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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 1 von 9 Hinweise für den Prüfling \n \nBearbeitungszeit (insgesamt): 255 Minuten \n \n \nAuswahlverfahren \nWählen Sie von den zwei vorliegenden Vorschlägen einen zur Bearbeitung aus. Der nicht ausgewählte \nVorschlag wird 60 Minuten nach Beginn der Bearbeitungszeit von der Aufsicht führenden Lehrkraft \neingesammelt. \n \n \nErlaubte Hilfsmittel \n1. ein Wörterbuch der deutschen Rechtschreibung \n2. ein eingeführter Taschenrechner (Bei grafikfähigen Rechnern und Computeralgebrasystemen ist \nein Reset durchzuführen.) \n3. eine Liste der fachspezifischen Operatoren \n \n \nSonstige Hinweise \nkeine \n \nIn jedem Fall vom Prüfling auszufüllen \n \n \nName: Vorname: \n \n \nPrüferin/Prüfer: Datum:",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 2 von 9 Honigbienen – Varroamilben – Pontischer Honig \n(Ökologische und stoffwechselphysiologische Zusammenhänge, Neurobiologie und Verhaltens- \nbiologie) \nAktuell ist das Insektensterben häufig Thema in den Medien, und es wird schon über eine „Bestäuber-\nkrise“ diskutiert. Hierbei wird die Honigbiene Apis mellifera oft synonym für alle bestäubenden Insek-\nten verwendet. \nFür die Gesundheit der Honigbienen ist es entscheidend, dass sie Krankheitserreger erfolgreich be-\nkämpfen können. In diesem Zusammenhang werden die Varroa-Milbe und die von ihr übertragenen \nBienenkrankheiten als ein zentraler Faktor für das Sterben von Bienenvölkern angesehen. \nHonig, ein von Honigbienen zur eigenen Nahrungsvorsorge erzeugtes und vom Menschen genutztes \nLebensmittel, kann aufgrund bestimmter aus Nahrungspflanzen der Bienen stammender Wirkstoffe \nunter Umständen eine gesundheitliche Gefährdung darstellen. \n \n \nAufgaben \n \nHonigbiene und Varroamilbe \n \n1 Geben Sie die Definitionen für Biotop und Biozönose an und nennen Sie je zwei Beispiele für \ncharakteristische abiotische und biotische Ökofaktoren. \n(8 BE) \n \n2 Erläutern Sie die wechselseitige Beziehung zwischen Honigbienen und Apfelbäumen. Beschrei-\nben Sie die Unterschiede zwischen den drei Apfelsorten hinsichtlich des Ertrags und entwickeln \nSie eine Hypothese für die Erträge ohne Honigbienenbeflug. (Material 1 und 2) \n(11 BE) \n \n3 Erklären Sie den Einfluss der Varroamilbe auf die Sterblichkeit des Bienenvolkes. \n(Material 1 und 3) \n(8 BE) \n \n4 Fassen Sie die Versuchsergebnisse zum Putzverhalten der asiatischen und der europäischen \nHonigbiene zusammen und deuten Sie diese. (Material 3 und 4) \n(15 BE) \n \n5 Beurteilen Sie den Vorschlag, bei der Apfelblüte gezielt solitäre Bienenarten, wie z.B. die \nGehörnte Mauerbiene, zum Einsatz zu bringen, anhand von vier unterschiedlichen Aspekten. \n(Material 1, 2 und 5) \n(8 BE) \n \n \n \n \nFortsetzung der Aufgabenstellung auf der folgenden Seite",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 3 von 9 „Pontischer Honig“ \n \n6 Beschreiben Sie das Zustandekommen des Ruhepotenzials an einer Nervenzelle. Erläutern Sie \nin diesem Zusammenhang die Bedeutung und die Funktion der Natrium-Kaliumpumpe. \n(Material 7) \n(17 BE) \n \n7 Beschreiben und erklären Sie den Potenzialverlauf in Abbildung 8.2. (Material 6, 7 und 8) \n(22 BE) \n \n8 Entwickeln Sie eine Hypothese, die