Originalklausur - lernhelfer.de

In den Aufgabenstellungen werden unterschiedliche Operatoren (Arbeitsan-weisungen) verwendet; sie weisen auf unterschiedliche Anforderungsbereiche (Schwierigkeitsgrade) hin und bedeuten, dass unterschiedlich viele Punkte erzielt werden können. Die Lösungen zeigen beispielhaft, welche Antworten die verschiedenen Operatoren erfordern.

Alles Wissenswerte rund um die Abiprüfung finden Sie im Buch im Kapitel „Prüfungsratgeber und Prüfungsaufgaben“.

Originalklausuren mit Musterlösungen zu weiteren Fächern finden Sie auf www.duden.de/abitur in der Rubrik „SMS Abi“. Das Passwort zum Download befindet sich auf der vorderen Umschlagklappe.

Die Veröffentlichung der Abitur-Prüfungsaufgaben erfolgt mit Genehmigung des zuständigen Kultusministeriums.

DasSchnell-Merk-SystemfürsAbi– aufschlagen,nachschlagen,merken

Buch…

■ Prüfungswissen für Oberstufe und Abitur ■ systematisch aufbereitet nach dem SMS-Prinzip ■ Extrakapitel mit Prüfungsaufgaben zu allen Unterrichts- einheiten, zu Operatoren und Anforderungsbereichen

…undDownload■ Originalklausuren mit Musterlösungen als Beispiele für den Umgang mit Operatoren ■ kostenlos aufwww.duden.de/abitur

Für die Fächer Deutsch, Englisch, Mathematik, Geschichte,Biologie, Chemie, Physik sowie Politik und Wirtschaft

Originalklausurmit Musterlösung

In den Aufgabenstellungen werden unterschiedliche Operatoren (Arbeitsan-weisungen) verwendet; sie weisen auf unterschiedliche Anforderungsbereiche (Schwierigkeitsgrade) hin und bedeuten, dass unterschiedlich viele Punkte erzielt werden können. Die Lösungen zeigen beispielhaft, welche Antworten die verschiedenen Operatoren erfordern.

Alles Wissenswerte rund um die Abiprüfung finden Sie im Buch im Kapitel „Prüfungsratgeber und Prüfungsaufgaben“.

Originalklausuren mit Musterlösungen zu weiteren Fächern finden Sie auf www.duden.de/abitur in der Rubrik „SMS Abi“. Das Passwort zum Download befindet sich auf der vorderen Umschlagklappe.

Die Veröffentlichung der Abitur-Prüfungsaufgaben erfolgt mit Genehmigung des zuständigen Kultusministeriums.

DasSchnell-Merk-SystemfürsAbi– aufschlagen,nachschlagen,merken

Buch…

■ Prüfungswissen für Oberstufe und Abitur ■ systematisch aufbereitet nach dem SMS-Prinzip ■ Extrakapitel mit Prüfungsaufgaben zu allen Unterrichts- einheiten, zu Operatoren und Anforderungsbereichen

…undDownload■ Originalklausuren mit Musterlösungen als Beispiele für den Umgang mit Operatoren ■ kostenlos aufwww.duden.de/abitur

Für die Fächer Deutsch, Englisch, Mathematik, Geschichte,Biologie, Chemie, Physik sowie Politik und Wirtschaft

Originalklausurmit Musterlösung

AbiturBiologieAufgabeA: Eisbären / Verwandtschaft zu anderen BärenAufgabeB: Landpflanzen / pflanzliche ZellenAufgabeC: Pflanzenbestimmung / Farbstoffe

Sächsisches Staatsministerium Geltungsbereich: für Kultus - allgemeinbildendes Gymnasium - Abendgymnasium und Kolleg Schuljahr 2007/08 - schulfremde Prüfungsteilnehmer ___________________________________________________________________

Schriftliche Abiturprüfung

Leistungskursfach Biologie

- E R S T T E R M I N -

Material für den Prüfungsteilnehmer

_________________________________________________________

Allgemeine Arbeitshinweise

Ihre Arbeitszeit (einschließlich Zeit für Lesen und Auswählen der Aufgaben) beträgt 270 Minuten. Die Prüfungsarbeit besteht aus den zu bearbeitenden Teilen A, B und C. Erlaubte Hilfsmittel

- Pflanzenbestimmungsbuch mit dichotomem Bestimmungsschlüssel ohne farbige Illustrationen und ohne Abbildungen des gesamten Pflanzen-Habitus (im Unterricht eingeführt)

- Tabellen- und Formelsammlung ohne ausführliche Musterbeispiele - Zeichengeräte - Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung

