BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 1 von 4 Name: _______________________ Abiturprüfung 2014 Biologie, Grundkurs Aufgabenstellung: Thema: Der Denisova-Mensch – weder Neandertaler noch moderner Mensch I.1 Erläutern Sie die Bedeutung von Homologie und Analogie für die stammesgeschicht- liche Zuordnung von Lebewesen. Ermitteln Sie das Alter des gefundenen Zahnes anhand von Material A. (14 Punkte) I.2 Ermitteln Sie den Zeitpunkt der Abspaltung der Entwicklungslinie des Denisova- Menschen von der des Homo sapiens (Material B) und zeichnen Sie ihn im Stamm- baum (Material A) ein. Begründen und erläutern Sie Ihre Entscheidung anhand der Daten in Tabelle 1 (Material B). Vergleichen Sie das Ergebnis mit dem der morpho- logischen Zahnuntersuchungen (Material A). (24 Punkte) I.3 Interpretieren Sie die Befunde der Kern-DNA-Vergleiche von Neandertaler und Denisovaner mit heutigen Populationen in Bezug auf ihre Verwandtschaftsverhält- nisse (Material C). Entwickeln Sie mit Hilfe der Daten zur Wanderbewegung eine Hypothese, wie es zu dieser Verteilung genetischen Materials kommen konnte (Material C). Erläutern Sie auf der Basis aller Materialien, ob es sich beim Denisova- Menschen um eine weitere Hominidenart oder eine Unterart handelt. (16 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: Der Denisova-Mensch – eine neue Hominidenart? In der Denisova-Höhle im Altai-Gebirge in Südsibirien wurden Überreste einer bislang un- bekannten Menschenform gefunden. Im Jahr 2000 entdeckte man einen Backenzahn von einem jungen Erwachsenen. Es folgte 2008 ein 30.000 – 48.000 Jahre altes Fingerglied, das vermutlich von einem fünf- bis siebenjährigen Kind stammt. 2010 gelang es einem interna- tionalen Forscherteam, die DNA aus dem Fingerknochen zu sequenzieren. Demnach war der Mensch aus Denisova weder Neandertaler noch moderner Mensch, sondern eine neue Hominidenform. Sie wurde nach ihrem Fundort als Denisova-Mensch bezeichnet, auf die Einordnung der Funde als eine neue Art oder Unterart wurde ausdrücklich verzichtet. Der fast vollständig erhaltene Backenzahn aus dem Oberkiefer des jungen Erwachsenen wurde 2010 aufgrund seiner DNA ebenfalls den Denisova-Menschen zugeordnet. Der Zahn ist außer- gewöhnlich groß, größer als die Backenzähne des Neandertalers und des modernen Menschen (seit ca. 130.000 Jahren). Ähnlichkeiten mit Zahnfunden mittelpleistozäner Hominiden (vor 780.000 bis 130.000 Jahren) aus China bestehen weder hinsichtlich der Größe noch der Form der Zahnkrone, auch die 350.000 bis 600.000 Jahre alten Zähne aus der Sima de los Huesos, einem berühmten Fundort in Spanien, weisen im Vergleich zu dem Zahnfund des Denisova-Menschen aus dem Altai-Gebirge „modernere“ Merkmale auf. Abbildung 1: Hominidenstammbaum (Die Abbildung zeigt eine von mehreren möglichen Darstellungen des Hominidenstammbaums. Bei der Bearbeitung ist von dieser Darstellung auszugehen.) Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 3 von 4 Name: _______________________ Material B: DNA-Untersuchung des Denisova-Menschen Aus 30 Milligramm pulverisierten Materials des gefundenen Fingerknochens konnte genügend mitochondriale DNA (mtDNA) gewonnen werden, um deren vollständige Nukleotidsequenz zu rekonstruieren. Diese mtDNA-Sequenz wurde mit jener von 54 heute lebenden Menschen verglichen. Ferner wurden die mtDNA-Sequenzen von Homo sapiens sapiens mit denen von sechs Neandertalern verglichen (Tabelle 1). Tabelle 1: Ergebnisse der mtDNA-Untersuchungen von Homo sapiens sapiens im Vergleich zu Denisovaner und Neandertalern Hominidenvergleich Homo sapiens sapiens – Denisovaner Homo sapiens sapiens – Neandertaler Anzahl unterschiedlicher Nukleotidpositionen der mtDNA (Mittelwerte) 385 202 abgeschätzte Aufspaltung der Entwicklungslinien vor ca. 400.000 Jahren Material C: Wanderbewegungen der Hominiden und DNA-Vergleich mit heutigen Populationen Tabelle 2: Klima- und lebensraumabhängige