A m-...                 .....          .    Name: Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Kurs-Nr. Schriftliche Abiturprüfung Schuljahr 2015/2016 Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau an allgemeinbildenden und beruflichen gymnasialen Oberstufen Haupttermin Freitag, 22. April 2016, 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 ebenfalls mit Namen und Kursnummer. Fachspezifische Arbeitshinweise • Die Arbeitszeit beträgt 300 Minuten. • Eine Lese- und Auswahlzeit von 30 Minuten ist der Arbeitszeit vorgeschaltet. In dieser Zeit darf nicht mit der Bearbeitung begonnen werden. • Erlaubte Hilfsmittel: Taschenrechner, Rechtschreibwörterbuch Aufgabenauswahl • Sie erhalten drei Aufgaben zu unterschiedlichen Schwerpunktthemen: I: Molekulargenetik und Gentechnik II: Okologie und Nachhaltigkeit III: Evolution und Zukunftsfragen • 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 Biol-eA-AB-2016 Deckblatt, Seite 1 von 3

Freie und Hansestadt Hamburg                                                        allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                                 berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                                   Oberstufen Biologle auf erhöhtem Anforderungsniveau Operatoren              AB      Definitionen analysieren,       II-III   Unter gezielten Fragestellungen Elemente und Strukturmerkmale her- untersuchen                  ausarbeiten und als Ergebnis darstellen angeben,            I     Ohne nähere Erläuterungen wiedergeben oder aufzählen nennen anwenden,           II     Einen bekannten Sachverhalt, eine bekannte Methode auf eine neue übertragen                  Problemstellung beziehen auswerten            II    Daten oder Einzelergebnisse zu einer abschließenden Gesamtaussage zusammenführen begründen         II-III   Einen angegebenen SachverhaltaufGesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge zurückführen benennen              I    Elemente, Sachverhalte, Begriffe oder Daten [er]kennen und angeben beobachten          I-II    Wahrnehmen unter fachspezifischen Gesichtspunkten 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             u     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 vertre- ten darstellen         I-II    Zusammenhänge, Sachverhalte oderArbeitsverfahren strukturiert und gegebenenfalls fachsprachlich einwandfrei wiedergeben oder erörtern einordnen,          u      Mit erläuternden Hinweisen in einen Zusammenhang einfügen zuordnen entwickeln         II-III   Eine Skizze, eine Hypothese, ein Experiment, ein Modell oder eine Theo- rie schrittweise weiterführen und ausbauen erMären          II-III   Rückführung eines Phänomens oder Sachverhalts auf Gesetzmäßigkei- ten erläutern        II-III   Ergebnisse, Sachverhalte oder Modelle nachvollziehbar und verständ- lich veranschaulichen erörtern,          III    Ein Beurteilungs- oder Bewertungsproblem erkennen und darstellen, diskutieren                 unterschiedliche Positionen und Pro- und Kontra- Argumente abwägen und mit einem eigenen Urteil als Ergebnis abschließen 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 prüfen           III     Eine Aussage bzw. einen Sachverhalt nachvollziehen und auf der Grund- läge eigener Beobachtungen oder eigenen Wissens beurteilen skizzieren         I-II    Sachverhalte, Strukturen oder Ergebnisse kurz und übersichtlich dar- stellen, mit Hilfe von z. B. Übersichten, Schemata, Diagrammen, Abbil- düngen, Tabellen vergleichen,        II-III   Nach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten Gemein- gegenüb erstellen              samkeiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und darstellen zeichnen          MI      Eine hinreichend exakte bildhafte Darstellung anfertigen Bio1.eA-AB.2016                                                                    Deckblatt, Seite 2 von 3

