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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag C \nSeite 1 von 7Hinweise 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 \n \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 C \nSeite 2 von 7Bekämpfung der eingeschleppten Tigermücke \n(Genetik und Gentechnik, ökologische und stoffwechselphysiologische Zusammenhänge) \nDie Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) stammt ursprünglich aus Südostasien. Durch den glo-\nbalisierten Waren- und Reiseverkehr wird sie seit Jahrzehnten weltweit verschleppt. 2007 erfolgte der \nerste Nachweis in Deutschland, im Sommer 2018 wurde sie in Frankfurt am Main aufgespürt. Als \nÜberträger von Virus-Erkrankungen wie dem Gelbfieber entwickelt sich die Asiatische Tigermücke zu \neiner ernsten Bedrohung für die Menschen in Deutschland. Kenntnisse genetischer und ökologischer \nAspekte des Organismus sind für die Entwicklung geeigneter Bekämpfungsmethoden notwendig. \n \nAufgaben \nDie Ökologie der Asiatischen Tigermücke \n \n1 Geben Sie jeweils eine Definition der Begriffe ökologische Nische, Symbiose und Parasitismus \nan. Nennen Sie jeweils ein Beispiel für eine symbiotische und eine parasitische Beziehung. \n(8 BE) \n \n2 Beschreiben Sie die Toleranzkurve (Abbildung 2.1). Beschreiben und erklären Sie die Abhän-\ngigkeit der Entwicklungsgeschwindigkeit der Tigermückenpuppe von der Wassertemperatur \n(Abbildung 2.2). (Material 1 und 2) \n(11 BE) \n \n3 Formulieren Sie zwei Fragestellungen, die dem Experiment in Material 3 zugrunde liegen. \nFassen Sie die Versuchsergebnisse zusammen und werten Sie diese aus. (Material 3) \n(16 BE) \n \n4 Skizzieren Sie ein Nahrungsnetz der im Material 4 genannten Organismen bei Anwesenheit von \nRatten und Menschen. Ordnen Sie exemplarisch drei der Organismen unterschiedlichen \nTrophieebenen zu. (Material 4) \n(9 BE) \n \n5 Erklären Sie das Vorkommen der beiden Stechmückenarten vor und nach Ausrottung der \nRatten. (Material 1 und 4) \n(7 BE) \n \nGene Drive zur Bekämpfung der Asiatischen Tigermücke? \n \n6 Benennen Sie die durch Nummern gekennzeichneten Bestandteile des lac-Operons in Material 5 \nund beschreiben Sie dessen Funktionsweise in Abwesenheit von Lactose. Skizzieren Sie das \nlac-Operon in Anwesenheit von Lactose. (Material 5) \n(18 BE) \n \n7 Werten Sie das Vererbungsschema in Material 6 aus. Begründen Sie, dass es sich bei der \nVererbung des MEDEA-Allels um einen Gene Drive-Mechanismus handelt. (Material 6) \n(19 BE) \n \n8 Beurteilen Sie, ob Gene Drive als Alternative zur bisherigen Bekämpfungsstrategie gegen die \nTigermücke geeignet ist. (Material 1 und 7) \n(12 BE)",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag C \nSeite 3 von 7Material 1 \nÖkologie der Asiatischen Tigermücke \nDie Asiatische Tigermücke ist eine relativ kleine Stech-\nmücke mit 0,5–1 cm Körperlänge. Sie ist sehr anpassungs-\nfähig, da sie trocken- und kälteresistente Eier bilden kann. \nWährend die Larven und Puppen der Mücken bei Tempe-\nraturen unter 10°C absterben, überdauern die Eier auch \nTemperaturen bis zu –10°C. Der voranschreitende Klima-\nwandel und die damit einhergehenden milder werdenden \nWinter tragen ebenfalls dazu bei, dass sich die Tiger-\nmücke in unseren Breiten erfolgreich ausbreitet. \nDie Tigermücke ist hervorragend an städtische Lebens-\nräume angepasst. Eier, Puppen und Larven findet man in kleinsten Wasseransammlungen wie Vogel-\ntränken, alten Autoreifen und verstopften Dachrinnen. Die Larven ernähren sich von Mikroorganis-\nmen und organischem Material, das sie aus dem Wasser filtern. Die erwachsenen, flugfähigen Tiere \nentfernen sich von den Brutstätten, die Tigermücke fliegt allerdings nur rund 100–200m weit. \nWie bei anderen Stechmücken