die in Material 9 beschriebenen Untersuchungsergebnisse \nerklären könnte. (Material 8 und 9) \n(4 BE) \n \n9 Entwickeln Sie eine Erklärung für die beobachteten Symptome nach dem Genuss von „Mad \nHoney“. (Material 6 und 8) \n(7 BE)",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 4 von 9 Material 1 \nDie Honigbiene \nDie Honigbiene ist ein sozial lebendes Insekt, das in einem „Volk“ lebt, einer in sich geschlossenen\nGemeinschaft. Jedes Volk baut ein Nest aus Waben und Wachs, das sich in einer vom Imker gebauten \nBehausung oder, bei Wildbienen, in einer Höhle befindet. Volk, Nest und Behausung zusammen wer-\nden als „Stock“ bezeichnet. Im Mittelpunkt des Volkes steht die Königin. Sie lebt mehrere Jahre. In \nihrem ersten Lebensjahr verpaart sie sich auf dem Hochzeitsflug und speichert die Spermien für den \nRest ihres Lebens in ihrem Körper. Alle Bienen des Volkes (weibliche Arbeitsbienen und männliche \nBienen, die Drohnen) stammen von ihr ab. \nIm Frühjahr beginnt die Königin mit der Eiablage. Sie legt in kurzer Zeit so viele Eier, dass das Volk \nbei ausreichendem Blütenangebot bis auf mehrere Zehntausend Bienen anwachsen kann. Jedes Ei wird \neinzeln in eine Wachszelle gelegt. Aus einem befruchteten Ei schlüpft nach drei Tagen eine Larve, die \ninnerhalb von sechs Tagen durch das Füttern durch Arbeitsbienen so schnell an Gewicht zunimmt, \ndass sie sich verpuppen kann. Dazu wird neun Tage nach der Eiablage die Wachszelle, in der sich die \nLarve befindet, von Arbeitsbienen mit Wachs verschlossen. Nach zwölf Tagen schlüpft daraus eine \njunge Arbeitsbiene, die im Frühjahr oder Sommer ca. fünf Wochen lebt. In den letzten beiden Wochen \nihres Lebens sammelt sie außerhalb ihres Stocks Pollen und Nektar für ihr Volk. \nIm Herbst nimmt das Bienenvolk wieder auf ca. 10 000 bis 15 000 Bienen ab. Arbeitsbienen, die im \nHerbst schlüpfen, leben mehrere Monate. Ihre Aufgabe ist es, im Winter die Stocktemperatur über \n20°C zu halten. Dazu bilden sie eine Traube und erzeugen mit ihrer Flugmuskulatur Wärme und ver-\nfallen daher im Winter auch nicht in eine Körperstarre. Im Frühjahr ist es ihre Aufgabe, die neue Brut \naufzuziehen. Das Volk ernährt sich in dieser Zeit von den eingelagerten Vorräten: Honig, den die Ar-\nbeitsbienen aus dem Blütennektar herstellen, und Pollen. Die Königin überwintert mit wenigen Tau-\nsend Arbeitsbienen, den sogenannten Winterbienen, ohne dass in dieser Zeit weitere Bienen hinzu-\nkommen, da die Königin in dieser Zeit keine Eier legt. \n \n \nMaterial 2 \nBestäubungsleistung durch Honigbienen \nApfelbäume blühen in Deutschland ca. zwei bis drei Wochen im Zeitraum von April bis Mai. Sie lo-\ncken die Bienen mit einem reichen Angebot an Nektar und Pollen an. Die blütenbesuchenden Arbeits-\nbienen sind blütenstet, das heißt, stehen zu Beginn ihrer Sammeltätigkeit zum Beispiel in der Nähe \nApfelbäume in voller Blüte, besuchen sie diese in den nächsten Tagen regelmäßig, ohne zeitgleich an-\ndere Pflanzenarten zu besuchen. Das erhöht für die Apfelblüten die Wahrscheinlichkeit, befruchtet zu \nwerden. \nDas folgende Diagramm zeigt die Ergebnisse von Vergleichsversuchen zur Rolle der Honigbienen für \ndie Ausbildung von Früchten bei drei verschiedenen Apfelsorten. Dazu wurde jeweils die Fruchtbil-\ndung