Freie und Hansestadt Hamburg                                                    allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                             berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                               Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau Erwartungshorizont und Bewertung Bewertung: Jeder Aufgabe sind 50 Punkte zugeordnet, insgesamt sind also l 00 Punkte erreichbar. Bei der Fest- legung von Notenpunkten gilt die folgende Tabelle. Erbrachte Leistung                                Erbrachte Leistung Notenpunkte                                        Notenpunkte (in Punkten)                                      (in Punkten) > 95                   15                        > 55                     7 > 90                   14                        > 50                     6 > 85                   13                        > 45                     5 > 80                   12                        > 40                     4 > 75                   11                         S 33                    3 > 70                    10                        > 26                     2 > 65                     9                         > 19                     l > 60                     8                         < 19                    0 Die zwei voneinander unabhängigen Aufgaben der Prüfungsaufgabe werden jeweils mit 50 Punkten bewertet. Die erbrachte Gesamtleistung ergibt sich aus der Summe der Punkte in den beiden Aufga- ben. Die Note „ausreichend" (5 Punkte) wird erteilt, wenn annähernd die Hälfte (mindestens 45 Punkte) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden ist. Dazu müssen auch Leistungen im Anforderungs- bereich II erbracht werden. Die Note „gut" (l l Punkte) wird erteilt, wenn annähernd vier Fünftel (mindestens 75 Punkte) der erwarteten Gesamtleistung erbracht worden sind. Dabei muss die Prüfungsleistung in ihrer Gliede- rung, in der Gedankenfuhrung, in der Anwendung fachmethodischer Verfahren sowie in der fach- sprachlichen Artikulation den Anforderungen voll entsprechen. Ein mit „gut" beurteiltes Prüfungser- gebnis setzt voraus, dass neben Leistungen in den Anforderungsbereichen I und II auch Leistungen im Anforderungsbereich III erbracht werden. Bei erheblichen Mängeln in der sprachlichen Richtigkeit sind bei der Bewertung der schriftlichen Prü- fungsleistungje nach Schwere und Häufigkeit der Verstöße bis zu zwei Notenpunkte abzuziehen. Da- zu gehören auch Mängel in der Gliederung, Fehler in der Fachsprache, Ungenauigkeiten in Zeichnun- gen sowie falsche Bezüge zwischen Zeichnungen und Text. Bio1.eA-AB.2016                                                                Deckblatt, Seite 3 von 3

Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe l) Aufgabe l: „Natürlich gedopt" - Eine Mutation führt zur Leis- tungssteigerung Schwerpunktthema: Molekulargenetik und Gentechnik Der finnische Skilangläufer Eero Mäntyranta fiel unter den anderen Skilangläufern auf. Nicht nur erzielte er spektakuläre Erfolge, die ihm zahlreiche Medaillen einbrachten, sondern auch seine gerin- ge Körpergröße, die nicht zu einem Skilangläufer passte, war auffällig. Immer wieder wurde er ver- dächtigt zu dopen, was er stets bestritt. Sein „Geheimnis" sollten Wissenschaftler erst 20 Jahre später herausfinden. Sie untersuchten Mäntyrantas Erbgut und stellten erstaunt fest, dass er auf „natürliche Art gedopt" war. Er besaß von Geburt an eine Genmutation, die beeinflusst, wie sein Körper auf das Hormon Erythropoietin (EPO) reagiert. Dadurch bildete Mäntyranta mehr Erythrocyten als andere Menschen und sein Blut konnte mehr Sauerstoff transportieren. Der Held aus den Sechzigern besaß bereits das Doping der Zukunft. a) Das Hormon Erythropoietin ist ein Protein. Skizzieren und beschreiben Sie den strukturellen Bau von Proteinen bis zur Ebene der Tertiärstruktur. (10 P) b) Stellen Sie die Signalkette aus Material l dar, die zur Bildung und Reifung von Erythrocyten führt. (10 P) c) Bestimmen Sie mit Hilfe von Material 3 die Aminosäuresequenzen der in Material 2 beschriebenen DNA-Sequenzen und erklären Sie die Auswirkungen der Mutation in Bezug auf die Signalkette und die sportliche Leistungsfähigkeit. Stellen Sie in Ih- rer Lösung alle Teilschritte dar. (14 P) d) Entwickeln Sie zwei Hypothesen zu den genetischen Ursachen von Anämie (Mate- rialien l und 4). (6 P) e) Beurteilen Sie vergleichend die in Material 4 