1. Runde 2016

Aufgabenblatt 2016Aufgabenblatt 2016
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Aufgabe 1: Macht sauer lustig? (Physiologie/ Molekularbiologie)

Vitamin C wurde als drittes Vitamin (daher der Buchstabe C) entdeckt und 1928 isoliert. Es besitzt zahlreiche Funktionen im menschlichen Organismus.


a. Pflanzen und die meisten Tiere können Vitamin C selbst herstellen. Nennen Sie drei Tierarten, denen die Synthese nicht möglich ist, und eine mögliche Ursache


b. Der Name Ascorbinsäure leitet sich von der Vitaminmangelkrankheit Skorbut ab, die früher besonders bei Seefahrern berechtigt war. Nennen Sie die Symptome und begründen Sie, wie es dazu kommt.


c. Vergleichen Sie mit Hilfe der sogenannten "ClockReaktion" qualitativ den Vitamin-C-Gehalt von drei verschiedenen Fruchtsäften. Setzen Sie dafür unter Beachtung der Sicherheitsregeln folgenden Versuch an: Geben Sie zu 100 ml Saft 10 Tropfen Iod-Kalium-Iodidlösung (Lugol'sche Lösung) und 1 Teelöffel 2 %-ige Stärkelösung und mischen Sie gründlich. Fügen Sie dann rasch 20 ml 3 %-ige Wasserstoffperoxidlösung hinzu und bestimmen Sie unter ständigem Rühren die Zeit bis zu einem deutlichen Farbumschlag. Dokumentieren Sie den Versuch fotografisch und fertigen Sie ein Protokoll an. Erklären Sie dabei die Beobachtungen und chemischen Vorgänge und ziehen Sie Schlüsse bezüglich des Vitamin-C-Gehalts Ihrer getesteten Säfte.


d. Der GLUT1-Transporter ist sowohl für die GlucoseAufnahme als auch für die insulinunabhängige Vitamin-C-Aufnahme in die Zellen verantwortlich. Begründen Sie, ob daraus folgend für Diabetiker die Einnahme von Vitamin-C-Präparaten empfehlenswert ist.


e. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass Erythrozyten des Menschen und Chinchillas eine hohe Dichte an GLUT1-Transportern auf der Oberfläche besitzen. Diese transportieren neben Glucose auch die oxidierte Form von Vitamin C, DHA (L-Dehydroascorbinsäure) in die Zelle und werden durch ein Erythrozytenmembranprotein Stomatin positiv reguliert. Erythrozyten von Maus, Ratte und Kaninchen besitzen stattdessen GLUT4-Transporter ohne diese Fähigkeit. Stellen Sie eine Hypothese auf, die das unterschiedliche Vorkommen der GLUT-Transporter bei den genannten Säugern erklärt. Geben Sie eine begründete Empfehlung bezüglich der Vitamin-CEinnahme für Patienten mit genetisch verringerter Stomatinproduktion.





Aufgabe 2: Nimm den Mund nicht zu voll!(Artenschutz / Evolution)

Die Aga-Kröte (Rhinella marina; vormals Bufo marinus) wurde 1936 gezielt in Nordaustralien angesiedelt, um den Ernteverlust durch Zuckerrohr-Schädlinge zu begrenzen. Ursprünglich wurden etwa 42.000 Tiere freigesetzt. Wissenschaftler schützen, dass ihr Bestand seither jährlich um 15 % gewachsen ist. Häufig werden sie von einheimischen Schlangen mit ungiftigen Beutetieren verwechselt und gefressen. Dieser Irrtum kann für die Schlange tödlich enden: Aga-Kröten sondern ein giftiges Hautsekret ab. Das darin enthaltene Arenobufagin hemmt die Na+/K+-Pumpe.


a. Berechnen Sie die Populationsgröße der Kröten für die Jahre 1940, 1960, 1980, 2000 und 2020. Ermitteln Sie, zu welchem Zeitpunkt die Populationsgröße der Kröten hypothetisch die aktuelle Populationsgröße des Menschen übertreffen würde (derzeit 7,4 x 109).


b. Benennen Sie den Typ des vorliegenden Populationswachstums. Nennen Sie drei Gründe, die die Häufigkeit dieses Typs des Wachstums bei Neozoen erklären


c. Messungen an Schlangenpräparaten haben ergeben, dass bei zwei Schlangenarten (Pseudechis porphyriacus, Dendrelaphis punctulata) seit der Einführung der Aga-Kröte die Länge zunimmt und die Kopfgröße abnimmt. Erklären Sie diesen Sachverhalt.


d. Geben Sie mit Begründung an, welche Veränderungen Sie in Muskelzellen nach Arenobufagin-Zugabe bezüglich der Konzentrationen von Na+-, K+- und Ca2+- Ionen sowie der Kontraktionsstärke erwarten. Begründen Sie zudem, auf welches Organ Arenobufagin besonders stark wirkt.