nach Anwesenheit von Honigbienen zur Blütezeit mit 100% festgesetzt. Damit verglichen wurde \ndie Fruchtbildung bei diesen drei Apfelsorten, wenn keine Honigbienen als Bestäuber zur Verfügung \nstanden. Eine Selbstbestäubung wurde bei dieser Untersuchung ausgeschlossen. \n \n \nFortsetzung des Materials auf der folgenden Seite",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 5 von 9 Einfluss der Bestäubung durch Bienen auf den Ertrag von drei Apfelsorten \n \n \n \nErläuterung: \n \n Bäume ohne Honigbienen- \n beflug \n \n Bäume mit Honigbienen- \n beflug \n \n \n \n \n \n \n \n \n \n \nMaterial 3 \nDie Varroamilbe – der bedeutsamste Bienenschädling \nDie vielfältigen Veränderungen unserer Kulturlandschaften, wie die Umstellung auf große Monokultu-\nren, ein hoher Einsatz von Pestiziden und das Verschwinden der blütenreichen Randstreifen an Äckern \nund Wegen, haben sich deutlich auf den Gesundheitszustand der Honigbienen ausgewirkt. \nBesonders erschwerend wirkte sich das Einschleppen der Varroamilbe Varroa destructor aus Asien in \nden 1950er Jahren aus. Sie ernährt sich vom Fettkörper der Bienen. In den Zellen des Fettkörpers wer-\nden Stoffe umgebaut, neu synthetisiert und gespeichert. Die Aktivität des Organs beeinflusst den hor-\nmonellen Status der Larve sowie der erwachsenen Biene und damit auch das Bienenverhalten. Der \nFettkörper ist in der Larve besonders stark entwickelt, da er die Reservestoffe enthält, die während der \nMetamorphose (Umwandlung der Larvenform zum Adultstadium) gebraucht werden. \nDie Varroamilbe lebt auf den Arbeitsbienen und verlässt diese, wenn sie auf heranwachsende Bienen-\nlarven überwechseln kann, bevor deren Wachszellen verschlossen werden. In den 12 Tagen der Ver-\npuppung parasitiert die Milbe an der Bienenlarve und vermehrt sich. Dabei stirbt die befallene Biene \nnicht, wird aber geschwächt: Ihre Größe ist um ca. 10% vermindert, ihre Lebenszeit stark verkürzt, \nihre Orientierungsleistungen sind schlechter und von den Milben übertragene Viren verursachen Er-\nkrankungen, wie z.B. Verkrüppelung der Flügel. Deutschlandweit wurde untersucht, wie hoch die \nWahrscheinlichkeit des Sterbens eines Bienenvolkes im Winter („Winterverlust“) in Abhängigkeit von \nseinem Varroamilbenbefall im Herbst ist. Es wurde beobachtet, dass das Risiko, im Winter zu sterben, \nbei Völkern ohne Varroa-Befall bei etwa 4% liegt. Bei einem Befall ab 20 Milben pro 100 Bienen \nliegt das Verlustrisiko bei fast 50%.",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 6 von 9 Material 4 \nDas Putzverhalten der asiatischen und der europäischen Honigbiene \nAngesichts der hohen Verluste durch Varroamilbenbefall bei der heimischen Honigbiene untersuchten \nForscher die Beziehung zwischen der Milbe und ihrem ursprünglichen Wirt, der asiatischen Honig-\nbiene. In ihrem ursprünglichen Verbreitungsgebiet existieren Milbe und asiatische Honigbiene schon \nseit langem miteinander, ohne dass es nennenswerte Beeinträchtigungen der Bienenpopulation gibt. \nUm diese Beobachtung zu erklären, wurden Versuche mit gesunden Völkern von asiatischen und euro-\npäischen Honigbienen durchgeführt. In offene Wachszellen mit Bienenlarven wurde entweder eine \nMilbe oder ein gleichgroßes Stück Kontrollpapier eingebracht. Dann wurde das