Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 3 Seite 1 von 10 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2013 Biologie, Leistungskurs 1. Aufgabenart Bearbeitung fachspezifischen Materials mit neuem Informationsgehalt 2. 1 Aufgabenstellung Thema: Ökologie der Kannenpflanzen III.1 Skizzieren Sie den Stickstoffkreislauf für ein Ökosystem, nennen Sie die bei Kannen- pflanzen zur Sicherstellung der Stickstoffversorgung auftretenden Besonderheiten (Material A) und erklären Sie die Funktion der in der Kannenflüssigkeit nachgewie- senen Enzyme für die Pflanze. (18 Punkte) III.2 Werten Sie die Untersuchung zum Zusammenleben von Nepenthes rajah, Spitzhörn- chen (Tupaia montana) und Gipfelratte (Rattus baluensis) aus (Material B) und interpretieren Sie die Beziehungen aus ökologischer Sicht. (14 Punkte) III.3 Erläutern Sie die Besonderheiten der Lebensgemeinschaft der Kannenpflanze Nepenthes bicalcarata und der Ameisenart Camponotus schmitzi (Material C). Werten Sie in diesem Kontext die Experimente A und B zur Wechselbeziehung zwischen Camponotus schmitzi und Nepenthes bicalcarata aus (Material D). (24 Punkte) III.4 Stellen Sie, ausgehend von der in Material A dargestellten Form der Lebensweise von Kannenpflanzen, eine Hypothese zur evolutiven Entstehung der in den Materialien B bis D vorgestellten Lebensgemeinschaften auf und erläutern Sie Ihre Hypothese an vier Merkmalen. Bewerten Sie zusammenfassend die Entwicklungsschritte vor dem Hintergrund der speziellen Lebensraumbedingungen der Kannenpflanzen (Material A). (10 Punkte) 1 Die Aufgabenstellung deckt inhaltlich alle drei Anforderungsbereiche ab. Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 3 Seite 2 von 10 3. Materialgrundlage  Material A:       4. Abbildung 1 verändert nach Rembold 2006 Material B: Abbildung 2 verändert nach Greenwood et al. 2011 Material D: Tabelle 1 verändert nach Bohn 2007 Abbildung 3 aus Bohn 2007 Rembold, K. (2006). Zur Ökologie der karnivoren Nepenthes madagascariensis, Diplom- arbeit, Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität, Bonn. Bohn, H. F. (2007). Biomechanik von Insekten-Pflanzen-Interaktionen bei Nepenthes- Kannenpflanzen. Dissertation, Bayerische Julius-Maximilians-Universität, Würzburg. Greenwood, M.; Clarke, C.; Lee, C. C.; Gunsalam, A.; Clarke, R. H. (2011). A Unique Resource Mutualism between the Giant Bornean Pitcher Plant, Nepenthes rajah, and Members of a Small Mammal Community. Public Library of Science ONE 6(6): e21114. Bonhomme, V.; Gounand, I.; Alaux, C.; Jousselin, E.; Barthélémy, D.; Gaume, L. (2011). The plant-ant Camponotus schmitzi helps its carnivorous host-plant Nepenthes bicalcarata to catch its prey. Journal of Tropical Ecology 27, 15 – 16 (24) Bezüge zu den Vorgaben 2013 1. Inhaltliche Schwerpunkte Ökologische Verflechtungen und nachhaltige Nutzung  Einfache Beziehungen zwischen Organismengruppen und abiotischen Habitatfaktoren – Anpassungen an Temperatur und Feuchtigkeit bei Tieren und Pflanzen  Wechselbeziehungen, Populationsdynamik – Beziehungen zwischen Populationen: LOTKA-VOLTERRA-Regeln, Konkurrenz, Koexistenz – Verflechtungen in Lebensgemeinschaften  Biomasseproduktion, Trophieebenen, Energiefluss  Biogeochemischer Kreislauf am Beispiel des Stickstoffkreislaufs Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten  Grundlagen evolutiver Veränderung – Genotypische Variabilität von Populationen (keine Modellberechnungen)  Verhalten, Fitness und Anpassung – Fortpflanzungsstrategien (einschließlich Partnerwahl und Paarungssysteme)  Art und Artbildung 2. Medien/Materialien  entfällt 5. Zugelassene Hilfsmittel  Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Nur für den Dienstgebrauch!

