BI GK NT 2 (GG) Ministerium für Schule und Bildung NRW Seite 6 von 7 7. Bewertungsbogen zur Prüfungsarbeit Name des Prüflings: Kursbezeichnung: Schule: a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe 1 Anforderungen Lösungsqualität maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling 1 erklärt … 6 2 fasst … 4 3 skizziert … 6 4 stellt dar … 10 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Summe 1. Teilaufgabe EK 2 ZK DK 26 Teilaufgabe 2 Anforderungen Lösungsqualität maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling 1 ermittelt … 8 2 nennt … 4 3 erläutert … 2 4 erläutert … 4 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Summe 2. Teilaufgabe EK ZK DK 18 Teilaufgabe 3 Anforderungen maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling 2 Lösungsqualität EK = Erstkorrektur; ZK = Zweitkorrektur; DK = Drittkorrektur Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch! EK ZK DK

BI GK NT 2 (GG) Ministerium für Schule und Bildung NRW Seite 7 von 7 1 entwickelt eine Hypothese … 2 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… 10 Summe 3. Teilaufgabe 10 Summe der 1., 2. und 3. Teilaufgabe 54 b) Darstellungsleistung Anforderungen maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling ● ● ● ● Lösungsqualität führt seine Gedanken … strukturiert seine Darstellung … verwendet eine differenzierte … gestaltet seine Arbeit … EK ZK 6 Summe Darstellungsleistung 6 Summe insgesamt (inhaltliche und Darstellungsleistung) 60 Die Festlegung der Gesamtnote erfolgt auf dem Auswertungsbogen in GK NT 1. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch! DK

BI GK NT 3 (GG) Seite 1 von 3 Name: _______________________ Abiturprüfung 2019 Biologie, Grundkurs Aufgabenstellung: Thema: Populationsökologie des Meerneunauges 1. Geben Sie je eine Definition für dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren an und erläutern Sie die Abhängigkeit der Entwicklung des Meerneunauges von diesen Faktoren unter Bezug auf Abbildung 1 (Material A). (12 Punkte) 2. Fassen Sie die Daten zur Populationsentwicklung von Meerneunauge und Kanadischer Seeforelle im Lake Superior zusammen und werten Sie diese aus (Abbildung 2 und Material B). Fassen Sie die in Abbildung 3 dargestellten Ergebnisse zusammen und nehmen Sie zu den Maßnahmen zur Bekämpfung des Meerneunauges Stellung (Materialien A und B). (30 Punkte) 3. Erläutern Sie auf Grundlage der synthetischen Evolutionstheorie die mögliche Entwicklung von Resistenzen gegen Gifte in Schädlingspopulationen (Material C). Beurteilen Sie in diesem Zusammenhang eine mögliche Resistenzentwicklung gegen TFM bei den Meerneunaugen der Großen Seen (Materialien A bis C). (12 Punkte) Zugelassene Hilfsmittel: ● ● GTR (Grafikfähiger Taschenrechner) oder CAS (Computer-Algebra-System) Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

BI GK NT 3 (GG) Seite 2 von 3 Name: _______________________ Material A: Entwicklungszyklus des Meerneunauges Das Meerneunauge (Petro- myzon marinus) ist kein Fisch, sondern ein kieferlo- ses Wirbeltier, das zu den Rundmäulern gehört. Es wird als invasive Art mittler- weile in allen Großen Seen Nordamerikas gefunden. Sein Entwicklungszyklus findet in den Großen Seen und deren Zuflüssen statt. Abbildung 1 Entwicklungszyklus des Meerneunauges Material B: Populationsdynamik in den Großen Seen Ursprünglich waren Meerneunaugen nur im Ontariosee anzutreffen, der mit dem Atlantik ver- bunden ist. Ab 1957 traten sie auch in größerer Zahl im Lake Superior auf, wie durch Auswer- tung von Fallen ermittelt worden ist (Abb. 2). Die Kanadische Seeforelle zählt zu den bevorzug- ten Wirten des Meerneunauges. In den Großen Seen werden die Bestände der Kanadischen See- forelle durch die ansässigen Fischereibetriebe genutzt. Etwa seit 1945 ermöglichte der Einsatz neuer Fangtechniken große Fangmengen