Putzverhalten der Bie-\nnen beobachtet und geprüft, in welcher Zeit sie jeweils die Milben bzw. das Kontrollpapier entfernten. \nBei den Reaktionen der asiatischen Honigbienen konnten alle Beobachtungen innerhalb der ersten \n10 Minuten des Versuches durchgeführt werden. Bei den europäischen Honigbienen dagegen musste \nüber 75 Minuten (4500 s) beobachtet und das Resultat zu diesem Zeitpunkt zusammengefasst werden. \n \nUntersuchung zum Putzverhalten der asiatischen und der europäischen Honigbiene \n \n \n \n \n \nErläuterung: \n Milben \n Kontrollpapiere \nMaterial 5 \nBestäubung durch Honigbiene und Gehörnte Mauerbiene \nDie meisten unserer heimischen Bienenarten sind Wildbienen, die in der Regel nicht von Varroa- \nmilben befallen werden. Sie bilden keine Völker wie die Honigbiene, sondern leben allein (solitär). \nDazu gehört auch die recht häufige Gehörnte Mauerbiene. Nach dem Schlüpfen im Frühjahr und der\nPaarung beginnen die Weibchen in hohlen Pflanzenstängeln oder in Erdlöchern mit dem Bau der \nBrutzellen, in die sie jeweils ein Ei ablegen und die sie mit Nektar und Pollen versorgen. Anschließend \nwerden die Kammern fest verschlossen. Ca. zwölf solcher Einzelzellen nebeneinander bilden zusam-\nmen ein kleines Brutnest. Nach etwa vier bis sechs Wochen stirbt das Weibchen. Ihr Nachwuchs \nwächst über den Sommer eingeschlossen in seinen Zellen heran und überwintert, bereits voll entwi-\nckelt, darin, bis zum Schlüpfen bei steigenden Temperaturen im Frühjahr. Die jetzt verlassenen Röh-\nren können für den kommenden Nachwuchs wieder genutzt werden. \nFortsetzung des Materials auf der folgenden Seite",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 7 von 9 In der Flugzeit der Mauerbienen-Weibchen blühen auch Apfelbäume, in denen sie intensiv Nektar und \nPollen sammeln und dabei auch die Blüten bestäuben. Für eine erfolgreiche Befruchtung der Blüten ist \nes wichtig, dass ein blütenbesuchendes Weibchen den Pollen anderer Blüten auf die gerade besuchte \nBlüte so überträgt, dass dieser auf der Narbe der Blüte landet. Beim Blütenbesuch verhalten sich Mau-\nerbienen anders als Honigbienen. In einer Apfelplantage mit einer Delicious-Sorte wurden einzelne \nBienen beider Bienenarten beim Blütenbesuch beobachtet und anschließend das Ausmaß der Frucht-\nbildung verglichen. Folgende Daten wurden erhoben: \n Besuchszeit \nje Blüte \n[s] besuchte Blüten \npro Minute Narbenkontakt \nbei Blütenbesuch \n[% der Besuche] Fruchtbildung\nnach Blüten-\nbesuch \n[% der Besuche] \nGehörnte Mauer-\nbiene 3,4 12,3 97,7 27,4 \nEuropäische Ho-\nnigbiene 5,3 7,9 32,7 12,1 \n \n \nMaterial 6 \n„Pontischer Honig“ \nIm Jahre 401 v. Chr. befanden sich die Krieger des griechischen Feldherren Xenophon auf dem Rück-\nzug von einer Schlacht um die Herrschaft des persischen Reiches an der Schwarzmeerküste und aßen \nHonig aus Waben. Alle, die davon gekostet hatten, klagten über Beschwerden, die von Betrunkenheit \noder Erbrechen bis hin zu Ohnmacht reichten. \nNoch heute warnt das Bundesinstitut für Risikoforschung vor dem Verzehr des auch als „pontischer \nHonig“ oder „Mad Honey“ bezeichneten Rhododendron-Honigs der türkischen Schwarzmeerküste, da \nes durch ihn zu akuten Vergiftungserscheinungen wie Schwindel, Blutdruckabfall, verlangsamtem \nHerzschlag, Missempfindungen, Kribbeln, Jucken, Übelkeit, Erbrechen und Durchfällen kommen \nkann. Normalerweise dämpft der Vagusnerv Herztätigkeit und Blutdruck und fördert die Darmtätig-\nkeit. \nAls auslösende Ursache wurden die Grayanotoxine (GTX) identifiziert. Diese werden von am \nSchwarzmeer beheimateten Rhododendren-Arten gebildet und gelangen mittels Pollen und Nektar in \nden Honig.",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 8 von 9 Material 7 \nIonenkonzentrationen und Membranpermeabilitäten eines Neurons während des \nRuhepotenzials am unerregten Riesenaxon eines Tintenfisches \nIon Na+ K+ Cl− organi-\nsche \nAnionen \nintrazelluläre Konzentration [mmol/l] 50 400 108 460 \nextrazelluläre Konzentration [mmol/l] 440 20 560 0 \nrelativer Permeabilitätskoeffizient 0,04 1 0,44 0 \n \nErläuterung: \nRelativer Permeabilitätskoeffizient: Maß für die Durchlässigkeit einer Membran für bestimmte Ionen. \nDieser gibt das Verhältnis der Permeabilitäten für Na+ und Cl− zur Permeabilität von K+ an. \n \n \nMaterial 8 \nMolekulare Ursache der Vergiftungserscheinungen durch Grayanotoxin \nUm die molekularen Ursachen zu identifizieren, welche die beschriebenen Wirkungen im Nervensys-\ntem des Menschen auslösen, wurden Riesenaxone des Tintenfischs Loligo pealeii präpariert und Lö-\nsungen unterschiedlicher Zusammensetzung ausgesetzt. \nIn den Experimenten wurde sichergestellt, dass die Ausbildung von Aktionspotenzialen blockiert wird, \nohne dass das Ruhepotenzial beeinflusst wird. \nDas Axoninnere wurde konstant von einer Standard-Innenraumflüssigkeit durchströmt, während die \nAußenlösungen entsprechend den in der Grafik angegebenen Verhältnissen variiert wurden. Die erhal-\ntenen Membranpotenzialänderungen wurden aufgezeichnet. Neben den in der Tabelle verwendeten \nAußenlösungen wurden zu unterschiedlichen Zeiten für bestimmte zeitliche Intervalle Tetrodotoxin \n(TTX) beziehungsweise Grayanotoxin (GTX) zugesetzt. \nTetrodotoxin ist ein Wirkstoff, der spannungsabhängige Natriumionenkanäle so blockiert, dass keine \nNatriumionen mehr hindurch diffundieren können. \n \nAbbildung 8.1: Konzentrationen ausgewählter Ionen der im Versuch verwende-\nten Lösungen \n \nLösung \n \n \n \nInhaltsstoffe Außenlösungen Innenlösung A B C \nMeerwasser \n[mmol/l] natriumarmes \nMeerwasser \n[mmol/l] Standard \nInnenraum- \nFlüssigkeit [mmol/l] \nNa+ 449 1 50 \nK+ 10 10 350 \norganische Anionen 0 0 320 \n \nHinweis: Osmotische Vorgänge sind für die Lösung der Aufgabe nicht relevant.",
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"number": 9,
"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag A \nSeite 9 von 9 Abbildung 8.2: Änderungen des Ruhepotenzials eines Tintenfisch-Axons durch \n Verwendung unterschiedlicher Lösungen im Außenmedium \n \n \n \nErläuterung: \nEm Membranpotenzial \n Zugabe von GTX \n Zugabe von TTX \n \n \nMaterial 9 \nErgänzende Untersuchungen \n \nIn weiteren Experimenten wurden GTX und TTX jeweils dem Axoninneren oder der Außenlösung zu-\ngefügt und ihre Wirkung untersucht. Es wurde beobachtet, dass Grayanotoxin sowohl stärker als auch \nschneller wirkt, wenn es dem Axoninneren zugeführt wird. Im Gegensatz dazu wirkte Tetrodotoxin \nnur bei Zugabe in die Außenlösung.",
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