Die Stinkende Nieswurz

Hinweis: Von den vier vorliegenden Aufgaben musst du in der Prüfung drei auswählen und bearbeiten.

In Ökosystemen herrschen vielfältige Wechselbeziehungen, die unter anderem am Beispiel der Dunklen Erdhummel, der Stinkenden Nieswurz und des Schöllkrauts experimentell untersucht wurden.

3.1

Skizziere die Temperatur-Toleranzkurve für die Dunkle Erdhummel (M 1).

07 BE

3.2

Fasse die Ergebnisse der Untersuchungen aus Abb. 1 zusammen (M 2).

05 BE

Erläutere die Ergebnisse der Untersuchungen aus Abb. 1 und Abb. 2 (M 2) unter Berücksichtigung der Informationen in M 1.

08 BE

Begründe, dass die drei Pflanzenarten (Abb. 2) dauerhaft koexistieren können (M 2).

04 BE

3.3

Erläutere die Wechselbeziehung zwischen Schöllkraut und der Ameisenart T. crassispinus hinsichtlich interspezifischer Beziehungen (M 3).

08 BE

3.4

Beurteile die Eignung des in M 4 beschriebenen Experiments zur Untersuchung der genannten Hypothese.

08 BE

M1 Temperaturabhängigkeit der Dunklen Erdhummel

Im Nest der Dunklen Erdhummel wird die Temperatur weitgehend konstant bei ca. 30 °C gehalten. Diese Temperatur ist für den Ablauf der Lebensvorgänge im Nest besonders geeignet. Die Dunkle Erdhummel ist schon ab einer Temperatur von 5 °C und damit sehr früh im Jahr unterwegs. Grundsätzlich ist die Körpertemperatur der Hummeln in allen Jahreszeiten stark von der Umgebungstemperatur abhängig. Sie werden als ektotherme Tiere bezeichnet. Die Hummeln fallen in Kältestarre, wenn sie künstlich in eine Umgebung mit Temperaturen unter 5 °C gebracht werden. Erhöht man die Temperatur auf über 40 °C, tritt Hitzestarre ein. In beiden Fällen können die Hummeln einige Zeit überleben. Bei Umgebungstemperaturen unter -6 °C bzw. über 50 °C sterben Hummeln.

(wikipedia.de; nabu.de; Owen, 2013; Oyen, 2018)

M2 Die Blütenökologie der Nieswurz

Die Nieswurz ist Teil der Krautschicht in südeuropäischen Wäldern, ihre Hauptbestäuber sind Erdhummeln. In der Krautschicht von Eichenwäldern der Toskana findet man sowohl die Bocconei-Nieswurz als auch die Stinkende Nieswurz in direkter Nachbarschaft. Forscher untersuchten im Zeitraum von Mitte Januar bis Ende März, wie biotische und abiotische Faktoren die Bestäubung dieser beiden Nieswurz-Arten beeinflussen.

Abb. 2: Blütezeiten einiger durch Erdhummeln bestäubter Frühblüher

	Bocconei-Nieswurz	Stinkende Nieswurz
Blütenform und Nektarzugänglichkeit	hängend, kelchartig flach; durch weite Öffnung leicht zugänglich	hängend, kugelförmig; durch enge Öffnung schwer zugänglich
Relativer Beginn der Nektarproduktion	mit dem Öffnen der Blüte	vor dem Öffnen der Blüte
Relative Blütenzahl pro Pflanze	wenige	viele

Tab. 1: Informationen zu Blüten von Nieswurz-Arten

(Vesprini und Pacini, 2010)

M3 Experimente zur Wechselbeziehung zwischen Schöllkraut und der Ameisenart T. crassispinus

Die Diasporen vieler Frühblüher, wie z. B. des Schöllkrauts, bestehen aus dem Samen und einem Ölkörperchen. Ameisen trennen das Ölkörperchen vom Samen ab und verschleppen dieses in ihr Nest.

In einem Experiment wurden in eine Ecke von einem Pflanztablett 80 Schöllkraut-Diasporen auf ein Metallplättchen gelegt. In die schräg gegenüber liegende Ecke wurde ein Nest von Ameisen gesetzt. Nach drei Monaten wurde gezählt, in welchem Abstand vom Metallplättchen Sämlinge gekeimt waren. Ein weiteres Tablett wurde mit Diasporen, aber ohne Ameisennest präpariert. Die Ergebnisse beider Ansätze sind in Abb. 3 dargestellt.