auch bei sinkender Populationsgröße der Seeforellen. Meerneunaugen greifen neben Seeforellen auch andere, wirt- schaftlich bedeutende Fische wie den See-Stör an, wenn die Häufigkeit der alternativen Wirte größer ist als die der Seeforellen. Die Wirtsfische werden nicht nur durch den Verlust von Blut und Gewebe direkt geschädigt, sondern auch durch Infektionen der Wunde. Daher kann der Wirt der Meerneunaugen an den Folgen der Angriffe zugrunde gehen. Abbildung 2 Fangmenge der Seeforellen und geschätzte Meer- neunaugenanzahl im Lake Superior zwischen 1930 und 1990 Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

BI GK NT 3 (GG) Seite 3 von 3 Name: _______________________ Um die Wanderung der adulten Meerneunaugen zu verhindern, setzt man Barrieren und elektri- sche Wehre an den Zuflüssen der Großen Seen ein. Die Wanderung der Seeforellen darf durch die mechanischen Barrieren nicht beeinträchtigt werden. Die Meerneunaugen finden ihre Sexu- alpartner durch artspezifische Pheromone, chemische Duftstoffe, die sie ins Wasser abgeben. Daher können Adulte auch mit Pheromonfallen während ihrer Wanderung gezielt angelockt und gefangen werden. Parallel dazu wurden aus Fischzuchtbetrieben seit 1950 jährlich rund 2 300 Seeforellen-Jungtiere pro km im Lake Superior eingesetzt. Seit 1960 werden die Meerneunaugen mit- hilfe von Toxinen wie 3-Trifluoromethyl- 4-nitrophenol (TFM) bekämpft, das in die Habitate der Larven eingebracht wird. Zur Ermittlung der notwendigen Toxinmenge und Eingrenzung der Schädigung anderer Arten wurden exemplarisch Untersuchun- gen bei verschiedenen Entwicklungssta- dien von Meerneunaugen und See-Stören durchgeführt. Die Konzentration von TFM, bei der die Hälfte der Tiere in einem Zeit- raum von zwölf Stunden stirbt, bezeichnet man als LC50 TFM. Abbildung 3 LC50 TFM bei Larven von Meerneun- augen und See-Stören unterschiedlicher Körperlänge Material C: Mögliche Entwicklung von Resistenzen gegen TFM In vielen Populationen von Schädlingen entwickeln sich im Laufe der Zeit Resistenzen gegen die zur Bekämpfung eingesetzten Gifte. Diese Resistenzentwicklung wird häufig bei Bakterien oder Insekten beobachtet, die eine sehr kurze Generationsdauer aufweisen. Sogar bei Tieren wie dem Atlantik-Dorsch, der eine Generationsdauer von etwa zwei Jahren besitzt, wurden in eini- gen Populationen Resistenzen gegen Gifte wie PCB entdeckt. Bekämpft man die Schädlinge mit einer Kombination verschiedener Verfahren wie zum Beispiel mechanischen Fallen, Ab- sammeln, Pheromon-Fallen oder Einsatz unterschiedlicher Gifte, so ist die Wahrscheinlichkeit einer Resistenzentwicklung deutlich geringer. Beim Meerneunauge werden seit 1960 kontinuierlich Laborversuche durchgeführt, in denen die Wirksamkeit von TFM auf Wildfänge von Meerneunaugen-Larven aus verschiedenen Zuflüs- sen der Großen Seen analysiert wird. Von 1960 bis 2017 zeigte sich keine Veränderung bei der Wirksamkeit von TFM auf die Meerneunaugen-Larven, da in diesem Zeitraum die LC50 TFM bei den Larven annähernd konstant geblieben ist. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK NT 3 (GG) Seite 1 von 7 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2019 Biologie, Grundkurs 1. Aufgabenart Bearbeitung einer Aufgabe, die fachspezifisches Material enthält 2. Aufgabenstellung 1 Thema: Populationsökologie des Meerneunauges 1. Geben Sie je eine Definition für dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren an und erläutern Sie die Abhängigkeit der Entwicklung des Meerneunauges von diesen Faktoren unter Bezug auf Abbildung 1 (Material A). (12 Punkte) 2. Fassen Sie die Daten zur Populationsentwicklung von Meerneunauge und Kanadischer Seeforelle im Lake Superior zusammen und werten Sie diese aus (Abbildung 2 und Material B). Fassen Sie die in Abbildung 3 dargestellten Ergebnisse zusammen und nehmen