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24. Internationale Biologieolympiade

Bern 2 0 1 3

an Schulen (Nov. 2012)

Name:__________________ Schule:_________________

Punktzahl: Teil A:____ Teil B:____ Summe:______ Die Klausur besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil (A-Teil) enthält 30 Fragen mit je fünf Antwort-Alternativen, von denen jeweils nur eine korrekt ist. Die richtigen Antwortbuchstaben tragen Sie bitte in die folgende Matrix ein. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

(maximale Punktzahl: 60 Punkte = 2 Punkte je Aufgabe; kein Punktabzug für falsche Antworten)

Es folgt ein B-Teil mit 6 komplexeren Aufgaben. Hier sind die Antwortformen unterschiedlich und jeweils bei der Aufgabe vermerkt. Im Gegensatz zum A-Teil müssen hier die Antworten in den entsprechenden Zeilen, Feldern oder Grafiken direkt vor Ort vorgenommen werden. Pro B-Aufgabe sind maximal 10 Punkte erreichbar. Die Bewertungszeile (unten) ist vom Korrektor auszufüllen.

B1: B2: B3: B4: B5: B6:

Die Bearbeitung der Klausur durch die Schülerinnen und Schüler muss unter Schulaufsicht geschehen. Die Bearbeitungszeit beträgt 120 min. Die bearbeitete Klausur wird an den Fachlehrer zurückgegeben.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg! Dennis Kappei, Dr. Christiane Mühle, Dr. habil. Susanne Behrens-Kneip

Freiwillige Angaben NACH Klausurende (bitte ankreuzen):

Die IBO-Auswahlklausuren sind nicht mit Schulklausuren vergleichbar, da es nicht um eine reine Bewertung der Leistungen, sondern gezielt um eine leistungsorientierte Auswahl in einem Wettbewerb geht. Dementsprechend müssen Zeitlimit und Schwierigkeitsgrad der Klausuren angepasst sein. Hierfür bitten wir um eine Einschätzung.

Die verfügbare Zeit fand ich 1O viel zu lang 2O großzügig 3O gerade richtig 4O zu knapp 5O viel zu knapp

Den Schwierigkeitsgrad fand ich: 1O viel zu schwer 2O schwer 3O gerade richtig 4O eher leicht 5O sehr leicht

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Teil A 1. Welche Eigenschaften hat Asparaginsäure bei neutralem pH?

A. positiv geladene Seitenkette B. negativ geladene Seitenkette C. polare, ungeladene Seitenkette D. unpolare, aliphatische Seitenkette E. aromatische Seitenkette 2. Wie groß ist der respiratorische Quotient von Glucose? A. 0,63 B. 0,70 C. 1,00 D. 1,20 E. 1,33 3. Welche Aussagen zum Transport von Substanzen durch Biomembranen sind korrekt? I. Sehr kleine Moleküle wie z.B. Wasser können die Membran immer passieren. II. Fast alle hydrophilen Stoffe können leichter als lipophile Stoffe durch Lipiddoppelschichten diffundieren. III. Zuckermoleküle können mit Hilfe von Ionen auch gegen ein Konzentrationsgefälle durch die Membran

diffundieren. IV. Da Carrier ihre Form ändern können, kann derselbe Carrier ganz unterschiedliche Moleküle durch die Membran

transportieren. V. Ionen können gegen ein Konzentrationsgefälle nur unter Energieaufwand mit Hilfe von Transportproteinen

durch die Membran gelangen. A. nur I, II und III sind korrekt. B. nur II, IV und V sind korrekt. C. nur I, III und V sind korrekt. D. nur II, III, IV und V sind korrekt. E. Alle genannten Aussagen sind korrekt. 4. Das folgende Diagramm zeigt den Grad der Lyse (Zerfall/Auflösung) von Erythrozyten bei verschiedenen Konzentrationen einer Natriumchloridlösung. Welche der Kurven (a-e) gibt die Abhängigkeit der Lyse der roten Blutkörperchen von der Umgebungslösung richtig wieder? A. Kurve a B. Kurve b C. Kurve c D. Kurve d E. Kurve e