auch, saugen ausschließlich die Weibchen Blut, welches sie für die Bil-\ndung ihrer Eier benötigen. Die Asiatische Tigermücke ist potenzieller Überträger verschiedener \nKrankheitserreger. Sie ist in der Lage, Dengue-, Chikungunya-, West-Nil-, Zika- oder Gelbfieber- \nViren zu übertragen. In Hessen wurde jedoch bisher keine dieser Infektionen durch eine Tigermücke \ndokumentiert. \n \nAbbildung 1.2: Lebenszyklus der Asiatischen Tigermücke \n \nAbbildung 1.1: Asiatische Tigermücke",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag C \nSeite 4 von 7Material 2 \nUntersuchungen zur Temperaturabhängigkeit der Asiatischen Tigermücke \nAbbildung 2.1: \nVerpuppungserfolg der Tigermücken-\nlarven in Abhängigkeit von der Wasser- \ntemperatur\n Abbildung 2.2: \nEntwicklungsgeschwindigkeit der\nTigermückenpuppe in Abhängigkeit \nvon der Wassertemperatur \n \n \n \n \nMaterial 3 \nStechmückenarten treten in Konkurrenz \nDie in Europa häufig vorkommende Gemeine Stechmücke (Culex pipiens) und die jetzt neu auftre-\ntende Asiatische Tigermücke (Aedes albopictus) teilen sich oft dieselben Eiablagestellen. In Italien \nwurden in etwa jeder zehnten Fundstelle Gemeine Stechmückenlarven (SML) zusammen mit Asiati-\nschen Tigermückenlarven (TML) gefunden. \nEine Frankfurter Forschergruppe führte Experimente mit TML und SML durch. Unter kontrollierten \nBedingungen (16 h Licht pro Tag, 20°C Wassertemperatur und gleichbleibende Wasserqualität) wur-\nden Versuche mit jeweils 30 Larven angesetzt. Die Versuchsansätze enthielten entweder die Larvenart \nallein oder jeweils 15 Larven der untersuchten Art zusammen mit 15 Larven der jeweils anderen Art. \nDie Ergebnisse sind in Abbildung 3.1 dargestellt. \n \n \n \n \nFortsetzung des Materials auf der folgenden Seite",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag C \nSeite 5 von 7Abbildung 3.1: Sterblichkeitsrate von Gemeinen Stechmückenlarven bzw. Asiatischen \nTigermückenlarven \n \nA Larvensterblichkeit bei viel Futter B Larvensterblichkeit bei wenig Futter \n \n \n \nErläuterung: \n \nGemeine Stechmückenlarve Asiatische Tigermückenlarve \n \n \nMaterial 4 \nAusrottung der Asiatischen Tigermücke auf Palmyra \nDas Palmyra-Atoll, eine Gruppe sehr kleiner Inseln im Pazifik, wird von ca. 50 000 Seevögeln be-\nwohnt, Menschen leben und lebten hier nie dauerhaft. Ursprünglich waren keine Säugetiere auf der \nInselgruppe heimisch. Im zweiten Weltkrieg schleppten Soldaten, die die Insel als Militärbasis nutz-\nten, Ratten ein. Diese ernährten sich von den Küken und Eiern der Seevögel und von Krebsen und \nKrabben. Sie fraßen Kokosnüsse und andere Baumsamen. Diese Kokosnussschalen waren eine der \nwenigen Möglichkeiten, wo sich Regenwasser sammeln konnte. Im Jahr 2011 führten Ökologen eine \nerfolgreiche Ausrottungskampagne gegen die damals ca. 40 000 Nager durch. Überraschenderweise \nverschwand mit den Ratten auch die ebenfalls eingeschleppte Tigermücke von der Insel, deren Weib-\nchen vor allem Säugetiere stechen, aber nur in Ausnahmefällen Vögel. Hingegen kommt eine zweite \nStechmückenart, die Südliche Hausmücke, die sich auf Vögel spezialisiert hat, weiterhin vor. \n \n \n Anteil gestorbener\nLarven [%]\nSML(allein)TML(+ SML)SML(+ TML)TML(allein)020406080Anteil gestorbener\nLarven [%]\nSML(allein)TML\n(+ SML)SML(+ TML)TML\n(allein)020406080",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag C \nSeite 6 von 7Material 5 \nlac-Operon (in Abwesenheit von Lactose) \n \n \nMaterial 6 \nGene Drive mit MEDEA \nDurch Gene Drive werden bestimmte Allele in einer Population viel effizienter verbreitet als über re-\nguläre Vererbungsmechanismen. Während bei heterozygoten Organismen die meist in zweifacher \nAusfertigung vorliegenden Allele eines Gens zufällig mit gleicher Wahrscheinlichkeit an