____________________________________________________________________ Signatur 51/1 (Biol-LK-ET/Ma) Seite 1 von 7

Prüfungsinhalt

Teil A Bearbeiten Sie die nachfolgende Aufgabe. Der Eisbär (Ursus maritimus) steht seit dem Jahre 2006 auf der Roten Liste der vom Aussterben bedrohten Tierarten. Als Hauptursache für die massive Gefährdung des Bestandes gilt die zunehmende Eisschmelze im Polarmeer als Folge der globalen Erwärmung der Erde. Eisbären leben an der Packeisgrenze, wo sie auf dem festen Eis ihre bevorzugte Beute, die Robben, jagen. Dabei liegen sie entweder an den Atemlöchern der Meeressäuger auf der Lauer oder sie suchen witternd nach Robbenhöhlen, die sich unter der Schneeschicht auf dem Eis befinden und in denen die Tiere ihre Jungen aufziehen. Hat der Eisbär eine Höhle gefunden, entfernt er mit schnellen Tatzenhieben die obere Schneelage, erhebt sich auf die Hinterbeine und stößt durch die Wucht seines Körpers mit den Vorderbeinen die Höhle ein, um die Robben mit einem kräftigen Prankenhieb zu töten. Schmilzt das Eis im Frühjahr, beginnt für die Eisbären eine bis zu acht Monate anhaltende Ruhephase. Diese verbringen sie ohne jede Nahrungsaufnahme in Eishöhlen, wo sie von den angelegten Fettreserven zehren. Während die Männchen in dieser Zeit überwiegend schlafen, bringen die Weibchen ihre Jungen zur Welt. Am Ende der Ruheperiode haben die Eisbären ca. 80% der Fettreserven aufgebraucht. Die restlichen 20% dienen der Überbrückung von Witterungsextremen, wenn keine Jagd stattfinden kann. Experten haben in Untersuchungen seit Anfang der 80er Jahre deutliche Veränderungen im Körperbau (Abb. 1) und im Verhalten festgestellt. So wurden wiederholt Formen des Kannibalismus beobachtet. Männliche Eisbären überfielen die Geburtshöhlen, töteten und fraßen die Muttertiere. Dabei wendeten sie die gleiche Strategie wie bei der Robbenjagd an. Dass Eisbären Artgenossen töten, um sie zu fressen, gilt als atypisch. Der Eisbär wird systematisch in die Familie Bären (Ursidae) und die Gattung Ursus eingeordnet, zu der auch der Braun- und der Schwarzbär gehören. Sein nächster Verwandter ist der Braunbär. Allerdings haben genetische Untersuchungen gezeigt, dass manche Braunbärpopulationen näher mit dem Eisbär verwandt sind als untereinander. Eis- und Braunbären sind miteinander kreuzbar und können fertile Nachkommen zeugen. Im April 2006 wurde ein vermeintlicher Eisbär gefunden, dessen Fell aber nicht typisch weiß bzw. gelblich war, sondern hellbraun, wie es für helle Grizzlybären, einer Unterart des Braunbären, typisch ist. Eine DNA-Analyse ergab, dass es sich bei dem Tier um einen Hybriden aus Eisbär und Grizzlybär handelte. Bisher galt eine Paarung zwischen beiden Arten in der Natur als unwahrscheinlich.

Untersuchungs- zeitraum

Dauer der Ruheperiode in

Tagen

Jährliches, durchschnittliches

Körpergewicht in kg

Anteil der Fettreserven am

Körpergewicht in %1979 bis 1983 145 420 25 1999 bis 2003 158 380 25

Abb. 1: Untersuchungsergebnisse männlicher Eisbären in der Hudsonbay in Kanada (verändert aus National Geographic Deutschland, Februar 2004)


1. Erstellen Sie ein Schema zur Systematik von Eis-, Grizzly-, Braun- und Schwarzbär. Beginnen Sie dabei auf der Stufe der Familie. Entwickeln Sie eine begründete Hypothese, welche die relative Seltenheit fruchtbarer Nachkommen von Eis- und Grizzlybären in der Natur erklärt.

Erreichbare BE-Anzahl: 5 2. Erläutern Sie entweder eine immunbiologische oder molekularbiologische Methode zur Klärung der Verwandtschaft von Eis-, Grizzly-, Braun- und Schwarzbär als Voraussetzung für die Erstellung von Systematiken.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 3. Werten Sie die Abbildung 1 aus und ziehen Sie eine begründete Schlussfolgerung für die zu erwartende weitere Bestandsentwicklung des Eisbären.

Erreichbare BE-Anzahl: 5 4. Stellen Sie in einem Fließschema den aeroben Abbau von Kohlenhydraten und Fetten zur Energiegewinnung in den Zellen des Eisbären dar.

Erreichbare BE-Anzahl: 6 5. Stellen Sie die Strategie des Eisbären bei der Jagd auf artgleiche Muttertiere als komplexes Handlungsmuster (Handlungskette) schematisch dar und geben Sie einen Erklärungsansatz für dieses atypische Verhalten aus Sicht der klassischen oder der modernen Ethologie.

Erreichbare BE-Anzahl: 5

Teil B Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese. Aufgabe B1 Neben Mais und Saat-Weizen gehört Reis zu den bedeutendsten Kulturpflanzenarten aus der Familie der Süßgräser. Obwohl der gleichen Pflanzenfamilie zugehörig, zählen Weizen und Reis in Bezug auf die Photosynthese zu den C3-Arten. Mais ist dagegen eine typische C4-Pflanze, die an lichtintensive, trockene und heiße Standorte angepasst ist (Abbildung 2). Von Reis ernähren sich heute bereits ca. 2,5 Milliarden Menschen. In zwanzig Jahren könnten es über 5 Milliarden sein. Das stellt große Herausforderungen an die Agrarwissenschaftler: Auf weniger Fläche, mit weniger Wasser und weniger Herbizideinsatz sollen die Ernteerträge längerfristig verdoppelt werden. Dazu wird heute u. a. auch mit gentechnischen Methoden versucht einen „Superreis“ zu züchten, welcher allen Anforderungen an eine moderne Kulturpflanze gerecht wird.


