Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Name: Kurs- Nr.er-Nr. Kurs-Nr. Schriftliche Abiturprüfung Schuljahr 2016/2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau an allgemeinbildenden und beruflichen gymnasialen Oberstufen Haupttermin Mittwoch, 19. April 2017, 9:00 Uhr Unterlagen für die Prüflinge Allgemeine Arbeitshinweise • • Tragen Sie rechts oben auf diesem Blatt und auf Ihren Arbeitspapieren Ihren Namen sowie die Kursnummer ein. Kennzeichnen Sie bitte Ihre Entwurfsblätter (Kladde) und Ihre Reinschrift. Fachspezifische Arbeitshinweise • • • 1 Die Arbeitszeit beträgt 240 Minuten. Eine Lese- und Auswahlzeit von 30 Minuten ist der Arbeitszeit vorgeschaltet. In dieser Zeit darf nicht mit der Bearbeitung der Aufgaben begonnen werden. Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, Rechtschreibwörterbuch Aufgabenauswahl • Sie erhalten drei Aufgaben zu unterschiedlichen Schwerpunktthemen I: II: III: • • • Molekulargenetik und Gentechnik Ökologie und Nachhaltigkeit Neurobiologie und Selbstverständnis Überprüfen Sie anhand der Seitenzahlen, ob Sie alle Unterlagen vollständig erhalten haben. Wählen Sie aus den Aufgaben zwei aus und bearbeiten Sie diese. Vermerken Sie hier auf dem Deckblatt und auf Ihrer Reinschrift, welche Aufgaben Sie ausgewählt und bearbeitet haben. Ausgewählt wurden: Nummer und Schwerpunktthema der Aufgabe 1 Hinweise zu den Erleichterungen für neu zugewanderte Schülerinnen, Schüler und Prüflinge bei Sprachschwie- rigkeiten in der deutschen Sprache finden sich auf S 2. Bio1-gA-AB-2017 Deckblatt, Seite 1 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Deckblatt allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Erleichterungen für neu Zugewanderte Entsprechend der „Richtlinie über die Gewährung von Erleichterungen für neu zugewanderte Schüle- rinnen, Schüler und Prüflinge bei Sprachschwierigkeiten in der deutschen Sprache“ (MBlSchul Nr. 08, 7. Oktober 2016, S. 60) werden für die betroffenen Prüflinge die folgenden Erleichterungen gewährt: • Die Bearbeitungszeit wird um 30 Minuten auf 270 Minuten erhöht. • Ein nicht-elektronisches Wörterbuch Deutsch – Herkunftssprache / Herkunftssprache – Deutsch wird bereitgestellt. Bio1-gA-AB-2017 Deckblatt, Seite 2 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Deckblatt Operatoren allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen AB Definitionen analysieren, untersuchen II-III Unter gezielten Fragestellungen Elemente und Strukturmerkmale her- ausarbeiten und als Ergebnis darstellen angeben, nennen I Ohne nähere Erläuterungen wiedergeben oder aufzählen anwenden, übertragen II Einen bekannten Sachverhalt oder eine bekannte Methode auf etwas Neues beziehen aufstellen II Einen Vorgang als eine Folge von Symbolen oder Wörtern formulieren auswerten II Daten oder Einzelergebnisse zu einer abschließenden Gesamtaussa- ge zusammenführen begründen II-III Einen angegebenen Sachverhalt auf Gesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge zurückführen benennen I Elemente, Sachverhalte, Begriffe oder Daten (er)kennen und angeben berechnen I-II Ergebnisse von einem Ansatz ausgehend durch Rechenoperationen gewinnen beschreiben I-II Strukturen, Sachverhalte oder Zusammenhänge unter Verwendung der Fachsprache in eigenen Worten veranschaulichen bestimmen II Einen Lösungsweg darstellen und das Ergebnis formulieren beurteilen III Hypothesen bzw. Aussagen