21. Internationale Biologieolympiade

Changwon 2 0 1 0

an Schulen (Okt./Nov. 2009) Name:__________________ Schule:_________________

Punktzahl: Teil A:____ Teil B:____ Summe:______ Die Klausur besteht aus zwei Teilen. Der erste Teil (A-Teil) besteht aus 40 Fragen mit Antwort-Alternativen, von denen jeweils nur eine korrekt ist. Die richtigen Antwortbuchstaben tragen Sie bitte in die folgende Matrix ein. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

11 12 13 14 15 16 17 18 19 20

21 22 23 24 25 26 27 28 29 30

31 32 33 34 35 36 37 38 39 40

(maximale Punktzahl: 40 Punkte = 1 Punkt je Aufgabe)

Ferner folgt ein Teil mit 8 komplexeren Aufgaben (B-Teil). Die Form der Beantwortung letzterer ist unterschiedlich; sie ist jeweils bei der Aufgabe vermerkt, im Gegensatz zum A-Teil müssen hier die Eintragungen an Ort und Stelle vorgenommen werden. Es werden nur einfache Antworten erwartet, die in den entsprechenden Zeilen, Feldern oder Grafiken direkt eingetragen werden sollen. Pro B-Aufgabe sind maximal 5 Punkte erreichbar. Die Bewertungszeile (unten) ist vom Korrektor auszufüllen! B1: B2: B3: B4: B5: B6: B7: B8:

Die Bearbeitung der Klausur durch den Schüler muss unter Schulaufsicht geschehen. Die Bearbeitungszeit beträgt 120 min. Die bearbeitete Klausur wird an den Fachlehrer zurückgegeben.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg! Dennis Kappei, Dr. Christiane Mühle, Dr. Eckhard Lucius

1. In einer wässerigen Lösung (pH 7,0) von 1 mg/ml DNA und 10 mg/mL Protein können am meisten Wasserstoff-brücken gebrochen werden durch …

A … Hinzufügen von Salzsäure, um den pH auf 1,0 zu senken. B … Hinzufügen von Natriumhydroxid-Lösung, um den pH auf 13,0 zu heben. C … Hinzufügen von Harnstoff bis zu einer Konzentration von 6 mol/l. D … Hinzufügen von Natriumdodecylsulfat (Detergenz) bis zu einer Konzentration von 10 mg/ml. E … Erhitzen der Lösung auf 121°C.

2. Die Fortbewegung eines cilientragenden Protozoen wird durch ein RacerX genanntes Protein kontrolliert. Wenn dieses Protein ein anderes Protein (Speed genannt) bindet, das an der Cilienbasis liegt, wird die Cilie zu schnellerem Schlag angeregt und der Protozoe schwimmt schneller. Speed kann nur an RacerX binden, nachdem ein bestimmtes Threonin phosphoryliert wurde. Geben Sie an, welches Verhalten Sie von einem mutierten Protozoen erwarten, bei dem dieses Threonin durch ein Alanin ersetzt wurde.

A Schwimmt gelegentlich schnell B Schwimmt immer schnell C Schwimmt nie schnell D Schneller Hin-und Herwechsel zwischen schnellem und langsamen Schwimmen E Kann sich überhaupt nicht fortbewegen

3. Die menschliche Acetaldehyd-Dehydrogenase ist ein Tetramer. Zwei Allele N und M sind für die Gene dieses Enzyms bekannt: N codiert für ein normales Polypeptid und M codiert für ein mutiertes Polypeptid. Tetramere, die eines oder mehrere der mutierten Polypeptide enthalten, haben keine enzymatische Aktivität mehr. Wenn die Acetaldehyd Dehydrogenase-Aktivität einer NN homozygoten Zelle 1 ist, welche Aktivität hat eine NM heterozygote Zelle unter der Annahme, dass beide Allele gleich häufig exprimiert werden?

A 1/2 B 1/4 C 1/8 D 1/16 E 1/32

4. 1961 schlug MITCHELL eine sehr originelle Erklärung der ATP-Synthese vor, die er das Chemiosmotische-Kopplungs-Modell nannte. Welche der folgenden Aussagen ist korrekt?

A Die ATP-Synthese in Mitochondrien kann durch das chemiosmotische Modell erklärt werden, aber

nicht jene in Chloroplasten. B Die ATP-Synthese kann in Mitochondrien und Chloroplasten nur dann durch das chemiosmotische

Modell erklärt werden, wenn die Konzentration von H+-Ionen in der Zelle größer als 0,1 mmol/l ist. C Die Energiequelle der Mitochondrien sind Elektronen aus der Nahrung, während die Energiequelle

der Chloroplasten Elektronen aus dem Wasser sind. D In Mitochondrien werden H+-Ionen in die Matrix gepumpt, aber in Chloroplasten werden sie in das

Thylakoidlumen gepumpt. E Die ATP-Synthetase transferiert H+-Ionen sowohl in Mitochondrien als auch in Chloroplasten.

5. Ein Forscher, der den Prozess der Fotosynthese studiert, beleuchtet eine einzellige grüne Algenkultur für eine bestimmte Zeitperiode. Dann löscht er das Licht und gibt radioaktives CO2 dazu, in dem er es 30 Minuten in die Kultur hineinsprudeln lässt. Sofort danach misst er die Radioaktivität in den Zellen. Was wird er erwartungs-gemäß beobachten?

A Keine Radioaktivität in den Zellen, da Licht notwendig ist, um Zucker aus CO2 und Wasser zu

produzieren. B Keine Radioaktivität in den Zellen, da CO2 durch die lichtabhängigen Reaktionen zur O2-Produk-

tion benötigt wird. C Keine Radioaktivität in den Zellen, da CO2 von den Pflanzen nur während Lichtperioden aufge-

nommen wird. D Radioaktivität in den Zellen, da CO2 auch in Dunkelheit für die Zuckerproduktion verwendet wird. E Radioaktivität in den Zellen, da während der Dunkelheit CO2 in NADPH eingefügt wird.