Wanderbewegungen der Hominiden Beginn der Wander- bewegungen aus Afrika vor ca. 2 Mio. Jahren vor ca. 800.000 Jahren vor ca. 100.000 Jahren Hominidenart Zuwanderungsgebiet Homo erectus Homo erectus Asien Europa, Asien 1 (einschließlich Melanesien ) gesamte Erde Homo sapiens sapiens Kern-DNA-Vergleiche weisen auf eine Aufspaltung der Entwicklungslinien von Neandertaler und Homo sapiens sapiens vor etwa 270.000 bis 440.000 Jahren hin. Sie zeigen auch, dass mehr Übereinstimmungen im Genom zwischen dem Neandertaler und den heutigen Men- schen in Eurasien bestehen als zwischen dem Neandertaler und den Menschen in Afrika. Nur Nichtafrikaner besitzen etwa 2,5 % des genetischen Materials vom Neandertaler. Kern-DNA-Vergleiche zwischen dem Denisova-Fossil und heute lebenden ethnischen Gruppen zeigen, dass bei den Melanesiern zusätzlich zum Anteil des Neandertalers 4 – 6 % des unter- suchten genetischen Materials vom Denisova-Menschen beigesteuert werden. 1 Melanesien (griech.: schwarze Inseln) nennt man die pazifischen Inselgruppen nordöstlich von Australien, die von dunkelhäutigen Menschen besiedelt waren oder werden. Nur für den Dienstgebrauch!

BI BIL E GK ?? 1 BI GK HT 1 Seite 4 von 4 Name: _______________________ Abbildung 2: Geografische Lage Melanesiens und der Denisova-Höhle Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 1 von 8 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2014 Biologie, Grundkurs 1. Aufgabenart Bearbeitung fachspezifischen Materials mit neuem Informationsgehalt 2. 1 Aufgabenstellung Thema: Der Denisova-Mensch – weder Neandertaler noch moderner Mensch I.1 Erläutern Sie die Bedeutung von Homologie und Analogie für die stammesgeschicht- liche Zuordnung von Lebewesen. Ermitteln Sie das Alter des gefundenen Zahnes anhand von Material A. (14 Punkte) I.2 Ermitteln Sie den Zeitpunkt der Abspaltung der Entwicklungslinie des Denisova- Menschen von der des Homo sapiens (Material B) und zeichnen Sie ihn im Stamm- baum (Material A) ein. Begründen und erläutern Sie Ihre Entscheidung anhand der Daten in Tabelle 1 (Material B). Vergleichen Sie das Ergebnis mit dem der morpho- logischen Zahnuntersuchungen (Material A). (24 Punkte) I.3 Interpretieren Sie die Befunde der Kern-DNA-Vergleiche von Neandertaler und Denisovaner mit heutigen Populationen in Bezug auf ihre Verwandtschaftsverhält- nisse (Material C). Entwickeln Sie mit Hilfe der Daten zur Wanderbewegung eine Hypothese, wie es zu dieser Verteilung genetischen Materials kommen konnte (Material C). Erläutern Sie auf der Basis aller Materialien, ob es sich beim Denisova- Menschen um eine weitere Hominidenart oder eine Unterart handelt. (16 Punkte) 3. Materialgrundlage  Material A: Abbildung 1: verändert nach: http://www.geodz.com/deu/d/Primatenentwicklung_und_Menschwerdung  Material B: Tabelle 1: selbst erstellt nach: Krause et al. (2010), S. 2, und Reich et al. (2010), S. 2  Material C: Tabelle 2: selbst erstellt nach: http://www.evolution-mensch.de/thema/siedlung/erectus.php und http://www.oekosystem-erde.de/html/homo_sapiens.html Abbildung 2: verändert nach: http://www.stepmap.de/landkarte/europa-asien-und-afrika-1164633 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  Bahnsen, U. (2010). Der kleine Finger der Evolution. Zeit online Wissen, 24.3.2010            4. Verfügbar unter: http://www.zeit.de/2010/13/N-Finger (Zugriff 15.04.2013) Green, R. E. et al. (2010). A Draft Sequence of the Neandertal Genome; Science 328, S. 710 – 722 Krause, J. et al. (2010). The complete mitochondrial DNA genome of an unknown hominin from southern Siberia, nature LETTERS doi:10.1038/nature08976, S. 1 – 4 Meyer, M. et al. (2012). A High-Coverage Genome Sequence from an Archaic Denisovan Individual, Science 338, doi: 10.1126/science.1224344, S. 222 – 226 Reich, D. et al. (2010). Genetic history of an archaic hominin group from Denisova Cave in Siberia. Nature 2010, 