sowie Sachverhalte bzw. Methoden auf Richtigkeit, Wahrscheinlichkeit, Angemessenheit, Verträglichkeit, Eig- nung oder Anwendbarkeit überprüfen bewerten III Eine eigene Position nach ausgewiesenen Normen oder Werten ver- treten darstellen I-II Sachverhalte, Zusammenhänge, Methoden, Ergebnisse etc. struktu- riert wiedergeben diskutieren, erörtern III Im Zusammenhang mit Sachverhalten, Aussagen oder Thesen unter- schiedliche Positionen bzw. Pro- und Contra-Argumente einander ge- genüberstellen und abwägen einordnen, zuordnen II Mit erläuternden Hinweisen in einen Zusammenhang einfügen entwickeln II-III Eine Skizze, eine Hypothese, ein Experiment, ein Modell oder eine Theorie schrittweise weiterführen und ausbauen erklären, erläutern II-III Ergebnisse, Sachverhalte oder Modelle nachvollziehbar und verständ- lich veranschaulichen herausarbeiten II-III Die wesentlichen Merkmale darstellen und auf den Punkt bringen interpretieren II-III Phänomene, Strukturen, Sachverhalte oder Versuchsergebnisse auf Erklärungsmöglichkeiten untersuchen und diese gegeneinander abwä- gend darstellen protokollieren I-II Beobachtungen oder die Durchführung von Experimenten detailgenau zeichnerisch einwandfrei bzw. fachsprachlich richtig wiedergeben prüfen, überprüfen II-III Sachverhalte oder Aussagen an Fakten oder innerer Logik messen und eventuelle Widersprüche aufdecken skizzieren I-II Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse kurz und übersichtlich dar- stellen mithilfe von z. B. Übersichten, Schemata, Diagrammen, Abbil- dungen, Tabellen vergleichen, gegenüberstellen II-III Nach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten Gemein- samkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und darstellen zeichnen I-II Eine hinreichend exakte bildhafte Darstellung anfertigen Bio1-gA-AB-2017 Deckblatt, Seite 3 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Deckblatt allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Erwartungshorizont und Bewertung Bewertung: Jeder Aufgabe sind 50 Bewertungseinheiten (BE) zugeordnet. In allen Teilaufgaben werden nur ganze BE vergeben. Insgesamt sind 100 BE erreichbar. Bei der Festlegung von Notenpunkten gilt die folgende Tabelle: Erbrachte Leistung (in BE) ≥ 95 ≥ 90 ≥ 85 ≥ 80 ≥ 75 ≥ 70 ≥ 65 ≥ 60 Notenpunkte 15 14 13 12 11 10 9 8 Erbrachte Leistung (in BE) ≥ 55 ≥ 50 ≥ 45 ≥ 40 ≥ 33 ≥ 27 ≥ 20 < 20 Notenpunkte 7 6 5 4 3 2 1 0 Für die Erteilung der Note ausreichend (5 Punkte) ist mindestens erforderlich, dass annähernd die Hälfte der erwarteten Gesamtleistung und über den Anforderungsbereich I hinaus Leistungen in einem weiteren Anforderungsbereich erbracht werden. Für die Erteilung der Note gut (11 Punkte) ist mindestens erforderlich, dass annähernd vier Fünftel der erwarteten Gesamtleistung sowie Leistungen in allen drei Anforderungsbereichen erbracht werden. Dabei muss die Prüfungsleistung in ihrer Gliederung, in der Gedankenführung, in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fachsprachlichen Artikulation den Anforderungen voll ent- sprechen. Die zwei voneinander unabhängigen Aufgaben der Prüfungsaufgabe werden jeweils mit 50 Bewer- tungseinheiten bewertet. Die erbrachte Gesamtleistung ergibt sich aus der Summe der Bewertungsein- heiten in den beiden Aufgaben. Bei erheblichen Mängeln in der sprachlichen Richtigkeit und der äußeren Form sind bei der Bewer- tung der schriftlichen Prüfungsleistung je