vorgestellten Therapien bei einer Anä- mie bezüglich Eignung, Anwendbarkeit und Risiken. (10 P) Bio1-eA.AB.2016 Aufgabe l, Seite 1 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg                                                                 allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                                          berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                                            Oberstufen Blologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe l) Anlage zur Aufgabe „Natürlich gedopt" - Eine Mutation führt zur Leistungs- Steigerung Material 1: Erythropoietin und seine Wirkung Erythropoietin (EPO) ist ein körpereigenes Peptidhormon, das in der Niere des Menschen gebildet wird. Es beschleunigt im Knochenmark die Bildung und die Reifung der roten Blutkörperchen (Erythrocyten), deren wesentliche Aufgabe der Sauerstofftransport ist. EPO wird im Blut transportiert. Durch Bindung an spezifische Rezeptoren, die sich auf der Membran der Vorläuferzellen der Erythrocyten befinden, löst es eine Signalkette aus. Diese Signalkette führt zur Expression von Zielgenen und dadurch letztlich zur Ausdifferenzierung der Vorläuferzellen zu reifen Erythrocyten. Die Signalkette ist in Abb. 1.1 dargestellt. Exfrazeilulärer Bereich (Blut) STAT Cytoplasma                   STAT einer Vorläuferzelle Kernmembran mit Poren I Zeltkern "DWi III P)m Transkription ^Promofor-Regiön ^ Legende/Hinweise: ((: Rezeptor JAK: Janus-Kinase, ein an einen Rezeptor gebundenes Enzym, das eine Phosphorylierung ermög- licht STAT: (Signal Transducer and Activator ofTranscription) Protein, das nach Dimerisierung eine Tran- skription auslösen kann Dimerisierung: Zusammenlagerung zweier Einheiten P: Phosphatgruppe Abb. 1.1: Signalkette (vereinfacht), die zur Ausdifferenzierung von Erythrocyten führt Quelle: verändert nach: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/b/ba/JAI<-STAT-Signaltransduktion_nach_EPO- Bindung.png, [23.10.2014] Bio1-eA.AB.2016                                                                              Aufgabe l, Seite 2 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe l) Material 2: Mutation im EPO-R-Gen Ursache für den Erfolg des finnischen Skilangläufers Eero Mäntyranta war u. a. eine Mutation in dem Gen (EPO-R-Gen), das für den in Material l dargestellten EPO-Rezeptor codiert. Mittlerweile hat man verschiedene Mutationen auf diesem Gen entdeckt, die alle die gleichen Auswirkungen haben, näm- lich eine gesteigerte Erythrocytenproduktion. In Abb. 2. l ist ein Ausschnitt aus dem nicht-mutierten sowie aus einem mutierten EPO-R-Gen darge- stellt. 3'...TCG AGG GTC GAG AAC GCA GGT ACC TGT GAC ACG GGA CTC GAC GGG GGA TGG GGT GGG GTG GAT TTC ATG GAC...5' a) Ausschnitt aus dem codogenen Strang des nicht-mutierten EPO-R-Gens (Chromosom 19, Position 1429-1500) 3-...TCG AGG ACG CAG GTA CCT GTG ACA CGG GAC TCG ACG GGG GAT GGG GTG GGG TGG ATT.TCA TGG ACA TGG AAC ...5' b) Ausschnitt aus dem codogenen Strang eines mutierten EPO-R-Gens (Chromosom 19, Position 1429-1500) Abb. 2.1: Ausschnitte aus dem nicht-mutierten bzw. mutierten EPO-R-Gen Hinweis zur Herkunft der Sequenz: Die Nukleotidsequenz des nicht-mutierten Gens wurde aus der Gendatenbank vom NCBI entnommen, die des mutierten Gens auf Grundlage der Literatur abgeleitet. Biol-eA-AB-2016 Aufgabe l, Seite 3 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe l) S'.^^^»%K.;^t®3S!»2^am^^^S^^^^&ä^^S3^tK8^S;ä£^^!^?£E3^^?i^'^^s^%^^äS^^^^ Material 3: Code-Sonne Quelle: verändert nachMouagip (2009); Genetische Code-Sonne, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Aminoacids_table.svg, [23.10.2014] Material 4: Gentechnische Möglichkeiten zur Therapie einer Anämie Zur Therapie von Patienten, die an einer Anämie (Blutarmut: Mangel an Erythrozyten) leiden, wird EPO oft direkt ins Blut verabreicht. Dieses wird heutzutage in der Regel mit Hilfe von gentechnischen . Methoden gewonnen. Das EPO-Gen aus Nierenzellen von gesunden Menschen wurde dazu in Bakterien eingeschleust. Die transgenen Bakterien produzieren nun humanes EPO. 5 Eine weitere Therapiemöglichkeit wurde von der englischen Firma Oxford