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6. Welche der folgenden Aussagen zur relativen Durchlässigkeit (Permeabiliät) von Glucose und Ethanol durch menschliche rote Blutkörperchen und künstlichen Doppellipidschicht-Vesikeln (hier künstliche Vesikel genannt) ist richtig?

I Sowohl rote Blutkörperchen als auch künstliche Vesikel sind durchlässiger für Glucose als für Ethanol. II Sowohl rote Blutkörperchen als auch künstliche Vesikel sind durchlässiger für Ethanol als für Glucose. III Sowohl in roten Blutkörperchen als auch in künstlichen Vesikeln ist die Durchlässigkeit für Ethanol nahezu

gleich wie für Glucose. IV Während die Durchlässigkeit für Glucose bei roten Blutkörperchen und künstlichen Vesikeln praktisch

gleich ist, ist die Durchlässigkeit für Ethanol in roten Blutkörperchen größer als in artifiziellen Vesikeln. V Während die Durchlässigkeit für Ethanol bei roten Blutkörperchen und künstlichen Vesikeln praktisch

gleich ist, ist die Durchlässigkeit für Glucose in roten Blutkörperchen größer als in artifiziellen Vesikeln.

A I, IV B I, V C II, IV D II, V E III, IV

7. In eukaryotischen Zellen werden die Reaktionen der oxidativen Phosphorylierung durch verschiedene Enzyme katalysiert. Welche Aussage ist korrekt?

A Alle diese Enzyme sind in nukleärer DNA codiert, werden in Ribosomen synthetisiert und in die

Mitochondrien importiert. B Einige dieser Enzyme sind in mitochondrieller DNA codiert. Ihre mRNA wird aus den

Mitochondrien transportiert und die Enzyme dort in Ribosomen synthetisiert. Die Enzyme werden anschließend in die Mitochondrien zurückimportiert.

C Einige dieser Enzyme sind in mitochondrieller DNA codiert und werden in mitochondriellen Ribosomen synthetisiert.

D Alle diese Enzyme sind in mitochondrieller DNA codiert und werden in mitochondriellen Ribosomen synthetisiert.

E Eine Kopie der mitochondriellen DNA wird aus dem Mitochondrium exportiert. Die synthetisierten Enzyme werden in die Mitochondrien importiert.

8. Die Erkennungssequenz der Restriktions-Endonuklease Ava I ist CYCGRG, wobei Y ein beliebiges Pyrimidin bezeichnet und R ein beliebiges Purin. Geben Sie den Erwartungswert der Distanz (in bp = Basenpaare) an, und zwar zwischen zwei benachbarten Restriktionsstellen von Ava I in einer langen, zufälligen DNA-Sequenz.

A 4096 bp B 2048 bp C 1024 bp D 512 bp E 256 bp

9. In Abwesenheit von Arabinose wird das Arabinose-Operon von Escherichia coli nicht exprimiert, weil das AraC-Protein an den Promotor des Arabinose-Operons dockt und dabei als Supressor der Transkription agiert. Normalerweise wird das Arabinose-Operon in Anwesenheit von Arabinose exprimiert. In Mutanten, denen das AraC-Gen fehlt, wird das Arabinose-Operon allerdings auch in Anwesenheit von Arabinose nicht exprimiert. Geben Sie an, welchen Schluss Sie aufgrund dieser Informationen über AraC ziehen können.

A Das AraC-Protein wird in Anwesenheit von Arabinose zu einem Aktivator. B Die Transkription des AraC-Gens wird von Arabinose induziert. C Die Transkription des AraC-Gens wird von Arabinose blockiert. D Das AraC-Protein wird in Anwesenheit von Arabinose degradiert. E Keine der oben genannten Aussagen ist korrekt.

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10. Die Verdoppelung von Nukleotidsequenzen in einem Gen kann in einigen Fällen schwerwiegende Folgen für die Funktion des Gens haben, in anderen Fällen aber wird die Funktion nicht beeinträchtigt. Welche der folgenden Duplikationen führt am ehesten zur Synthese eines nicht funktionalen Proteins?

A Ein Basenpaar in der codierenden Region nahe der Translationsstartstelle B Drei Basenpaare in der codierenden Region nahe der Translationsstartstelle C Ein Basenpaar unmittelbar vor der Translationsstartstelle D Drei Basenpaare unmittelbar vor der Translationsstartstelle E Ein Basenpaar in der Nähe des Stop-Codons

11. An einem bestimmten, autosomalen Lokus existieren n+1 Allele. Die Frequenz eines Allels beträgt ½, die Frequenzen aller anderen Allele 1/(2n). Geben Sie unter Annahme des Hardy-Weinberg-Gleichgewichtes die totale Frequenz der Heterozygoten an.

A (n – 1)/(2n) B (2n – 1)/(3n) C (3n – 1)/(4n) D (4n – 1)/(5n) E (5n – 1)/(6n)

12. Eine durch ein dominantes Allel verursachte, degenerative Krankheit bricht bei Betroffenen zwischen 35 und 45 Jahren aus. Ein Paar hat zwei Kinder, beide jünger als 20 Jahre. Einer der Eltern ist krank (heterozygot), aber der andere Elternteil, der über 50 ist, ist gesund. Wie hoch ist die Wahrscheinlichkeit, dass bei beiden Kinder die Krankheit ausbrechen wird?

A 1/4 B 3/4 C 1/16 D 3/16 E 9/16

13. An einem Locus, der unabhängig vom Geschlecht vererbt wird, wurden folgende Genotypenfrequenzen in einer Population beobachtet:

FF FS SS Weibchen 30 60 10 Männchen 20 40 40

Welche Frequenz der FS-Genotypen wird unter der Annahme zufälliger Verpaarung in der nächsten Generation erwartet?

A 0,46 B 0,48 C 0,50 D 0,52 E 0,54

14. Wie beeinflusst die relative Häufigkeit der Selbstbefruchtung im Vergleich zur Fremdbefruchtung die Fixierung eines rezessiven, vorteilhaften Allels, das in einer Population durch eine Mutation neu gebildet wurde?