nach Schwere und Häufigkeit der Verstöße bis zu zwei No- tenpunkte abzuziehen. Dazu gehören auch Mängel in der Gliederung, Fehler in der Fachsprache, Un- genauigkeiten in Zeichnungen sowie falsche Bezüge zwischen Zeichnungen und Text. Bio1-gA-AB-2017 Deckblatt, Seite 4 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Aufgabe I allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Aufgabe I: Der „Schwarze Tod“ Schwerpunktthema: Molekulargenetik und Gentechnik Teilaufgabe a) mit ökologischem Anteil Der Pest, einer hochansteckenden bakteriellen Infektionskrankheit, fielen im Mittelalter in Europa mehr als 25 Millionen Menschen zum Opfer. Auch heute noch treten Fälle dieser von Flöhen übertragenen Infektionskrankheit auf. So infizierten sich beispielsweise im Sommer 2015 mehrere Personen im amerikanischen Nationalpark Yosemite mit dem sogenannten „Schwarzen Tod“. Heutzutage sind die Heilungschancen durch Antibiotika sehr gut, sofern die Pest frühzeitig diagnostiziert wird. Wird die Krankheit nicht rechtzeitig erkannt und bleibt daher unbehandelt, führt sie nach Angaben der Weltgesundheitsorganisation (WHO) auch jetzt noch in 30 bis 60 Prozent der Fälle zum Tod. Pestarzt (historische Darstellung) Quelle: http://www.welt.de/geschichte/artic le134006930/Welche-Kleidung- gegen-toedliche-Seuchen- schuetzt.html [22.5.2016]. a) b) c) d) Zeichnen Sie die Wachstumskurve einer Yersinia pestis-Kultur unter den in Material 1 dargestellten Laborbedingungen, beschreiben Sie den Kurvenverlauf und geben Sie dabei auch Begründungen an. Interpretieren Sie die in Material 3 dargestellten Versuchsergebnisse im Hinblick auf die Bedeutung des pla-Enzyms (Material 2) für die Ausprägung einer Pesterkrankung. Bestimmen Sie mithilfe von Material 4 und 5 die Aminosäuresequenz des Ausschnitts aus dem pPCP1-Plasmid von Yersinia pestis (Abb. 4.1) sowie die wahrscheinlichste DNA-Sequenz für die Aminosäure an Position 259 für das pla-Enzym beim Yersinia pestis-Stamm „Angola“ und erklären Sie, welche Form der Mutation vorliegt. Entwickeln Sie mithilfe der Materialien 2 bis 4 eine Hypothese, wie sich die Anzahl der aus Milzgewebe gewonnenen Immunzellen (bei einem Versuch analog zu Material 3) bei Untersuchungen der beiden Pest-Stämme „Angola“ und KIM voneinander unterscheiden würde. Bio1-gA-AB-2017 (14 BE) (10 BE) (15 BE) (11 BE) Aufgabe I, Seite 1 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Aufgabe I allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Anlage zur Aufgabe Der „Schwarze Tod“ Material 1: Pesterreger im Labor 5 Der Erreger der Pest, das Bakterium Yersinia pestis, wurde bereits 1894 entdeckt. Heutzutage wird in Sicherheitslaboren an ihm geforscht. Zur Untersuchung der Entwicklung des Bakteriums wird ein flüssiges Nährmedium mit einigen Y. pestis-Bakterien beimpft. Dem Medium werden zu Versuchsbeginn einmalig Nährstoffe zugeführt, ansonsten wird die Kultur von außen nicht manipuliert. Nun wird das Wachstum der Kultur beobachtet und protokolliert. Material 2: Entwicklungslinie ausgewählter Pest-Stämme 5 10 15 20 Forscher von der Northwestern University Feinberg School of Medicine in Chicago haben die Eigenschaften verschiedener Erregerstämme von Y. pestis verglichen, um zu untersuchen, wie die tödliche Form der Pesterreger entstanden ist. Während moderne Pesterreger vor allem deshalb gefürchtet sind, weil sie schwere Lungeninfektionen auslösen, können