frühjahrslaicher: unterschiedliche Zeitpunkte verhindern Fortpflanzung mit Nordseehering, nicht aber Ostseebestand 1 und 2

• Ostseebestand 1 und 2 laichen in unterschiedlichen Regionen der Ostsee, jedoch Fortpflanzung im Grenzgebiet

• Vermischung im Grenzgebiet Skagerrak / Kattegat mit Nordseehering erfolgt nur für Nahrungssuche, keine Fortpflanzung mit Nordseehering

• Entstehung neuer Art somit z. B. in Ostsee möglich (Angepasstheit Rhodopsin, Isolation vom Nordseehering im Binnenmeer Ostsee)