Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK HT 2 (GG) Seite 4 von 8 Teilaufgabe 2 Anforderungen Der Prüfling 1 gibt mögliche mRNA-Codons für die Aminosäuren der Myoglobin-Varianten an, in denen sich die Sequenzen unterscheiden (Tabelle 1, Materialien B und C), z. B.: Art Kegelrobbe Schwein Orca Biber maximal erreichbare Punktzahl 6 mRNA-Codon an Position 5ʹ→ 116 140 152 →3ʹ CAU oder CAC AAC oder AAU CAU oder CAC CAA oder CAG AAC oder AAU CAA oder CAG CAU oder CAC AAA oder AAG CAU oder CAC CAA oder CAG AAA oder AAG CAA oder CAG (Die Angabe jeweils eines korrekten, veränderten Codons ist für die Vergabe der vol- len Punktzahl ausreichend.) 2 ermittelt mögliche Mutationstypen (Tabelle 1, Materialien B und C), z. B.: ● An den Positionen 116, 140 und 152 sind Aminosäureaustausche bei den Myoglo- bin-Varianten zu erkennen, also können hier Punktmutationen im Myoglobin-Gen in Form von Missense-Mutationen vorliegen. (Es ist keine Ausgangssequenz angegeben, sodass auch eine andere, fachlich korrekte Darstellung entsprechend zu bewerten ist.) 4 3 erläutert die wahrscheinlichen Auswirkungen der Mutationen (Material B), z. B.: ● Bei den aquatisch lebenden Arten Kegelrobbe und Orca treten bei Position 116 und 152 Austausche von Glutamin gegen Histidin auf. Histidin bewirkt eine Erhöhung der Oberflächenladung des Myoglobins bei Kegelrobbe und Orca verglichen mit dem Myoglobin des Schweins. ● Orca und Biber besitzen an Position 140 Lysin statt Asparagin. Auch dieser Aus- tausch erhöht die Oberflächenladung des Myoglobins. 4 4 wertet in diesem Zusammenhang Abbildung 2 aus, z. B.: ● Viele aquatisch lebende Säugetiere besitzen hohe Myoglobin-Konzentrationen in ihren Muskelzellen, die bis zu 100 mg Myoglobin/g Muskelmasse erreichen kön- nen. Bei diesen hohen Konzentrationen ist eine Zusammenlagerung des Myoglo- bins wahrscheinlich. ● Die Oberflächenladung des Myoglobins liegt mit Werten um 4 oder 5 bei aquatisch lebenden Arten deutlich höher als bei den landlebenden Arten (Werte zwischen 0 und 2,5) der Säugetiere. Die Erhöhung der Oberflächenladung der Myoglobin-Vari- anten bewirkt Abstoßungskräfte zwischen den einzelnen Molekülen und verringert so die Wahrscheinlichkeit der Zusammenlagerung. Somit können auch bei hohen Myoglobin-Konzentrationen die Myoglobin-Moleküle ihre Funktion uneinge- schränkt ausüben. 6 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK HT 2 (GG) Seite 5 von 8 Teilaufgabe 3 Anforderungen maximal erreichbare Punktzahl 1 entwickelt unter Bezug auf die synthetische Evolutionstheorie und das Konzept der Fitness eine ausführlich begründete Hypothese zur Entwicklung der Angepasstheiten der aquatisch und teilweise aquatisch lebenden Säugetiere hinsichtlich der Myoglo- bin-Varianten (Materialien A und B), z. B.: ● Evolutionsfaktoren wie Mutation und Rekombination bewirken zufällige Varianten bei Lebewesen, unter denen die Individuen mit den besten Angepasstheiten durch Selektionsvorteile eine größere reproduktive Fitness erreichen. ● Zufällige Mutationen im Myoglobin-Gen konnten in den Säugetier-Entwicklungsli- nien, in denen aquatisch oder teilweise aquatisch lebende Arten vorkommen, für Aminosäureaustausche verantwortlich sein, bei denen vermehrt Aminosäuren wie Histidin, Lysin oder Arginin eingebaut wurden. ● Bei hoher Myoglobin-Konzentration im Muskel tauchender Säugetiere blieben auf- grund der höheren Oberflächenladung die Myoglobin-Moleküle voll funktional, so- dass in den Muskelzellen mehr Sauerstoff gespeichert und bei Bedarf abgegeben werden konnte. Dies stellte einen Selektionsvorteil dar. 6 2 entwickelt unter Bezug auf die synthetische Evolutionstheorie und das Konzept der Fitness eine ausführlich begründete Hypothese zur evolutionären Entwicklung der Angepasstheiten der aquatisch und teilweise aquatisch lebenden Säugetiere hinsicht- lich der Myoglobin-Varianten (Materialien A und B), z. B.: ● Tauchende Säugetiere mit großer Effizienz bei der Nahrungsaufnahme, etwa der Jagd nach Beute, besitzen Selektionsvorteile. Daher können Individuen, die länger und ausdauernder tauchen und Nahrung erbeuten, vermehrt ihre Allele in den Gen- pool der Folgegeneration einbringen und so ihre reproduktive Fitness erhöhen. So verbreiten sich die betreffenden Allele des Myoglobin-Gens in den Populationen. (Die Begründung, dass die Kosten der erhöhten Produktion von Myoglobin durch den Selektionsvorteil der effizienteren Sauerstoffspeicherung bei aquatischen Arten ausge- glichen werden, stellt ggf. ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium dar.) 4 3 prüft in diesem Zusammenhang eine mögliche konvergente Entwicklung auf moleku- larer Ebene (Materialien A und B), z. B.: ● In ganz verschiedenen Entwicklungslinien der Säugetiere kommen aquatisch oder teilweise aquatisch lebende Arten vor. Daher ist es wahrscheinlich, dass mehrfach unabhängig ein Übergang vom Land- zum Wasserleben stattgefunden hat. ● Biber und Orca zum Beispiel sind phylogenetisch nicht näher verwandt, aber besit- zen beide an Position 140 Lysin statt Asparagin im Myoglobin. ● Da ähnliche Mutationen im Myoglobin-Gen in ganz unterschiedlichen Entwick- lungslinien der Säugetiere auftreten, liegt aufgrund eines gleichen Selektionsdrucks eine konvergente Entwicklung auf molekularer Ebene vor. (Zur Vergabe der vollen Punktzahl muss eine Begründung auf Basis der Materialien erfolgen.) 6 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) Der Prüfling Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK HT 2 (GG) Seite 6 von 8 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. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch! maximal erreichbare Punktzahl 6

BI GK HT 2 (GG) Ministerium für Schule und Bildung NRW Seite 7 von 8 7. Bewertungsbogen zur Prüfungsarbeit Name des Prüflings: Kursbezeichnung: Schule: a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe 1 Anforderungen Lösungsqualität maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling 1 erklärt kurz … 4 2 stellt dar … 8 3 beurteilt … 6 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Summe 1. Teilaufgabe EK 2 ZK DK 18 Teilaufgabe 2 Anforderungen maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling 1 gibt an … 6 2 ermittelt … 4 3 erläutert … 4 4 wertet aus … 6 5 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Summe 2. Teilaufgabe 2 Lösungsqualität 20 EK = Erstkorrektur; ZK = Zweitkorrektur; DK = Drittkorrektur Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch! EK ZK DK

BI GK HT 2 (GG) Ministerium für Schule und Bildung NRW Seite 8 von 8 Teilaufgabe 3 Anforderungen Lösungsqualität maximal erreichbare Punktzahl Der Prüfling 1 entwickelt eine ausführlich begründete Hypothese … 6 2 entwickelt eine ausführlich begründete Hypothese … 4 3 prüft … 6 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) ………………………………………………………………… ………………………………………………………………… Summe 3. Teilaufgabe 16 Summe der 1., 2. und 3. Teilaufgabe 54 EK ZK DK 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 HT 1. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch! DK

BI GK HT 3 (GG) Seite 1 von 3 Name: _______________________ Abiturprüfung 2019 Biologie, Grundkurs Aufgabenstellung: Thema: Ökologie der Kaltwasserkorallen 1. Ermitteln Sie zu den in Material A genannten Organismen die jeweiligen Trophieebenen und stellen Sie kurz die besondere Bedeutung der Art Lophelia pertusa für das Ökosystem dar (Material A). (8 Punkte) 2. Analysieren Sie die interspezifischen Beziehungen zwischen Lophelia pertusa und Eunice norvegica anhand des Informationstextes (Material B). Fassen Sie die in Abbildung 1 gezeigten Versuchsergebnisse zusammen und werten Sie diese in Bezug auf die interspezifischen Beziehungen aus (Material B). Entwickeln Sie eine Hypothese für die veränderte Nahrungsaufnahme bei Zusammenhaltung (Materialien A und B). (21 Punkte) 3. Skizzieren Sie eine schematische Toleranzkurve für den abiotischen Faktor Temperatur und erläutern Sie die Temperaturtoleranz bei Lophelia pertusa im Vergleich zu Warmwasserkorallen im natürlichen Lebensraum (Material C). Vergleichen Sie die Mittelwerte der Wachstumsraten bei 8 °C und 12 °C in Abbildung 2 und diskutieren Sie diese vor dem Hintergrund des erwarteten Anstieges der Temperatur und der Kohlenstoffdioxidkonzentration der Meere bis zum Ende des Jahrhunderts (Material C). (25 Punkte) Zugelassene Hilfsmittel: ● ● GTR (Grafikfähiger Taschenrechner) oder CAS (Computer-Algebra-System) Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