Die Reiskultivierung erfolgt meist im sogenannten „Nassreisanbau“ auf gefluteten Feldern, da die Pflanzen bis zur Reife neben viel Wärme auch eine große Boden- feuchtigkeit benötigen. Ein Anbau von Reis in trockenen oder kühleren Gebieten der Erde ist daher bisher nicht möglich. Der „Nassreisanbau“ birgt auch Gefahren in sich: Im trüben Wasser der Plantagen leben anaerobe methanbildende Bakterienarten, die bis zu 20 % der jährlichen weltweiten Methangasemissionen verursachen. Methan gilt heute nach Kohlenstoff- dioxid als das wichtigste anthropogene Treibhausgas. Reiskörner sind reich an Nährstoffen. Das Silberhäutchen des Reiskornes enthält Proteine, die Vitamine E und K sowie Vitamine der B-Gruppe, wie z. B. Thiamin (Vitamin B1). Thiamin ist für die Synthese des Neurotransmitters Acetylcholin im Organismus unabdingbar. Beriberi tritt bei Menschen auf, deren Hauptnahrungsmittel polierter weißer Reis ist, der wenig bis gar kein Thiamin enthält. Die Beriberi-Krankheit führt zu Symptomen wie Kräfteverfall, Apathie und Lähmungen aufgrund der Schädigung des peripheren Nervensystems.

C3-Pflanzen C4-Pflanzen Transpiration

(g H2O ⋅ dm-2 ⋅ h-1) 6,6 2,5

CO2-Kompensationspunkt hoch und meist temperaturabhängig

niedrig

Lichtsättigung der Photosynthese

etwa bei 1/2 bis 1/3 des vollen Sonnenlichts

auch bei vollem Sonnenlicht kaum erreicht

Temperaturoptimum der Photosynthese

10 bis 25 °C 30 bis 45 °C

Affinität des Akzeptors zur CO2-Fixierung

gering sehr hoch

erstes stabiles Produkt der CO2-Fixierung

C3-Verbindung C4-Verbindung

Abb.2: physiologische Unterschiede zwischen C3- und C4-Arten 1. Fertigen Sie eine beschriftete schematische Zeichnung zum lichtmikroskopisch erfassbaren Bau einer Zelle des Assimilationsgewebes einer mesophyten Landpflanze an.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 2. Begründen Sie anhand der Abbildung 2 die besondere Angepasstheit von Mais an die Standortfaktoren.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 3. Erklären Sie zwei mögliche Auswirkungen der im Text genannten Treibhausgase auf Ökosysteme.



4. Nennen und begründen Sie tabellarisch drei züchterische Ziele bei der Schaffung einer zukünftigen „Superreis“-Sorte.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 5. Stellen Sie den Zusammenhang zwischen Vitamin B1-Mangel und den Symptomen der Beriberi-Krankheit in Form einer Kausalkette dar.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 Aufgabe B 2 Colchicin, ein Alkaloid der Herbstzeitlosen (Colchicum autumnale), hemmt die Ausbildung der Spindelfasern während der Kernteilung. Die weiteren Zellteilungsvorgänge werden dabei nicht unterbrochen. Allerdings unterbleibt aufgrund fehlender Spindelfasern die Trennung der Chromatiden. Bei der Teilung entstehen so Zellen mit und ohne Zellkern. Die Zellen ohne Zellkern sind nicht lebensfähig, die anderen setzen den Zellzyklus entsprechend fort. Tierische Zellen sterben in Folge dessen ab, bei pflanzlichen Zellen kommt es zur Vergrößerung von Zellen. Daneben wirkt Colchicin entzündungshemmend und wird beim Menschen zur Behandlung von akuten Gichtanfällen eingesetzt. Durch eine zu hohe Harnsäurekonzentration in Blut und Geweben kommt es bei Gicht zu einer Ablagerung von Harnsäurekristallen in den Gelenken. Nach neueren wissenschaftlichen Erkenntnissen scheint Colchicin auch die Entstehung von Leberkrebs aufhalten zu können.

Gebiet Polyploidie in %

Gebiet Polyploidie in %

Nordsahara 37,5 Spitzbergen 76,0 Island 72,0 Schweden 56,9 Dänemark 53,5 England 53,5 Ungarn 48,6 Norwegen 57,5

Abb. 3: Anteil polyploider Pflanzenarten in ausgewählten geographischen Gebieten 1. Fertigen Sie eine beschriftete schematische Zeichnung des Zellkerns an.

Erreichbare BE-Anzahl: 4 2. Beschreiben Sie den ungestörten Ablauf des Zellzyklus. Begründen Sie, warum Colchicin in der Pflanzenzüchtung verwendet wird.

Erreichbare BE-Anzahl: 7 3. Werten Sie Abbildung 3 aus. Erklären Sie die in dieser Abbildung dargestellten Zusammenhänge aus Sicht der Synthetischen Evolutionstheorie.



4. Erklären Sie, warum Colchicin die Entstehung von Leberkrebs aufhalten könnte. Nennen Sie eine mögliche Nebenwirkung von Colchicin auf zellulärer Ebene.


Teil C

Wählen Sie eine der nachstehenden Aufgaben aus und bearbeiten Sie diese. Aufgabe C 1 1. Bestimmen Sie mit Hilfe der Ihnen zur Verfügung stehenden Bestimmungsliteratur zwei der vorliegenden Pflanzen. Bei Kenntnis der Pflanzenfamilie kann bei dieser mit der Bestimmung begonnen werden. Notieren Sie den Bestimmungsweg, die Literaturangabe zum Bestimmungsbuch, die Seitenangaben der Tabellen und Ziffern der Fragenpaare, für die Sie sich entschieden haben. Geben Sie den deutschen und den wissenschaftlichen Artnamen sowie die Pflanzenfamilie für jede Pflanze an. Nennen Sie für eine der von Ihnen ermittelten Pflanzenfamilien drei charakteristische Merkmale.


