A Freie und Hansestadt Hamburg Behörde für Schule und Berufsbildung Kurs- Nr. Schriftliche Abiturprüfung Schuljahr 2015/2016 Biologie auf grundlegendem 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 240 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-gA-AB-2016 Deckblatt, Seite 1 von 3

Freie und Hansestadt Hamburg                                                          allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                                   berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                                     Oberstufen Biqlogieayfgryndle^^ Operatoren             AB        Definitionen analysieren,       n.m        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 Prob- übertragen                    lemstellung beziehen auswerten            u       Daten oder Einzelergebnisse zu einer abschließenden Gesamtaussage zusammenführen begründen         Il-III     Einen angegebenen SachverhaltaufGesetzmäßigkeiten bzw. kausale Zusammenhänge zurückführen benennen              I      Elemente, Sachverhalte, Begriffe oder Daten [erkennen und angeben beobachten          I-II      Wahrnehmen unter fachspezifischen Gesichtspunkten berechnen          I-II      Ergebnisse von einem Ansatz ausgehend durch Rechenoperationen ge- winnen 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 aufRich- tigkeit, Wahrscheinlichkeit, Angemessenheit, Verträglichkeit, Eignung oder Anwendbarkeit überprüfen bewerten           III      Eine eigene Position nach ausgewiesenen Normen oder Werten vertreten darstellen         I-II      Zusammenhänge, Sachverhalte oder Arbeitsverfahren strukturiert und gegebenenfalls fachsprachlich einwandfrei wiedergeben oder erörtern einordnen,           II      Mit erläuternden Hinweisen in einen Zusammenhang einfügen zuordnen entwickeln         IMII       Eine Skizze, eine Hypothese, ein Experiment, ein Modell oder eine Theo- rie schrittweise weiterführen und ausbauen erklären         II-III     Rückführung eines Phänomens oder Sachverhalts aufGesetzmäßigkeiten erläutern        ii-in      Ergebnisse, Sachverhalte oder Modelle nachvollziehbar und verständlich 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 wesenüichen Merkmale darstellen und auf den Punkt bringen interpretieren       ii-in      Phänomene, Strukturen, Sachverhalte oder Versuchsergebnisse auf Er- klärungsmöglichkeiten untersuchen und diese gegeneinander abwägend 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 darstel- len, mit Hilfe von z. B. Übersichten, Schemata, Diagrammen, Abbildungen, Tabellen vergleichen,        II-III     Nach vorgegebenen oder selbst gewählten Gesichtspunkten Gemeinsam- gegenüberstellen                 keiten, Ähnlichkeiten und Unterschiede ermitteln und darstellen zeichnen          I-II      Eine hinreichend exakte bildhafte Darstellung anfertigen Biol-gA-AB-2016                                                                      Deckblatt, Seite 2 von 3

Freie und Hansestadt Hamburg                                                    allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                             berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien                                                               Oberstufen Biplqgieaufgry^^ Erwartungshorizont und Bewertung Bewertung: Jeder Aufgabe sind 50 Punkte zugeordnet, insgesamt sind also 100 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                         > 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 Gtiede- rung, in der Gedankenführung, 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 Anfordemngsbereichen 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. Biol-gA-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 grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe l) Aufgabe l: Neue Strategien der Malariabekämpfung Schwerpunktthema: Molekulargenetik und Gentechnik Malaria ist die häufigste tropische Infektionskrankheit. Die drei unterschiedlichen Varianten der Malaria werden durch verschiedene einzellige Erreger der Gattung Plasmodium hervorgerufen, die durch