BI GK HT 3 (GG) Seite 2 von 3 Name: _______________________ Material A: Ökosystem Korallenriff Lophelia pertusa ist eine der wichtigsten riffbildenden Kaltwasserkorallenarten im Nordatlan- tik. Als Filtrierer erbeutet diese Koralle mit ihren Tentakeln aktiv Phytoplankton (fotosynthe- tisch aktive Algen) und Zooplankton (tierische Kleinstlebewesen) aus dem Wasser. Korallen wie Lophelia pertusa wachsen einzeln zwischen 5 und 34 mm pro Jahr, formen jedoch zusam- men mit ihren Kalkablagerungen über die Zeit meterhohe Steinkorallenriffe, welche ein eigenes Ökosystem darstellen: Lebende Korallen als Besiedler des höchsten Punktes des Riffs haben re- lativ wenige Begleitarten, welche die Lücken besiedeln. Dazu zählen einige filtrierende Mu- scheln und Krebstiere, die sich ebenfalls von Phyto- und Zooplankton ernähren, sowie der räu- berische Rotbarsch, der sich unter anderem von kleinen Fischen und Krebstieren ernährt. Das vielfältigste Leben herrscht in der darunter folgenden zweiten Zone, wo das Kalkgerüst der ab- gestorbenen Korallen mit seinen vielen kleinen Hohlräumen Unterschlupf bietet. Insgesamt wurden bislang mehr als 1 300 Tierarten bestimmt, die an und in Kaltwasserkorallenriffen allein im Nordatlantik vorkommen. Material B: Wechselbeziehungen zwischen dem Borstenwurm Eunice norvegica und der Korallenart Lophelia pertusa Häufig findet man die Borstenwurmart Eunice norvegica in engem Kontakt mit der Korallenart Lophelia pertusa. E. norvegica formt pergamentartige Röhren zwischen lebenden Korallenäs- ten, welche später durch die Korallen verkalken. Daher wird vermutet, dass der Wurm das Riff durch Verbinden und Verdicken verstärkt. Beobachtungen zeigten auch, dass E. norvegica gelegent- lich Nahrung von seiner Nachbar- koralle erbeutet, während er gleich- zeitig die Koralle von Schmutz rei- nigt und sie durch aggressives Ter- ritorialverhalten vor möglichen Räubern beschützt. Die Interaktionen zwischen E. nor- vegica und L. pertusa wurden in Aquarien quantitativ untersucht. Dazu wurden zwei typische Futter- quellen, kleinere Algen und größere 13 Salzwasserkrebse, mit C-Isotopen markiert, um die Kohlenstoffauf- nahme bei E. norvegica und L. per- tusa zu messen (Abbildung 1). Abbildung 1 Kohlenstoffaufnahme A bei Einzel- und Zusam- menhaltung und B zusätzlich differenziert nach Futterquelle Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

BI GK HT 3 (GG) Seite 3 von 3 Name: _______________________ Material C: Einflussfaktoren auf das Wachstum von Lophelia pertusa Kaltwasserkorallen sind Korallenarten, die in kaltem oder tiefem Wasser vorkommen – im Ge- gensatz zu ihren tropischen Verwandten (Warmwasserkorallen), die ausschließlich in warmen, oberflächennahen Gewässern zu finden sind und nur wenige Grad Celsius an Temperatur- schwankungen tolerieren. Lophelia pertusa wächst im natürlichen Lebensraum bei –1,8 °C und bis +14,9 °C. Bei Vorhandensein niedriger Wassertemperaturen und ausreichender Nahrung findet man die Korallen auch im flachen Wasser zum Beispiel der norwegischen Fjorde. Eine Bedrohung für die Kaltwasserkorallen ist unter anderem die Ansäuerung des Meerwassers, gemessen mittels des pH-Wertes. Die Ansäuerung beruht auf der Bildung von Kohlensäure, die durch die steigende Aufnahme von Kohlenstoffdioxid im Meerwasser entsteht. Reines Wasser ist neutral und hat einen pH-Wert von 7. Der pH-Wert von Meerwasser ist leicht alkalisch und liegt zwischen 7,5 und 8,4. Möglicherweise könnten zukünftig Werte erreicht werden, die die Kalkbildung nicht nur behindern oder verhindern, sondern im sauren Bereich bei pH-Werten unter 7 eventuell zur Lösung der Kalkstrukturen führen. Um mehr über