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Inhaltsverzeichnis Vorwort
Hinweise und Tipps zum Zentralabitur
Die Anforderungen des Zentralabiturs im Fach Biologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
1 Rahmenbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
2 Verbindliche Inhalte und Basiskonzepte . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . I
3 Semesterübergriff und Klausuren unter Prüfungsbedingungen . . . . . . . . . . . . . . . II
4 Aufbau und Auswahl der Prüfungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . II
5 Kompetenzen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . III
6 Die Anforderungsbereiche . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . V
7 Umgang mit Operatoren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VI
8 Bewertung der Abiturprüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . VIII
Tipps zum Umgang mit Prüfungsaufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X
1 Zeiteinteilung bei der Prüfung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X
2 Bearbeitung der Aufgaben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . X
3 Analyse von Grafiken und Tabellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XII
4 Darstellung der Ergebnisse . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIV
Hinweise zur Benutzung dieses Buches . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XIV
Beispielaufgabe: Stoffwechselbesonderheiten beim Aronstab . . . . . . . . . . . . . . . . . . . XV
Übungsaufgaben für das Erhöhte Anforderungsniveau (EA)
Übungsaufgabe 1: Stoffwechselvarianten und ihre Regulation mit evolutiven Aspekten (Stoffwechsel, Evolution, Genetik) . . . . . . . . . . . . . . . 1
Übungsaufgabe 2: Die Kartoffel und ihre Schädlinge (Stoffwechsel, Ökologie, Evolution) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
Original-Abituraufgaben
Erhöhtes Anforderungsniveau 2013
Aufgabe I: Inselwelten – „Forschungslabore“ der Biologie (Stoffwechsel, Evolution, Ökologie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2013-1
Aufgabe II: Spinnen – tödliche Jäger und wunderbare Architekten (Stoffwechsel, Neurobiologie, Ökologie, Evolution) . . . . . . . . . . 2013-17
Erhöhtes Anforderungsniveau 2014
Aufgabe I: Leuchtkäfer & Co. (Stoffwechsel, Ökologie, Evolution) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2014-1
Aufgabe II: Amphibien als Überlebenskünstler (Immunbiologie, Stoffwechsel, Neurobiologie, Sinnesphysiologie, Ökologie, Evolution) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2014-15
Erhöhtes Anforderungsniveau 2015
Aufgabe I: Schlangen – erfolgreiche Spezialisten (Stoffwechsel, Neurobiologie, Ökologie, Evolution) . . . . . . . . . . 2015-1
Aufgabe II: Überlebensstrategien im borealen Wald (Stoffwechsel, Ökologie, Zellbiologie, Hormonbiologie) . . . . . 2015-18
Erhöhtes Anforderungsniveau 2016
Aufgabe I: Die Lemuren von Madagaskar (Stoffwechsel, Ökologie, Evolution, Immunbiologie) . . . . . . . . . 2016-1
Aufgabe II: Mitteleuropäische Fließgewässer – Ökosysteme mit erstaunlicher Vielfalt (Stoffwechsel, Ökologie, Zellbiologie, Hormonbiologie) . . . . . 2016-15
Erhöhtes Anforderungsniveau 2017
Aufgabe I: Pilze – vernetzte Fadenwesen im Ökosystem Wald (Ökologie, Neurobiologie, Stoffwechsel) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2017-1
Aufgabe II: Bären – mehr als nur Raubtiere? (Stoffwechsel, Ökologie, Evolution) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2017-16
Erhöhtes Anforderungsniveau 2018
Aufgabe I: Ameisen – wahre Erfolgsmodelle im Tierreich (Genetik, Stoffwechsel, Ökologie) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 2018-1
Aufgabe II: Sulawesi – Biodiversitätenhotspot im indomalaiischen Archipel (Ökologie, Evolution, Neurobiologie) . . . . . . . . . . . . . . . 2018-14
Autoren Petra Aust Übungsaufgabe 2 Dr. Klaus Goedeke Lösungen der Abituraufgaben 2013/I, 2014/II, 2015/II,
2016 und 2018 Angela Heßke Lösungen der Abituraufgaben 2013/II, 2014/I, 2015/I,
2017 und Beispielaufgabe Dr. Christiane Högermann Übungsaufgabe 1
Vorwort Liebe Schülerinnen und Schüler, das vorliegende Buch bietet Ihnen die Möglichkeit, sich optimal auf die zentral ge-stellte schriftliche Abiturprüfung im „Erhöhten Anforderungsniveau“ in Niedersach-sen vorzubereiten. Dazu stellen wir Ihnen reichhaltige Materialien zur Verfügung, mit deren Hilfe Sie das im Unterricht Erlernte trainieren und aufarbeiten können, bio-logische Sachverhalte in neuer Darstellung erfassen und unbekannte biologische Da-ten analysieren und beurteilen lernen. Im ersten Kapitel erhalten Sie „Hinweise und Tipps zum Zentralabitur“. Diese werden Ihnen helfen, die formalen Rahmenbedingungen für das Zentralabitur in Nie-dersachsen kennenzulernen. Erläuterungen zu den Prüfungsanforderungen, zum Um-gang mit den sogenannten Operatoren und zu den vom Kultusministerium festgesetz-ten Inhalten und Basiskonzepten lassen Sie die Prüfungssituation besser einschätzen.