Aufgabe 3: Durch die Blume(Botanik / Biochemie)

Petunienhybride zählen hierzulande zu den beliebtesten Zierpflanzen für Balkon und Garten.


a. Fotografieren Sie alle Bestandteile einer Petunienblüte und leiten Sie die Blütenformel ab. Fertigen Sie eine beschriftete Zeichnung des Querschnitts durch den Fruchtknoten an.


b. In den Laubblättern der Petunien kommen Anthocyane vor, welche einen gewissen Schutz vor UV-Strahlung bieten. In der Tabelle sind Ergebnisse eines Experimentes zum Anthocyangehalt bei verschiedenen Lichtintensitäten gezeigt. Es wurden Wildtyp-Petunien und Mutanten untersucht. Letztere bilden mehr Anthocyane als Wildtyp-Petunien. Stellen Sie die Fotosyntheseleistung (siehe Tabelle 1) in Abhängigkeit von der Lichtintensität grafisch dar. Erklären Sie den Einfluss des Anthocyans auf die Fotosynthese. Begründen Sie die unterschiedlichen Anthocyangehalte.




c. Es gibt Hinweise, dass Anthocyane außerdem vor Fressfeinden schützen. Entwickeln Sie einen Versuch zur Überprüfung dieser Funktion. Beschreiben Sie den Versuchsaufbau und die möglichen Ergebnisse.


d. In Petunien wurde das Prinzip der interferierenden RNA (kurz RNAi) entdeckt. Erzeugt man transgene Petunien mit zusätzlichen Kopien eines Gens, das an der Anthocyansynthese beteiligt ist, so enthalten diese Petunien überraschenderweise weniger Anthocyane. Der Grund dafür ist das Vorliegen von Antisense-RNA in den transgenen Zellen. Erklären Sie, wie diese Antisense-RNA entsteht, und welchen Einfluss sie auf die Intensität der Blütenfarbe hat.

Aufgabe 4: Haben diese Vögel einen Vogel?(Ökologie / Verhalten)

Brutparasitismus bei Vögeln wirkt meist nachteilig für den Wirt. Vogelarten aus der Familie der Stärlinge zeigen jedoch ein interessantes Brutverhalten. In einigen Gebieten von Panama entfernen Montezumastirnvögel (Gymnostinops montezuma) fremde Eier des Kuhstärlings (Scaphidura oryzivora) nicht aus ihren Nestern, sondern dulden diese. Untersuchungen (siehe Tabelle 2) zeigten einen unterschiedlichen Befall der Montezumastirnvogel-Nester mit Dasselfliegenlarven (Philornis), die oft zum Tod der jungen Montezumastirnvögel führen.


a. Berechnen Sie die durchschnittliche Gelege-Größe der Montezumastirnvögel sowie den prozentualen Anteil der Nester mit Kuhstärling-Eiern. Entwickeln Sie basierend auf den Daten eine Hypothese, wie die Anzahl der Kuhstärling-Eier im Nest beeinflusst wird.


b. Ermitteln Sie mit Hilfe des Chi-Quadrat-Tests*, ob der Befall der Nester mit der Dasselfliegenlarve signifikant davon abhängt, ob überhaupt Eier des Kuhstärlings enthalten sind oder nicht. Interpretieren Sie das Ergebnis hinsichtlich des Vogelverhaltens.


c. Bei Montezumastirnvögeln, die ihre Nester in der Nähe von Bienen- und Wespenstöcken bauen, beobachtete man in 28 % der Nester Kuhstärlingeier und bei 21 % der Nester einen Befall mit Dasselfliegenlarven. Erklären Sie diese Beobachtung. Begründen Sie, welche Veränderung Sie für die Gelege-Größe der Montezumastirnvögel erwarten


d. Stellen Sie eine Hypothese über die Entwicklung der Montezumastirnvögel im Vergleich zu der bei Kuhstärlingen auf. Nennen Sie eine Möglichkeit, wodurch der Schutz vor Dasselfliegenlarvenbefall zustande kommen könnte, und schlagen Sie eine Überprüfungsmöglichkeit unter Angabe des erwarteten Ergebnisses vor.


*Hinweise zur Berechnung unter: www.wettbewerbe.ipn. uni-kiel.de/ibo/lernblaetter/lernblatt_chi-quadrat.pdf