die Zukunft der Korallen zu erfahren, wurden Lophelia pertusa sechs Monate lang in den Laboren des GEOMAR-Zentrums für Ozeanforschung in Kiel gehalten. Die Was- sertemperatur in einigen Aquarien blieb wie im norwegischen Riff bei 8 °C, in anderen wurde sie auf 12 °C erhöht. Die Kohlenstoffdioxid-Konzentration wurde entweder bei aktuellen Wer- ten gehalten (pH-Wert von ca. 7,9) oder auf den für das Ende dieses Jahrhunderts erwarteten Wert erhöht (pH-Wert von ca. 7,7). Als Futterquelle wurde ein Gemisch aus Algen und Salz- wasserkrebsen in einem 1:1-Gemisch angeboten. Abbildung 2 Mittelwerte der Wachstumsrate von Lophelia pertusa in Abhängigkeit verschiedener Einflussfaktoren Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK HT 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: Ökologie der Kaltwasserkorallen 1. Ermitteln Sie zu den in Material A genannten Organismen die jeweiligen Trophieebenen und stellen Sie kurz die besondere Bedeutung der Art Lophelia pertusa für das Ökosystem dar (Material A). (8 Punkte) 2. Analysieren Sie die interspezifischen Beziehungen zwischen Lophelia pertusa und Eunice norvegica anhand des Informationstextes (Material B). Fassen Sie die in Abbildung 1 gezeigten Versuchsergebnisse zusammen und werten Sie diese in Bezug auf die interspezifischen Beziehungen aus (Material B). Entwickeln Sie eine Hypothese für die veränderte Nahrungsaufnahme bei Zusammenhaltung (Material B). (21 Punkte) 3. Skizzieren Sie eine schematische Toleranzkurve für den abiotischen Faktor Temperatur und erläutern Sie die Temperaturtoleranz bei Lophelia pertusa im Vergleich zu Warmwasserkorallen im natürlichen Lebensraum (Material C). Vergleichen Sie die Mittelwerte der Versuchsergebnisse bei 8 °C und 12 °C in Abbildung 2 und diskutieren Sie diese vor dem Hintergrund des erwarteten Anstieges der Temperatur und der Kohlenstoffdioxidkonzentration der Meere (Material C). (25 Punkte) 3. Materialgrundlage Material B Abbildung 1 verändert nach: Mueller et al., 2013, Abb. 2, S. 5 ● Material C Abbildung 2 verändert nach: Büscher et al., 2017, Abb. 1, S. 6 ● ● Büscher, J. V., Form, A. U. & Riebesell, U. (2017). Interactive Effects of Ocean Acidification and Warming on Growth, Fitness and Survival of the Cold-Water Coral Lophelia pertusa under Different Food Availabilities. Frontiers in Marine Science, 4. https://doi.org/10.3389/fmars.2017.00101 1 Die Aufgabenstellung deckt inhaltlich alle drei Anforderungsbereiche ab. Abiturprüfung 2019 – Nur für den Dienstgebrauch!

Ministerium für Schule und Bildung NRW BI GK HT 3 (GG) Seite 2 von 7 ● ● ● ● ● ● 4. Hall-Spencer, J. M. & Stehfest, K. M. (2009). OSPAR Commission – Background Document for Lophelia pertusa reefs. London, UK. Kaltwasserkorallen: Versauerung schadet, Wärme hilft. (2017, April 27). Abgerufen 18. Januar 2019, von https://www.geomar.de/entdecken/artikel/article/kaltwasserkorallen- versauerung-schadet-waerme-hilft/ Maier, C., Schubert, A., Sànchez, M. M. B., Weinbauer, M. G., Watremez, P. & Gattuso, J.-P. (2013). End of the Century pCO2 Levels Do Not Impact Calcification in Mediterranean Cold-Water Corals. PLOS ONE, 8(4), e62655. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0062655 Mueller, C. E., Lundälv, T., Middelburg, J. J. & Oevelen, D. van. (2013). The Symbiosis between Lophelia pertusa and Eunice norvegica Stimulates Coral Calcification and Worm Assimilation. PLOS ONE, 8(3), e58660. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0058660 Strömberg, S. M. & Östman, C. (2017). The cnidome and internal morphology of Lophelia pertusa (Linnaeus, 1758) (Cnidaria, Anthozoa). Acta Zoologica, 98(2), 191– 213. https://doi.org/10.1111/azo.12164 WWF Deutschland & TRAFFIC Europe-Germany. (2009, Dezember). Kaltwasserkorallen. Hintergrundinformation. Abgerufen von www.wwf.de/fileadmin/fm-wwf/Publikationen-PDF/WWF-Arten-Portraet- Kaltwasserkorallen.pdf 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 ● Stoffkreislauf und Energiefluss ● Mensch und Ökosysteme 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!