Erdmännchen (Suricata suricatta) leben im südlichen Afrika. Dort besiedeln sie trockene, offene Landschaften mit kurzem Grasland und spärlichem Gehölzwuchs. Sie leben in Kolonien von bis zu dreißig Individuen. Ein Familienverband besteht aus einem dominanten Paar und seinen Nachkommen, mehrere Familienverbände können friedlich in einer Kolonie zusammenleben. Gemeinsam unterhält eine Kolonie einen Bau.

Erläutere mithilfe von Material 1 drei Wechselbeziehungen zwischen der Organismen.

Die Tuberkulosebakterien zeigen im Organismus der Erdmännchen eine typische Wachstumskurve. Interpretiere das Material 2. Stelle die Replikation der DNA als Voraussetzung für die Zellteilung in einer beschrifteten Skizze dar.

Hormone spielen im Körper von Erdmännchen eine entscheidende Rolle. Sexualhormone bedingen nicht nur die physische Entwicklung, sondern beeinflussen auch das Verhalten. Die Konzentration der Sexualhormone ist von verschiedenen Faktoren abhängig.
Werte das Material 3 A aus. Erläutere mithilfe von Material 3 B den zellulären Wirkmechanismus von Sexualhormonen.

In Erdmännchen-Kolonien ist ein spezifisches Sozialverhalten zu beobachten, das in Feldstudien untersucht wurde.
Erkläre das in Material 4 dargestellte Verhalten aus ultimater Sicht.

Zu den potentiellen Räubern der Erdmännchen gehören Schlangen. Giftschlangen enthalten in ihrem Gift häufig -Neurotoxine. Diese blockieren irreversibel unter anderem die spezifischen Acetylcholinrezeptoren der postsynaptischen Membran an Kontaktstellen zwischen Nervenzelle und Muskelfaser. Erdmännchen sind gegen dieses Gift resistent.
Erläutere den Wirkmechanismus des Giftes bei einem nichtresistenten Beutetier auf zellulärer Ebene sowie die Folgen für diesen Organismus. Entwickle eine Hypothese zu den proximaten Ursachen des Überlebens der Erdmännchen nach einem Giftschlangenbiss anhand von Material 5.

Wechselbeziehung zwischen den Organismen

• Symbiose: Eine Symbiose zwischen zwei Organismen liegt vor, wenn beide Partner der interspezifischen Beziehung einen Nutzen davon tragen.
• Parasitismus: Parasitismus tritt auf, wenn ein Partner einen Vorteil, und der andere Partner einen Nachteil von der intersezifischen Beziehung trägt. Mycobacterium bovis stellt einen Parasit für Erdmännchen dar.
• Räuber-Beute-Beziehung: Zwischen den Erdmännchen und ihren Beutetieren (Insekten, Mäuse, Eidechsen, usw.) besteht eine Räuber-Beute-Beziehung. Die Populationsgröße der Erdmännchen und Beutetiere reguliert sich wechselseitig.

Interpretation von Material 2 Zu Beginn der Beobachtung bleibt die Population der Tuberkulosebakterien bei einer konstanten Größe. Diese Phase wird als lag-Phase bezeichnet, da sich die Bakterien zunächst an ihre neue Umgebung gewöhnen müssen, und in dieser Zeit kein Wachstum der Population stattfindet. In der darauffolgenden Zeit ist ein exponentielles Wachstum der Kultur (log-Phase) zu beobachten. Die Bakterien haben ihren Stoffwechsel an die Gegebenheiten im Darm der Erdmännchen angepasst, und teilen sich mit einer hohen Frequenz. Ab einer gewissen Bakterienanzahl stagniert die Populationsgröße (stationäre Phase). Die im Darm der Erdmännchen verfügbaren Ressourcen reichen nur für diese Populationsgröße aus. Replikation der DNA als Voraussetzung für die Zellteilung