Name:_______________________________

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5. Welchen Einfluss besitzen Enzyme nicht auf die von ihnen katalysierte Reaktion? A. Sie setzen die benötigte Aktivierungsenergie herab. B. Sie verschieben das Reaktionsgleichgewicht zum Produkt. C. Sie erhöhen die Reaktionsgeschwindigkeit. D. Sie können nur Reaktionen katalysieren, die auch ohne sie ablaufen würden. E. Ihre Bindung an den Übergangszustand ist stärker als jene zu Edukten und Produkten. 6. Der DNA-Gehalt einer diploiden Zelle, die sich in der G1-Phase des Zellzyklus befindet, wird bestimmt und als „d“ benannt. Der DNA-Gehalt derselben Zelle wäre in der Metaphase der Meiose I dann A. 0,25 d. B. 0,5 d. C. 1 d. D. 2 d. E. 4 d. 7. Während einer S-Phase werden Zellen zur DNA-Markierung mit dem Basen-Analogon BrdU inkubiert (= S-Phase 0). Nach drei weiteren darauffolgenden S-Phasen (S-Phasen 1-3) wurde der Anteil an mit BrdU markierten DNA-Strängen bestimmt. In welcher prozentualen Verteilung sind DNA-Helices ohne Markierung, mit Markierung eines Stranges bzw. mit Markierung beider Stränge zu erwarten? Doppelstrang einer der beiden Stränge ungefärbt A. 25% 50% 25% B. 12,5% 0% 87,5% C. 12,5% 12,5% 75% D. 0% 12,5% 87,5% E. 0% 50% 50% 8. Warum verläuft die DNA-Synthese des Leit- und des Folgestranges unterschiedlich? A. Die DNA-Ligase arbeitet nur in 3’-->5’-Richtung. B. Helikasen und Einzelstrangbindungsproteine greifen am 5’-Ende an. C. Die DNA-Polymerase kann nur einen Strang auf einmal replizieren. D. Nur am 5’-Ende eines DNA-Stranges befindet sich ein Replikationsursprung. E. Die DNA-Polymerase kann neue Nukleotide nur am 3’-Ende eines wachsenden DNA-Stranges einfügen. 9. Bei Eukaryoten ist die Regulation der Genexpression wesentlich komplexer als bei Prokaryoten. Sie kann auf unterschiedlichen Ebenen erfolgen. Welche der folgenden Aussagen ist nicht korrekt? A. Promotoren werden durch DNA-Methylierung aktiviert. B. Durch das enzymatische Anheften von Acetylgruppen an Histone wird die Transkriptionsrate erhöht. C. Durch alternatives Spleißen können basierend auf derselben prä-mRNA verschiedene reife mRNA-Varianten

entstehen. D. Transkriptionsfaktoren sind für die Aktivierung und Inaktivierung von Genen verantwortlich. Sie binden z.B. am

Promotor. E. Durch posttranslationale Modifikation können die transkribierten Polypeptide durch reversible Anheftung von

Phosphatgruppen aktiviert oder inaktiviert werden.

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10. Das Restriktionsenzym SbfI schneidet die Sequenz CCTGCAGG. In welchem Abstand (in Basenpaaren) ist in einem Genom mit zufälliger Basenverteilung durchschnittlich eine Schnittstelle zu erwarten? A. 24 B. 256 C. 1296 D. 4096 E. 65536 Die Fragen 11 und 12 sind ein Aufgabenkomplex 11. In der 3. Runde der Biologieolympiade 2012 wurden die Teilnehmer während eines Biostatistik-Seminars von ihrem Dozenten nach ihrer Blutgruppe gefragt. 6 Teilnehmer haben die Blutgruppe A, 4 Blutgruppe B, 2 Blutgruppe AB und 9 Blutgruppe 0. Das durchschnittliche Vorkommen in der deutschen Bevölkerung ist A: 43%; B: 11%, AB: 5% und 0: 41%. χ2 wird folgendermaßen berechnet:

Führen Sie den χ2-Test durch, um zu ermitteln, ob die Stichprobe signifikant vom Durchschnitt abweicht. Geben Sie den korrekten χ2-Bereich an. A. χ2 < 2 B. 2 ≤ χ2 < 4 C. 4 ≤ χ2 < 6 D. 6 ≤ χ2 < 8 E. 8 ≤ χ2 12. Geben Sie zu ihrer Berechnung aus Aufgabe 11 den Freiheitsgrad an. A. 1 B. 2 C. 3 D. 4 E.. 5 13. Die drei Stadien bakteriellen Wachstums in Bakterienkulturen sind: I. Lag-Phase (Verzögerungs-Phase) II. Log-Phase (exponentielles Wachstum) III. Stationäre Phase In welchen Phasen hat Penicillin die Fähigkeit, die Synthese der immer wachsenden bakteriellen Zellwand zu inhibieren? A . nur I B. nur II C. nur I und II D. nur I und III E. I, II und III

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14. Ein Wissenschaftler legte vier Pflanzenfossilien (I bis IV) frei, bei denen einige der systematisch wichtigen Strukturen erhalten blieben. Diese Merkmale sind in der folgenden Tabelle enthalten:

Struktur Fossil

Sporen Fruchtknoten Embryo Pollen Xylem Samenanlage

I II III IV

Welches ist die korrekte Reihenfolge der Entstehung (Evolution) der Pflanzengruppen, denen die Fossilien angehören? A. IIIIIIIV B. IIIIIIVI C. IIIIVIII D. IVIIIIII E. IIIIVIII 15. In einer Familie gibt es fünf Arten (K, L, M, N, O, P). Sie gehören zur gleichen Ordnung. In der Tabelle ist die Anwesenheit bzw. Abwesenheit von sechs Merkmalen dieser Arten aufgeführt: Basierend auf der Annahme, dass das wahrscheinlichste Schema der phylogenetischen Entwicklung die geringste Anzahl evolutionärer Veränderungen erfordert, geben Sie die Art an, die der wahrscheinlichste Vorfahre der Art P ist. A. K B. L C. M D. N E. O 16. Welche der folgenden Strukturen verändert sich nicht in der Länge, wenn eine Muskelfaser kontrahiert? A. A-Bande B. H-Zone C. I-Bande D. Sarkomer E. Alle vier Strukturen verändern sich in der Länge.

Art

Merkmale

1 2 3 4 5 6 K + – + + + – L – – – – + – M + – – – – – N – + – – – – O – + – + – – P + – + + – –

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17. Welche der Aussagen zum Sauerstofftransportsystem ist korrekt? A. Erythrozyten sind anders als die meisten Zellen sehr permeabel für Cl- und HCO3

-. B. Beim Menschen nimmt die Sauerstoffaffinität während der ersten drei Monate nach der Geburt zu. C. Der Root-Effekt als ein Spezialfall des Bohr-Effekts beschreibt, dass eine pH-Wertsenkung im Blut von

Teleosteern zu einer verbesserten O2-Kapazität im Blut führt. D. Bei Hämocyaninen tritt kein mit dem Bohr-Effekt bei den Hämoglobinen vergleichbarer Effekt auf. E. Die Anlagerung von O2 an das Hämoglobin führt immer zu einer Oxidation des Fe2+ zu Fe3+, dem sogenannten

Oxyhämoglobin. 18. Ein Gericht lässt zwecks Vaterschaftsanalyse die Blutgruppen von Mutter, Kind und drei verdächtigen Männern untersuchen und kommt zu folgendem Ergebnis: Mutter des Kindes 0 Kind Blutgruppe A Mann (1) Blutgruppe A Mann (2) Blutgruppe AB Mann (3) Blutgruppe 0 Welche(r) Mann / Männer kommen als Väter in Frage? A. nur (1) B. nur (2) C. nur (3) D. nur (1) und (2) E. nur (1) und (3) 19. Die Unterscheidung von reinen Tönen verschiedener Frequenzen erfolgt im menschlichen Ohr durch … A. unterschiedlich starke Reflexion der Schallwellen am Trommelfell. B. unterschiedliche Frequenz der generierten Aktionspotenziale. C. die Ausbildung eines Amplitudenmaximums auf der Basilarmembran an unterschiedlichen Orten. D. unterschiedlich starke Amplitude auf der Basilarmembran an einem Ort. E. unterschiedlich starke Reizung der Haarzellen je nach Auslenkung der Cupula. 20. Die „renale Clearance“ ist ein Maß für die Entgiftungsleistung der Nieren. Sie entspricht dem Blutplasmavolumen, das innerhalb einer bestimmten Zeiteinheit von einer bestimmten Substanz befreit wird. Ordnen Sie die folgenden Substanzen ansteigend nach der Größe ihrer Clearance-Werte: Kreatin (K), Paraaminohippursäure (PAH), Glucose (G) und Harnstoff (H): A. G, H, K, PAH B. H, G, K, PAH C. PAH, G, H, K D. K, H, G, PAH E. G, K, PAH, H 21. Nach 36 Stunden Aufenthalt im Dunkeln werden die Blätter einer Pflanze auf beiden Seiten mit lichtdurchlässiger Folie verschiedener Farbe (rot, blau, grün) abgedeckt und anschließend für einige Stunden mit Licht bestrahlt. In welchem Blatt/welchen Blättern, die mit Folien der folgenden Farben abgedeckt waren, lässt sich nach der Belichtung Stärke nachweisen? A. nur bei genau einer Farbe B. nur bei grün und rot C. nur bei rot und blau D. nur bei blau und grün E. bei allen drei Farben