Biomedica entwickelt. Das sogenannte „Repoxygen" ist der Markenname für ein Gentherapieverfahren, das eine kontrollierte Produktion von EPO im menschlichen Körper bewirken soll. Das „Repoxygen" besteht aus dem hu- manen EPO-Gen sowie einem Kontrollgen, das die Expression nur bei verminderter Sauerstoffkon- zentration aktiviert. Der Transfer in den menschlichen Körper geschieht über ein Virus als Vektor, 10 dessen pathogene (krankmachende) Wirkung zuvor weitgehend ausgeschaltet wurde. In das Erbgut des Vektors wurde das „Repoxygen" eingeschleust. Anschließend wird eine Vielzahl dieser Vektoren einmalig in den menschlichen Muskel injiziert. Das Vims dringt in die Muskelzellen ein und schleust dann sein Genom ungerichtet in die menschliche DNA ein. Die Wirkung von EPO auf die Blutbildung nutzt man nicht nur in der Medizin für die Therapie von 15 Patienten aus, die unter einer Anämie leiden. EPO wurde und wird vor allem bei Ausdauersportarten auch als Dopingmittel missbraucht, um durch die erhöhte Erythrocytenzahl die Sauerstoffkonzentration im Blut zu steigern und somit die Sauerstoffversorgung der Muskeln zu verbessern. Eine erhöhte Zahl an Erythrocyten bedeutet jedoch auch eine „Verdickung" des Blutes. Die Folge ist ein erhöhtes Risiko für Thrombosen (Gefäßverschlüsse durch Blutgerinnsel) und 20 Schlaganfälle. Biol-eA-AB-2016 Aufgabe l, Seite 4 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe II) Aufgabe II: Die Stellung der Kolkraben im Wald von Bialowieza Schwerpunktthema: Okologie und Nachhaltigkeit Der Wald von Bialowieza in Polen gilt heute als letzter ' Urwald des europäischen Tieflandes. Ein Teil von ihm steht unter Naturschutz. Dieses Gebiet wurde 1979 in ' das Weltnaturerbe der Unesco aufgenommen. Dort j leben etwa 56 Säugetier- und 120 Brutvogelarten, ' darunter auch der Kolkrabe. Wissenschaftler erforschen die natürlichen Zusammenhänge und Prozesse im Wald, um daraus zum Schutz anderer Gebiete Schlüsse ziehen zu können. Die Wissenschaftlerin Nuria Selva hat verschiedene Tiere sowie ihr Vorkommen und Verhalten                            genauer                      untersucht.                                 .   " Kolkrabe (Corvus corax) Quelle: http://de.wikipedia.org/wiki/Kolkrabe#mediaviewer/File:Corvus_corax_head_profile.jpg, [13.06.2015] a) Stellen Sie den Stofffluss in Okosystemen schematisch anhand folgender Begriffe dar: abiotische Umwelt, Destmenten, Primär- und Sekundärkonsumenten, Detritus (abgestorbenes Material), Produzenten. Ordnen Sie den Kolkraben (Material l) in Ihr Schema ein. (12 P) b) Beschreiben Sie die Messergebnisse in Material 2 und erklären Sie diese (Materia- lien l und 2). (12 P) c) Analysieren Sie die Wechselbeziehungen der Kolkraben zum einen mit den Seeadlem und zum anderen mit den Füchsen (Materialien l bis 4). (l 5 P) d) Arbeiten Sie anhand der Materialien l bis 4 und aufgrund eigener Überlegungen her- aus, welche Bedeutung dem Kolkraben innerhalb des Waldes von Bialowieza zu- kommt. (5 P) e) Entwickeln Sie mit Hilfe aller Materialien sowohl eine Leitfrage als auch eine dazu passende Hypothese, deren Untersuchung sich an die bisherigen Messungen im Wald von Bialowieza anschließen könnte. (6 P) Biol-eA-AB-2016 Aufgabe II, Seite 1 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg                                                               allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                                        berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                                          Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe II) &y„^^^;E?&^^^^aS?i'%Ki:E;:-'K:Si^.^S:SS^.