Die anschließenden „Tipps zum Umgang mit Prüfungsaufgaben“ zeigen Ihnen konkret, wie Sie erfolgreich an die Aufgaben der Abiturklausur herangehen können. Anhand einer Beispielaufgabe können Sie die vorgestellte Lösungsstrategie leicht nachvollziehen. Dieses Buch enthält neben zwei Übungsaufgaben, die inhaltlich und im zeitlichen Rahmen an die Klausuren der Abiturprüfung angelehnt sind, die Original-Prüfungs-aufgaben des Zentralabiturs der letzten Jahre für das „Erhöhte Anforderungsni-veau“. Zu allen Aufgaben bieten wir Ihnen von unseren Autoren erstellte, ausführli-che, kommentierte Lösungsvorschläge mit Tipps und Hinweisen zur Lösungs-strategie. Das Autorenteam wünscht Ihnen viel Erfolg in der Abiturprüfung!
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Tipps zum Umgang mit Prüfungsaufgaben Im Folgenden können wir Ihnen nur eine kurze Auflistung der wichtigsten Punkte geben, die Sie beim Bearbeiten der Aufgaben beachten sollten. Ebenso kann an die-ser Stelle nur exemplarisch auf einige Aspekte der Analyse von Materialien einge-gangen werden.
1 Zeiteinteilung bei der Prüfung
Wie bereits angesprochen, sollte die Auswahl Ihres Prüfungsthemas sorgfältig erfol-gen. Wichtig ist hierbei, dass Sie sich zunächst einen Überblick über alle Aufgaben und Materialien verschaffen, auch wenn Sie aufgrund der thematischen Überschriften schon eine Vorentscheidung gefällt haben. Vielleicht verbirgt sich in der Aufgabe ein „Haken“, den Sie bei der schnellen Durchsicht nicht gesehen haben! Für die weitere Bearbeitung setzen Sie sich einen Zeitplan, damit Ihnen nicht am En-de die Zeit für die letzte Aufgabe oder das Korrekturlesen fehlt. Die Einzelschritte, die im Folgenden noch genauer erläutert werden, sollten sein: A – Lesen der Gesamtaufgabe (ca. 10 Minuten) B – Analysieren der Teilaufgaben (ca. 50 Minuten) C – Anfertigen einer Stoffsammlung (ca. 50 Minuten) D – Erstellen einer Gliederung für die Einzelaufgaben (ca. 40 Minuten) E – Überprüfen auf Vollständigkeit (ca. 30 Minuten) F – Darstellen der Ergebnisse (ca. 100 Minuten)
Zum Schluss sollten Sie – sofern es möglich ist – 10 bis 20 Minuten einplanen, um Ihre Lösungen ein weiteres Mal zu lesen und eventuelle Fehler (Grammatik, Recht-schreibung, Zeichensetzung) zu berichtigen. Denken Sie daran, dass Ihnen für eine mangelhafte äußere Form bis zu zwei Notenpunkte abgezogen werden können! Eine lesbare Schrift und eine übersichtliche Gestaltung sind deshalb besonders wichtig. Zuletzt sollten Sie die Seiten vollständig durchnummerieren.