A Das Allel wird am schnellsten fixiert, wenn die relative Häufigkeit der Selbstbefruchtung am höch-

sten ist. B Das Allel wird am schnellsten fixiert, wenn die relative Häufigkeit der Selbstbefruchtung am niedrigsten

ist. C Das Allel wird am schnellsten fixiert, wenn die relative Häufigkeit der Selbstbefruchtung moderat ist. D Die relative Häufigkeit der Selbstbefruchtung hat keinen Einfluss auf die Fixierung. E Die relative Häufigkeit der Selbstbefruchtung beeinflusst die Fixierung nur in sehr kleinen Popu-

lationen.

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15. Die folgende Tabelle zeigt paarweise die geschätzten Nucleotidsubstitutionen in einem Gen zwischen sieben Arten a bis g.

b c d e f g a 39 72 128 126 159 269 b 81 130 128 158 268 c 129 127 157 267 d 56 154 271 e 151 268 f 273

Welcher der folgenden Bäume beschreibt die phylogenetische Beziehung zwischen diesen sieben Arten am besten?

A. B. C.

D. E. F.

16. Eine Insektenart hat eine Resistenz gegen ein verbreitetes Insektizid entwickelt. Welche der folgenden ist die wahrscheinlichste Erklärung?

A Stabilisierende Selektion verursachte die Entstehung der Resistenz. B Der ursprüngliche Genpool enthielt ein Allel, das für die Resistenz verantwortlich ist. C Das Insektizid stimulierte die Entstehung der Resistenz in einem bestimmten Individuum, das die

Resistenz weitervererbte. D Das Insektizid verursachte eine Mutation, die für die Resistenz vorteilhaft ist und weitervererbt

wurde. E Keine der oben genannten Erklärungen ist korrekt.

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17. Die Darwinfinken sind eines der bekanntesten Beispiele einer adaptiven Radiation. Welche der folgenden Aussagen beschreibt diese adaptive Radiation am besten?

A … die genetische Variabilität, die zwischen Individuen derselben Art beobachtet wird B … der evolutive Prozess, durch den sich verschiedene Formen aus einem gemeinsamen Vorfahren

an verschiedene Nischen adaptieren C … eine plötzliche Diversifizierung einer Gruppe von Organismen aus nah verwandten Arten D … der evolutive Prozess, der Veränderungen in derselben Linie zulässt E … der evolutive Prozess der Adaption einer Art durch irgendeinen Polymorphismus

18. Multigenfamilien sind Gruppen von zwei oder mehr identischen oder sehr ähnlichen Genen. Welche der folgenden Aussagen zu Multigenfamilien ist richtig?

A Die Genfamilien der Globine enthalten keine Pseudogene, weil Globine für den Sauerstofftransport

essentiell sind. B Die Genfamilien der ribosomalen RNA in multizellulären Organismen enthalten viele identische

Gene, weil viele Ribosomen zur aktiven Proteinsynthese benötigt werden. C Im Unterschied zu multizellulären Eukaryoten finden sich Multigenfamilien in Prokaryoten, weil

sich letztere sehr schnell reproduzieren müssen. D Die Anzahl Gene in einer Multigenfamilie nimmt ausschließlich durch ungleiche Crossingover zu. E Multigenfamilien treten ausschließlich organisiert in den Operons von Prokaryoten auf.

19. Der folgende phylogenetische Baum zeigt die Verwandtschaftsbeziehung zwischen antarktischen Eisfischen und ihren Verwandten. Wie im untenstehenden Baum gezeigt, haben alle antarktischen Eisfische – und nur diese – ihr Hämoglobin verloren. Sie besitzen daher ein klares Blut. Einige antarktische Eisfischarten haben zusätzlich auch Myoglobin verloren, ein Protein, das normalerweise in Muskelzellen vorkommt. Bei diesen Arten hat das Myoglobin aufgrund verschiedener Mutationen seine Funktion verloren. Zusätzlich besitzen antarktische Eisfische und deren Verwandte ein Frostschutz-Glycoprotein (Antifreezing), das das Wachstum von Eiskristallen im Gewebe unterbindet. Die Präsenz von Hämoglobin, Myoglobin und des Frostschutz-Glycoproteins ist für jede Art neben dem Baum angegeben. Welcher Schluss kann daraus gezogen werden?

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A Frostschutz-Glycoprotein tritt im Stamm der antarktischen Eisfische erst seit relativ kurzer Zeit auf. B Myoglobin ging im Stamm der antarktischen Eisfische mehrmals unabhängig verloren. C Das Frostschutz-Glycoprotein war notwendig, bevor die antarktischen Eisfische Hämoglobin

verlieren konnten. D Es scheint, dass Hämoglobin erst nach dem Myoglobin verloren ging. E Da Myoglobin die Funktion von Hämoglobin ersetzen kann, konnten antarktische Eisfische das

Hämoglobin verlieren.

20. Gegeben ist eine Liste der gemeinsamen abgeleiteten Merkmale für einige Stämme von Metazoen. Bestimmen Sie alle phylogenetischen Bäume, die mit den unten stehenden Aussagen kompatibel sind.

I. Das Vorkommen von trochophoren Larven ist ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal von Mollusca und Annelida.

II. Die Häutung ist ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Arthropoda und der Nematoda.

III. Das Vorkommen einer Chorda dorsalis ist ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Urochordata und der Cephalochordata.

IV. Die Entwicklung der Blastopore zu einem Anus ist ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal der Urochordata, Cephalochordata und Echinodermata.

A a B a, c C b, c D a, b, d E a, c, d

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21. Vollständig untergetaucht lebende Wasserpflanzen können im umgebenden Wasser durch ihre Fotosynthese eine pH-Veränderung hervorrufen. Welche pH-Veränderung erfolgt dabei und was ist deren Ursache?