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22. Ethylen (Ethen) ist ein Hormon, welches das Wachstum und die Entwicklung von Pflanzen beeinflusst. Es ist bekannt, dass eine Behandlung mit 10 ppm 1-Methylcyclopropen (MCP) die Signaltransduktion des Ethylens blockieren kann. Welche der folgenden Phänotypen könnte man in Geweben detektieren, wenn die Pflanzen mit 10 ppm MCP behandelt würden? A. Kürzeres Hypokotyl in gekeimten Mungobohnen-Schösslingen B. Vermehrter Abbau von Chlorophyll in abgelösten Blättern C. Vermehrte Synthese von Ethylen in Bananen D. Inhibierung der Reifung von Tomaten E. Induzierung der Alterung von frisch geschnittenen Blumen 23. Die Photorespiration ist ein Prozess, der A. für alle Pflanzen ohne jeden Unterschied mit annähernd der gleichen Intensität typisch ist. B. vor allem für C3-Pflanzen typisch ist. C. vor allem für C4-Pflanzen typisch ist. D. vor allem für CAM-Pflanzen typisch ist. E. in Pflanzen heutzutage nicht mehr vorkommt. 24. Endospermlose (exalbumine) Samen einer bestimmten Pflanzenspezies wurden in reines Wasser gelegt, zum Keimen gebracht und im Dunkeln kultiviert. Für die Keimblätter sowie die anderen Teile dieses Keimlings (= Rest des Keimlings) wurden der Gesamt-Stickstoffgehalt und der Gehalt an löslichem Stickstoff (Stickstoff in Molekülen mit kleinem Molekulargewicht, wie z.B. Aminosäuren) bestimmt. Die Ergebnisse sind in der folgenden Grafik dargestellt. Welche Aussage trifft für den Stickstoffmetabolismus dieser Pflanzenkeimlinge am ehesten zu?

In den Keimblättern wurden Proteine zu Aminosäuren abgebaut, die A. schließlich als Stickstoffquelle für das Wachstum der Keimblätter dienten. B. schließlich von den Keimlingen als Abfall ausgeschieden wurden. C. letztendlich durch Oxidation zu CO2 als Energiequelle genutzt wurden. D. innerhalb der Pflanze verschoben wurden und sie deckten den Stickstoffbedarf für praktisch das ganze

anfängliche Wachstum des Keimlings ab. E. innerhalb der Pflanze verschoben wurden und sie deckten ungefähr die Hälfte des Stickstoffbedarfes für das

anfängliche Wachstum des Keimlings ab.

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25. Welche der folgenden Merkmale sind für Xerophyten typisch? 1. versenkte Stomata 2. dicke Cuticula 3. luftgefüllte tote Auswüchse der Cuticula 4. relativ große Blattfläche 5. relativ dicke Blätter 6. mehrschichtiges Palisadengewebe

A. nur 2 und 5 B. nur 2 und 4 C. nur 1, 2 und 6 D. nur 1, 2, 3, 5 und 6 E. alle Aussagen sind richtig 26. Welches der folgenden Biome weist die größte Diversität an Pflanzenspezies auf? A. Tundra B. Taiga C. Grasland D. Laubwald E. Regenwald 27. Die Abbildung zeigt das Nahrungsnetz eines bestimmten Ökosystems mit fünf Spezies (A-E) und den Pfeilen des Energieflusses. Welche Spezies repräsentiert im nebenstehenden Nahrungsnetz den Produzenten? A. Spezies A B. Spezies B C. Spezies C D. Spezies D E. Spezies E 28. Es konnte gezeigt werden, dass Küchenschaben gegenüber Stechmücken eine weniger große Gefahr für die menschliche Gesundheit in Bezug auf ihre Funktion als Krankheitsüberträger darstellen. Welches ist eine Eigenschaft von Schaben, die diesen Sachverhalt erklärt? A. stechende Mundwerkzeuge, Injektion von Speichel in das angestochene Gewebe B. schwammartige Mundwerkzeuge, Speichel wird auf die Nahrung abgegeben C. kauende Mundwerkzeuge, Nahrung wird ohne Speichel geschluckt D. deutlich sauberere Mikrohabitate als Stechmücken E. meiden die Nähe von menschlichen Siedlungen 29. Welches Merkmal ist nicht für r-Strategen kennzeichnend? A. große Wachstumsrate/Vermehrung B. intensive Brutpflege C. schnelles Erreichen der Geschlechtsreife D. geringe Größe E. kurze Lebenszeiten

(C)

(E)

(D)

(A)

(B)

Destruenten

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30. Es existieren zwei Typen von Vogel-Küken: Nestsitzer (altricial) und Nestflüchter (precocial). Im Allgemeinen haben Nestflüchter bereits Federn, wenn sie aus dem Ei schlüpfen, und sie finden ihre eigene Nahrung mit Hilfe ihrer Mutter. Im Gegensatz dazu müssen die Nestsitzer von ihren Eltern gefüttert und umsorgt werden. Welche der folgenden Aussagen sind in Anbetracht dieser Gegebenheiten korrekt? A. Nestflüchter benötigen in der Regel länger, bis sie ausgebrütet sind und schlüpfen. B. Nestsitzer entwickeln Prägung früher als Nestflüchter. C. Elterntiere investieren während der Nestperiode mehr in Nestflüchter als in Nestsitzer. D. In einer Gruppe von jungen, gleichzeitig geschlüpften Vögeln tendieren Nestsitzer dazu, sich früher bewegen zu

können als Nestflüchter. E. Elterntiere von Nestsitzern müssen während der Brutsaison mehr Energie in die Reproduktion investieren als

Elterntiere von Nestflüchtern.