einige ursprüngliche Y. pestis-Stämme, wie Pestoides F, die heute noch in Wühlmäusen zu finden sind, dies nicht. Die Entwicklungslinie in Abb. 2.3 zeigt die Evolution des Pesterregers Y. pestis, der sich in zahlreiche Stämme unterteilen lässt und aus dem Darmbakterium Abb. 2.1: Y. pestis unter dem Y. pseudotuberculosis hervorgeht. Zunächst verloren die Elektronenmikroskop Vorläufer der sogenannten Pestoides-Stämme diejenigen Gene, Quelle: http://www.welt.de/gesundheit/ die bei Y. pseudotuberculosis für die Infektion des Darms verantwortlich sind, erwarben aber das Plasmid (einen article13574069/Verursacher-des- Schwarzen-Todes-existiert-noch.html ringförmigen Erbgutträger außerhalb der Chromosomen) [09.05.2016]. pMT1. Das auf diesem Plasmid codierte Enzym PhospholipaseD ermöglichte es ihnen, im Vormagen von Flöhen zu überleben. Ein Teil dieser Stämme erwarb in einem zweiten Schritt das pla-Enzym-codierende Plasmid pPCP1. Erst durch Vorhandensein dieses Plasmids mit dem pla-Gen erhalten die Pestbakterien die Fähigkeit Lungeninfektionen auszulösen, denn es codiert für das pla-Enzym, welches die Ausbreitung der Bakterien im Gewebe erleichtert. Das pla-Gen mutierte erneut zu Pla I259T. Man findet es in allen modernen Pesterregern wie zum Beispiel den Stämmen CO92 und KIM. Es führt zum Befall weiterer Organe, unter anderem der Milz. Abb. 2.2: Schematische Darstellung (Größenverhältnisse sind nicht berücksichtigt) eines Bakteriums des Stammes von Yersinia pestis mit den Plasmiden pMT1 und pPCP1 Quelle: eigene Darstellung Bio1-gA-AB-2017 Aufgabe I, Seite 2 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Aufgabe I allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Abb. 2.3: Entwicklungslinie ausgewählter rezenter Pest-Stämme (CO92, KIM, Angola und Pestoides F) des Pest- bakteriums Y. pestis aus dem Darmbakterium Y. pseudotuberculosis. Hinweis: Die Abstände und Längen der Abzweigungen stellen die genetischen Distanzen zwischen den einzelnen Stämmen dar. Quelle: verändert nach Zimbler, D. L. et al.(2015): (…) emergence of Yersinia pestis as a severe respiratory pathogen. Nat. Commun.6:7487 doi: 10.1038/ncomms8487 [01.10.2015]. Bio1-gA-AB-2017 Aufgabe I, Seite 3 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Aufgabe I allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Material 3: Unterschiede in der Virulenz der Pest-Stämme Pestoides F und CO92 5 Zur Klärung der Auswirkung der genetischen Unterschiede der verschiedenen Peststämme führten die Wissenschaftler der Northwestern University Feinberg School of Medicine in Chicago molekularbiologische Analysen des pla-Enzyms durch. Außerdem untersuchten sie die Überlebensrate von Mäusen nach der Infektion mit den Pest-Stämmen Pestoides F bzw. CO92 (Abb. 3.1) sowie die Anzahl der an Immunreaktionen beteiligten Zellen (Immunzellen) im Lungengewebe der Mäuse nach der Infektion mit den Pest-Stämmen Pestoides F bzw. CO92 (Abb. 3.2). Abb. 3.1: Überlebensrate von Mäusen nach der Infektion mit Erregern der Pest-Stämme Pestoides F bzw. CO92 Abb. 3.2: Anzahl von Immunzellen im Lungengewebe von Mäusen, die mit Erregern der Pest-Stämme Pestoides F bzw. CO92 infiziert wurden. Die Kontrollgruppe bestand aus nicht infizierten Mäusen. Quelle: (beide Abb.) verändert nach Zimbler, D. L. et al.