A Der pH-Wert sinkt, weil Kohlendioxid aufgenommen wird. B Der pH-Wert steigt, weil Kohlendioxid aufgenommen wird. C Der pH-Wert sinkt, weil Sauerstoff freigesetzt wird. D Der pH-Wert steigt, weil Sauerstoff freigesetzt wird. E Der pH-Wert verändert sich durch die Abgabe von Abfallstoffen der Pflanze.

22. Die Zellwände von Gefäßen und Tracheiden von Gefäßpflanzen enthalten ein phenolisches Polymer, das “Lignin“ genannt wird. Lignin sorgt gemeinsam mit Cellulose für die mechanische Stabilität dieses wasserleitenden Gewebes. Wenn bei Gefäßen/Tracheiden das Lignin fehlt, dann …

A … platzen sie, wenn die Transpiration sehr aktiv ist B … platzen sie, wenn die Transpiration sehr inaktiv ist C … kollabieren sie, wenn die Transpiration sehr aktiv ist D … kollabieren sie wenn die Transpiration sehr inaktiv ist E … halten sie dennoch stand.

23. Um den Effekt der Phytohormone P1 und P2 in Pflanzengewebekulturen zu untersuchen, wurden Blattsegmente von Pflanzen, die bei Licht gewachsen sind, herausgelöst und auf einem Medium platziert, das P1 und/oder P2 enthält, und anschließend im Dunkeln kultiviert. Als Kontrollgruppe wurden Pflanzensegmente ohne P1 oder P2 im Dunkeln kultiviert.

• Wenn nur P1 im Medium vorhanden war, haben sich Adventivwurzeln auf den herausgelösten Pflanzen-geweben gebildet.

• Falls nur P2 im Medium vorhanden war, hat weder Organogenese noch Kallusbildung stattgefunden. Die herausgelösten Pflanzengewebe haben ihre grüne Farbe länger behalten als die Pflanzegewebe der Kon-trollgruppe.

• Falls P1 und P2 im Medium vorhanden waren, hat sich auf den herausgelösten Pflanzengewebe ein Kallus gebildet

Aufgrund dieser Informationen waren P1 und P2

P1 P2

A Auxin Gibberellin

B Auxin Cytokinin

C Gibberellin Auxin

D Gibberellin Cytokinin

E Cytokinin Gibberellin

24. Die folgende Abbildung zeigt den Teil eines Querschnittes des Stammes einer dikotyledonen (zweikeimblättrigen) Pflanze. Welcher Pfeil zeigt in Richtung des Stammzentrums?

A A B B C C D D E Die Richtung ist duch den Ausschnitt nicht bestimmbar.

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25. Bei einer Farnart kommen auf einem speziellen Locus zwei Allele G und g vor. Von einem heterozygoten Sporophyten dieser Farnart mit dem Genotyp Gg wurden Sporen gewonnen. Aus den Sporen wurden Gametophyten gezogen und selbst befruchtet, indem jeder sexuell reife Gametophyt isoliert wurde. Welches Verhältnis der Genotypen GG:Gg:gg der entstandenen Sporophyten erwarten Sie?

A 1 : 2 : 1 B 2 : 1 : 1 C 3 : 0 : 1 D 0 : 3 : 1 E 1 : 0 : 1

26. Wenn die Umgebungstemperatur um 5°C ansteigt, wird die Photorespiration …

A … in Reis zunehmen, in Mais abnehmen. B … in Reis abnehmen, in Mais zunehmen. C … in Reis zunehmen, in Mais sich kaum ändern. D … in beiden Arten zunehmen. E … in beiden Arten abnehmen.

27. Exalbumine (endospermlose) Samen einer bestimmten Pflanzenspezies wurden in reines Wasser gelegt, zum Keimen gebracht und im Dunkeln kultiviert. Für die Keimblätter sowie die anderen Teile dieses Keimlings wur-den der Gesamtstickstoffgehalt und der Gehalt an löslichem Stickstoff (Stickstoff in Molekülen mit kleinem Molekulargewicht, wie z.B. Aminosäuren) bestimmt. Die Ergebnisse sind in den folgenden Grafiken dargestellt. Welche Aussage trifft bezogen auf den Stickstoffmetabolismus dieser Pflanzenkeimlinge am ehesten zu?

In den Keimblättern wurden Proteine zu Aminosäuren abgebaut, die …

A … schließlich als Stickstoffquelle für das Wachstum der Keimblätter dienten. B … schließlich von den Keimlingen als Abfall ausgeschieden wurden. C … innerhalb der Pflanze verschoben wurden. Sie deckten den Stickstoffbedarf für praktisch das

ganze anfängliche Wachstum des Keimlings. D … innerhalb der Pflanze verschoben wurden. Sie deckten ungefähr die Hälfte des Stickstoffbedarfs

für das anfängliche Wachstum des Keimlings. E … innerhalb des Keimlings immobil waren und am gleichen Ort in verschiedene nachfolgende

Verbindungen umgewandelt wurden.

Keimblätter

Rest des Keimlings

Rest des Keimlings

Keimblätter

Ges

amts

ticks

toff

geha

lt (m

g)

Geh

alt a

n lö

slic

hem

Stic

ksto

ff

(mg)

Tage nach der Keimung Tage nach der Keimung

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28. Das gezeigte Pflanzengewebe gehört am ehesten zu einem …

A … Xerophyten. B … Mesophyten. C … Halophyten. D … Hydrophyten. E … Epiphyten.

29. Die folgende Tabelle zeigt die Netto-Primärproduktion sowie die Biomasse (ohne die im Boden gespeicherte organische Substanz) von fünf Ökosystemen.

Ökosystem Netto Primärproduktion (g/m2/Jahr) Biomasse (kg/m2)

Tropischer Regenwald 2200 45

I 2000 15 II 1200 30 III 900 4 Borealer Wald 800 20

Welche Kombination für die Ökosysteme I, II und III trifft am ehesten zu?