Auswertung von Material 3 A In der Tabelle in Material 3 A ist dargestellt, welche Menge Testosteron bzw. Östradiol je nach Geschlecht und Status der Tiere zu finden ist. Außerdem ist prozentual aufgeteilt, aus welcher dieser Klassen Angriffe gegen Artgenossen gestartet werden. Die Testosteronmenge ist bei dominanten höher als bei untergeordneten Tieren. Außerdem überwiegt die Menge bei männlichen Tieren gegenüber der weiblichen Tiere. Männliche dominante Tiere haben etwa 1,5 mal so viel Sexulahormon wie männliche untergeordnete Tiere. Weibliche dominante Tiere besitzen die doppelte Menge Sexualhormone, im Vergleich zu ihren untergeordneten Artgenossen. Das gleiche Verhältnis gilt für Östradiol. Insgesamt ist Östradiol allerdings in geringerer Konzentration zu finden. Angriffe gegenüber Artgenossen werden in 48,5 % aller Fälle von dominanten Männchen, und in 24,5 % von untergeordneten Männchen gestartet. Von dominanten Weibchen geht in 15 % und von untergeordneten Weibchen in 12 % aller Fälle der Angriff aus. Daher können Männchen, unabhängig von ihrem Status als angriffslustiger eingestuft werden, als Weibchen. Wirkmechanismus von Sexualhormonen Sexualhormone werden vom Produktionsort in das Blut entlassen, und binden dort an ein Transportprotein. An ihrem Zielort verlässt der Komplex die Blutbahn. Das Transportprotein dissoziiert vom Hormon. Das Hormon wird ins Zellinnere gebracht, wo es an seinen Rezeptor bindet. Gemeinsam mit dem gebundenen Rezeptor wird das Hormon in den Zellkern transportiert. Der Rezeptor-Hormon-Komplex bindet an die DNA, und löst die Transkription einer mRNA aus. Die reife mRNA verlässt den Zellkern, und wird im Cytoplasma in ein Protein übersetzt. Die Wirkung des Sexualhormons wird durch das fertig gefaltetes Protein vermittelt.

Verhaltensweisen in der Erdmännchen-Kolonie In der Erdmännchen-Kolonie werden Aufgaben unter den Mitgliedern aufgeteilt. Während einige Tiere auf der Jagd sind, bewachen andere die Umgebung, und warnen ihre Artgenossen, wenn ein Feind erspäht wird. Über verschiedene Tonhöhe, -länge, und -frequenz wird außerdem eine Information über die Art des Räubers vermittelt. Dieses Verhalten ist aus ultimater Sicht vorteilhaft. Die Tiere, die auf der Jagd sind, können sich auf die Beutesuche konzentrieren, ohne diese ständig zu unterbrechen, um nach Feiden ausschau zu halten. Außerdem können wenige Wächter viele Jäger gleichzeitig warnen. Die Information über die Art des Jägers ist ebenfalls nützlich, da je nach Jäger verschiedene Flucht oder Angriffsstrategien ausgelöst werden können. Insodern stellt dieses Verhalten in der Kolonie einen Selektionsvorteil dar, da die Überlebenswahrscheinlichkeit der Tiere dadurch erhöht wird.

Ursachen des Überlebens nach einem Schlangenbiss Wird ein Beutetier ohne Resistenz von einer Schlange gebissen, so sind die Acetylcholinrezeptoren bei diesem Tier irreversibel blockiert. Auf zellulärer Ebene bedeutet das, dass Acetylcholin an der Postsynapse nicht mehr an seinen Rezeptor binden kann. Dies führt wiederum dazu, dass in der Postsynapse kein Sigal weitergeleitet wird, da keine Depolarisation der Membran ausgelöst wird. Die Folge sind Lähmungserscheinungen, die zum Tod führen können. Vergleicht man die Aminosäuresequenz spezifischer Acetylcholinrezeptoren von Beutetieren ohne Resistenz mit Erdmännchen, die eine Resistenz besitzen, so lassen sich mehrere Abweichungen feststellen. An den Positionen 187, 194 und 195 der Aminosäurekette hat eine Mutation stattgefunden, die in allen Fällen zu einer Substitution der eingebauten Aminosäure in die Kette führt. Unterschiede in der Aminosäuresequenz führen zu einer veränderten räumlichen Konformation des entstehenden Proteins. Durch diesen Unterschied können Interaktionen mit bestimmten Bindungspartnern verloren gehen. Im Fall der veränderten Acetylcholinrezeptoren bei Erdmännchen ist denkbar, dass die Rezeptoren nicht mehr durch das Neurotoxin im Schlangengift blockiert werden. Somit hat das Schlangengift bei resistenten Tieren keine Wirkung. Daher haben resistente Tiere nach einem Schlangenbiss eine höhere Überlebenswahrscheinlichkeit, als nicht resistente Tiere.