die Fiebermücke {Anopheles spec.) übertragen werden. Als am gefährlichsten wird die Malaria tropica ein- gestuft, die für 90 % der Todesfälle verantwortlich gemacht wird. Laut Angaben der WHO starben al- lein im Jahr 2014 schätzungsweise 584 000 Menschen an der Infektionskrankheit. a) Beschreiben Sie die Proteinbiosynthese bei Prokaryoten. (12 P) b) Bestimmen Sie eine mögliche DNA-Sequenz für das SMl-Peptid (Material 3) und er- läutern Sie anhand der Materialien 3 bis 5 drei verschiedene Auswirkungen von Punktmutationen in dem für die 2. Aminosäure codierenden Triplett des SMl-Gens. (15 P) c) Beschreiben Sie das Diagramm in Material 7. Entwickeln Sie anhand des Diagramms eine Hypothese, aufweiche Weise das Antibiotikum Doxycyclin die Vermehrung von Plasmodien stoppen könnte. (13 P) d) Arbeiten Sie Vor- und Nachteile der gentechnischen Verfahren zur Malariabekämp- fang und der herkömmlichen Malariaprophylaxe aus den Materialien heraus und erör- tern Sie diese. (10 P) Biol-gA-AB-2016 Aufgabe l, Seite 1 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermaterialien Oberstufen Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe l) Anlage zur Aufgabe Neue Strategien der Malariabekämpfung Material 1: Malariaerreger Plasmodien sind einzellige Parasiten, von denen für den Menschen fünf Arten in den Tropen und Sub- tropen als Krankheitserreger der Malaria von Bedeutung sind. Eine häufig vorkommende Art ist z, B. das Plasmodium falciparum, welches die Malaria tropica auslöst. Die Plasmodien weisen einen komplexen Entwicklungszyklus mit einem Wirtswechsel zwischen 5 Mensch und Fiebermücke (Anopheles spec.) auf. Eine Infektion des Menschen mit den Malariaerre- gern erfolgt durch den Stich einer infizierten weiblichen Mücke. Die Männchen stechen nicht und sind daher ungefährlich. Die meisten durch Malaria verursachten Todesfälle betreffen afrikanische Kinder unter fünf Jahren. Material 2: Mit Gentechnik gegen Malaria Das Bakterium Pantoea agglomerans lebt symbiotisch im Darm der Fiebermücke. Forschern ist es nun gelungen, diese Bakterien gentechnisch so zu verändern, dass sie unterschiedliche Proteine syn- thetisieren, die das Überleben der Einzeller Plasmodium falciparum in der Mücke verhindern. Die Bakterien synthetisieren nun u. a. die Peptide Skorpin und EPIP, wodurch die Menge der Plasmodien 5 in den Mücken um bis zu 98 Prozent reduziert werden konnte. Die Anzahl der Mücken, die noch zu einer Ansteckung bei Menschen führen kann, wurde um bis zu 84 Prozent verringert. Um die gentech- nisch veränderten Bakterien in den Darm der Fiebermücken einzubringen, werden sie zunächst in ei- ner Zuckerlösung auf Baumwoll-Bällchen aufgebracht. Die Insekten nehmen Pantoea agglomerans dann mit der Zuckerlösung auf. Für die Mücken selbst sowie für Menschen sind die synthetisierten 10 Proteine nicht schädlich. Im Jahr 2002 gelang es einem Forscherteam, die Fiebermücke der Art Anopheles stephensi gentech- nisch so zu verändern, dass sie ein synthetisches Peptid SM1 (Salivary Gland and Midgut Peptide l) exprimiert und in den Mitteldarm abgibt. Hierdurch können die Parasiten nicht mehr von dem Mittel- darm in die Speicheldrüsen eindringen, was für ihre Entwicklung in der Mücke aber zwingend not- 15 wendig wäre. Die Übertragung auf den Menschen wird verhindert, da die Plasmodien normalerweise beim Stich der Mücke über deren Speichel auf den Menschen übertragen werden. Biol-gA-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 grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe l) 'ss'sssy^.'