I II III A Afrikanische Trockensavanne Tropischer Sumpf Gemäßigter Laubwald B Afrikanische Trockensavanne Gemäßigter Laubwald Tropischer Sumpf C Gemäßigter Laubwald Afrikanische Trockensavanne Tropischer Sumpf D Gemäßigter Laubwald Tropischer Sumpf Afrikanische Trockensavanne E Tropischer Sumpf Afrikanische Trockensavanne Gemäßigter Laubwald F Tropischer Sumpf Gemäßigter Laubwald Afrikanische Trockensavanne

30. Die Populationsgrößen der Tierspezies X und Y sind zeitlich negativ korreliert. Der Verlauf der Populations-dynamik ist durch die Pfeile angegeben (Gegenuhr-zeigersinn). Welche Kombination aus Erklärung und deren Begründung trifft am ehesten zu?

Beziehung zwischen Spezies X und Y Begründung A zwischenartliche Konkurrenz zwischen X

und Y Y nimmt ab bei hoher Dichte von X Y nimmt zu bei niedriger Dichte von X

B zwischenartliche Konkurrenz zwischen X und Y

Y nimmt zu bei mittlerer Dichte von X X nimmt ab bei mittlerer Dichte von Y

C Räuber (X) und Beute (Y) Y nimmt ab, wenn X von niedriger Dichte zunimmt Y nimmt zu, wenn X von hoher Dichte abnimmt D Beute (X) und Räuber (Y)

E Keine der Auswahlen A-D trifft zu

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31. Wovon hängt der Energiezufluss der meisten Nahrungsnetze typischerweise ab?

A Weiderate der Primärkonsumenten B Effizienz des Stoffzyklus des gesamten Ökosystems C Effizienz der Produzenten bei der Umwandlung von Sonnenstrahlen in chemische Energie D Aktivität von stickstofffixierenden Bakterien E Respirationsbedingter Wärmeverlust innerhalb jeder trophischen Ebene

32. Die folgende Tabelle zeigt die Ergebnisse von Messungen der Produktivität für zwei Ökosysteme der gemäßigten Zone: ein Regenwald und ein Feld mit einer einjährigen Nutzpflanze. Alle Werte sind in MJ/m2 /Jahr (1 MJ = 106J) angegeben.

[I] Regenwald [II] Feld mit einjähriger Nutzpflanze Brutto-Primärproduktion (BPP) 188 102 Respiration (autotrophe) 134 38 Respiration (heterotrophe) 54 3

Welches der beiden Ökosysteme weist die niedrigere Respirationsrate von heterotrophen Organismen zur Netto-Primärproduktion (NPP) auf? Was ist der Grund dafür?

A [I] < [II] Der Regenwald hat eine größere BPP und mehr Konsumenten als das Feld mit

Nutzpflanzen. B [I] < [II] Der Regenwald hat ein größeres NPP und mehr Konsumenten als das Feld mit

Nutzpflanzen. C [I] < [II] Der Regenwald hat ein größeres NPP und weniger Konsumenten als das Feld mit

Nutzpflanzen . D [II] < [I] Der Regenwald hat eine kleinere BPP und mehr Konsumenten als das Feld mit

Nutzpflanzen. E [II] < [I] Der Regenwald hat eine kleinere NPP und mehr Konsumenten als das Feld mit

Nutzpflanzen. F [II] < [I] Der Regenwald hat eine kleinere NPP und weniger Konsumenten als das Feld mit

Nutzpflanzen.

33. Wenn eine an sich giftige Fischart in vitro fertilisiert und in einem indoor-Plastiktank mit künstlichem Meer-wasser kultiviert wird, ist sie nie giftig. Junge Fische, die in diesem Tank aufwuchsen, wurden in zwei Gruppen aufgeteilt und in separaten Gitter-Käfigen in einer Bucht dem richtigen Meerwasser ausgesetzt. Einer der Käfige enthielt ein horizontales Netz, das die Fische davon abhält, den Meeresboden zu erreichen, während der andere Käfig kein solches horizontales Netz aufwies. In der Folge konnte in den Fischen im Käfig mit dem Netz kein Gift nachgewiesen werden, während die Fische im anderen Käfig Gift aufwiesen.

Was kann aus diesem Experiment geschlossen werden? Um giftig zu sein …

I. … ist eine Komponente vom natürlichen Meerwasser nötig, die im künstlichen Meerwasser fehlt. II. … ist es nötig, dass die Fische das Adultalter erreichen. III. … ist es nötig, dass die Fische den Meeresboden erreichen können.

A Nur I B Nur II C Nur III D Nur I und II E Nur I und III F Nur II und III

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34. Was würde passieren, wenn ein Neuron experimentell an beiden Enden gleichzeitig stimuliert wird?

A Die Aktionspotentiale würden sich in der Mitte kreuzen und zum jeweils anderen Ende weitergeleitet werden.

B Die Aktionspotentiale würden sich in der Mitte treffen und dann zurück zu ihrer Startposition geleitet werden.

C Die Aktionspotentiale würden stoppen, sobald sie in der Mitte aufeinander treffen. D Das stärkere Aktionspotential würde das schwächere Aktionspotential “überrennen” und

auslöschen. E Wenn sich die Aktionspotentiale in der Mitte treffen, summieren sie sich auf und es resultiert ein

größeres Aktionspotential.

35. Was kann zur Krankheit einer Patientin X am ehesten aus den folgenden Aussagen (1-4) geschlossen werden?

1. Die Krankheit von Patientin X macht sie sehr empfindlich für bakterielle und virale Infektionen.

2. Das IgG-Gen dieser Patientin ist normal.

3. Diese Krankheit wird durch eine Abnormalität des Gens “x” ausgelöst, das dadurch nicht mehr funktionell ist.

4. Wenn T-Zellen einer normalen Person und B-Zellen von Patientin X in Anwesenheit einer Reagenzie, die diese Zellen aktiviert, gemischt und kultiviert werden, wird IgG in das Kulturmedium sezerniert. Wenn jedoch dasselbe mit B-Zellen einer normalen Person und T-Zellen von Patientin X gemacht wird, wird kein IgG sezerniert.