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Teil B B1: Zellbiologie a) Im folgenden Experiment wurden Zellen (1) in ein Medium mit einer Salzkonzentration gegeben, die niedriger als die im Cytoplasma ist. Dadurch schwellen die Zellen an und platzen an einer Stelle (2). Von diesem Gemisch aus geplatzten Zellen und freigesetztem Cytoplasma wurde eine Probe für spätere Analysen entnommen. Die geplatzten Zellen wurden dann ausgewaschen und wiederverschlossen, um Hüllen, sogenannte „Ghosts“, zu bilden (3). Bei diesem Prozess entstehen auch kleinere Vesikel mit der richtigen Orientierung der Membran (4) oder verkehrt orientierter Membran mit der Innenseite außen (5) je nach der Ionenzusammensetzung der Lösung zum Platzenlassen der Zellen.

Die vorbereiteten “Ghosts” bzw. Vesikel (3, 4 und 5) wurden dann mit einem wasserlöslichen, radioaktiv markierten Reagenz gemischt, welches Proteine kovalent binden kann, die Membran aber nicht passiert. Dann wurden die in die Membran integrierten Proteine mit Hilfe eines Detergenz in Lösung genommen und ebenso wie die Probe (2) mittels SDS-Polyacrylamidgelelektrophorese analysiert. Die separierten Proteine wurden durch Coomassie-Blaufärbung (I) bzw. Autoradiografie (II) sichtbar gemacht.

(2) (3) (4) (5)I

a

b

c

de

(3) (4) (5)II

a

b

c

de

Kreuzen Sie an, welche Beschreibung auf die Proteine a-e zutrifft.

Transmembranprotein

intrazelluläres, peripheres Membranprotein

extrazelluläres, peripheres Membranprotein

cytoplasmatisches Protein

Protein a

Protein b

Protein c

Protein d

Protein e

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b) Ordnen Sie durch ein Kreuz den gennannten Zellorganellen die korrekten Eigenschaften bzw. Funktionen zu. A: hier wird H2O2 gespalten B: Doppelmembran, C: Autolyse D: enthält DNA E: blau anfärbbar mit Jodlösung F: produziert ATP G: enthält rRNA H: nur bei Pflanzen I: Transportsystem der Zelle J: produziert und recycelt Membranen

A B C D E F G H I J

Chloroplast

Dictyosom

E.R.

Lysosom

Mitochondrium

Peroxisom

Ribosom

Zellkern

c) Zwei Flaschen werden mit den gleichen Mengen an 10%iger Zuckerlösung gefüllt. Dazu kommt jeweils die gleiche Menge an Bäckerhefe. Flasche A wird luftdicht verschlossen und Flasche B ständig belüftet. Nach 24h werden die Temperatur und der Glucosegehalt der Lösungen gemessen. Geben Sie mit den Zeichen „>“, „=“ und „<“ die korrekten Verhältnisse an. Temperatur Flasche A ……….. Temperatur Umgebungstemperatur Temperatur Flasche B ……….. Temperatur Umgebungstemperatur Temperatur Flasche A ……….. Temperatur Flasche B Glucosegehalt Flasche A ……….. Glucosegehalt Flasche B

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B2: Genetik

a) Die schwarze, braune oder weiße Fellfarbe von Mäusen wird durch die Interaktion der Gene B und C bestimmt. Beide Gene liegen auf unterschiedlichen Autosomen. Die Allele B und b kontrollieren die Synthese von schwarzen, respektive braunen Pigmenten. Allerdings werden diese Pigmente nur in Anwesenheit des dominanten C Allels im Fell eingelagert. Welche der folgenden Aussagen bezüglich einer Kreuzung eines BbCc- und eines bbCc- Individuums sind richtig?

Richtig Falsch Die Fellfarben der beiden parentalen Mäuse sind schwarz und braun. Das Verhältnis der schwarzen zu den braunen Nachkommen beträgt 1:1. 3/4 der Nachkommen sind schwarz. 1/4 der Nachkommen sind braun. 1/4 der Nachkommen sind weiß. Die Allele C und B/b sind co-dominant.

b) Das Fell von Meerschweinchen kann verschiedene Farben haben (schwarz oder weiß). Haare können eine unterschiedliche Struktur besitzen (gestruppt oder glatt). Allele Q und q codieren für die Farbe, Allele R and r für die Art der Haare. Zwischen den Genen besteht keine Kopplung. Eine Zahl Mehrschweinchen mit identischem Genotyp (parentale Gruppe) wurden gekreuzt, woraus eine große F1 Nachkommenzahl hervorging. Die Mehrheit darunter besitzt schwarzes, struppiges Haar. Eine Minderheit hat weißes, glattes Haar. Daneben finden sich etwa gleich kleine Zahlen von weißen und struppigen sowie von schwarzen und glatthaarigen Individuen.