.ssSfSfs^'sy^s's'-f^ss.s       £^i^^^;^s®^s®s^^%'3^?j&^-ää^u.g^^j^„n-^a&^-s^^'^^aä^äA^s^^^              sss^^rs^wss^sssQ.w^ss'i^sss'ss^stss'^s, Material 3: Aminosäuresequenz des SMI-Peptids 1.2                               3            4567                                              8 9 10                11                 12 Pro - Cys - Gln - Arg - Ala - IIe - Phe - Gln                                                          Ser - Ile          Cys               Lys Quelle: • verändert nach: http://tuprints.ulb.tu-darmstadt.de/3397/l/Dissertation%20Simone%20Reichwein-01.05.13- online%20version.pdf. [22.06.2015] Material 4: Struktur des SMI-Peptids Durch die Ausbildung einer Disulfidbrücke zwischen den Cystein-Resten entsteht ein cyclisches Mo- lekül. Die Aminosäuren bilden eine Schleife. He-Phe /  \ Ala Gln l    • Arg S er \     / Gln Ile \   f Pro — Cys ~ Cys — Lys Quelle: verändert nach: http://tuprmts.ulb.tu-darmstadt.de/3397/l/Dissertation%20Simone%20Reichwein-01.05.13- online%20version.pdf. [22.06.2015] Material 5: Code-Sonne Quelle: verändert nach Mouagip (2009); Genetische Code-Sonne, http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/70/Aminoacids_table.svg, [19.9.2012] Biol-gA-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 grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe l) Material 6: Herkömmliche Malariaprophylaxe Obwohl es vielversprechende Forschungsergebnisse gibt, existiert aktuell noch kein Impfstoff gegen Malaria (Stand Juni 2015). Zur Vorbeugung einer Malariainfektion sind daher andere prophylaktische Maßnahmen nötig, wie z. B. das Tragen langärmliger Kleidung,' Schutz durch Moskitonetze, die mit synthetischen Insektiziden imprägniert sind oder das Einreihen der Haut mit Moskito abweisenden Substanzen. Allerdings sind viele Insektizide zum einen sehr kostenintensiv, zum anderen weisen Mü- cken immer häufiger Resistenzen gegen die bisher eingesetzten Insektizide auf. Eine weitere Möglichkeit, sich vor Malaria zu schützen, ist die Durchführung einer medikamentösen Malariaprophylaxe. Die zum Einsatz kommenden Medikamente unterscheiden sich je nachdem, für welches Verbreitungsgebiet eine Prophylaxe benötigt wird. Sie sind zum Teil sehr teuer und es besteht 10 die Gefahr, dass Nebenwirkungen auftreten. Schwangere und kleine Kinder sollten auf diese Form der Prophylaxe verzichten, da für die allgemein gängigen Medikamente ungeklärt ist, ob sie Ungeborenen oder Kleinkindern schaden können. Material 7: Wirkung von Antibiotika auf die Proteinbiosynthese Bei einer Malariaerkrankung therapiert man z. B. mit Antibiotika. Diese hemmen das Wachstum von Mikroorganismen oder töten diese ab, indem sie deren Proteinbiosynthese beeinflussen. Ein Beispiel ist das Antibiotikum Doxycyclin. Hinweis: Antibiotika verwendet man normalerweise gegen Bakterien. Da Plasmodien auch einen pro- karyotischen Proteinbiosyntheseapparat haben, wirken sie auch bei ihnen. t t <z. J_ 0         tHi«t!IHIHiitt)IHtfH!f!fiftif 4-1 2 +-1 '"•^^^^^^^^^^^^^ Cü                                                            synthetisiertes N                                                          \\ Protein ^ Q \ Zeit Abb. 7.1: Konzentration von mRNA und synthetisiertem Protein im Bakterium £'. coli nach Zugabe von Doxycyclin zum markierten Zeitpunkt (J. ) Quelle: verändert nach W. Jungbauer (2011): Aufgabenhandbuch Biologie: Abitur und Klausuraufgaben. Band 4: Genetik. Aulis Verlag, S. 131 Bio1.gA-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 grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe II) Aufgabe II: Wenn der Frühling zu früh kommt Schwerpunktthema: Okologie und Nachhaltigkeit Im Hoge-Veluwe-Nationalpark in den Niederlanden leben viele unter Artens.chutz stehende Pflanzen und Tiere. Er ist charakterisiert durch Wald, Dünen und Heiden. Im Nationalpark werden vegetationsökologische und populationsökologische Forschungen vorgenommen. Seit den 1950er- Jahren läuft hier eine Langzeitstudie über die Entwicklung der Kohlmeisenpopulation, die wichtige Erkenntnisse über die Folgen der Temperaturveränderung in Mitteleuropa liefern kann. a) Zeichnen Sie unter Einbeziehung der in Material 1 genannten Lebewesen eine Nahmngspyramide und nennen Sie Unterschiede zwischen dieser Darstellung und der einer Nahrungskette sowie der eines Nahrungsnetzes. (10 P) b) Beschreiben Sie das Diagramm in Material 2 und werten Sie dieses aus. Berücksichtigen Sie auch Material l. (10 P) c) Die Populationsdichte der Kohlmeisen nimmt ab. Analysieren Sie mit Hilfe der Materialien l und 2 die Diagramme in Material 3 in Bezug auf diese Entwicklung. (12 P) d) Nahrungsketten können entkoppelt werden. Erklären Sie dies und untersuchen Sie die Auswirkungen der Entkopplung auf die in Material l beschriebenen Beziehungen und die daraus resultierenden ökonomischen Folgen. Nutzen Sie hierfür alle Materialien. (10 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 Hoge-Veluwe-Nationalpark anschließen könnte. (8 P) Biol-gA-AB-2016 Aufgabe II, Seite 1 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung berufliche gymnasiale Abitur2016 Schülermateriali6n Oberstufen Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe II) ?uS@^^^^^^S^£'£^^3ffl^?