A Gen “x” muss für die Produktion von IgG in B-Zellen exprimiert werden. B T-Zellen von Patientin X sind normal. C IgG wird von T-Zellen produziert. D Genprodukte des Gens “x” werden von T-Zellen benötigt, um die IgG-Produktion in B-Zellen zu

induzieren. E Das Gen “x” ist im Genom von B-Zellen nicht enthalten, während es in T-Zellen vorhanden ist.

36. Was passiert, wenn die Lungenalveolen ihre Elastizität verlieren?

I. Das Residualvolumen nimmt ab.

II. In der eingeatmeten Luft muss pO2 erhöht werden, um die gleiche Sättigung des Hämoglobins beizubehalten

III. Der Blut-pH steigt an.

A Nur I B Nur II C Nur III D Nur I und II E Nur I und III F Nur II und III

37. Welche der folgenden Aussagen über Skelettmuskeln ist NICHT korrekt?

A Die Verkürzung bei der Kontraktion einer einzelnen Muskelfaser hängt von der Kalziumionen-konzentration im sarkoplasmatischen Retikulum ab.

B Muskeln mit kurzen Sarkomeren kontrahieren schneller als Muskeln mit langen Sarkomeren. C Die Geschwindigkeit der Muskelkontraktion wird durch die Myosin-ATPase Aktivität bestimmt. D Ein Tetanus ist der Effekt von wiederholten Stimulationen innerhalb eines sehr kurzen

Zeitintervalls. E Die Totenstarre tritt auf, wenn die Kalziumkonzentration im Zytoplasma hoch ist, aber ATP fehlt.

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38. Werden befruchtete Seeigeleier in Meer-wasser aufgezogen, das Actinomycin D ent-hält (ein Transkriptionshemmer), entwick-eln sich die Eier normal bis zum Blastula-stadium, aber stoppen danach das Wachs-tum. Der Grund ist, dass während der Teilungsphase in Embryos keine Transkrip-tion stattfindet. Proteine, die für diese Ent-wicklung nötig sind, werden von im Ei ge-speicherter mRNA ausgehend translatiert.

Welche Abbildung stellt die Proteinsyn-these während dieses Experiments dar?

A Abbildung A B Abbildung B C Abbildung C D Abbildung D E Keine der Abbildungen ist

passend.

39. Oft sind Vampirfledermäuse aus Costa Rica nicht in der Lage, während der Nacht Blut von einem artfremden Säugetier aufzunehmen. WILKINSON (1984) fing Fledermäuse, die während einer ganzen Nacht kein Blut aufnehmen konnten und fand, dass diese wiederausgewürgtes Blut von bestimmten Artgenossen derselben Höhle erhielten.

Geben Sie unter Berücksichtigung dieser Kenntnisse an, welche der folgenden Beobachtungen unentbehrlich sind, um nachzuweisen, dass bei dieser Art reziproker Altruismus vorkommt?

I. Blut wird nur zwischen Verwandten ausgetauscht. II. Blut wird zwischen Nichtverwandten ausgetauscht. III. schwache Fledermäuse erhalten oft Blut, auch wenn sie nicht in der Lage sind, selber zu geben. IV. Fledermäuse, die Blut erhielten, geben später denen, die ihnen zuvor Blut gegeben haben.

A Nur I B Nur IV C Nur I, III D Nur I, IV E Nur II, III F Nur II, IV

40. Bei einer bestimmten Vogelart sind Männchen, die ein Territorium besitzen, geschlechtsreif, haben rote Brustfedern und vertreiben aggressiv Eindringlinge. Im folgenden sind verschiedene Vogelmodelle aufgelistet, mit denen die Verteidigung des Territoriums bei Männchen dieser Art untersucht werden kann. In welcher Reihenfolge werden die genannten Modelle wahrscheinlich attackiert? Ordnen Sie nach abnehmender Aggres-sion.

I. Modell eines normalen Jungvogels mit braunen Brustfedern. II. Modell eines normalen adulten Vogels mit roten Brustfedern. III. Modell eines adulten Vogels mit braunen Brustfedern. IV. Modell eines Jungvogels mit roten Brustfedern.

A I → III→ IV → II B I → IV → III → II C II → III → IV → I D II → IV → III →I E III → I → II → IV

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B1: Molekularbiologie/Biochemie/Genetik

Von der Modellpflanze Arabidopsis wurden 0,3-, 0,6-, 0,9-, 1,2-, und 1,5-kbp große genomische Fragmente vor (upstream) dem Translations-Startpunkt des Gens Z isoliert und entsprechend benannt als Za, Zb, Zc, Zd, und Ze. Diese Fragmente wurden verbunden mit dem Strukturgen der β-Glucuronidase (GUS) von Escherichia coli. Arabidopsis wurde anschließend mit den so erhaltenen chimären Genen Za-GUS, Zb-GUS, Zc-GUS, Zd-GUS und Ze-GUS transformiert und auf GUS-Aktivität in einer in situ Reaktion untersucht. Die Abbildung zeigt schematisch den Aufbau der chimären Gene und die GUS-Aktivitätsmuster in herzförmigen Embryonen jeder transgenen Arabidopsis, die entsprechende chimäre Gene trägt.

a) Identifizieren Sie auf der Grundlage dieses Ergebnisses die Funktion jeder vorgeschalteten Upstream-Region von Z.

Upstream-Region

I. –1,500 bis –1,201 kbP II. –1,200 bis –901 kbP III. –900 bis –601 kbP IV. –600 bis –301 kbP

I II III IV

b) Eine codierende Region eines Genes besteht mit Stoppcodon aus 738 Basenpaaren. Berechnen Sie die Molmasse des Proteins dieses Genes. Die durchschnittliche Molmasse einer einzelnen freien, nicht zum Protein konden-sierten Aminosäure wird mit 122 angenommen. Das Protein besitzt außerdem fünf Disulfidbrücken. Geben Sie bei der Lösung den Rechenweg mit an.