1. Geben Sie den Genotypen der Muttergeneration (parentale Gruppe) unter Verwendung der vorgegebenen Buchstaben an: ...............................................

2. Wie hoch ist die erwartete Zahl an schwarzen und glatthaarigen, wenn 1024 F1-Tiere geboren werden? Ergebnis: ...............................................

3. Meerschweinchen besitzen oft gepunktete Fellmuster. Gemäß einem vereinfachten Model wird das Punkte-Muster durch ein Gen mit zwei Allelen bestimmt: G und g. Falls G im Meerschweinchen vorkommt, zeigt es ein gepunktetes Muster. Eine Wissenschaftlerin untersuchte die Population in einem Territorium und fand heraus, dass 84 % der Meerschweinchen gepunktet waren. Berechne die Frequenz von Allel G unter der Annahme, dass sich diese Population im Gleichgewicht gemäß Hardy-Weinberg befindet. Geben Sie Ihre Antwort auf eine Dezimalstelle nach dem Komma genau an. Ergebnis: ............................................... 4. Eines Tages werden alle NICHT-gepunkteten Meerschweinchen eingefangen und entfernt. Wie groß wird der Anteil (Frequenz) der NICHT-gepunkteten Meerschweinchen in der nächsten Generation in den verbleibenden Meerschweinchen sein? Geben Sie Ihre Antwort in Prozenten in ganzen Zahlen ohne Kommastellen an. Ergebnis:

...............................................

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B3: Evolution und Systematik Der universelle phylogenetische Stammbaum zeigt basierend auf molekularer Sequenzanalyse drei Hauptgruppen von lebenden Organismen – wie in der Abbildung gezeigt. WOESE hat das Konzept der drei Reiche lebender Organismen 1990 basierend auf solch einem Stammbaum vorgeschlagen.

a) Welches Molekül wurde für die Erstellung des universellen phylogenetischen Stammbaumes verwendet? Was ist der Vorteil dieses Moleküls bei der Erstellung des universellen Stammbaums? Wählen Sie die korrekte Kombination aus Molekül und Vorteil aus einer Zeile der Tabelle aus und kreuzen Sie den entsprechenden Buchstaben an.

Molekül Vorteil Korrekte Kombination

A Ribosomales Protein Geringe Mutationsrate der Aminosäuresequenz B Ribosomales Protein Hohe Mutationsrate der Aminosäuresequenz C Ribosomales RNA Geringe Mutationsrate der Nukleotidsäuresequenz D Ribosomales RNA Hohe Mutationsrate der Nukleotidsäuresequenz E Globin Geringe Mutationsrate der Aminosäuresequenz F Globin Hohe Mutationsrate der Aminosäuresequenz G Transfer-RNA Geringe Mutationsrate der Nukleotidsäuresequenz H Transfer-RNA Hohe Mutationsrate der Nukleotidsäuresequenz

b) Welche der drei in der nachfolgenden Tabelle aufgeführten Reiche A-C (Archaea, Bakterien, Eukaryoten) entsprechen den Reichen I, II und III aus der obenstehenden Abbildung? Markieren Sie die korrekten Kombinationen in der Tabelle mit einem Kreuz:

Reich I Reich II Reich III

(A) Archaea

(B) Bakterien

(C) Eukaryoten

Wurzel des Baumes

Reich I Reich II Reich III

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c) Die zwei gestrichelten Pfeile stellen hypothetisch angenommene endosymbiontische Ereignisse dar, durch die Mitglieder des Reiches I zu Endosymbionten des Reiches II wurden. Welche zwei Organismen des Reiches I waren in dieses Ereignis involviert? Was wurde aus ihnen innerhalb der Zellen von Organismen des Reiches II? Welche Funktion haben sie dort gegenwärtig? Tragen Sie je eine korrekte Zahl aus der untenstehenden Tabelle in die entsprechenden Felder ein.

Reich I Reich II Biologische Funktion 1. Cyanobakterien 2. Chlorella-Algen 3. Gram-negative respira-

torische Bakterien 4. Gram-positive fermen-

tierende Bakterien 5. Spirochaeten 6. Virus

1. Mitochondrium 2. respiratorische Kette 3. Flagelle 4. Chloroplast 5. Chlorophyll 6. Zellkern

1. Fotosynthese 2. Stickstofffixierung 3. Glycolyse 4. Respiration/Zellatmung 5. Konjugation 6. Bewegung

Reich I Reich II Funktion

Ältere Symbiose

Neuere Symbiose

B4: Neurophysiologie a) Die Aufnahme von Reizen und Änderungen in der Umwelt wird von spezialisierten sensorischen Zellen ausgeführt, deren Struktur ihrer Funktion entspricht. Ordnen Sie die Sinnesleistungen mit Hilfe des Codes den dargestellten Sinneszellen richtig zu. Kennzeichnen Sie für jede Zelle, ob nach Aktivierung durch einen Reiz die Na+-Kanäle schließen, so dass es zu einer Hyperpolarisation kommt, mit „+“, anderenfalls mit „-“. Code: 1 = Sehen, 2 = Hören, 3 = Riechen, 4 = Schmecken, 5 = Tasten

Code

Hyperpolarisation

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b) Die folgende Skizze gibt schematisch die Verschaltung von vier Neuronen wieder.