(2015): (…) emergence of Yersinia pestis as a severe respiratory pathogen. Nat. Commun.6:7487 doi: 10.1038/ncomms8487 [01.10.2015]. Bio1-gA-AB-2017 Aufgabe I, Seite 4 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Aufgabe I allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Material 4: Genetische Codierung des pla-Gens 5 Alle Pesterreger mit dem pPCP1-Plasmid sind in der Lage, das pla-Enzym zu synthetisieren. Das Gen zur Herstellung dieses Enzyms unterscheidet sich zwischen stammesgeschichtlich älteren und jüngeren Stämmen jedoch an Position 259 im Polypeptid durch die Mutation Pla I259T. Beide Formen lösen Lungeninfektionen aus, doch nur bei jüngeren Stämmen greift die Erkrankung auch sehr schnell auf andere Organe wie die Milz über. Bei älteren Stämmen, wie den Pesterregern des Stammes „Angola“, befindet sich im synthetisierten Polypeptid an Position 259 die Aminosäure Isoleucin. Position der Aminosäure im Polypeptid DNA-Sequenz 3‘ 257 258 259 260 261 262 AAA GAC TGG GAC TTA CGG 5‘ Abb. 4.1: Ausschnitt aus dem Plasmid pPCP1 zur Herstellung des pla-Enzyms bei dem Stamm CO92 des Bakteriums Yersinia pestis Quelle: Sequenz aus: http://www.ncbi.nlm.nih.gov/nuccore/16082679?report=graph [22.5.2016]. Material 5: Code-Sonne Hinweis: Die Buchstaben in Klammern unter/neben den Aminosäuren können vernachlässigt werden. Quelle: verändert nach Mouagip (2009): Genetische Code-Sonne, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/ Aminoacids_table.svg [19.9.2012]. Bio1-gA-AB-2017 Aufgabe I, Seite 5 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Abitur 2017 Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau Aufgabe II allgemeinbildende und berufliche gymnasiale Oberstufen Aufgabe II: Graue Zukunft für Europa Schwerpunktthema: Ökologie und Nachhaltigkeit Grauhörnchen stammen ursprünglich aus dem Osten Nordamerikas. Seit dem Jahr 1876 wurden mehrfach Grauhörnchen in Parks und Wäldern Englands ausgesetzt. Sie breiteten sich schnell aus, sodass heute ganz England, große Teile von Wales sowie Irland, wo sie auch eingeführt wurden, von ihnen bevölkert werden. Das einheimische Eichhörnchen wird hingegen immer seltener und ist in England heute nur noch in wenigen, sehr kleinen Populationen zu finden. Im Norden Italiens begannen um 1960 Auswilderungen von Grauhörnchen. Auch hier entstand bald eine größere Population, die sich weiterhin ausbreitet und gerade dabei ist, die Alpen zu umrunden, weshalb auch in Deutschland und Frankreich bald Grauhörnchen zu erwarten sind. a) Skizzieren Sie ein umfassendes Nahrungsnetz aus den Angaben in Material 1 und 2 und geben Sie die entsprechenden Trophieebenen an. b) Beschreiben Sie Abbildung 3.1 in Material 3. (12 BE) (4 BE) c) Mit der Ausbreitung der Grauhörnchen in England nahmen die Eichhörnchen- Populationen in betroffenen Gebieten stark ab, zum Teil verschwanden die Eichhörnchen vollständig. Erläutern Sie unter Einbeziehung der Materialien 1 bis 4, welche Faktoren den Rückgang der Eichhörnchen-Populationen in England verursacht haben könnten. (16 BE) d) Noch ist die Verdrängung der Eichhörnchen durch die Grauhörnchen in Europa allerdings nicht entschieden. Untersuchen Sie anhand von Material 1, 2 und 5, ob die Rückkehr des Baummarders als Ursache für die Erholung der Eichhörnchen-Populationen in Frage kommen könnte. e) Entwickeln Sie ausgehend von Material 5 für die Stellen 11 (Gebiet 2) oder 17 (Gebiet 3) eine Forscherfrage und eine dazu passende Hypothese. Bio1-gA-AB-2017 (10 BE) (8 BE) Aufgabe II, Seite 1 von 4