Rechnung:

Lösung: .........................................................

Funktionen

A verstärkt Genexpression auf eine gewebeunspezifische Weise B fördert Genexpression bei Keimblättern (Kotyledonen) C fördert Genexpression in anderen Geweben als in denen von Kotyledonen D unterdrückt Genexpression bei Kotyledonen E unterdrückt Genexpression in anderen Geweben als denen von Kotyledonen F geringer Einfluss auf die Genexpression

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B2: Zellbiologie/Biochemie

a) Die untenstehende Abbildung zeigt die Reaktionen der Glykolyse. Die Zahlen über den Reaktionspfeilen stehen für Enzyme, die diese Reaktionen katalysieren. Ordnen Sie jedes Enzym einem “Enzymtyp” aus der untenstehenden Liste zu und tragen Sie die entsprechende Reaktionszahl dazu in das richtige Kästchen ein. Beachten Sie, dass manche der untenstehenden Enzymtypen in der Glykolyse nicht vorkommen.

Enzymtyp:

A Oxidoreduktase B Transferase C Hydrolase D Lyase E Isomerase F Ligase

A

B

C

D

E

F

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b) Eine Zellkultur mit Muskelzellen wurde in einem sauerstoffreichen Medium inkubiert, das dann plötzlich anoxisch, also sauerstofffrei, gemacht wurde. Die Konzentration dreier Komponenten, die wichtig im Glukose-stoffwechsel sind, wurde sofort nach der Sauerstoffentfernung (festgehalten als Zeit 0) gemessen und im nachfol-genden Graph abgebildet:

Ordnen Sie jedem Graphen (1, 2 und 3) dieser Abbildung den Metaboliten zu, dessen Konzentrationsänderung dargestellt ist:

Metaboliten:

A. Glucose-6-phosphat B. Lactat C. Fructose-1,6-bi-phosphat

1 2 3

Zeit (min)

Rel

ativ

e K

onze

ntra

tion

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B3: Genetik und Evolution

Im Mais bestimmt ein einziger Genlocus die Farbe der Samen: Allel A führt zu roten Samen und Allel a zu farblosen Samen. Ein zweiter Locus bestimmt die Form der Samen: Allel B führt zu glatten Samen und Allel b zu schrumpeligen Samen.

Aus einer Kreuzung von einer Pflanze mit roten und glatten Samen mit einer Pflanze mit farblosen und schrumpeligen Samen entstanden die folgenden Nachkommen:

376 rote, glatte Samen 13 rote, schrumpelige Samen 13 farblose, glatte Samen 373 farblose, schrumpelige Samen

a) Wie sehen die Genotypen der Eltern aus? Kreuzen Sie die korrekte Antwort an. A AABb x aaBb B AaBb x aabb C AAbb x aaBB D AaBb x AaBb E aabb x AABB

b) Wie groß ist die Anzahl an Rekombinanten? Kreuzen Sie die korrekte Antwort an.

A 0,335% B 1,68% C 3,35% D 6,91% E 48,52%

Um die genetische Diversität einer bedrohten Pflanzenart zu messen, wurde die genetische Variabilität in Subpopu-lationen (I-IV) auf der Proteinebene bestimmt. Subpopulation I ist die größte innerhalb dieser Art. Die Anzahl der Individuen in den Subpopulationen II, III and IV beläuft sich auf 1/7 der Anzahl von Individuen der Subpopulation I. In jeder Subpopulation wurden jeweils 5 Individuen untersucht. Das untenstehende Diagramm zeigt das Ergebnis nach Auftrennung der Proteine durch Gelelektrophorese. Das Bandenmuster in jeder Spalte, das aus den Allelen F und/oder S besteht, stellt den Genotypen jedes Individuums an einem bestimmten Locus dar.

c) Bestimmen Sie die Frequenz von F in dieser Art.

Frequenz von F: ........................................................

d) Welche Subpopulation ist am stärksten isoliert? Kreuzen Sie die korrekte Antwort an.

e) Nach mehreren Generationen hat sich die Frequenz von F in den Subpopulationen II, III und IV substanziell im Vergleich zur Subpopulation I verändert. Was ist die wahrscheinlichste Erklärung? Kreuzen Sie die korrekte Antwort an.

A genetischer Drift B Migration C Mutation D natürliche Selektion

A B C D E

A B C D E

Subpopulation I Subpopulation II Subpopulation III Subpopulation IV

I II III IV

A B C D

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Interner Ast Interner Ast Interner Ast

A B C

B4: Systematik

Joseph CAMIN, ein Taxonomist, hat künstliche, nicht-existierende Organismen, sogenannte Caminalcules, für seine Studenten erfunden. Nachfolgend sind vier verschiedene Caminalcules dargestellt.

Sehen Sie sich die folgenden vier Caminalcules genau an:

a b c d

a) Wählen Sie für diese vier Caminalcules ein passendes Kladogramm und achten Sie dabei auf die nachfolgenden Merkmale. Der wahrscheinlichste, geeignetste Stammbaum sollte jener sein, mit dem die größte Anzahl an Merkmalen differenziert werden können.

1 Antenne 2 Punkte auf dem Rücken 3 Ellenbogen 4 Finger 5 Nacken 6 Streifen an der Seite 7 Hinterbeine

A B C

b) Wählen Sie Merkmale aus der Liste von Frage (1) aus, die sich vermutlich in zwei von vier Arten konvergent

(sprich: sie wurden unabhängig voneinander dazugewonnen oder verloren) entwickelt haben. Tragen Sie die Nummern dieser Merkmale in das nachfolgende Kästchen ein.

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c) Wählen Sie den korrekten Stammbaum (mit Wurzel) aus der folgenden Liste aus. Gehen Sie dabei davon aus, dass „Caminalcule a“ der älteste Vorfahre ist.