Bewerten Sie die folgenden Aussagen nach ihrer Richtigkeit – kreuzen Sie jeweils an.

Wahr falsch Neuron 1 und Neuron 4 fördern die Erregung von Neuron 3. Nur wenn bei Neuron 2 Aktionspotentiale entstehen, wird Neuron 3 gehemmt. Bei Neuron 3 entstehen nur Aktionspotentiale, wenn Neuron 1 nicht aktiv ist. Neuron 1 und Neuron 2 fördern die Erregung von Neuron 3. Neuron 3 wird gehemmt, wenn am Endknöpfchen von Neuron 2 keine Transmitter ausgeschüttet werden.

c) Die Abbildungen I-IV zeigen Potentialverläufe verschiedener Messungen an einer Nervenfaser: variiert wurde die Versuchsbedingung (ohne oder mit einer überschwelligen Reizung R) sowie die Lage der Elektroden. Ordnen Sie die Diagramme den Messanordnungen richtig zu.

…… ……. …… ……….. d) Wenn bei Erhöhung des Blutglucosespiegels in den Inselzellen der Bauchspeicheldrüse vermehrt Insulin ausgeschüttet wird, läuft eine Kette von Prozessen ab:

(1) Einstrom von Ca2+-Ionen (2) Eröffnung potentialabhängiger Ca2+-Kanäle (3) Exocytose Insulinhaltiger Vesikel (4) Glucoseeinstrom (5) Steigerung der ATP-Bildung (6) Verschluss ATP-abhängiger Kanäle (7) Depolarisation

Bringen Sie diese Reaktionsschritte in die richtige zeitliche Reihenfolge: _____________________

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B5: Pflanzenphysiologie a) Ordnen Sie die folgenden Pflanzen A bis C der Abbildung nach ihrer evolutionären Folge von der primitivsten zur modernsten Pflanze an. Die Pfeile in der Abbildung zeigen dabei jeweils auf vaskuläres Gewebe.

Antwort:  ____________ b) Entscheiden Sie unter Verwendung des folgenden Diagramms, welche Aussagen korrekt sind.

wahr falsch Es handelt sich hierbei um eine O2-Abhängigkeitskurve. Punkt A ist der Lichtsättigungspunkt. Punkt B ist der Lichtkompensationspunkt. C ist die maximale Photosyntheserate. Pflanzen hören auf zu wachsen, wenn sie mit einer Lichtintensität bestrahlt werden, die größer als bei Punkt B ist.

Die Respirationsrate ist größer als die Photosyntheserate, wenn Pflanzen mit einer Lichtintensität bestrahlt werden, die kleiner als bei Punkt A ist.

Pflanzen wachsen (sammeln Biomasse an), wenn sie mit einer Lichtintensität bestrahlt werden, die größer ist als bei Punkt A.

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c) Betrachten Sie die folgenden Lichtabhängigkeitskurven für die Photosynthese von Blättern von C3- und C4-Pflanzen und bewerten Sie die Aussagen.

wahr falsch

Abbildung A zeigt die Lichtabhängigkeitskurve von C4-Pflanzen.

C3-Pflanzen haben bei hohen Temperaturen und unter Bestrahlung mit vollem Sonnenlicht einen kompetitiven Vorteil gegenüber C4-Pflanzen, weil sie weniger Photorespiration haben.

C3-Pflanzen haben bei niedrigen Temperaturen und bei einem geringen Photonenfluss einen kompetitiven Vorteil gegenüber C4-Pflanzen, weil sie eine bessere Photonenausbeute haben.

d) Bewerten Sie die folgenden Aussagen zur Photosynthese.

wahr falsch Photophosphorylierung beinhaltet die ATP-Bildung während der Lichtreaktion. Die essentielle Bedeutung des Lichts, um die Lichtreaktion in Gang zu setzen, ist die Sauerstofffreisetzung.

In Pflanzenzellen sind die ATP-Synthase-Komplexe ausschließlich in der Thylakoid-Membran zu finden.

Photoystem II ist für die zyklische Photophosphorylierung nötig. Das spezifische Enzym, das für die Fixierung von CO2 in Zucker notwendig ist, ist im Stroma des Chloroplasten lokalisiert.