2 Bearbeitung der Aufgaben
Nachdem Sie sich einen Überblick anhand der Teilaufgaben und Materialien über die in den zwei Prüfungsaufgaben angesprochenen thematischen Schwerpunkte geschaf-fen und die für Sie am besten geeignete Aufgabe herausgesucht haben, muss diese nun entsprechend der Kompetenzen, Anforderungsbereiche und Operatoren von Ih-nen bearbeitet werden. Dabei erleichtern Ihnen einige systematische Arbeitsschritte das Erarbeiten der zu den Anforderungen jeder Teilaufgabe passenden Lösung. Die Beispielaufgabe ab Seite XV zeigt Ihnen ausführlich die Bearbeitung einer schriftli-chen Abituraufgabe nach den folgenden Gesichtspunkten:
A – Lesen der Gesamtaufgabe
Die zu bearbeitenden Aufgaben stehen generell in einem gemeinsamen Kontext, be-rühren jedoch unterschiedliche Themengebiete der Biologie. In den meisten Fällen
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gibt ein kurzer Informationstext eine Einführung in die zu bearbeitenden Sachinhalte. Manchmal sind in diesem Text auch wichtige Informationen zur Bearbeitung der Aufgabe „versteckt“. Das in der Aufgabenstellung zu bearbeitende Material ist den einzelnen Teilaufgaben zugeordnet, sodass sich diese weitgehend nacheinander „abarbeiten“ lassen. Dennoch ist es sinnvoll, sich zunächst einen Überblick über die Gesamtaufgabe zu verschaf-fen.
B – Analysieren der Teilaufgaben
Nachdem Sie sich ein Bild von der zu bearbeitenden Thematik gemacht haben, soll-ten Sie sich gezielt mit den einzelnen Arbeitsaufträgen auseinandersetzen: • Unterstreichen Sie die Arbeitsanweisungen / Operatoren unter Berücksichtigung
der Organisationsebene (z. B. Zelle, Organismus, Ökosystem). • Kennzeichnen Sie Informationen, die für den zu bearbeitenden Sachverhalt wich-
tig sein könnten. Beachten Sie dabei auch die eventuellen Einführungstexte zu den
Aufgaben! • Gliedern Sie komplexe Aufgabenstellungen in Teilschritte. • Kennzeichnen Sie am Material die Zuordnung zur Teilaufgabe.
C – Anfertigen einer Stoffsammlung auf der Grundlage des Materials
Wenn Sie Klarheit über die Arbeitsaufträge gewonnen haben, sollten Sie sich genau-er mit den Materialien der einzelnen Aufgaben beschäftigen: • Markieren Sie wichtige Begriffe bzw. Signalworte, die den zu bearbeitenden
Sachverhalt betreffen, ggf. auch in den Einführungstexten. • Versuchen Sie inhaltliche Schwerpunkte zu finden. • Grenzen Sie diese gegeneinander ab und kennzeichnen Sie sie am Rand des Ma-
terials. • Notieren Sie zu jedem Material gesondert wichtige Schlüsselbegriffe / Informatio-
nen auf einem Konzeptblatt. • Vermeiden Sie an diesem Punkt zu ausführliche schriftliche Darstellungen (oft ge-
nügt ein Stichwort, um den Gedankengang wieder zu finden).
D – Erstellen einer Gliederung für die Einzelaufgaben
• Ordnen Sie die Stichworte übersichtlich vom Allgemeinen zum Detail. • Behalten Sie auch bei der Auseinandersetzung mit dem Detail immer den Gesamt-
zusammenhang im Auge. • Kennzeichnen Sie Zusammenhänge und /oder Beziehungen durch entsprechende
Zeichen. • Beschreiben Sie bei der Auswertung von Grafiken oder Tabellen zunächst kurz
die dargestellten Gegebenheiten und erklären Sie diese erst danach. • Stellen Sie komplexe Sachverhalte wenn möglich grafisch dar (Skizzen, Schaubil-
der, Fließdiagramme etc.).
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Niedersachsen Biologie � Abiturprüfung 2017
Erhöhtes Anforderungsniveau � Aufgabe I
BE PILZE – VERNETZTE FADENWESEN IM ÖKOSYSTEM WALD
Wenn von Pilzen die Rede ist, denken die meisten an die Fruchtkörper von Großpilzen. Doch wer „in die Pilze geht“, tritt dabei den weitaus ausgedehnteren Teil des „Faden-wesens Pilz“ mit Füßen. Die Fruchtkörper der Pilze wachsen auf dem Boden, das Pilzgeflecht darin. Nur die Feinheit dieser Pilzgeflechte verhindert, dass man sie auf den ersten Blick erkennt. Dabei hat das Pilzgeflecht eine weitaus größere Bedeutung für das Ökosystem Wald als der Verzehr der Fruchtkörper für den Menschen. Im Folgenden sollen Sie sich mit ökologischen, neurobiologischen und stoffwechsel-biologischen Aspekten im Zusammenhang mit ausgewählten Pilzen im Ökosystem Wald auseinandersetzen.