2. Hochmoore sind sehr artenarme, durch Niederschläge sehr wasserreiche und häufig unter Naturschutz stehende Ökosysteme. Die dominierenden Pflanzen dieser sehr nährstoffarmen Lebensräume sind Torfmoose. Sie sind nicht nur in der Lage sehr viel Wasser zu speichern, sondern können auch durch einen speziellen Mechanismus Mineralstoff-Ionen aufnehmen und Protonen an die Umgebung abgeben (Kationen-Austausch). Damit sind sie aktiv an der Herstellung des sauren Moor-Milieus (pH-Wert unter 4) beteiligt. Säure liebende Organismen mit besonderen Ernährungsstrategien können unter diesen extremen Bedingungen existieren. So sind Zwergsträucher, wie die Rauschbeere, die Rosmarinheide oder die Gemeine Moosbeere optimal an diesen Lebensraum angepasst. Aber auch der Rundblättrige Sonnentau, eine Fleisch fressende (carnivore) Pflanze, ist ein typischer Vertreter der Hochmoorvegetation. Während häufig die Wurzeln der Zwergsträucher von einem Geflecht aus Pilzfäden umgeben und durchdrungen werden (Mykorrhiza), um in Vergesellschaftung Nährstoffressourcen zu erschließen, „fängt“ der Sonnentau mit seinen klebrigen Blättern Insekten, um durch deren Verdauung besonders Stickstoffverbindungen zu erhalten. Dadurch kann er mit dem Wachstum der Torfmoose Schritt halten. Ordnen Sie die Gemeine Moosbeere und den Rundblättrigen Sonnentau ins System der Organismen ein und vergleichen Sie tabellarisch ihre Überlebensstrategien im Hochmoor. Begründen Sie den Standort- bzw. Konkurrenzvorteil des Torfmooses gegenüber anderen Pflanzen.



Aufgabe C2 Pflanzen können die verschiedensten Farbstoffe synthetisieren. Diese Farbstoffe fördern u. a. die Verbreitung von Samen und Früchten, locken Bestäuber an und sind zum Teil photosynthetisch aktiv. 1. Untersuchen Sie das vorliegende Pflanzenmaterial auf Zelldifferenzierungen. Fertigen Sie dazu von den zwei vorliegenden Materialien Abzugs- bzw. Schnittpräparate an und mikroskopieren Sie diese. Zeichnen Sie jeweils eine typische Zelle und beschriften Sie diese. Nach Fertigstellung jeder Zeichnung ist das jeweilige Präparat unter dem Mikroskop dem Aufsicht führenden Fachlehrer vorzuweisen. Vergleichen Sie die Zellen beider Präparate in einer Tabelle. Ziehen Sie eine Schlussfolgerung.

Erreichbare BE- Anzahl: 11

2. Beschreiben Sie die evolutionäre Entstehung der Plastiden mit Hilfe der Endosymbiontenhypothese.

Erreichbare BE- Anzahl: 4


© Dudenverlag, Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim, 2008 1

Musterlösungen für die Prüfungsaufgaben Abitur Prüfungsfach: Biologie (Sachsen 2008) Autorin: Elke Schindler

I. Teil A 1.

(zusätzliche Information: die freien Stellen stehen für weitere Gattungen und Arten: die Familie Ursidae hat insgesamt 4 Gattungen und die Gattung Ursus hat insgesamt 4 Arten.) Bislang gab es relativ selten fruchtbare Nachkommen von Eisbär und Grizzlybären, weil die Lebensräume der beiden Arten zu weit auseinander lagen. Außerdem haben sie grundsätzlich unterschiedliche Paarungszeiten. Außerhalb der Paarungszeit sind Bären Einzelgänger und die Begegnungen verlaufen meist ziemlich aggressiv. Zudem halten Grizzlybären wie alle Braunbären Winterruhe, während der Eisbär eine Sommerruhe hält, auch im Hinblick darauf sollte man erwarten, dass die Paarungszeiten zu unterschiedlich sind. Dies sind alles Gründe, die eine Paarung zwischen Eisbär und Grizzly relativ unwahrscheinlich machen. (Zusätzliche Information: Infolge der globalen Erwärmung kommt es jedoch einerseits immer häufiger vor, dass Grizzlybären weiter nach Norden wandern als bisher und andererseits suchen Eisbären infolge der zunehmenden Eisschmelze früher das kontinentale Festland auf als in früheren Zeiten. Die Paarungszeiten der beiden Arten zeigen nunmehr eine Überschneidung im Monat Mai (Eisbären paaren sich normalerweise bevorzugt im April) Dadurch kann es eher zu Begegnungen und damit auch zu Paarungen kommen.) 2. a) Immunbiologische Methode = Serumreaktion: Einer als Vergleichsart dienenden Art

(z. B. Kaninchen) wird Serum einer der zu untersuchenden Arten (z. B. Eisbär) injiziert, woraufhin das Kaninchen Antikörper gegen das Serum produziert. Dieses Anti-Eisbärserum wird als Testserum isoliert und ein Teil davon zur Eichung mit Kaninchenserum vermischt 100 %ige Präzipitation (= Verklumpung). Anschließend wird je ein Teil des Testserums mit den Seren der anderen Arten (Hier