BI LK HT 3 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 3 von 10 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen – Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe III.1 maximal erreichbare Punktzahl Anforderungen Der Prüfling 1 10 skizziert den Stickstoffkreislauf für ein Ökosystem, sinngemäß: Atmosphäre Atmosphäre [N] Tiere Pflanzen N2 [N] [N] Destruenten N2 NO3 - + NH4 N2-fixierende Bakterien NH4 + nitrifizierende Bakterien denitrifizierende Bakterien NO3 NO2 - - nitrifizierende Bakterien Legende: [N] bezeichnet organisch gebundenen Stickstoff. 2 nennt die bei Kannenpflanzen zur Sicherstellung der Stickstoffversorgung auftretenden Besonderheiten (Material A), z. B.:  Aufnehmen und Verdauen von Gliederfüßern,  zu Kannen umgebildete Blätter,  auffällig gefärbter Deckel und Kannenrand (Peristom),  Nektardrüsen am Kannenrand,  sehr glatte Wachskristalle an der inneren Kannenwand,  die Oberflächenspannung herabsetzende Stoffe in der Kannenflüssigkeit,  Enzyme in der Kannenflüssigkeit. 4 3 erklärt die Funktion der in der Kannenflüssigkeit nachgewiesenen Enzyme für die Pflanze, z. B.:  Die Enzyme katalysieren den Abbau verschiedener Bestandteile der Beutetiere zu für die Kannenpflanze verwertbaren Bausteinen.  Bei Peptiden und Nukleinsäuren handelt es sich um stickstoffhaltige Metaboliten, aus denen die Kannenpflanze Stickstoffverbindungen gewinnen kann. (Die Einordnung von Chitin in die stickstoffhaltigen Metaboliten wird nicht voraus- gesetzt und stellt ggf. ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium dar.) 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 3 Seite 4 von 10 Teilaufgabe III.2 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 wertet die Untersuchung zum Zusammenleben von Nepenthes rajah, Spitzhörnchen (Tupaia montana) und Gipfelratte (Rattus baluensis) aus (Material B), z. B.:  Die Kannenpflanze produziert ein kohlenhydratreiches Sekret, das von Drüsen an der Unterseite des Kannendeckels sezerniert wird. Kleinsäuger (Spitzhörnchen, Gipfelratte) fressen vom Sekret und sondern dabei oft Kotbällchen in die Kanne der Kannenpflanze ab.  Das Spitzhörnchen kommt tagsüber zur Kannenpflanze. Von 06.00 Uhr bis 17.00 Uhr werden kontinuierlich Besuche registriert, wobei gehäufte Besuche zwischen 07.00 und 08.00 Uhr sowie am Nachmittag um 17.00 Uhr auftreten.  Die Gipfelratte besucht die Kannenpflanze hauptsächlich in der Nacht zwischen 19.00 und 05.00 Uhr. Dabei sind nicht zu allen Messzeiten Besucher registriert worden, ferner finden sich vereinzelte Besuche um 11.00 und um 12.00 Uhr sowie um 16.00 Uhr und um 17.00 Uhr. 6 2 interpretiert die Beziehungen aus ökologischer Sicht, z. B.:  Gipfelratte und Spitzhörnchen stehen in interspezifischer Konkurrenz um die gleiche Nahrungsressource, das kohlenhydratreiche Sekret von Nepenthes rajah.  Die direkte Konkurrenz wird durch zeitlich unterschiedliche Nahrungsaufnahme (tagaktiv/nachtaktiv) vermieden, eine leichte zeitliche Überlappung tritt zwischen 16.00 und 17.00 Uhr auf. Die ökologischen Nischen beider Arten sind somit nicht identisch.  Diese Konkurrenzvermeidung trägt dazu bei, dass Gipfelratte und Spitzhörnchen im selben Biotop existieren können. 4 3 interpretiert die Beziehungen aus ökologischer Sicht, z. B.:  Nepenthes rajah und beide Kleinsäugerarten profitieren von der Gemeinschaft.  