Sie zu den Maßnahmen zur Bekämpfung des Meerneunauges Stellung (Materialien A und B). (30 Punkte) 3. Erläutern Sie auf Grundlage der synthetischen Evolutionstheorie die mögliche Entwicklung von Resistenzen gegen Gifte in Schädlingspopulationen (Material C). Beurteilen Sie in diesem Zusammenhang eine mögliche Resistenzentwicklung gegen TFM bei den Meerneunaugen der Großen Seen (Materialien A bis C). (12 Punkte) 3. Materialgrundlage Material A Abbildung 1: verändert nach Hansen et al., 2016, Abb. 2, S. 512 ● Material B Abbildung 2: eigene Abbildung, Seeforellen-Fangmenge nach Baldwin et al., 2009; Meer- neunaugen nach Siefkes, 2017, Abb. 3, S. 3 Abbildung 3: nach Boogaard et al., 2003, Tab. 1, S. 534 ● Baldwin, N. S., Saalfeld, R. W., Docoda, M. R., Buettner, H. J. & Eshenroder, R. L. (2009, Dezember). Commercial Fish Production in the Great Lakes 1867-2006. Abgerufen 23. Februar 2018, von http://www.glfc.org/commercial/commerc.php ● Boogaard, M. A., Bills, T. D. & Johnson, D. A. (2003). Acute Toxicity of TFM and a TFM/Niclosamide Mixture to Selected Species of Fish, Including Lake Sturgeon (Acipenser fulvescens) and Mudpuppies (Necturus maculosus), in Laboratory and Field ● 1 Die Aufgabenstellung deckt inhaltlich alle drei Anforderungsbereiche ab. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK NT 3 (GG) Seite 2 von 7 ● ● ● ● ● 4. Exposures. Journal of Great Lakes Research, 29, 529–541. https://doi.org/10.1016/S0380-1330(03)70514-0 Dunlop, E. S., McLaughlin, R., Adams, J. V., Jones, M., Birceanu, O., … Wilkie, M. P. (2017). Rapid evolution meets invasive species control: the potential for pesticide resistance in sea lamprey. Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences, 75(1), 152–168. https://doi.org/10.1139/cjfas-2017-0015 Hansen, M. J., Madenjian, C. P., Slade, J. W., Steeves, T. B., Almeida, P. R. & Quintella, B. R. (2016). Population ecology of the sea lamprey (Petromyzon marinus) as an invasive species in the Laurentian Great Lakes and an imperiled species in Europe. Reviews in Fish Biology and Fisheries, 26(3), 509–535. https://doi.org/10.1007/s11160- 016-9440-3 Harvey, C. J., Ebener, M. P. & White, C. K. (2008). Spatial and Ontogenetic Variability of Sea Lamprey Diets in Lake Superior. Journal of Great Lakes Research, 34(3), 434– 449. https://doi.org/10.3394/0380-1330(2008)34[434:SAOVOS]2.0.CO;2 Siefkes, M. J. (2017). Use of physiological knowledge to control the invasive sea lamprey (Petromyzon marinus) in the Laurentian Great Lakes. Conservation Physiology, 5(1). https://doi.org/10.1093/conphys/cox031 Treble, A. J., Jones, M. L. & Steeves, T. B. (2008). Development and Evaluation of a New Predictive Model for Metamorphosis of Great Lakes Larval Sea Lamprey (Petromyzon marinus) Populations. Journal of Great Lakes Research, 34(3), 404–417. https://doi.org/10.3394/0380-1330(2008)34[404:DAEOAN]2.0.CO;2 Bezüge zum Kernlehrplan und zu den Vorgaben 2019 Die Aufgaben weisen vielfältige Bezüge zu den Kompetenzerwartungen und Inhaltsfeldern des Kernlehrplans bzw. zu den in den Vorgaben ausgewiesenen Fokussierungen auf. Im Folgenden wird auf Bezüge von zentraler Bedeutung hingewiesen. 1. Inhaltsfelder und inhaltliche Schwerpunkte Ökologie ● Umweltfaktoren und ökologische Potenz ● Dynamik von Populationen ● Mensch und Ökosysteme – Neobiota (Neozoen, Neophyten) Evolution ● Grundlagen evolutiver Veränderung 2. Medien/Materialien ● entfällt 5. ● ● Zugelassene Hilfsmittel GTR (Grafikfähiger Taschenrechner) oder CAS (Computer-Algebra-System) Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK NT 3 (GG) Seite 3 von 7 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen – Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe 1 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 gibt je eine Definition für dichteabhängige und dichteunabhängige Faktoren an, z. B.: ● Dichteunabhängige Faktoren beeinflussen die Populationsdichte, sind aber selbst von der Populationsdichte unabhängig. ● Dichteabhängige Faktoren beeinflussen die Populationsdichte und werden selbst von der Populationsdichte in Form einer Rückkopplung beeinflusst. 