468, doi:10.1038/nature09710, S. 1053 – 1060 Reich, D. et al. (2011). Denisova Admixture and the First Modern Human Dispersals into Southeast Asia and Oceania, The American Journal of Human Genetics 89, S. 516 – 528 Skalli, S. (2010). Das fremde Menschengeschlecht aus dem Altai, Zeit online Wissen, 22.12.2010. Verfügbar unter: http://www.zeit.de/wissen/2010-12/denisova-mensch-neandertaler (Zugriff: 15.04.2013) Stringer, C. http://antropus.de/artikel.php?id=forschung-denisova-stringer (Zugriff: 15.04.2013) http://www.evolution-mensch.de/thema/siedlung/erectus.php (Zugriff: 15.04.2013) http://www.oekosystem-erde.de/html/homo_sapiens.html (Zugriff: 15.04.2013) http://www.geodz.com/deu/d/Primatenentwicklung_und_Menschwerdung (Zugriff: 15.04.2013) http://www.stepmap.de/landkarte/europa-asien-und-afrika-1164633 (Zugriff: 14.05.2013) Bezüge zu den Vorgaben 2014 1. Inhaltliche Schwerpunkte Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten  Art und Artbildung  Evolutionshinweise und Evolutionstheorie – Rezente und paläontologische Hinweise (Homologie der Wirbeltiergliedmaßen) – Systematik und phylogenetischer Stammbaum (Grundlegende Zusammenhänge innerhalb des Wirbeltierstammbaumes) – Vergleich und Beurteilung der Ergebnisse unterschiedlicher Analysemethoden; bei der Analyse bzw. Erstellung eines Stammbaumes sind Übereinstimmungen in der DNA-Sequenz und Aminosäure-Sequenz von Proteinen einzubeziehen – Synthetische Evolutionstheorie  Transspezifische Evolution der Primaten – Einordnung von fossilen und rezenten Hinweisen zur Evolution des Menschen 2. Medien/Materialien  entfällt Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 3 von 8 5. Zugelassene Hilfsmittel  Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen – Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe I.1 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 erläutert die Bedeutung von Homologie und Analogie für die stammesgeschichtliche Zuordnung von Lebewesen, z. B.:  Nur homologe Merkmale können zur Bestimmung von Verwandtschaftsbezie- hungen herangezogen werden.  Es gibt drei Homologiekriterien: Kriterium der Lage, der spezifischen Qualität und der Kontinuität.  Je mehr Homologien in den Merkmalen vorliegen, desto enger ist die jeweilige Verwandtschaft.  Analoge Merkmale können nicht für die stammesgeschichtliche Zuordnung von Lebewesen verwendet werden, da sie Angepasstheiten an gleiche Lebensbedin- gungen darstellen, ohne einen gemeinsamen genetischen Ursprung zu besitzen. 8 2 ermittelt das Alter des gefundenen Zahnes anhand von Material A, z. B.:  Im Vergleich mit den Backenzähnen des Neandertalers und des Homo sapiens sapiens ist der Zahn deutlich größer.  Im Vergleich mit Zahnfunden von Hominiden aus dem Mittelpleistozän (China, Spanien) weist er keine Ähnlichkeiten auf.  Der Zahn müsste also älter als 780.000 Jahre sein. 6 3 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 1 2 3 4 5 ermittelt den Zeitpunkt der Abspaltung der Entwicklungslinie des Denisova-Menschen von der des Homo sapiens (Material B) und zeichnet ihn im Stammbaum (Material A) ein, z. B.: (Die für den Ermittlungsprozess notwendigen Begründungen und Erläuterungen folgen in den nächsten beiden Operatoren.) begründet und erläutert seine Entscheidung anhand der Daten in Tabelle 1 (Material B), z. B.:  Unterschiede in der Basensequenz der mtDNA beruhen auf Mutationen.  Die Anzahl der aufgetretenen Mutationen hängt von der Zeit ab.  Je mehr Unterschiede in der Basensequenz der verschiedenen Organismen vor- liegen, desto länger liegt der gemeinsame Ursprung zurück.  Zur Datierung der Funde muss von einer konstanten Mutationsrate ausgegangen werden. begründet und erläutert seine Entscheidung anhand der Daten in Tabelle 1 (Material B), z. B.:  Mit 202 verschiedenen mtDNA-Nukleotidpositionen hat der Neandertaler weniger Unterschiede zum Homo sapiens sapiens als der Denisovaner mit 385 Unterschieden.  