^^^E^^ff;^^i^^S;Kr^;^^3@^?aSaK^ii^Sä^i^i^^;%K^S3^ Anlage zur Aufgabe Wenn der Frühling zu früh kommt Material 1: Kohlmeisen, Frostspanner und Eichen Der Hoge-Veluwe-Nationalpark in den Niederlanden umfasst Waldgebiete, in denen schon über Jahrzehnte das Brutverhalten von Kohlmeisen (Parus major) untersucht wurde. Die Kohlmeise ist die größte und am häufigsten vorkommende Meise in Europa und besiedelt Laub- und Mischwälder, Parks und Gärten. Besonders in Obst- und Gemüsegärten ist sie im Frühjahr und zur Sommerzeit ein „gern 5 gesehener Gast", weil sie dort Insekten frisst. Des Weiteren ernährt sie sich z. B. von Schnecken, Spinnen, Samen und Früchten. Die Kohlmeise brütet in Baumhöhlen und Mauerritzen. Das Weibchen legt in der Regel sechs bis acht Eier, die sie unentwegt bebrütet. In der Zeit bringt das Männchen ihr Nahrung ins Nest. Nach dem Schlüpfen füttern die Kohlmeisen ihre Jungen im Nationalpark vorwiegend mit Raupen des Kleinen 10 Frostspanners (Operophtera brumatd). Mit dieser Nahrung werden die nun flügge gewordenen Jungvögel auch nach Verlassen des Nestes noch ca. 14 Tage von ihren Eltern gefüttert. Die Raupen des Kleinen Frostspanners schlüpfen im Frühjahr. Der genaue Zeitpunkt richtet sich nach den Temperaturen im Spätwinter. Bis zu drei Tage kommen die Raupen ohne Nahrung aus. Nach acht bis neun Tagen verpuppen sich die Raupen. Die Raupen ernähren sich von jungen Blättern der 15 Stieleiche (Quercus robur). Altere Eichenblätter enthalten Tannine als Fraßschutz und werden deshalb von den Raupen gemieden. Das Ausschlagen der Eichen hängt von der Temperatur im Spätfrühling ab. Diese hat sich seit 1980 um etwa 2° C erhöht. Die Raupen können an Bäumen erheblichen Schaden verursachen. Mitunter lassen sie nur die stärkeren Blattrippen und Stiele übrig. Vereinzelt kommt es zu Kahlfraß an einem gesamten Baum. 20 Außer Eichen sind zahlreiche andere Laubhölzer wie Buche, Ahorn und viele Obstbäume vom Raupenbefall betroffen. Wissenschaftler untersuchen im Hoge-Veluwe-Nationalpark seit vielen Jahren die Meisenpopulation. In den letzten 20 Jahren ist zwar die Anzahl der Eier pro Paar gleich geblieben, aber es werden immer weniger Kohlmeisen flügge; Abb.l.l: Kohlmeise (f. mtyor) Abb.1.2: Raupe des Kleinen Frostspanners.(ö. brumatd) Quelle:                            Quelle: https://pixabay.com/get/llba0ca802e704bd31a/143773633 http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Operophtera_brum 2/tit-481988_1280.jpg?direct, [24.07.2015] ata larva,jpg#mediaviewer/File:Operophtera, r24.07.20l51 Hinweis: Die Abbildungen sind nicht maßstabsgetreu. Biol-gA-AB-2016 Aufgabe II, Seite 2 von 4

Freie und Hansestadt Hamburg                                                                      allgemeinbildende und Behörde für Schule und Berufsbildung                                                               berufliche gymnasiale Abitur2016                                        Schülermaterialien                                          Oberstufen Biologie auf grundlegendem Anforderungsniveau (Aufgabe II) Material 2: Jungenaufzucht bei der Kohlmeise 700 g 600 l 2 3 4 5 6 7 8 9 101112 13 14 15 16 1718 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 Zeit nach der Eiablage [Tage] Abb. 2.1: Anzahl der täglichen Nestbesuche mit Futter bei Kohlmeisen Hinweis: Zu Details der Fütterung siehe auch Material l. Quelle: verändert nach: Spieler, Marko (2013): Klimawandel: [...]. In: Unterricht Biologie: 387/388, S. 71-77 Biol-gA-AB-2016                                                                                  Aufgabe II, Seite 3 von 4