Die Kannenpflanze erhält auf diese Weise nicht nur tagsüber, sondern auch nachts aus den fäkalen Ausscheidungen der Kleinsäuger wichtige Mineralstoffe, die Kleinsäuger erhalten von der Kannenpflanze kohlenhydratreiche Nahrung.  Es handelt sich bei den interspezifischen Beziehungen Kannenpflanze/Spitz- hörnchen und Kannenpflanze/Gipfelratte um Lebensgemeinschaften zum gegen- seitigen Vorteil (Symbiose, Mutualismus). 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 3 Seite 5 von 10 Teilaufgabe III.3 Anforderungen 1 2 3 4 5 Der Prüfling erläutert die Besonderheiten der Lebensgemeinschaft der Kannenpflanze Nepenthes bicalcarata und der Ameisenart Camponotus schmitzi (Material C), z. B.:  Die Ameise profitiert von den Anlockungsmechanismen der Kannenpflanze und nutzt die von der Pflanze gefangenen Insekten als Nahrung.  Camponotus schmitzi nutzt die Pflanze als Schutz- und Nistraum sowie den Nektar als kohlenhydratreiche Nahrung.  Bei Anwesenheit von Camponotus schmitzi erbeutet die Kannenpflanze mehr Insekten, da die Ameise eine Flucht der Beutetiere aus der Kanne verhindert.  Nepenthes bicalcarata nutzt Nahrungsüberreste und Fäkalien der Ameise als Mineralstoffquelle.  Der Pflanze entstehen energetische Kosten für die Nektarproduktion, dem stehen Einsparungen bei der Produktion von Wachskristallen und Verdauungsenzymen gegenüber.  Die Wechselbeziehung von Nepenthes bicalcarata und Camponotus schmitzi stellt eine Lebensgemeinschaft zum beiderseitigen Vorteil (Symbiose, Mutualismus) dar. (Zur Vergabe der vollen Punktzahl muss die Wechselbeziehung als Symbiose oder Mutualismus erkannt werden.) wertet das Experiment A zur Wechselbeziehung zwischen Camponotus schmitzi und Nepenthes bicalcarata aus (Material D), z. B.:  Die Ameisenarten unterscheiden sich stark in ihrem Gewicht (2,01 mg bis 32,6 mg); Camponotus schmitzi gehört zu den leichten Ameisen (4,17 mg).  Während bei den leichten Ameisen (Crematogaster inflata und Camponotus schmitzi) die meisten Tiere erfolgreich sind (10 von 12 bzw. alle), gelingt es den schweren Ameisen (Camponotus spec. und Oecophylla smaragdina) kaum, auf der vertikalen, flüssigkeitsbenetzten Glasoberfläche zu laufen (1 von 16 bzw. 1 von 10). Die sehr schweren Polyrhachis hector-Ameisen können nicht auf der Glasfläche laufen.  Während die meisten Ameisen, die den Rand der Glasfläche erreichen, hierzu 11,0 s bis 16,3 s benötigen, erreichen die Camponotus schmitzi-Ameisen den Rand bereits in 0,7 s, also deutlich schneller.  Camponotus schmitzi ist u. a. durch ihr geringes Gewicht an das Leben auf Nepenthes bicalcarata angepasst. wertet das Experiment A zur Wechselbeziehung zwischen Camponotus schmitzi und Nepenthes bicalcarata aus (Material D), z. B.:  Trotz eines noch geringeren Gewichts als Camponotus schmitzi benötigt Crema- togaster inflata etwa 20-mal so lange, um zum Rand der Glasfläche zu gelangen.  Das Gewicht allein erklärt die Angepasstheit an das Leben auf Nepenthes bical- carata nicht, Camponotus schmitzi muss über weitere Angepasstheiten verfügen. wertet das Experiment B zur Wechselbeziehung zwischen Camponotus schmitzi und Nepenthes bicalcarata aus (Material D), z. B.:  Kontrollgruppe (unmanipuliert) und ohne Krallen: keine Probleme.  