die Nachfol-\ngegenerationen vererbt werden, treten durch Gene Drive bestimmte Allele mit (viel) höherer Wahr-\nscheinlichkeit in der fertig entwickelten Tochtergeneration auf. \nDer Gene-Drive-Effekt tritt in der Natur u.a. bei Insekten auf. Eine Möglichkeit ist der sogenannte \nMEDEA-Drive, den man bei Mehlkäfern entdeckt hat. Hierbei wird das Allel eines Gens zum \nMEDEA-Allel, indem es mit zwei weiteren Gen-Elementen gekoppelt wird, einem Giftgen und einem \nImmunitätsgen. Im jeweils anderen Allel dieses Gens, dem verbliebenen Wildtyp-Allel, fehlen diese \nElemente. \nIn den Eierstöcken von Insekten mit dem MEDEA-Allel ist während der Eireifung das Giftgen aktiv. \nDas so produzierte Gift wird in die Eier aufgenommen und in ihnen angereichert. Bei heterozygoten \nWeibchen enthalten daher alle Eier das Gift, auch dann, wenn durch die Meiose nicht in allen Eiern \ndas MEDEA-Allel, sondern z.T. das Wildtyp-Allel vorliegt. \nNach der Befruchtung wird in den Eizellen, die das MEDEA-Allel enthalten, das Immunitätsgen akti-\nviert, sodass nur diese das Gift neutralisieren und sich zu Larven weiterentwickeln können. Das mit\nden MEDEA-Elementen gekoppelte mutierte Allel eines Gens ist somit in allen lebenden Nachkom-\nmen dieser MEDEA-Weibchen vorhanden. \n \nFortsetzung des Materials auf der folgenden Seite \n \n685\n71\n34\n23’\n5’",
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"content": "Hessisches Kultusministerium Landesabitur 2021 \nBiologie Thema und Aufgabenstellung \nGrundkurs Vorschlag C \nSeite 7 von 7Vererbungsschema des MEDEA-Allels bei Insekten \n \n \nErläuterung: \n \nMEDEA: Keimzelle enthält das MEDEA-Allel; Wt: Keimzelle ohne MEDEA-Allel (Wildtyp). \n \n \n \n \n \n Eizelle mit Gift \n \nEizelle ohne Gift \n \nSpermium \n \n \n \n \n Normal entwickelter Embryo nach Befruchtung \n \nNormal entwickelter Embryo nach Befruchtung trotz \nGifteinlagerung in der Eizelle \n \nAbgestorbener Embryo nach Befruchtung \n \n \nMaterial 7\nBekämpfungsstrategien gegen die Asiatische Tigermücke \n1. Spezifisch wirkende Bio-Pestizide \nAus dem Bacillus thuringiensis serotyp israelensis (bodenlebendes Bakterium) gewinnt man ein Gift \n(Bti), das nur gegen Fliegen und Mücken gerichtet ist. Nehmen die Larven das Gift auf, so entstehen \nLöcher in der Darmwand, was unweigerlich zum Tode führt. Trotz jahrzehntelangem Einsatz von Bti \nsind kaum Resistenzen zu beobachten. Neben Stechmückenlarven werden auch andere Mücken- und \nFliegenlarven getötet. Dies wirkt sich ebenfalls negativ auf Amphibien aus, die sich von diesen Insek-\ntenlarven ernähren. Bti ist für die Bekämpfung von Mückenlarven in großen Überschwemmungsgebie-\nten durch Ausbringung mit dem Flugzeug oder Hubschrauber genauso geeignet wie für die Bekämp-\nfung in Kleinstgewässern in Form von gepressten Tabletten. Da Bti ein Proteingemisch ist, verliert es \nnach dem Ausbringen durch Zersetzungsprozesse nach drei Wochen deutlich an Wirkung. \n \n2. Gene Drive \nAls neue Methode bietet sich Gene Drive an. Seit wenigen Jahren wird in gentechnischen Experimen-\nten versucht, Gene Drive auch in Stechmücken zu etablieren. Bei Stechmücken gibt es z.B. das nix-\nGen, das für die Ausbildung von männlichen Geschlechtsorganen ausschlaggebend ist. Wenn dieses \nGen mit einer Gene Drive-Sequenz gekoppelt wäre, würden überproportional viele Männchen gebil-\ndet, so dass die Population mehr und mehr an Weibchen verarmen und in wenigen Generationen zu-\nsammenbrechen würde. Erste Ergebnisse unter Laborbedingungen waren bereits erfolgreich. Das Aus-\nsetzen von nur wenigen Gene-Drive-Stechmücken würde genügen, um eine gesamte Population auszu-\nrotten. Mögliche Auswirkungen auf das Ökosystem sind noch nicht geklärt.",
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