A B C D E F G H I

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B5: Pflanzenphysiologie

Der Mangel an einem bestimmten Mineralstoff im Boden führt zu einem Entfärbungsmuster in Pflanzenblättern (Chlorose), das mit der Stoffwechselrolle und der Mobilität des Mineralstoffes in der Pflanze zusammenhängt. Ordnen Sie in der folgenden Tabelle die Mangelsymptome, die Stoffwechselaufgaben und die Beweglichkeit (Mobilität) von Magnesium (Mg), Eisen (Fe) und Stickstoff (N) mit Hilfe des Codes richtig zu.

Mangelsymptome (Blattentfärbung) A Der Mangel an diesem Mineral führt zunächst in jungen Blättern zur Chlorose. B Der Mangel an diesem Mineral führt zunächst in alten Blättern zur Chlorose. C Der Mangel an diesem Mineral führt gleichzeitig in jungen und alten Blättern zur Chlorose. Beweglichkeit des Elements D Dieses Mineral ist in Pflanzen sehr mobil. E Dieses Mineral ist in Pflanzen überwiegend unbeweglich. Aufgabe im Stoffwechsel F Dieses Mineral ist als eine Komponente am Elektronentransfersystem beteiligt und wird ebenfalls für die

Synthese mancher Chlorophyll-Proteinkomplexe benötigt. G Dieses Mineral ist Bestandteil vieler pflanzlicher Komponenten darunter Aminosäuren, Nukleinsäuren und

Chlorophyll. H Dieses Mineral ist an der Aktivierung verschiedener Enzyme beteiligt und ist Bestandteil der Ringstruktur

des Chlorophylls. a) b) Geben Sie an, welche weiteren Ursachen zur Chlorose führen können oder nicht:

Chlorose? (+ oder -) Seneszenz Vergiftung durch Herbizide Abiotische Stressoren (Wassermangel, Strahlung) Starke Temperaturschwankungen Infektionen – Hemmung der Chlorophyllsynthese

Mangelsymptom Mobilität des Minerals Stoffwechselrolle

Mg

Fe

N

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B6: Tierphysiologie - Exkretion a) Die Abbildung zeigt vereinfachte Nierentubuli und die assozierten Blutgefäße. Geben Sie in der Tabelle an,

welche der Substanzen in den Abschnitten vorhanden („+“) oder abwesend („-„) sind.

Glucose Harnstoff Proteine

1

2

3

4

5

6

b) Was passiert, wenn der Bauchspeicheldrüsengang eines bestimmten Säugetiers für ein Experiment kurzzeitig

verschlossen wird? Dabei sollen Kohlenhydrate und andere Nahrungsbestandteile in der Ernährung in normalen Mengen zugeführt werden, und das Verschließen des Bauchspeicheldrüsenganges soll das Überleben des Tieres nicht beeinträchtigen. Kreuzen Sie an.

Die Kohlenhydratmenge … steigt an verändert sich nicht verringert sich. im Kot im Urin

c) Der krabbenfressende Frosch ist ein einzigartiges Amphib, das sich an das marine Habitat angepasst hat und in

Mangroven lebt. Wie lösen diese Frösche im Unterschied zu den Knochenfischen das osmotische Problem? Bewerten Sie die Aussagen mit „+“ (wahr) bzw. „-„ (falsch).

Sie trinken Meerwasser und scheiden überschüssiges Salz aus. Sie scheiden eine große Menge an überflüssigem Wasser als Urin aus. Sie scheiden Stickstoffabfall als Ammonium. Sie trinken wenig und erhalten eine höhere NaCl-Konzentration im Blut aufrecht. Sie können Harnstoff in ihren Körperflüssigkeiten einlagern.

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B7: Tierphysiologie - Hormonhaushalt Die Abbildung zeigt die Blutglukosekonzentration nach der Verabreichung von drei Hormonen I, II und III jeweils einzeln oder in Kombination.

a) Wie lassen sich diese Hormone einordnen? Bitte ankreuzen.

Hormon I Hormon II Hormon III blutzuckerspiegelsenkend (hypoglycemic) blutzuckerspiegelerhöhend (hyperglycemic) Kein Einfluss auf den Blutzuckerspiegel

b) Welcher Interaktionstyp liegt zwischen diesen Hormonen vor?

Additiv Antagonistisch Synergistisch keine Interaktion

c) Kreuzen Sie die drei Hormone an, die mit den Aussagen der Abbildung übereinstimmen.

Insulin Angiotensinogen ADH (Vasopressin) Cortisol Adrenalin (Epinephrin) Calcitonin Renin Atriales natriuretisches Peptid Glukagon TSH

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B8: Ökologie a) Das folgende Diagramm zeigt den Stickstoffzyklus in einem Ökosystem. Kreuzen Sie an.

A B C D E F G In welchen dieser Prozesse sind Bakterien NICHT beteiligt? Wählen Sie ZWEI der Prozesse von A bis G

Welcher der Prozesse könnte eine symbiontische Beziehung zwischen einer Pflanzen- und einer Bakterienart sein?

Welchen dieser Prozesse wollen Farmer auf Ackerland eindämmen? b) Die folgende Abbildung gibt die Interaktionen zwischen Organismen eines geschlossenen Teichökosystem an.

Bewerten Sie die Aussagen auf ihre Richtigkeit basierend auf der Datenlage („+“ = wahr, „–“ = unwahrscheinlich)

Aussage Bewertung (+/-) In diesem Ökosystem wird DDT durch Akkumulation im Gewebe von Detrivor 1 bei weitem die höchste Konzentration erreichen.

Wenn aus einer externen Population Individuen des Konsumenten 4 eingeführt werden, kommt es zu einer vorübergehenden Zunahme der Anzahl an Produzenten 2.

Krankheiten in der Population von Produzent 1 führen zur Vergrößerung der Population des Produzenten 3.

Die vollständige Ausrottung von Konsument 3 führt zu einer anhaltenden Vergrößerung der Population von Konsument 2.

Konsument 1 ist anpassungsfähiger im Hinblick auf seine Nahrungsressourcen als Konsument 3.

Konsument 2 weist gegenüber den anderen Konsumenten die größte Biomasse im Teichökosystem auf.

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