4 2 erläutert die Abhängigkeit der Entwicklung des Meerneunauges von diesen Faktoren unter Bezug auf Abbildung 1 (Material A), z. B.: ● Für das Ablaichen der Adulten in den Flüssen sind geeignete Laichplätze ein be- grenzender Faktor, denn dort müssen die Beschaffenheit des Untergrundes (Kör- nung zwischen 0,9 und 5 cm), die Fließgeschwindigkeit des Wassers (0,5 bis 1,5 m/s) und die Wassertemperatur (zwischen 10 und 26 °C) geeignet sein (dichte- unabhängige Faktoren). ● Während der 3 bis über 10 Jahre dauernden Larvenphase sind Beschaffenheit des Untergrundes und die Wassertemperatur entscheidend für die Dauer der Entwick- lung (dichteunabhängige Faktoren). ● Das Nahrungsangebot spielt insbesondere in der parasitischen Phase, die 12 bis 18 Monate dauert, eine große Rolle, da eine ausreichende Anzahl großer Wirtsfische in dem betreffenden See erforderlich ist (dichteabhängiger Faktor). (Zur Erreichung der vollen Punktzahl muss zwischen dichteabhängigen und dichteun- abhängigen Faktoren differenziert werden.) 8 3 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (1) Teilaufgabe 2 Anforderungen maximal erreichbare Punktzahl 1 fasst die Daten zur Populationsentwicklung von Meerneunauge und Kanadischer See- forelle im Lake Superior zusammen (Abbildung 2 und Material B), z. B.: ● Die Populationsgröße der Seeforellen geht seit 1950 deutlich zurück. Sie sinkt von rund 2000 Tonnen auf Werte von 100 Tonnen im Jahr 1964. Etwa ab 1975 nehmen die Bestände der Seeforelle wieder leicht zu. ● Die Populationsgröße der Meerneunaugen liegt 1960 bei etwa 1,7 Millionen Tie- ren. Innerhalb von zwei Jahren geht die Populationsgröße auf 200 000 Individuen zurück und schwankt in den folgenden Jahren zwischen 300 000 und etwa 50 000 Tieren. 6 2 wertet diese aus (Abbildung 2 und Material B), z. B.: ● Meerneunauge und Seeforelle stehen in einem Parasit-Wirt-Verhältnis, wobei der Wirt geschädigt wird und eventuell stirbt. Daher hat die Zunahme der Meerneunau- gen-Population insbesondere ab 1957 wahrscheinlich zu einer Reduktion der Seefo- rellen-Populationsgröße geführt. 8 Der Prüfling Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK NT 3 (GG) Seite 4 von 7 Außerdem ist der Rückgang der Seeforellen-Population nach 1950 auch durch Überfischung zu erklären, da der Einsatz verbesserter Fangmethoden auch bei sin- kender Populationsgröße noch große Fangmengen bis 1950 lieferte. ● Der deutliche Rückgang der Meerneunaugen-Population ab 1960 geht vorwiegend auf die massive Bekämpfung mit dem Toxin TFM zurück. Damit kann die Abundanz der Meerneunaugen bei etwa 100 000 Tieren stabilisiert werden. Da Meerneunaugen auf alternative Wirtsfische ausweichen können, sind sie nicht auf Seeforellen als Wirt spezialisiert. (Die Begründung, dass der intensive Einsatz von Seeforellen-Jungtieren ab 1950 zu einer Erholung der Bestände führte, ist ggf. ein weiteres aufgabenbezogenes Krite- rium.) ● 3 fasst die in Abbildung 3 dargestellten Ergebnisse zusammen, z. B.: ● Bei Meerneunaugen liegt LC50 TFM etwa bei 2,2 mg/L, bis die Tiere etwa 10 Zen- timeter Körperlänge haben. Bei Larven größerer Körperlänge sinkt LC50 TFM auf niedrigere Werte, die Larven werden also empfindlicher. ● Beim See-Stör sind kleine Larven empfindlicher gegen TFM als größere Larven. LC50 TFM steigt von etwa 1,6 mg/L bei Larven mit 2 Zentimeter Länge auf 3,3 mg/L bei Larven von 20 Zentimeter Länge an. ● Ab einer Larvengröße von etwa 5 Zentimeter sind Meerneunaugen-Larven emp- findlicher gegenüber TFM als See-Stör-Larven gleicher Größe. (Die Angabe exakter Werte ist aufgrund des Operators „zusammenfassen“ zur Vergabe der vollen Punktzahl nicht erforderlich.) 