1 Ökologische Aspekte in einem mitteleuropäischen Wald
1.1 Skizzieren Sie mithilfe von M 1 ein beispielhaftes Nahrungsnetz im Öko-system Wald, das fünf Trophieebenen (Ernährungsstufen) berücksichtigt. 12
1.2 Erläutern Sie die beiden in M 2 dargestellten Schichtungsdiagramme ver-gleichend. 14
1.3 Werten Sie M 3 im Hinblick auf die Wechselbeziehung zwischen Alge und Pilz (A, B) sowie im Hinblick auf die Angepasstheit der Rentierflechte an die kalte Jahreszeit (A, B, C) aus. 17
1.4 Erläutern Sie den Energiefluss in einem mitteleuropäischen Laubmisch-wald (M 4), auch unter Berücksichtigung der Pilze. 17
2 Neurobiologische Aspekte bei einer Pilzvergiftung
2.1 Skizzieren Sie die Vorgänge bei der Erregungsübertragung an einer choli-nergen Synapse anhand einer beschrifteten, die Vorgänge verdeutlichen-den Schemazeichnung. 10
2.2 Erläutern Sie die Wirkung des Fliegenpilzgiftes auf die Erregungsüber-tragung und die Muskeltätigkeit beim Menschen (M 5). Prüfen Sie, inwieweit das Neurotoxin der Tollkirsche als Gegenmittel bei einer Fliegenpilzvergiftung zu empfehlen ist (M 5). 11
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3 Ökologische und stoffwechselbiologische Aspekte eines parasitären Pilzes
3.1 Erläutern Sie anhand von M 6 a die Auswirkungen von Fusicoccin auf die befallene Pflanze. 11
3.2 Werten Sie M 6 b und M 6 c im Hinblick auf die Funktionsweise und die molekularen Vorgänge beim Schließen der Spaltöffnungen aus. 13
M 1 Nahrungsnetz in einem Eichenmischwald In einem typischen Eichenmischwald leben viele verschiedene Organismen. Einige von ihnen sind in der untenstehenden Abbildung dargestellt.
Zusammengestellt und verändert aus: Altenkirch, W.: Studienbücher Biologie – Ökologie. Verlage Diesterweg Salle Sauerländer, Frankfurt am Main (1977), S. 139. Hafner, L., Philipp, P. (Hrsg.): Ökologie. Hermann Schroedel Verlag KG, Hannover (1978), S. 55.
M 2 Vertikaler Aufbau zweier mitteleuropäischer Wälder im Sommer HINWEIS: Der Deckungsgrad gibt die Bedeckung der untersuchten Waldfläche durch die jeweilige Schicht in % der Gesamtfläche an.
Verändert aus: Dierschke, H.: Pflanzensoziologie. Verlag Eugen Ulmer GmbH & Co., Stuttgart (1994), S. 111.
2017-9
Lösungsvorschlag Die Aufgabe beinhaltet die folgenden Themen: – Stoffwechselbiologie: Netto-Fotosynthese, Zellatmung – Ökologie: Symbiose, Parasitismus, Nahrungsbeziehungen, Schichtungsdiagramm im
Laubwald, Temperatur als Ökofaktor, Energiefluss im Ökosystem Wald, Transpiration – Neurobiologie: Bau u. Funktion chemischer Synapsen, Neurotoxine, Membranpotenzial
1.1 Anforderungsbereich: I, Bewertungseinheiten: 12
Stellen Sie hier die Vernetzung der Nahrungsbeziehungen im Wald unter Verwen-dung der in M 1 angeführten Organismen und pflanzlichen Strukturen in Form einer Skizze dar. Wichtig ist dabei, dass Ihre Skizze fünf Trophiestufen enthält.
1.2 Anforderungsbereiche: I – II, Bewertungseinheiten: 14
In dieser Teilaufgabe ist es erforderlich, dass Sie die in zwei Diagrammen darge-stellten Sachverhalte durch zusätzliche Informationen verständlich machen. Achten Sie dabei darauf, die Inhalte der Diagramme in einen vergleichenden Zusammen-hang zu stellen.