^a; Anlage zur Aufgabe Die Stellung der Kolkraben im Wald von Bialowieza Material 1: Das Leben der Kolkraben (Con/us corax) Mit einer Flügelspannweite von über 1,20 m und einem Gewicht von bis zu 1,5 kg sind Kolkraben die größten Rabenvögel. Damit sind sie z. B. drei Mal so schwer wie die in Deutschland weit verbreitete Ra- benkrähe. Die K-olkraben erreichen in ihrer natürlichen Umgebung ein 5 Alter vori ca. 20 Jahren. Kam der Kolkrabe früher in ganz Deutschland vor, so war er in der Mitte des 19. Jahrhunderts in Mitteleuropa fast ausgerottet. Nur in we- nigen Gebieten, z. B. in Polen oder im Alpenvorland, blieb er erhalten. Insbesondere Naturschutzverbände freuen sich heute über den Prozess 10 der Wiederbesiedlung großer Gebiete, auch in Deutschland. Da der Kolkrabe sehr anpassungsfähig ist, kommt er auf der nördlichen Halbkugel in sehr verschiedenen Lebensräumen vor. Als Standvogel bleibt er das ganze Jahr über in seinem Revier. Kolkra- ben gehen eine lebenslange Beziehung ein und brüten alleine, also 15 nicht in Kolonien. Zum Brüten benötigen sie ungestörte und geschützte Plätze, z. B. in hohen Bäumen und Felsnischen. Im Frühjahr legen sie bis zu sechs Eier. Die Jungtiere werden bis zu 3,5 Monate lang gefüt-              Abb. 1.1: Kolkrabe mit Nest tert (im Nest als Nestling: .ca. 45 Tage; anschließend ca. 55 weitere Ta- Quelle: ge) und gehen dann auf Wanderschaft, während die Eltern als einziges               http ://upload.wikimedia.org/wi 20 Paar im Revier bleiben. Kolkraben ohne Revier bilden zusammen lo-                     kipedia/commons/4/47/ Bundesarchiv Bild 135-S-12- ckere große Nichtbrüter-Trupps, die umherstreifen. 01- 16%2C_Tibetexpedition% 2C_Kolkrabe_mit_Nest.jpg, Der Kolkrabe ist ein Allesfresser. Er ernährt sich sowohl von Aas (Ka- [27.10.2014] davem) als auch von Kleinsäugem, Fischen, Fröschen, Reptilien, gele- gentlich kleineren Vögeln und deren Eiern. Die Kolkraben fressen im Winter auch Samen und Beeren. 25 Für die Aufzucht des eigenen Nachwuchses fangen Kolkraben im April hauptsächlich Insekten. Biol-eA-AB-2016                                                                         Aufgabe II, Seite 2 von 5

Freie und Hansestadt Hamburg                                                                    allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                                             berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                                                Oberstufen Biologie auf erhöhtem Anforderungsniveau (Aufgabe II) Material 2: Kadaver-Nutzung durch Kolkraben im Jahresverlauf Kolkraben (KR) an Kadavern ^r 70                                                                                                 12 c    c ro   ai 60                                                                                                         •o ^ \z. .^________                                            - 10 -y>   L. ao                             7"V _ ^ ^                                                                  •ä    3 J^".'"".                                                                       0)   s l50 3s N s z<z                                                                                    8   £ u ::^ +.1 40 4-     "~^"~                                                                                       ^    X; - 6 Bfl u v* u                                                                                                          0) U) l 30                                                                                                      -0    Sb 4   oe   » S 20                                                      "v                                               ^ >  n •a ss L- \                                             ai   (0 10 +-                                                                    A'            •x_.      - 2  •a ^ -^——F"' £. (B "r                             -T'                          mr                  0   N    u c Okt-Nov Dez-Jan Feb-Mär Apr-Mai Jun-Jul Aug-Sep                                                     0) •% Kadaver-Nutzung —•*<— Anzahl der KR, die gleichzeitig am Kadaver waren Abb. 2.1: Kadaver-Nutzung durch Kolkraben im Jahresverlauf Hinweis: % Kadaver-Nutzung in den Materialien 2 und 3 gibt an, wie viel Prozent aller von den Forschern gesichteten Kadaver von der jeweiligen Tierart als Nahmng genutzt wurden. Quelle: verändert nach Selva, N. (2004): The role ofscavenging in the predator community ofBialovvieza Primeval Forest. Dissertation. Universidad de Sevilla/Spanien; S.86 Bio1.eA-AB.2016                                                                               Aufgabe II, Seite 3 von 5