6 4 nimmt zu den Maßnahmen zur Bekämpfung des Meerneunauges Stellung (Materia- lien A und B), z. B.: ● Mechanische Barrieren und elektrische Wehre bedeuten einen recht geringen Ein- griff in die Umwelt. Diese Maßnahmen erscheinen geeignet, wenn andere wan- dernde Arten, wie etwa die Seeforelle, diese Barrieren überwinden können und so in ihrem Wanderungsverhalten nicht gestört werden. ● Pheromonfallen stellen eine artspezifische Möglichkeit zur gezielten Anlockung und Bekämpfung der Meerneunaugen dar. Hier werden andere Arten nicht geschä- digt. 4 5 nimmt zu den Maßnahmen zur Bekämpfung des Meerneunauges Stellung (Materia- lien A und B), z. B.: ● Der Einsatz von TFM bedeutet einen schwerwiegenden Eingriff in das Ökosystem der Zuflüsse, da auch Larven anderer Arten geschädigt werden und damit weitrei- chende Folgen für Nahrungsnetze wahrscheinlich sind. ● Die TFM-Konzentration, die in den Laichgewässern der Meerneunaugen zur effek- tiven Bekämpfung erreicht werden muss, sollte auf die Larvengröße der Meerneun- augen abgestimmt werden. Hier muss eine möglichst geringe Konzentration einge- setzt werden, damit etwa See-Störe geringer geschädigt werden. ● Die Maßnahmen zur Bekämpfung der Meerneunaugen-Population sind wirksam, wie die gleichbleibend geringe Populationsgröße zeigt. Die Population der Seefo- rellen hat sich durch Einsatz von Jungfischen erholt und nimmt leicht zu. Die See- forellen scheinen durch die Meerneunaugen weniger dezimiert zu werden. (Wird bei der Argumentation Bezug auf konkrete TFM-Konzentrationen anhand von Abbildung 3 genommen, kann dies ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium darstel- len.) 6 6 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (3) Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK NT 3 (GG) Seite 5 von 7 Teilaufgabe 3 Anforderungen Der Prüfling maximal erreichbare Punktzahl 1 erläutert auf Grundlage der synthetischen Evolutionstheorie die mögliche Entwick- lung von Resistenzen gegen Gifte in Schädlingspopulationen (Material C), z. B.: ● Durch Mutation und Rekombination entstehen zufällig Varianten, die gegen das eingesetzte Gift resistent sind. Als Selektionsfaktor wirkt das eingesetzte Gift, da nicht-resistente Individuen absterben und keine oder wenig Nachkommen haben. ● Nicht-resistente Individuen können keine Allele in den Genpool der Folgegenera- tion einbringen, wogegen resistente Individuen einen deutlichen Selektionsvorteil haben und daher eine hohe reproduktive Fitness erreichen. ● Daher breiten sich die betreffenden Allele insbesondere bei einer kurzen Generati- onsdauer sehr schnell in der Population aus. 8 2 beurteilt in diesem Zusammenhang eine mögliche Resistenzentwicklung gegen TFM bei den Meerneunaugen der Großen Seen (Materialien A bis C), z. B.: ● Die Wirksamkeit des Giftes TFM scheint in der Zeit zwischen 1960 und 2017 un- verändert erhalten zu bleiben, wie durch Analysen der LC50 TFM an Wildfängen von Larven gezeigt wurde. Bislang ist noch keine Resistenzentwicklung eingetre- ten. ● Meerneunaugen haben eine Generationsdauer von mindestens vier Jahren, abhän- gig von der Dauer des Larvenstadiums, und könnten daher einen längeren Zeitraum zur Resistenzentwicklung benötigen. ● Die Vielfalt der Bekämpfungsmethoden bei Meerneunaugen verringert die Wahr- scheinlichkeit der Ausprägung von Resistenzen, da hier ganz unterschiedliche Techniken eingesetzt werden. (Zur Vergabe der vollen Punktzahl müssen mindestens zwei der Begründungen ange- führt werden.) 4 3 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) b) Darstellungsleistung Anforderungen maximal erreichbare Punktzahl 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. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch! 6