Bei einer abgeschätzten Aufspaltung der Entwicklungslinien vor ca. 400.000 Jahren gibt es zwischen Neandertaler und Homo sapiens sapiens 202 Basen-Unterschiede, 385 Unterschiede sind beinahe doppelt so viele.  Der Denisovaner hat also einen beinahe doppelt so großen evolutionären Abstand zum Homo sapiens sapiens.  Die Entwicklungslinie der Denisovaner sollte sich also vor etwas weniger als 800.000 Jahren von der des modernen Menschen getrennt haben. vergleicht das Ergebnis mit dem der morphologischen Zahnuntersuchungen (Mate- rial A), sinngemäß:  Die morphologischen Befunde des Zahnes deuten auf eine Verwandtschaft mit Hominiden hin, die vor über 780.000 Jahren existierten. Anhand der mtDNA- Sequenzierung gelangt man auf einen Abspaltungszeitraum von etwas weniger als 800.000 Jahren.  Die Ergebnisse der beiden Untersuchungsmethoden stimmen hier also in etwa überein. erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch! maximal erreichbare Punktzahl 2 8 8 6

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI GK HT 1 Seite 5 von 8 Teilaufgabe I.3 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 interpretiert die Befunde der Kern-DNA-Vergleiche von Neandertaler und Deniso- vaner mit heutigen Populationen in Bezug auf ihre Verwandtschaftsverhältnisse (Material C), z. B.:  Da außer bei Afrikanern in allen heutigen Populationen Neandertalerallele ge- funden wurden, muss außerhalb von Afrika ein Genfluss zwischen Neandertaler und Homo sapiens sapiens stattgefunden haben.  In Melanesien wurde zusätzlich ein Genfluss zwischen Populationen des Homo sapiens sapiens und den Denisovanern nachgewiesen.  Ein höherer Anteil an genetischem Material der Denisovaner bei den Melanesiern deutet auf einen im Vergleich zum Neandertaler späteren Genfluss mit Deniso- vanern hin. (Die Begründung des höheren Anteils an genetischem Material der Denisovaner bei den Melanesiern mit stärkerem Genfluss ist ebenfalls zu akzeptieren.) 6 2 entwickelt mit Hilfe der Daten zur Wanderbewegung eine Hypothese, wie es zu dieser Verteilung genetischen Materials kommen konnte (Material C), z. B.:  Nach Auswanderung des Homo erectus aus Afrika entwickelten sich neue Homi- nidenformen (zuerst Denisovaner im asiatischen Raum, dann Neandertaler in Asien und Europa).  Nach Auswanderung von Homo sapiens sapiens aus Afrika kam es zunächst zum Genfluss zwischen Neandertaler- und Homo sapiens sapiens-Populationen.  Nach weiteren Wanderbewegungen im südostasiatischen Raum kam es auch mit Populationen von Denisovanern zum Genaustausch, so dass hier heute noch genetisches Material der Denisovaner im Genpool der Melanesier zu finden ist. 6 3 erläutert auf der Basis aller Materialien, ob es sich beim Denisova-Menschen um eine weitere Hominidenart oder eine Unterart handelt, sinngemäß:  Da ein Genfluss zwischen den Vorfahren der Melanesier und den Denisova- Menschen stattgefunden hat, muss es sich zu dem Zeitpunkt eher um eine Unter- art als eine weitere Art gehandelt haben.  Da der Denisova-Fund erst 30.000 bis 48.000 Jahre alt ist, kann es sich zu diesem Zeitpunkt aber auch schon um getrennte Arten gehandelt haben. (Eine Argumentation über die lange Dauer der getrennten Entwicklung und die daraus ggf. resultierende genetische Isolation ist entsprechend zu werten.) 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) 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 erläutert die Bedeutung … 8 2 ermittelt das Alter … 6 3 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe I.1 Teilaufgabe EK 2 ZK DK 14 Teilaufgabe I.2 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling 1 ermittelt den Zeitpunkt … 2 2 begründet und erläutert … 8 3 begründet und erläutert … 8 4 vergleicht das Ergebnis … 6 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe I.2 Teilaufgabe 2 maximal erreichbare Punktzahl 24 EK = Erstkorrektur; ZK = Zweitkorrektur; DK = Drittkorrektur Nur für den Dienstgebrauch! EK ZK DK