Aufgabe 4 – Vielfalt des Lebens
Skorpione und ihre Gifte
Hinweis: Von den vier vorliegenden Aufgaben musst du in der Prüfung drei auswählen und bearbeiten.
Skorpione produzieren auf Basis relativ weniger Gene eine hohe Zahl verschiedener Giftstoffe. Viele Arten zeigen morphologische Ähnlichkeiten, sodass man ihre Verwandtschaft molekularbiologisch untersucht hat. Die Evolution einiger Mausarten, die Skorpione fressen, wurde ebenfalls untersucht.
Beschreibe die in M 1 schematisch dargestellten Vorgänge beim alternativen Spleißen.
Skizziere auf Basis der Daten in M 2 einen Stammbaum der genannten Arten.
Fasse die Befunde in Tab. 2 und Abb. 2 zusammen (M 3).
Deute die Befunde in M 4 als Angepasstheit von O. torridus (M 3).
Stelle die evolutive Entwicklung der Schmerzempfindlichkeit von O. torridus gegen das Gift von C. exilicauda im Sinne der Synthetischen Evolutionstheorie (M 3, M 4, M 5) in einem Fließschema dar.
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Abb. 1: Allgemeines Schema des alternativen Spleißens
M2 DNA-Sequenzunterschiede im Gen für Cytochrom-c-Oxidase
Das Gen für Cytochrom-c-Oxidase ist bei den untersuchten Skorpion-Arten 1078 Basenpaare lang. Die Tabelle zeigt die Unterschiede zwischen den DNA-Sequenzen verschiedener Skorpion-Arten.
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HA |
HP |
TT |
HG |
|
|
Heteroctenus abudi (HA) |
--- |
--- |
--- |
--- |
|
Heteroctenus princeps (HP) |
95 |
--- |
--- |
--- |
|
Troglorhopalurus translucidus (TT) |
155 |
160 |
--- |
--- |
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Heteroctenus garridoi (HG) |
127 |
118 |
148 |
--- |
|
Heteroctenus junceus (HJ) |
125 |
118 |
148 |
97 |
Tab. 1: DNA-Sequenzunterschiede verschiedener Skorpion-Arten
(Esposito et al., 2018)
M3 Ergebnisse von Untersuchungen an Skorpionen und Mäusen
Der Skorpion Centruroides exilicauda und die Maus Onychomys torridus kommen im Südwesten der USA und im Nordwesten Mexikos vor (Abb. 2). Der Stachel des Skorpions kann die Haut der meisten angreifenden Arten durchdringen und ihnen auf diesem Weg Gift injizieren. Trotzdem greift O. torridus den Skorpion an und frisst ihn sogar.
Um die Wirkung des Skorpion-Giftes auf die Maus zu untersuchen, hat man Individuen von O. torridus an zwei unterschiedlichen Orten gefangen. Das Gift eines Skorpions wurde extrahiert und anschließend Mäusen von unterschiedlichen Fangorten injiziert. Um die Empfindlichkeit der Mäuse auf das Gift zu untersuchen, wurde die tödliche Dosis bestimmt (Tab. 2).
Abb. 2: Verbreitung von O. torridus und C. exilicauda
|
Fangort (Abb. 2) |
LD50 in mg/kg Körpergewicht der Maus |
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1 |
10,27 |
|
2 |
18,38 |
Tab. 2: LD50 des Skorpiongiftes bei O. torridus von verschiedenen Fangorten
Hinweis: LD50 gibt an, bei welcher Dosis die Hälfte der Individuen stirbt.
(Rowe, 2008)
M4 Untersuchungen an zwei Mausarten
Sowohl die Hausmaus (Mus musculus) als auch O. torridus lecken als Reaktion auf Schmerz ihre Pfoten. Man injizierte beiden Arten verschiedene Substanzen und beobachtete ihre Reaktion (Abb. 3). Bei der Injektion von Kochsalzlösung verursacht nur der Einstich den Schmerz.
(Rowe et al., 2013)
Abb. 3: Reaktion zweier Mausarten auf Injektion verschiedener Substanzen
M5 Information zur Amionsäuresequenz eines bestimmten Na+-Ionenkanaltyps
Sowohl die Hausmaus M. musculus als auch O. torridus verfügen über Na+-Ionenkanäle, die bei der Schmerzwahrnehmung eine Rolle spielen. Die Aminosäuresequenzen der Na+-Ionenkanäle der Hausmaus und von O. torridus unterscheiden sich.
(van Thiel et al., 2022)
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monatlich kündbarSchulLV-PLUS-Vorteile im ÜberblickDu hast bereits einen Account?Vorgänge beim Alternativen Spleißen:
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Transkription → Bildung von prä-mRNA mit allen Exons und Introns
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Spleißen: Herausschneiden von Teilen der prä-mRNA und Zusammenfügen zur mRNA
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Alternativen: (a) Entfernung aller Introns; (b) Entfernung aller Introns sowie eines Exons; (c) Entfernung einiger, aber nicht aller Introns
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Translation dreier unterschiedlicher mRNA-Moleküle → Bildung dreier unterschiedlicher Proteine auf Grundlage eines Gens
Stammbaum der genannten Arten:
Befunde in Tab. 2 und Abb. 2:
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O. torridus (OT) und C. exilicauda (CE) besitzen sich überlappende Verbreitungsgebiete; dort liegt Fangort (FO) 2
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Es gibt auch Bereiche, in denen jeweils nur eine Art vorkommt; dort liegt FO 1
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An FO 1 ist eine geringere Dosis ausreichend, um die Hälfte der Mäuse zu töten als an FO 2
Befunde in M 4 als Angepasstheit von O. torridus:
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Geringere Schmerzreaktion bei Injektion von Skorpiongift als bei Injektion von Kochsalz: Skorpiongift wirkt schmerzstillend
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Stich von CE wird nicht als schmerzhaft wahrgenommen und Skorpione nicht gemieden
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Zudem erhöhte Giftresistenz
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Angepasstheit besteht in exklusivem Zugriff auf Beute
Evolutive Entwicklung der Schmerzempfindlichkeit von O. torridus gegen das Gift von C. exilicauda im Sinne der Synthetischen Evolutionstheorie:
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Zufällige erbliche Mutation im Gen eines Na+-Ionenkanaltyps bei einigen Individuen von OT → Variation der AS-Sequenz des Na+-Ionenkanals bei den Individuen in der Population durch Mutation und Rekombination → verringerte Schmerzwahrnehmung bei Skorpionstich bei Tieren mit veränderten Ionenkanälen → Erweiterung des Beutespektrums → Selektionsvorteil gegenüber Artgenossen bei Anwesenheit des Skorpions → erhöhte reproduktive Fitness → Erhöhung der Allelfrequenz im Genpool der Population für die Merkmalsausprägung des veränderten Ionenkanals