BI12_x_G_HT_GG.pdf
Dieses Dokument ist Teil der Anfrage „Abiturprüfungen“
BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 1 von 4 Name: _______________________ Abiturprüfung 2012 Biologie, Grundkurs Aufgabenstellung: Thema: Evolutive Prozesse bei der Ruineneidechse I.1 Vergleichen Sie die phänotypischen Merkmale, das Verhalten und die Ernährung der Ruineneidechsen auf den Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru und erklären Sie die Entstehung der Unterschiede unter Einbeziehung der hier wirkenden Evolutions- faktoren (Materialien A und B). (28 Punkte) I.2 Erklären Sie, inwiefern die Entstehung der Blinddarmklappen einen Anpassungs- prozess der Ruineneidechsen an den Lebensraum auf Pod Mrcaru bedeutet. Diskutieren Sie mögliche Ursachen für die Entstehung der Blinddarmklappen bei den Ruinen- eidechsen auf Pod Mrcaru und stellen Sie eine Möglichkeit zur Überprüfung der Ursachen dar (Material C). (16 Punkte) I.3 Begründen Sie, warum die Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru als ideale Untersuchungs- gebiete angesehen werden, um die interspezifische Konkurrenz zwischen den hier betrachteten Ruinen- und anderen Mauereidechsenarten zu untersuchen und evolutive Prozesse über lange Zeit zu erforschen (Material A). (10 Punkte) Zugelassene Hilfsmittel: Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Nur für den Dienstgebrauch!
BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 2 von 4 Name: _______________________ Material A: Zu den phänotypischen Merkmalen und zum Verhalten der Ruineneidechse auf Pod Kopiste und Pod Mrcaru Die Ruineneidechse (Podarcis sicula) gehört zur Familie der Echten Eidechsen (Lacertidae) und zur Gattung der Mauereidechsen (Podarcis). Sie ist bräunlich, grau oder grün gefärbt und frisst meist Insekten, aber auch Spinnen, Würmer und Pflanzen. Mauereidechsen sind in Südeuropa weit verbreitet, so auch auf den kroatischen Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru. Diese beiden Inseln sind nur 4,5 km voneinander entfernt und sehr ähnlich hinsichtlich der geografischen Gegebenheiten, des Mikroklimas, des Nahrungsan- gebotes, der hohen Dichte von Mauereidechsen und der fehlenden landlebenden Fressfeinde. 2 Pod Kopiste hat eine Fläche von 0,09 km und ragt bis zu 30 m aus dem Meer. Auf Pod Kopiste war 1971 aus der Gattung der Mauereidechsen ausschließlich die Ruineneidechse 2 verbreitet. Pod Mrcaru ist 0,03 km groß und erreicht eine Höhe von 20 m. Auf Pod Mrcaru lebten 1971 zwei mit der Ruineneidechse nahe verwandte Mauereidechsen-Arten. Im Ver- gleich zu Pod Kopiste, wo überwiegend einjährige Pflanzen wachsen, findet man auf Pod Mrcaru vor allem niedrige Sträucher, die den Eidechsen mehr Schutz vor Fressfeinden wie z. B. vor Vögeln bieten. Die drei genannten Eidechsenarten haben ein ähnliches Nahrungs- spektrum. Eine Gruppe von Wissenschaftlern war der Ansicht, in den beiden Inseln ein ideales Unter- suchungsgebiet gefunden zu haben, um die interspezifische Konkurrenz zwischen Eidech- sen durch eine neu eingeführte Art über einen längeren Zeitraum erforschen zu können. Im August 1971 brachten sie daher fünf ausgewachsene Paare der Ruineneidechse von Pod Kopiste nach Pod Mrcaru. 2007 (36 Jahre bzw. ca. 30 Generationen der Ruineneidechsen später) untersuchten Herrel und Mitarbeiter die Ruineneidechsen erneut und verglichen deren Phänotyp (Tabelle 1) und Verhalten auf beiden Inseln. Tabelle 1: Phänotypische Merkmale der Ruineneidechsen auf Pod Kopiste und Pod Mrcaru im Jahr 2007 Merkmale Körperlänge (in mm) Körpergewicht (in g) Kopflänge (in mm) Schnauzenlänge (in mm) Beißkraft (in Newton) Pod Kopiste 57 – 63 3–5 12 – 14 9 – 10 5 – 10 Pod Mrcaru 64 – 70 5–6 14 – 16 10 – 12 7 – 11 Die Untersuchungen zum Verhalten zeigen, dass die Ruineneidechsen auf Pod Mrcaru im Mittel eine geringere maximale Sprintgeschwindigkeit aufweisen und schneller ermüden als die 1 Ruineneidechsen auf Pod Kopiste. Außerdem ist die mittlere Fluchtdistanz der Tiere auf Pod Mrcaru kürzer und auch die bis zur Beendigung des Fluchtverhaltens zurückgelegte Strecke. 1 durchschnittliche Entfernung, bei der ein Fluchtverhalten ausgelöst wird Nur für den Dienstgebrauch!
BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 3 von 4 Name: _______________________ Material B: Zur Ernährung der Ruineneidechsen auf Pod Kopiste und Pod Mrcaru Herrel und Mitarbeiter untersuchten auch die Mageninhalte der Ruineneidechsen auf Pod Kopiste und Pod Mrcaru (siehe Abbildungen 1 und 2). Abbildung 1: Zusammensetzung der Mageninhalte der Ruineneidechsen im Frühling und im Sommer auf Pod Kopiste und Pod Mrcaru Abbildung 2: Zusammensetzung der pflanzlichen Nahrung der Ruineneidechsen auf Pod Mrcaru Nur für den Dienstgebrauch!
BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 4 von 4 Name: _______________________ Material C: Blinddarmklappen Die größte Überraschung bei den Untersuchungen der Ruineneidechsen auf Pod Mrcaru war die Entdeckung von Blinddarmklappen im Verdauungstrakt der Tiere, die schon bei Jungtieren vorhanden sind. Diese waren bis zum Jahr 2007 bei dieser Art unbekannt. Die Klappen verlangsamen den Weitertransport des schwerverdaulichen pflanzlichen Materials und bilden Gärkammern, in denen Mikroorganismen im Darm der Tiere die Cellulose abbauen können. Zu der Frage, wie die Blinddarmklappen der Ruineneidechsen entstanden sein könnten, werden in der Forschung zwei Hypothesen verfolgt. Einerseits könnte diese neue morpho- logische Struktur das Ergebnis eines Evolutionsprozesses in einem extrem kurzen Zeitraum sein. Andererseits könnte es sich auch lediglich um eine umweltbedingte Ausprägung handeln. Die Untersuchungen dazu sind noch nicht abgeschlossen. Nur für den Dienstgebrauch!
Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 1 von 8 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2012 Biologie, Grundkurs 1. Aufgabenart Bearbeitung fachspezifischen Materials mit neuem Informationsgehalt 2. 1 Aufgabenstellung Thema: Evolutive Prozesse bei der Ruineneidechse I.1 Vergleichen Sie die phänotypischen Merkmale, das Verhalten und die Ernährung der Ruineneidechsen auf den Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru und erklären Sie die Entstehung der Unterschiede unter Einbeziehung der hier wirkenden Evolutions- faktoren (Materialien A und B). (28 Punkte) I.2 Erklären Sie, inwiefern die Entstehung der Blinddarmklappen einen Anpassungs- prozess der Ruineneidechsen an den Lebensraum auf Pod Mrcaru bedeutet. Diskutieren Sie mögliche Ursachen für die Entstehung der Blinddarmklappen bei den Ruinen- eidechsen auf Pod Mrcaru und stellen Sie eine Möglichkeit zur Überprüfung der Ursachen dar (Material C). (16 Punkte) I.3 Begründen Sie, warum die Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru als ideale Untersuchungs- gebiete angesehen werden, um die interspezifische Konkurrenz zwischen den hier betrachteten Ruinen- und anderen Mauereidechsenarten zu untersuchen und evolutive Prozesse über lange Zeit zu erforschen (Material A). (10 Punkte) 3. Materialgrundlage Material A: Tabelle 1 verändert nach Herrel, A., S. 4793 Material B: Abbildungen 1 und 2 verändert nach Herrel, A., S. 4794 Heilig, Christoph (2008). Ruineneidechsen: Makroevolution oder Polyvalenz? Rapide Anpassung, Makroevolution und Hinweise auf programmierte Variabilität bei Podarcis sicula (Sauria: Lacertidae), Studium Integrale Journal, 15. Jahrgang/Heft 2, S. 76 – 88 http://www.si-journal.de/index2.php?artikel=jg15/heft2/sij152-3.html (Zugriff 14.04.11) Herrel, A. et al. (2008). Rapid large-scale evolutionary divergence in morphology and performance associated with exploitation of a different dietary resource. PNAS 105, p. 4792 – 4795 http://www.pnas.org/content/105/12/4792.full.pdf+html (Zugriff 14.04.11) 1 Die Aufgabenstellung deckt inhaltlich alle drei Anforderungsbereiche ab. Nur für den Dienstgebrauch!
Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 2 von 8 Vervust, B.; Grbac, I & Van Damme, R. (2007). Differences in morphology, performance and behaviour between recently diverged populations of Podarcis sicula mirror differences in predation pressure. Oikos 116, 1343 – 1352 http://webhost.ua.ac.be/funmorph/publications/Vervust%20et%20al%202007% 20Oikos.pdf (Zugriff 14.04.11) 4. Bezüge zu den Vorgaben 2012 1. Inhaltliche Schwerpunkte Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung Umweltfaktoren, ökologische Nische – Untersuchungen in einem Lebensraum Einfache Beziehungen zwischen Organismengruppen und abiotischen Habitatfaktoren Wechselbeziehungen, Populationsdynamik – Beziehungen zwischen Populationen: LOTKA-VOLTERRA-Regeln, Konkurrenz, Koexistenz Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten Grundlagen evolutiver Veränderung – Genotypische Variabilität von Populationen (keine Modellberechnungen) Art und Artbildung Evolutionshinweise und Evolutionstheorie Synthetische Evolutionstheorie 2. Medien/Materialien entfällt 5. Zugelassene Hilfsmittel Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen – Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe I.1 maximal erreichbare Punktzahl Anforderungen Der Prüfling 1 vergleicht die phänotypischen Merkmale der Ruineneidechsen auf den Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru, sinngemäß z. B.: Die Körperlänge, das Gewicht, die Kopflänge, die Schnauzenlänge und die Beiß- kraft sind bei allen Ruineneidechsen auf Pod Mrcaru größer. Die Schwankungsbreite in Bezug auf diese Werte ist auf beiden Inseln ungefähr gleich. Nur für den Dienstgebrauch! 4
Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 3 von 8 2 vergleicht das Verhalten der Ruineneidechsen auf den Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru, sinngemäß z. B.: Die heutige Population der Ruineneidechse auf Pod Mrcaru weist eine geringere maximale Sprintgeschwindigkeit auf, die Tiere ermüden schneller, die mittlere Fluchtdistanz ist kürzer, die Distanz, bei der das Fluchtverhalten beendet wird, ist ebenfalls kürzer. 4 3 vergleicht die Ernährung der Ruineneidechsen auf den Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru, sinngemäß z. B.: Der Anteil der Insekten in der Nahrung ist auf Pod Mrcaru geringer und der Anteil des Pflanzenmaterials deutlich größer. Die Unterschiede schwanken jahreszeitlich, im Sommer überwiegt auf Pod Mrcaru der Anteil der pflanzlichen Nahrung, im Frühjahr überwiegen die Insekten. Der Anteil an der pflanzlichen Nahrung auf Pod Mrcaru besteht zum überwiegenden Teil aus Blättern und Samen, im Frühjahr überwiegt der Anteil an Blättern und im Sommer der Anteil an Samen. Im Gegensatz dazu besteht die Nahrung der Population auf Pod Kopiste über- wiegend aus Insekten und es gibt dabei kaum Unterschiede zwischen Frühling und Sommer. 8 4 erklärt die Entstehung der Unterschiede unter Einbeziehung der hier wirkenden Evolutionsfaktoren, sinngemäß z. B.: Auf der Grundlage genetischer Variation (Mutation, Rekombination) treten unter- schiedliche Phänotypen bezüglich der Körpergröße, der Kopfgröße und der Beiß- kraft auf. Die interspezifische Konkurrenz um Nahrung führt zum Ausweichen auf andere Nahrungsquellen. Die vorhandene Pflanzennahrung auf Pod Mrcaru wirkt als Selektionsfaktor und Individuen mit größeren Köpfen und höherer Beißkraft haben einen Selektions- vorteil (geringere Sterblichkeit, höherer Fortpflanzungserfolg), größere Individuen haben jetzt einen Selektionsvorteil (intraspezifische Konkurrenz, geschlechtliche Zuchtwahl). Der Anteil der Allele, die die Merkmale größere Köpfe und höhere Beißkraft bewirken, nimmt in der Population zu. Andere sinnvolle Lösungen werden entsprechend gewertet. 8 5 erklärt die Entstehung der Unterschiede unter Einbeziehung der hier wirkenden Evolutionsfaktoren, sinngemäß z. B.: Durch den besseren Schutz aufgrund der Sträucher auf Pod Mrcaru ist der Selek- tionsdruck durch Fressfeinde geringer, es erfolgt keine Selektion hinsichtlich Fluchtgeschwindigkeit und Distanz. Höhere Sprintgeschwindigkeiten bei geringerem Druck durch Räuber stellen auf- grund des Energieverbrauchs jetzt eher einen Selektionsnachteil dar. Andere sinnvolle Lösungen werden entsprechend gewertet. 4 6 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!
Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 4 von 8 Teilaufgabe I.2 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 erklärt, inwiefern die Entstehung der Blinddarmklappen einen Anpassungsprozess der Ruineneidechsen an den Lebensraum auf Pod Mrcaru bedeutet, sinngemäß z. B.: Der Anteil der Insekten an der Nahrung hat nach der Übersiedlung abgenommen und der Anteil der pflanzlichen Nahrung, vor allem im Sommer, deutlich zuge- nommen. Besonders im Sommer besteht die pflanzliche Nahrung überwiegend aus harten, schwerverdaulichen Samen. Die Blinddarmklappen verzögern den Weitertransport der Nahrung im Darm und verlängern dadurch die Zeit für den Verdauungsprozess. Die Ausbildung von Gärkammern fördert den Celluloseabbau durch Mikroorga- nismen. Die bessere Ausnutzung der pflanzlichen Nahrung ist eine Angepasstheit und führt zu einem Selektionsvorteil. 6 2 diskutiert mögliche Ursachen für die Entstehung der Blinddarmklappen bei den Ruineneidechsen auf Pod Mrcaru, sinngemäß z. B.: Bei einem der eingeführten Tiere könnte zufällig eine Mutation vorhanden gewesen sein und sich dann in der Population ausgebreitet haben (Gründereffekt); schon Jungtiere weisen die Klappen auf. Durch die Selektionsvorteile durch die Blinddarmklappen bei dem veränderten Nahrungsangebot und die interspezifische Konkurrenz haben die Merkmalsträger eine höhere Fitness. Aufgrund des gegenüber Pod Kopiste veränderten Nahrungsangebotes könnte aber auch eine auf das Individuum begrenzte phänotypische Veränderung (Modifikation) aufgetreten sein, die Vorteile bringt, aber nicht erblich ist. Andere sinnvolle Lösungen werden entsprechend gewertet. Es sollten zwei mögliche Ursachen genannt werden. 6 3 stellt eine Möglichkeit zur Überprüfung der Ursachen dar, z. B.: In einem Versuch dürften die Blindarmklappen bei Darreichung einer Nahrung wie auf Pod Kopiste nicht mehr ausgebildet werden, wenn es sich nur um eine individuelle Anpassung handeln würde. Oder: Bei Rückübersiedlung von Jungtieren dürften die Klappen nur dann weiterhin ausgebildet werden, wenn es sich um eine Mutation handelt. Andere sinnvolle Möglichkeiten werden entsprechend gewertet. 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!
Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 5 von 8 Teilaufgabe I.3 Anforderungen Der Prüfling 1 begründet, warum die Inseln Pod Kopiste und Pod Mrcaru als ideale Untersuchungs- gebiete angesehen werden, um die interspezifische Konkurrenz zwischen den hier betrachteten Ruinen- und anderen Mauereidechsenarten zu untersuchen und evolutive Prozesse über lange Zeit zu erforschen, sinngemäß z. B.: Die Inseln sind sehr ähnlich im Hinblick auf die Umweltbedingungen; zudem hat die übersiedelte Art ähnliche ökologische Ansprüche wie die heimischen Arten, aufgrund des ähnlichen Nahrungsspektrums ist interspezifische Konkurrenz zu erwarten. Die Ruineneidechsen von Pod Kopiste waren vorher keinem interspezifischen Konkurrenzdruck ausgesetzt. Landlebende Räuber als Störfaktoren bei der Untersuchung zu Fragen der inter- spezifischen Konkurrenz sind nicht vorhanden, auftretende Veränderungen können daher gut untersucht und auf Konkurrenz zurückgeführt werden. Es sind evolutive Prozesse zu erwarten, die mit hoher Wahrscheinlichkeit auf inter- spezifische Konkurrenz zurückzuführen sind. Führt man die Beobachtungen über einen langen Zeitraum fort, müssten noch weitere Veränderungen beobachtet werden können. 2 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) maximal erreichbare Punktzahl 10 b) Darstellungsleistung Anforderungen Der Prüfling führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. strukturiert seine Darstellung sachgerecht. verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. Nur für den Dienstgebrauch! maximal erreichbare Punktzahl 6
BI GK HT 1 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 6 von 8 7. Bewertungsbogen zur Prüfungsarbeit Name des Prüflings:____________________________________ Kursbezeichnung:____________ Schule: _____________________________________________ Teilaufgabe I.1 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 vergleicht die phänotypischen … 4 2 vergleicht das Verhalten … 4 3 vergleicht die Ernährung … 8 4 erklärt die Entstehung … 8 5 erklärt die Entstehung … 4 6 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe I.1 Teilaufgabe EK 2 ZK DK 28 Teilaufgabe I.2 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling 1 erklärt, inwiefern die … 6 2 diskutiert mögliche Ursachen … 6 3 stellt eine Möglichkeit … 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe I.2 Teilaufgabe 2 maximal erreichbare Punktzahl 16 EK = Erstkorrektur; ZK = Zweitkorrektur; DK = Drittkorrektur Nur für den Dienstgebrauch! EK ZK DK