Ohne Arolien: Auf trockenem Peristom stürzen etwa 83 % der Ameisen ab, auf nassem Peristom etwa 17 %, die übrigen rutschen auf nassem Peristom stark.  Ohne Arolien und Krallen: Auf trockenem Peristom stürzen alle Ameisen ab, auf nassem Peristom etwa 50 %, die übrigen rutschen auf nassem Peristom stark.  Die Krallen sind allein keine notwendige Voraussetzung für die Lauffähigkeit; dagegen führt die Entfernung der Arolien zu einem starken Einbruch der Lauffä- higkeit auf nassem wie auf trockenem Peristom. Bei Entfernung von Arolien und Krallen wird der beim Fehlen der Arolien beobachtete Effekt weiter verstärkt.  Hauptsächlich sind die Arolien für die Angepasstheit der Ameisenart Camponotus schmitzi an das Leben auf Nepenthes bicalcarata verantwortlich, die Krallen vermögen bei fehlenden Arolien einen Teil der Haftwirkung zu kompensieren. erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Nur für den Dienstgebrauch! maximal erreichbare Punktzahl 8 7 2 7

Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW BI LK HT 3 Seite 6 von 10 Teilaufgabe III.4 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 stellt, ausgehend von der in Material A dargestellten Form der Lebensweise von Kan- nenpflanzen, eine Hypothese zur evolutiven Entstehung in den Materialien B bis D vorgestellten Lebensgemeinschaften auf, sinngemäß:  Spontane Mutationen, die sich in vorteilhafteren Angepasstheiten äußern, führen zu erhöhter Fitness ihrer Träger (Selektionsvorteil) und in der Folge zur Anrei- cherung dieser Allele im Genpool der Population.  Ein paralleler Prozess läuft beim anderen Partner in der Lebensgemeinschaft ab.  Hier liegen jeweils wechselseitig verzahnte Angepasstheiten vor, die vermutlich durch Koevolution entstanden sind. (Vergleichbare Herleitungen sind zu akzeptieren.) 4 2 erläutert seine Hypothese an 4 Merkmalen, z. B.:  Stoffwechsel von Nepenthes rajah und Nepenthes bicalcarata, da größere Mengen eines kohlenhydratreichen Sekrets hergestellt und sezerniert werden.  Verhalten von Spitzhörnchen und Gipfelratte, da das gezielte Absetzen von Kot- bällchen in die Kanne hinein eine neue, für die Kannenpflanze vorteilhafte Ver- haltensweise darstellt.  Stoffwechsel von Nepenthes bicalcarata, da geringere Mengen an Verdauungs- enzymen hergestellt und sezerniert werden.  Morphologie von Camponotus schmitzi, da ein Schutz gegenüber den Verdauungs- enzymen in der Kannenflüssigkeit vorliegen muss.  Verhalten von Camponotus schmitzi, da das Tauchen nach Beute in der Kannen- flüssigkeit eine neue, vorteilhafte Verhaltensweise darstellt. (Für die Vergabe der vollen Punktzahl werden vier Aspekte erwartet; dies können auch andere aus dem Material ableitbare Aspekte sein.) 4 3 bewertet zusammenfassend die Entwicklungsschritte vor dem Hintergrund der spe- ziellen Lebensraumbedingungen der Kannenpflanzen (Material A), sinngemäß:  Alle Entwicklungsschritte führen durch die dauerhafte Lebensgemeinschaft zu einer besseren Angepasstheit der Kannenpflanzen Nepenthes rajah und Nepenthes bicalcarata an den mineralstoffarmen Boden ihres Lebensraums und machen sie so konkurrenzstärker im Vergleich zu anderen Pflanzen. 2 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 9