Braunbär und Schwarzbär) vermischt, deren Verwandtschaftsgrad mit dem Eisbär man feststellen will. Der Prozentsatz der Präzipitation gibt Auskunft über den Verwandtschaftsgrad: Je höher der Prozentsatz der Präzipitation, desto mehr Serumproteine sind identisch und desto näher ist die jeweilige Art (im Beispiel Braunbär, Schwarzbär) mit dem Eisbär verwandt. Der Anteil der unterschiedlichen Proteine zeigt an, wie hoch der Anteil an Mutationen ist, der sich seit Trennung der Entwicklungslinien von zwei Arten ereignet hat. Deshalb ist der Prozentsatz der Präzipitation ein relatives Maß für den Verwandtschaftsgrad.

b) Molekularbiologische Methode = DNA-Hybridisierung: Hierbei werden die Schmelztemperaturen von reiner DNA und Hybrid-DNA verglichen. Von allen zu untersuchenden Arten wird DNA isoliert und getrennt voneinander erhitzt, bis die Wasserstoffbrücken aufgebrochen sind und Einzelstränge vorliegen („Schmelzen“ der DNA). Anschließend versetzt man, um bei obigem Beispiel zu bleiben, in zwei verschiedenen Ansätzen die Einzelstrang-DNA des Eisbären mit jeweils der Einzelstrang-DNA der zwei anderen Arten (Braunbär, Schwarzbär). Je weiter die Schmelztemperatur der Hybrid-DNA in den Ansätzen von der Schmelztemperatur der reinen Eisbär-DNA abweicht, desto geringer ist der Verwandtschaftsgrad.

(Anmerkung: Die Beschreibung einer der beiden Methoden genügt.) 3. Aus der Abb. 1 geht hervor, dass die Dauer der Ruheperiode seit 1999 um 13 Tage zugenommen hat. Dies hängt mit Sicherheit mit der globalen Erwärmung und der damit einhergehenden früheren Eisschmelze im Frühjahr zusammen. Da Eisbären diese Ruhepause ohne jede Nahrungsaufnahme verbringen, erklärt sich daraus auch der zweite Befund, nämlich dass das durchschnittliche Körpergewicht um 40 kg von 420 kg auf 380 kg abgenommen hat. Durch die längere Ruhepause bleibt ihnen weniger Zeit zur Jagd und damit zur Anlage von Reserven. Der Anteil der Fettreserven am Körpergewicht hat sich nicht verändert, er ist bei 25 % geblieben. Dies hängt wohl damit zusammen, dass dieser Anteil genetisch festgelegt ist und der absolute Anteil von Fett am Körpergewicht mit diesem schwankt. Das heißt aber, dass die Eisbären absolut gesehen weniger Fettreserven anlegen. Weniger Fettreserven bedeutet, dass einerseits Witterungsextreme weniger gut überstanden werden und vor allem dass die Weibchen ihre Jungen nicht so gut versorgen können. Die reproduktive Fitness ist also deutlich geringer und es zeichnet sich ab, dass die (ohnehin schon als bedroht angesehenen) Bestände der Eisbären bei weiterer globaler Erwärmung weiter abnehmen werden.


4.

5


Wie aus Abb. 1 ersichtlich ist, sank das durchschnittliche Körpergewicht der Eisbären um immerhin fast 10 % seit 1999 und die Dauer der Ruheperiode hat sich erhöht, weil die Eisschmelze früher einsetzt. Dadurch ist aber die Robbenjagdsaison für die Eisbären früher beendet. Dies spricht für eine angespannte Ernährungssituation bei den Eisbären, sehr wahrscheinlich infolge der globalen Erwärmung. Die Eisbären haben also Hunger, sie müssten eigentlich mehr Energie aufwänden, um geeignete Nahrung zu finden (z.B. weiter schwimmen, um Robben zu erbeuten), haben aber gleichzeitig weniger Reserven zur Verfügung. Aus dem Text geht hervor, dass die männlichen Eisbären die Muttertiere fraßen, nicht aber die Jungtiere. Demnach hat der neu entwickelte Kannibalismus nichts damit zu tun, durch Töten der Jungtiere anderer Männchen die eigene reproduktive Fitness zu erhöhen. Wahrscheinlicher ist, dass die Eisbären, im Sinne der Theorie des optimalen Nahrungserwerbs, mit möglichst wenig Energieaufwand möglichst viel Nahrungsenergie aufnehmen möchte. So gesehen ist es für einen geschwächten, hungrigen Eisbär einfacher, eine Eisbärin, die sich um ihre Jungen kümmert, zu erbeuten, als eine Robbe, die sich vielleicht weiter entfernt aufhält und schwerer zu erbeuten ist.

II. Teil B – Aufgabe B1 1.

2. Wie aus dem Aufgabentext hervorgeht, ist Mais eine typische C4-Pflanze, die an lichtintensive, trockene und heiße Standorte angepasst ist. Dies zeigt sich an folgenden Faktoren:

Im Vergleich zu C3-Pflanzen deutlich geringere Transpiration (2,5 g statt 6,6 H2O•dm2•h-1) Anpassung an trockenen Standort.

Lichtsättigung wird auch bei vollem Sonnenlicht kaum erreicht Anpassung an hohe Lichtintensität.