Abb. 3: Verteilung von Schöllkraut-Sämlingen nach drei Monaten mit und ohne Ameisennest

In einem weiteren Experiment wurden Ameisen in künstlich angelegten Ameisennestern Diasporen zur Verfügung gestellt. Nachdem die Ameisenlarven verpuppt waren, wurde die Trockenmasse der weiblichen Ameisenpuppen festgestellt und mit einem Kontrollnest verglichen, das keine Diasporen erhalten hatte. Die Ergebnisse sind in Tabelle 2 zusammengefasst:

	Kontrolle (µg)	mit Diasporen (µg)
Trockenmasse weiblicher Ameisenpuppen	633	730

Tab. 2: Trockenmasse weiblicher Ameisenpuppen nach Gabe von Diasporen

(Fokuhl, 2012)

M4 Die Nektarhefen der Stinkenden Nieswurz

Der Nektar in den Blüten der Stinkenden Nieswurz enthält Hefen, die den darin enthaltenen Zucker verarbeiten.

Forscher stellten die Hypothese auf, dass hefehaltiger Nektar die reproduktive Fitness langfristig steigert.

Um diese Hypothese zu untersuchen, wurde folgendes Freilandexperiment durchgeführt:

Die Nektarien der Blüten zweier weit auseinanderstehender Pflanzen der Stinkenden Nieswurz wurden zu Beginn der Blütezeit einmal mit hefehaltigem (Pflanze 1) oder mit hefefreiem Nektar (Pflanze 2) präpariert. Um zu verhindern, dass durch Bestäuber hefehaltiger Nektar in die Blüten eingebracht wird, wurden die Blüten in Kunststoffbeutel eingepackt. Als alle Blüten voll aufgeblüht waren, wurden die Beutel für zwei Tage entfernt, damit Hummeln die Blüten bestäuben konnten. Nach zwei Tagen wurden die Blüten wieder eingepackt, um weitere Besuche zu verhindern.

Bei beiden Pflanzen wurden die Anzahl der gebildeten Samen und das Wachstum der Sämlinge bestimmt.

(Herrera, 2013)

3.1

Temperatur-Toleranzkurve:

3.2

Wesentliche Ergebnisse:

• Zunahme der Anzahl der Stunden mit über 5 °C pro Tag von ca. 4 in der ersten Februarwoche auf ca. 10 in den darauffolgenden Wochen

• Zunahme der Besuche pro Blüte von 0,4 in der ersten Februarwoche auf 1,2 in der zweiten Woche, danach Abnahme zunächst auf 0,8 und dann auf 0,6 Besuche pro Blüte

• Zunahme der Anzahl der Blüten steigt von 250 in der ersten bis 500 in der dritten Woche, danach Abnahme auf 450 mit fallender Tendenz

Ergebnisse der Untersuchungen aus Abb. 1 und Abb. 2:

• 06.02.: geringe Temperatur → geringe Aktivität → wenig Blütenbesuche

• 13.02.: mehr Stunden mit Temperaturen über 5 °C → mehr Aktivitätszeit für Hummeln → mehr Blütenbesuche bei Stinkender Nieswurz (SN)

• 20.02.: mehr Blüten → weniger Besuche jeder einzelnen Blüte

• 27.02.: hohe Blütenzahl SN und Angebot weiterer Pflanzen → abnehmende Besuchszahl; trotz sinkender Blütenzahl sinkende Besuchszahl pro Blüte, da Angebot auch vom Weißen Veilchen

  Gründe für die Koexistenz der drei Pflanzenarten:

• Bocconei-Nieswurz/SN und Weißes Veilchen: Konkurrenz um Bestäuber

• Konkurrenzvermeidung durch verschiedene Blühzeiten bei Nieswurz-Arten und Weißem Veilchen

• Konkurrenzvermeidung zwischen Nieswurz-Arten durch unterschiedliche Blütenzahl und Nektarangebot

• hinreichende Unterschiede in ökologischen Nischen

3.3

Beziehung zwischen Schöllkraut und Ameisenart:

• Mit Ameisennest: Verteilung vieler Sämlinge zwischen Metallplättchen mit Diasporen und Ameisennest

• Ohne Ameisennest: Wenige Sämlinge direkt um die Schale; Ameisen tragen Diasporen von der Metallplatte und verbreiten so die Samen

• Trockenmasse der weiblichen Ameisenpuppen im Nest mit Diasporen höher als bei Kontrollgruppe: Verfüttern der Ölkörperchen an die Ameisenbrut

• Symbiose: Vorteil der Ameisen durch Verfüttern der Ölkörperchen, Vorteil der Pflanze durch Keimung von mehr Samen auf größerer Fläche

3.4

Eignung des beschriebenen Experiments:

• Vergleich zwischen hefehaltigem und hefefreiem Nektar als unabhängige Variable, Anzahl der Samen und Wachstum der Pflanzen als abhängige Variablen, Bestäubung durch Hummeln: Experimentelles Design zur Untersuchung der Hypothese grundsätzlich geeignet

• Schwächen des Experiments: Eine direkte Langzeitwirkung auf die Fitness ist nicht nachweisbar, nur 2 Pflanzen wurden untersucht, Umweltbedingungen können im Freiland nicht konstant gehalten werden, Eintrag von Hefen während der zwei unverhüllten Tage dennoch möglich