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B6: Ökologie a) In einer Untersuchung wurden ökologische Daten für einen jungen Wald, der sich noch nicht im Klimax-Stadium befindet, erhoben. Diese Daten sind in g Trockengewicht pro Quadratmeter und Jahr in der Tabelle wiedergegeben. Wie werden sich diese Zahlen verändern, wenn der Wald deutlich älter ist und sich dem Klimax-Stadium nähert?

Tragen Sie ein: + = Zunahme, 0 = keine Änderung, - = Abnahme

Brutto-produktion

Pflanzen-atmung

Konsumenten-atmung

Destruenten-atmung

Netto-produktion

Junger Wald 2650 g/m2/a 1450 g/m2/a 580 g/m2/a 80 g/m2/a 540 g/m2/a Alter Wald

b) Ein Forscher kochte in einem Becherglas Wasser zusammen mit Heu und ließ das Glas dann unbedeckt einige Tage stehen. Während dieser Zeit konnte er nur heterotrophe Bakterien im Glas finden. Im Anschluss an seine Beobachtungen gab er einige Tropfen Wasser aus einem Straßengraben hinzu, welches nur heterotrophe einzellige Eukaryoten (aber weder Bakterien noch Pilze) enthielt. Er bestimmte über eine Zeitperiode hinweg regelmäßig die Populationsgrößen der einzelnen Arten (p-u), die sich im Becherglas entwickelten.

X = Zeit (Tage); Y = Anzahl Individuen pro ml Wasser an der Wasseroberfläche Als der Forscher die Resultate zusammen mit seinen Studenten betrachtete, meinten einige von ihnen, dass im Becherglas:

I. wohl Konkurrenz zwischen den Arten herrscht. II. eine Sukzession stattfindet.

III. die totale Biomasse während der Periode zwischen dem Tag 40 und dem Tag 50 zunimmt. Andere Studenten gingen sogar soweit vorherzusagen, dass: IV. die Anzahl sich teilender Bakterien gegen Null sinken wird. V. die Anzahl der anderen sich teilender einzelliger Organismen gegen Null sinken wird.

VI. sich ein Klimax-Stadium in einem stabilen, neutralen Gleichgewicht entwickeln wird, welches Bakterien und weitere einzellige Organismen enthält.

Markieren Sie die richtigen Vermutungen mit (+) und die falschen mit (-).

I II III IV V VI

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c) Ein Schüler möchte wissen, welchen Anteil der Nahrung einer Raupe in Biomasse umgesetzt wird. In einem Experiment beobachtet er, dass eine Raupe pro Tag 2 cm² eines Kohlblattes verzehrt. Um daraus den Biomassenzuwachs B bestimmen zu können, misst der Schüler das durchschnittliche Trockengewicht von 1 cm² Kohlblatt W, das totale Gewicht der Raupenfäkalien pro Tag X, das totale Trockengewicht der Raupenfäkalien Y pro Tag sowie die täglich von der Raupe produzierte Menge Kohlenstoffdioxid Z. Geben Sie die einfachste sinnvolle Formel an, um die Masse B (Trockengewicht) an Kohl zu berechnen, die eine Raupe pro Tag in Biomasse umwandelt. B = ………………………………………….. d) Steigende CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre wurden mit dem globalen Klimawandel in Verbindung gebracht. CO2 kann grundsätzlich aus der Atmosphäre entnommen und in Kohlenstoffsenken (Reservoiren) gespeichert werden, womit auch der Klimawandel verlangsamt werden könnte. Einer der Wege zur Entnahme von CO2 aus der Atmosphäre besteht aus der Gesamtheit der chlorophyllhaltigen Pflanzen über die Kohlenstofffixierung während der Photosynthese. Bewerten Sie jede Aussage zur Menge der in verschiedenen terrestrischen Ökosystemen „gespeicherten“ CO2-Menge pro Flächeneinheit.

wahr falsch Nettoprimärproduktion (NPP) (oder Kohlestofffixierungsrate) in borealen Nadelwäldern > in Wäldern temperater Zonen > in tropischen Regenwäldern

Kohlenstoffspeichervermögen (die Menge an gespeichertem CO2) in borealen Nadelwäldern > in Wäldern temperater Zonen > in tropischen Regenwäldern

Nettoprimärproduktion (NPP) in temperaten Grasländern (Grünländern) > in Savannen (Grasländern mit zerstreuten Bäumen) > in Tundren

Nettoprimärproduktion (NPP) in Sekundärwäldern > Klimaxwäldern oder sehr alten Wäldern. Im Vergleich zu anderen Ökosystemen haben Korallenriffe eine sehr hohe Nettoprimärproduktion und ihr Anteil an der globalen Biomassenproduktion ist groß