BI LK HT 3 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 7 von 10 7. Bewertungsbogen zur Prüfungsarbeit Name des Prüflings:____________________________________ Kursbezeichnung:____________ Schule: _____________________________________________ Teilaufgabe III.1 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 skizziert den Stickstoffkreislauf … 10 2 nennt die bei … 4 3 erklärt die Funktion … 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe III.1 Teilaufgabe EK 2 ZK DK 18 Teilaufgabe III.2 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling 1 wertet die Untersuchung … 6 2 interpretiert die Beziehungen … 4 3 interpretiert die Beziehungen … 4 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe III.2 Teilaufgabe 2 maximal erreichbare Punktzahl 14 EK = Erstkorrektur; ZK = Zweitkorrektur; DK = Drittkorrektur Nur für den Dienstgebrauch! EK ZK DK

BI LK HT 3 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 8 von 10 Teilaufgabe III.3 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 erläutert die Besonderheiten … 8 2 wertet das Experiment … 7 3 wertet das Experiment … 2 4 wertet das Experiment … 7 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe II.3 Teilaufgabe EK ZK DK 24 Teilaufgabe III.4 Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 stellt, ausgehend von … 4 2 erläutert seine Hypothese … 4 3 bewertet zusammenfassend die … 2 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) …………………………………………………………….. …………………………………………………………….. Summe III.4 Teilaufgabe 10 Summe der III.1, III.2, III.3 und III.4 Teilaufgabe 66 EK ZK DK Darstellungsleistung Anforderungen Lösungsqualität Der Prüfling     führt seine Gedanken … strukturiert seine Darstellung … verwendet eine differenzierte … gestaltet seine Arbeit … Summe Darstellungsleistung maximal erreichbare Punktzahl 9 9 Summe insgesamt (inhaltliche und Darstellungsleistung) Nur für den Dienstgebrauch! 75 EK ZK DK

BI LK HT 3 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 9 von 10 Festlegung der Gesamtnote (Bitte nur bei der letzten bearbeiteten Aufgabe ausfüllen.) Lösungsqualität maximal erreichbare Punktzahl Übertrag der Punktsumme aus der ersten bearbeiteten Aufgabe 75 Übertrag der Punktsumme aus der zweiten bearbeiteten Aufgabe 75 Punktzahl der gesamten Prüfungsleistung 150 EK ZK DK aus der Punktsumme resultierende Note Note ggf. unter Absenkung um ein bis zwei Notenpunkte gemäß § 13 Abs. 2 APO-GOSt Paraphe ggf. arithmetisches Mittel der Punktsummen aus EK und ZK: ___________ ggf. arithmetisches Mittel der Notenurteile aus EK und ZK: _____________ Die Klausur wird abschließend mit der Note: ________________________ (____ Punkte) bewertet. Unterschrift, Datum: Nur für den Dienstgebrauch!

BI LK HT 3 Ministerium für Schule und Weiterbildung NRW Seite 10 von 10 Grundsätze für die Bewertung (Notenfindung) Für die Zuordnung der Notenstufen zu den Punktzahlen ist folgende Tabelle zu verwenden: Note Punkte Erreichte Punktzahl sehr gut plus 15 150 – 143 sehr gut 14 142 – 135 sehr gut minus 13 134 – 128 gut plus 12 127 – 120 gut 11 119 – 113 gut minus 10 112 – 105 befriedigend plus 9 104 – 98 befriedigend 8 97 – 90 befriedigend minus 7 89 – 83 ausreichend plus 6 82 – 75 ausreichend 5 74 – 68 ausreichend minus 4 67 – 58 mangelhaft plus 3 57 – 49 mangelhaft 2 48 – 40 mangelhaft minus 1 39 – 30 ungenügend 0 29 – 0 Nur für den Dienstgebrauch!