Temperaturoptima der Fotosynthese liegen deutlich höher als bei C3-Pflanzen (30-45 °C statt 10-25 °C.) Anpassung an Hitze.

Die Affinität des Akzeptors zur CO2-Fixierung ist sehr hoch, sodass die CO2-Fixierung schon bei geringsten CO2-Mengen sehr effektiv ist Anpassung an die Erfordernis, die Spaltöffnungen weitgehend geschlossen zu halten, wodurch der Gasaustausch geringer ist.


3. Treibhausgase (im Text sind Methan und Kohlenstoffdioxid genannt), lassen die kurzwellige UV-Strahlung der Sonne weitgehend durch. Diese wird durch die Erdoberfläche absorbiert und führt zu deren Erwärmung und in der Folge zu einer Abgabe langwelliger Wärmestrahlung. Diese langwellige Strahlung wird von den Treibhausgasen absorbiert bzw. teilweise reflektiert. Beides führt mittel- bis langfristig zu einer Erwärmung von Atmosphäre und Erdoberfläche. Die Erwärmung kann u. a. zum Abschmelzen der Polkappen und des Inlandeises und dadurch zu einer Erhöhung der Meeresspiegel weltweit führen. Dadurch können ganze Küstengebiete und damit spezielle Ökosysteme dauerhaft überflutet werden. Sie kann auch dazu führen, dass sich Klimazonen verschieben, sodass Gebiete zu Wüsten werden, die vormals genug Regen hatten und dass es in Gebieten mit ausgeglichener Wetterlage vermehrt zu extremen Wetterereignissen kommt, wie Starkregen oder Stürme mit deutlich höheren Windgeschwindigkeiten als zuvor. Die Meere können sich erwärmen und durch die vermehrte Aufnahme von CO2 versauern und dadurch können v. a. Korallenriffe stark in Mitleidenschaft gezogen werden, da viele Korallen und diesen Umständen nicht mehr lebensfähig sind. (Anmerkung: zwei Auswirkungen genügen, also z. B. Korallenriffe und Küstenökosysteme) 4. Züchtungsziel BegründungHöhere Erträge durch Züchtung von Sorten, die mehr Rispen und damit mehr Frucht ausbilden.

Die Zahl der Menschen, die sich von Reis ernähren wird sich in den nächsten 20 Jahren verdoppeln (von 2,5 auf über 5 Mrd.), deshalb müssen langfristig höhere Erträge erzielt und auch gesichert werden.

Resistenz gegen Schädlinge (Insekten, Pilze, Viren, Bakterien)

Vermeidung von Ernteausfällen durch massiven Schädlingsbefall gerade in Monokulturen wie dem Reisanbau

Mehr Widerstandsfähigkeit gegen Dürre bzw. zu wenig Wasser, Hitze und Kälte

Vermeidung von Ernteausfällen durch lokale Wetterereignisse, aber auch im Hinblick auf großräumige Klimaverschiebungen, die vormals ausreichend feuchte Anbaugebiete trockener werden lassen.

5. Wie aus dem Aufgabentext zu entnehmen ist, sind die Symptome der Beriberi-Krankheit Kräfteverfall sowie Apathie und Lähmungen durch Schädigung des peripheren Nervensystems. Sie werden hervorgerufen durch den Mangel des Vitamins B1 (Thiamin), das für die Synthese des Neurotransmitters Acetylcholin im Organismus notwendig ist. Dies erklärt auch schon die Wirkungen auf das periphere Nervensystem: Wenn nicht genügend Thiamin vorhanden ist, kann nicht ausreichend Acetylcholin gebildet werden. Dieses ist jedoch wichtig für die Erregungsübertragung an Synapsen, die Acetylcholin als Neurotransmitter benötigen. Dies sind v. a. die neuromuskulären Synapsen sowie Synapsen des vegetativen Nervensystems (Parasympathikus). Die Störung der Acetylcholinsynthese kommt folgendermaßen zustande: Thiamin ist prosthetische Gruppe einiger Enzyme des Kohlenhydratstoffwechsels. Insbesondere ist es als Thiaminpyrophosphat Bestandteil des Pyruvat-Dehydrogenase-Komplexes. Dieser ist verantwortlich für die Oxidation von Pyruvat zu Acetyl-CoA, das u. a. Ausgangssubstanz für die Synthese von Acetylcholin ist. Darüber hinaus ist die Oxidation von Pyruvat zu Acetyl-CoA mit der wichtigste Schritt der aeroben Oxidation von Glucose. Kann diese Reaktion nicht oder nicht ausreichend stattfinden, so können der Citratzyklus und die sich anschließende Atmungskette nicht


ausreichend ablaufen und die aerobe Energiegewinnung aus Glucose ist gestört. Dies hat zuerst Auswirkungen auf das Gehirn, das seine gesamte Energie aus dem oxidativen Abbau von Glucose gewinnt, führt aber insgesamt auch zu dem im Aufgabentext erwähnten allgemeinen Kräfteverfall. (Anmerkung: Dies war der Zusammenhang zwischen Vitamin-B1-Mangel und Beriberi-Symptomen in Textform. Gefragt war dies aber in Form einer Kausalkette. Das sieht dann folgendermaßen aus)