Die Diagramme zeigen den Deckungsgrad der verschiedenen vertikalen Vegetations-schichten in einem Hainsimsen-Eichenwald und einem Hainsimsen-Buchenwald im Sommer. Während die Baumschicht im Hainsimsen-Eichenwald nur etwa 60 % der Gesamtflä-che bedeckt, nimmt sie im Hainsimsen-Buchenwald 80 % der Gesamtfläche ein. Die Blätter der Bäume absorbieren dabei den Großteil des einfallenden Lichts, sodass im Hainsimsen-Eichenwald deutlich mehr Licht die unteren Schichten erreicht als im Hainsimsen-Buchenwald. Während im Hainsimsen-Eichenwald auch Sträucher auf-treten, die ca. 18 % der Gesamtfläche bedecken, gibt es diese Strauchschicht im Hain-simsen-Buchenwald nicht. Hier reicht die geringe Sonneneinstrahlung unterhalb der Baumkronen für die Entwicklung von Sträuchern nicht mehr aus.
2017-10
Mit einem Deckungsgrad von 20 % ist die Krautschicht im Hainsimsen-Eichenwald ebenfalls etwas stärker ausgeprägt als im Hainsimsen-Buchenwald, dessen Kraut-schicht nur etwa 15 % der Gesamtfläche bedeckt. Ursache dafür ist ebenfalls die hö-here Lichteinstrahlung in diesem Bereich des Hainsimsen-Eichenwalds. Besonders deutlich ist der Unterschied im Deckungsgrad der Moosschicht. Nimmt diese im Hainsimsen-Eichenwald ca. 70 % der Gesamtfläche ein, sind es im Hainsim-sen-Buchenwald nur etwa 20 %. Moose können noch bei sehr geringen Lichtmengen Fotosynthese betreiben und so überleben. Im Hainsimsen-Eichenwald, in dem mehr Licht die Bodenschichten erreicht, wachsen Moose gut und sind stark verbreitet, wäh-rend Moose im schattigeren Hainsimsen-Buchenwald nur auf einem geringen Anteil der Gesamtfläche gedeihen.
1.3 Anforderungsbereiche: II – III, Bewertungseinheiten: 17
Analysieren Sie zunächst die beschriebene Lebensgemeinschaft im Hinblick auf den Nutzen für die beteiligten Organismen und anschließend die Angepasstheit dieses „Doppelorganismus“ an niedrige Temperaturen.
Die Rentierflechte ist kein einheitlicher Organismus, sondern eine Lebensgemein-schaft zwischen einer Alge, die Chloroplasten besitzt, und einem Schlauchpilz, der Zellfäden – sogenannte Pilzhyphen – ausbildet. Dabei bilden die beiden Organismen eine pflanzenförmige Einheit, die als Thallus bezeichnet wird und äußerlich einem Kleinstrauch ähnelt. Im Querschnitt wird der Thallus der Rentierflechte nach außen hin durch eine Rindenschicht aus dicht gelagerten Pilzhyphen abgegrenzt. Die Anord-nung der Pilzfäden bietet der Flechte neben einem Schutz vor mechanischen Einflüs-sen auch einen Verdunstungsschutz, da nur wenige oder kleine Interzellularräume vor-liegen. An dieses Gewebe schließt sich zum Inneren des Flechtenkörpers ein mehr-schichtiges Gewebe aus chloroplastenhaltigen Algenzellen an, das die Aufgabe der CO2-Fixierung besitzt und so organische Stoffe herstellt. Weiter zur Mitte des Thallus-querschnitts folgt eine dicke Schicht aus lockerer angeordneten Pilzhyphen, die Mark-schicht. Da die Pilzfäden von den Algen mit Nährstoffen in Form von Kohlehydraten versorgt werden, können sie, ebenso wie die Hyphen der Rindenschicht, Zellatmung betreiben und auf diese Weise den Algenzellen das benötigte CO2 liefern. Auch die Wasserversorgung (Wasseraufnahme über die Flechtenoberfläche) und die Mineral-salzversorgung der Algenzellen erfolgt über die Pilzfäden. Darüber hinaus profitiert die Alge von Stoffen, die der Pilz gegen bakteriellen Befall produziert, und der Pilz profitiert von Steuerstoffen, die die Algen an ihn abgeben. Beide Organismen ziehen also einen Nutzen aus dieser Lebensgemeinschaft, sodass diese als Symbiose bezeichnet werden kann. Betrachtet man den Gaswechsel der Rentierflechte, so stellt man fest, dass sie im Tem-peraturbereich von –10 °C bis 5 °C nur wenig Zellatmung betreibt, da die CO2-Abgabe hier im Bereich von ca. 0,05 bis 0,2 mg pro Gramm Flechte und Stunde liegt. Im Ver-gleich dazu erhöht sich die Netto-Fotosyntheserate in diesem Temperaturbereich bei einem Temperaturanstieg stark. Die CO2-Aufnahme steigt dabei von ca. 0,2 auf