III. Teil B – Aufgabe B2 1.

2. Wachstum und Teilung von Zellen machen unterschiedliche Prozesse erforderlich, die nur zeitlich getrennt voneinander ablaufen können. Die regelmäßige Abfolge von Teilungsphase (Mitosephase) und Wachstumsphase (Interphase) wird als Zellzyklus bezeichnet. In der Mitosephase findet zunächst die Kernteilung (Mitose) mit ihren fünf Phasen (Prophase, Prometaphase, Metaphase, Anaphase, Telophase) statt und anschließend folgt die Zellteilung (Cytokinese). Da in der Mitosephase die DNA spiralisiert in Form der Chromosomen vorliegt, kann in dieser Zeit die DNA nicht abgelesen werden und daher keine Proteinsynthese ablaufen. Der Zellstoffwechsel kommt weitgehend zum Erliegen. Weitaus länger als die Mitosephase dauert die Interphase, eine Phase intensivster Stoffwechselaktivität. Sie macht bei Zellen, die eine hohe Teilungsaktivität besitzen, oft mehr als 90 % des Zellzyklus aus. In der Interphase liegt die DNA entspiralisiert vor und kann für die anschließende Proteinsynthese abgelesen sowie verdoppelt werden (Replikation). Die Interphase gliedert sich in drei Abschnitte: Auf die Zellteilung folgt die sog. G1-Phase (G steht für engl. gap Lücke). Dies ist eine Phase, in der die Zelle stark wächst. Folglich muss in dieser Phase die Proteinsynthese auf Hochtouren laufen. Daran schließt sich die sog. S-Phase ( S steht für engl. synthesis Synthese) an, während derer die DNA verdoppelt wird. Nachfolgend gibt es wieder eine G-Phase, die G2-Phase, in der die Zelle wiederum Wachstumsprozesse durchmacht, wie in der G1-Phase. Auf die G2-Phase folgt dann wieder die Mitosephase, womit der Zyklus geschlossen ist. In vielzelligen Organismen gibt es Zellen, die ihre Teilungsaktivität ganz einstellen und dann in einer als G0-Phase bezeichneten Phase durch Differenzierung zu Zellen des Dauergewebes übergehen. Colchicin wird in der Pflanzenzüchtung verwendet, um polyploide Pflanzen zu züchten, das sind Pflanzen, deren Zellen mehr als zwei Chromosomensätze haben. Polyploide Pflanzen werden gezüchtet, weil sie größer und meist auch widerstandsfähiger sind als diploide. Dies wiederum bedeutet bei Kulturpflanzen meist höhere Erträge. Zudem können durch gezielten Einsatz von Colchicin Pflanzen mit ungeraden Chromosomensätzen gezüchtet werden. Diese bilden i. d. R. keine Samen. Dies wird z. B. bei Citrusfrüchten oder Tafeltrauben gemacht (kernlose Früchte). Hybride zwischen nah verwandten Arten sind oft steril. Sie können aber durch die Verdoppelung der beiden nicht homologen Chromosomensätze fortpflanzungsfähig werden. Auch dies kann durch den gezielten Einsatz von Colchicin erreicht werden.


Polyploide Zellen oder Organismen, die zwei verschiedene Genome enthalten (etwa durch Kreuzung verwandter Arten), werden als allopolyploid bezeichnet. 3. Aus der Abb. 3 geht vor allem hervor, dass der Polyploidiegrad von Süden nach Norden steigt. Liegt in Nordafrika ein Anteil an polyploiden Pflanzen von 37,5 % vor, so beträgt er in Ungarn 48,6 %, ist in England und Dänemark, die auf etwa gleicher nördlicher Breite liegen mit 53,5 % etwas höher, steigt in Schweden und Norwegen auf 56,9 bzw. 57,5 % und in Island, das wesentlich weiter nördlich liegt auf 72 %, um dann in Spitzbergen, dem nördlichsten Ort in dieser Tabelle sogar 76 % zu erreichen. Dies entspricht mehr als einer Verdoppelung. Dabei sind vor allem die beiden nördlichsten Standorte als Extremstandorte, die Klimabedingungen betreffend, anzusehen. Daraus kann geschlossen werden, dass Polyploidie Vorteile bietet, vor allem in extremen Lebensräumen bzw. in Lebensräumen, die z. B. durch stark wechselnde Bedingungen einen höheren Selektionsdruck erzeugen. Bekannt ist, dass polyploide Pflanzen größer und widerstandsfähiger sind. Dies gilt v. a. für allopolyploide Pflanzen, d. h. solche, die durch Kreuzung verwandter Arten und anschließende Polyploidisierung entstanden sind. Dies kann zum einen daran liegen, dass die Transkription stärker parallel erfolgen kann und daher die Produktion von Proteinen (z. B. Enzymen) schneller möglich ist. Außerdem bedeutet die Addition der verschiedenen Chromosomensätze eine Addition der Eigenschaften, der Genpool wird vergrößert. Zum anderen können z. B. Defekte in einem Chromosomensatz durch einen anderen ausgeglichen werden. Man nennt dies Heterosis-Effekt. Zudem können sich durch Allopolyploidie neue Merkmale ausbilden (Gendrift), die u. U. einen Selektionsvorteil für den jeweiligen Standort bedeuten. Dies ist besonders bei der Besiedlung von Extremstandorten von Bedeutung, dort ist der Selektions- und damit der Anpassungsdruck viel stärker. Vor allem Allopolyploidie kann zur Bildung neuer Arten führen, wobei die neue Art sich im selben Verbreitungsgebiet wie die Ausgangsart befindet, also keine geographische Isolation stattfindet. Diese Form der Artbildung wird als sympatrische Artbildung bezeichnet. 4. Mögliche Wirkung von Colchicin auf Leberkrebs: Krebszellen haben eine hohe Teilungsaktivität, sie vermehren sich unkontrolliert. Durch Colchicin wird die Ausbildung der Spindelfasern während der Kernteilung gehemmt, sodass bei der Teilung Zellen mit und ohne Zellkern entstehen. Tierische Zellen sterben nach Einwirkung von Colchicin in jedem Fall ab. Aufgrund ihrer höheren Teilungsaktivität würden die Krebszellen durch die Einwirkung von Colchicin stärker in Mitleidenschaft gezogen und das Wachstum des Tumors könnte zumindest verlangsamt werden. Mögliche Nebenwirkung: Colchicin hat dieselbe Wirkung aber auch bei gesunden Zellen, sodass zum einen auch gesunde Leberzellen durch Colchicin abgetötet werden, aber auch andere Körperzellen, v. a. jene mit hoher Teilungsaktivität, wie z. B. die Stammzellen der Blutkörperchen im Knochenmark.

IV. Aufgabe C1 1. 1. Um eine solche Aufgabe zu lösen, sollten Sie zu Hause mit dem im Unterricht eingeführten Bestimmungsbuch oder Bestimmungsschlüssel das Bestimmen von Pflanzen üben. Gute Hinweise dazu finden Sie auch unter www.Pflanzenbestimmung.de. 2. Stellung der beiden Pflanzen in der Systematik:


Gemeine Moosbeere Rundblättriger Sonnentau Reich Pflanzen Abteilung Spermatophyta Spermatophyta Klasse Rosopsida (Eu-Dicots = eigentliche

Zweikeimblättrige; früher: Dicotyledoneae)

Rosopsida (Eu-Dicots = eigentliche Zweikeimblättrige; früher: Dicotyledoneae)

Ordnung Ericales Sarraceniales Familie Ericaceae (Heidekrautgewächse) Droseraceae (Sonnentaugewächse) Gattung Oxycoccos (früher: Vaccinium) Drosera Art Oxycoccos oxycoccos Drosera rotundifolia Quelle: Oberdorfer, E.: Pflanzensoziologische Exkursionsflora für Deutschland und angrenzende Gebiete, 82001, Verlag Eugen Ulmer, Stuttgart. Überlebensstrategien der beiden Pflanzen im Hochmoor (nährstoffarm, sauer, wasserreich): Gemeine Moosbeere Rundblättriger Sonnentau Mineralstoffversorgung (insbesondere Stickstoff)

Vergesellschaftung mit Mykorrhiza-Pilzen

Carnivor: deckt v. a. Stickstoff- u .a. Mineralstoffbedarf durch Fang und Verdauen von Insekten

Boden-pH unter 4 Säure liebend Säure liebend Allgemeine Nährstoffarmut Zwergwuchs Ebenfalls kleinwüchsig Das Torfmoos hat gegenüber allen anderen Pflanzen einen Standort- und damit Konkurrenzvorteil, weil es a) viel Wasser speichern kann und b) durch einen speziellen Mechanismus (Kationen-Austausch) Mineralstoff-Ionen im

Austausch gegen Protonen aufnehmen kann. Durch den besonderen Mechanismus kann das Torfmoos zum einen viel besser Mineralstoffe aufnehmen, als viele andere Pflanzen. Zum anderen ist es durch die Abgabe von Protonen nach außen an der Erhaltung des niedrigen pH-Wertes des Moors beteiligt und sichert damit für sich selbst optimale Standortbedingungen, die zudem von wenigen anderen Pflanzen vertragen werden weniger Nährstoffkonkurrenten.

V. Aufgabe C2 2. Bereits vor mehr als 3 Mrd. Jahren, als die Atmosphäre noch sauerstofffrei war, hat sich auf bisher noch ungeklärte Art und Weise aus einem kernlosen Prokaryoten ein kernhaltiger Einzeller gebildet. Er hatte u. a. die Fähigkeit, über die Zelloberfläche Nahrungspartikel in Nahrungsvakuolen aufzunehmen, was ihn von fast allen anderen Prokaryoten unterschied. Durch die Tätigkeit Blaugrüner Bakterien (Cyanobakterien) wurde die Atmosphäre im Verlauf der nächsten 1 bis 1,5 Mrd. Jahre sauerstoffhaltig. Nach der Endosymbiontentheorie sollen die kernhaltigen Einzeller im Verlauf der Evolution zunächst über Phagocytose Cyanobakterien aufgenommen haben, die sie aber nicht verdauten, sondern die sich dann zu Plastiden (Chloroplasten, Leukoplasten, Chromoplasten) entwickelten. Für diese Theorie sprechen die eigenständige Vermehrung dieser Zellorganellen, ihre von der „Wirtszelle“ unterschiedliche DNA und Proteinbiosynthese, die eher bakterienähnlich sind, sowie die sie umgebende Doppelmembran.


Die hier abgedruckten Lösungsvorschläge sind nicht die amtlichen Lösungen des zuständigen Kultusministeriums. Impressum: Alle Rechte vorbehalten. Nachdruck, auch auszugsweise, vorbehaltlich der Rechte die sich aus den Schranken des UrhG ergeben, nicht gestattet. © Dudenverlag, Bibliographisches Institut & F. A. Brockhaus AG, Mannheim 2008 Redaktionelle Leitung: Simone Senk Redaktion: Christa Becker Autorin: Elke Schindler

Documents

Originalklausur - lernhelfer.de