1. Runde 2017

Aufgabenblatt 2017Aufgabenblatt 2017
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Aufgabe 1: Das hat Hand und Fuß (Zoologie, Physiologie)


a)Ordnen Sie die Fußspuren (Nr. 1-6) den folgenden Tieren zu: Elefant, Hund, Katze, Krähe, Ente, Reh.




b) Führen Sie mit einer Versuchsperson ein Experiment zur Sensorik der Zehen an den Füßen durch: Lassen Sie den Probanden die Augen schließen. Berühren Sie kurz deutlich die nackte Haut der Vorderkante einer einzelnen Zehe und lassen Sie diese rasch identifizieren, z.B. durch Nummern 1-5. Die Zehe soll dabei nicht bewegt werden. Testen Sie mindestens 50 Mal pro Fuß. Stellen Sie die Ergebnisse tabellarisch und grafisch dar und werten Sie aus. Lassen Sie die Versuchsperson ihren dominanten Fuß mit Hilfe eines standardisierten Fragebogens bestimmen, zu finden unter: www.soscisurvey.de/IBO. Vergleichen Sie die Fehlerrate vom dominanten und nicht dominanten Fuß. Wiederholen Sie den Versuch mit den Händen. Vergleichen Sie qualitativ die Ergebnisse von Fuß und Hand.





c) Wenn die Hände oder Beine gekreuzt werden, haben Erwachsene mit geschlossenen Augen leichte Schwierigkeiten der Zuordnung von kurz aufeinander folgenden Berührungsreizen zur rechten und linken Extremität. Die Fehlerrate liegt bei sechs Monate alten Kindern ähnlich, ist bei vier Monate alten Säuglingen jedoch deutlich geringer. Erklären Sie dieses Phänomen. Entwickeln Sie eine Hypothese zur Fehlerrate von Menschen mit angeborener Blindheit und solcher, die erst in der Kindheit erblindet sind.


d)Barfußschuhe (natural running) sind zunehmend verbreitet. Vergleichen Sie die Fußbelastung beim Laufen (Rennen) barfuß gegenüber der mit Sportschuhen.


e)Erklären Sie den Mechanismus für die Beobachtung, dass das Fingerlängenverhältnis "2D:4D" (Längenverhältnis des Zeigefingers zum Ringfinger) mit der pränatalen Testosteron- und Estradiol-Exposition korreliert. Geben Sie die Richtung der Korrelation an.


Aufgabe 2: Auf den Schnabel geschaut (Genetik/ Evolution)

Auf seiner Weltreise hat Charles Darwin vor 185 Jahren unter anderem die Galapagosinseln besucht. Dort entdeckte er unbekannte Vogelarten, deren Bälge er nach England mitnahm. In England stellte er mithilfe von Ornithologen fest, dass es sich um nah verwandte Arten der neuen Gattung Geospiza handelt. Er fragte sich, wie so viele Arten auf engem Raum entstanden sein können.


a) Beschreiben Sie drei Merkmale, in denen sich die Geospiza- Arten G. difficilis und G. conirostris auf Galapagos stark unterscheiden und erläutern Sie anhand dieser Merkmale, wie die nah verwandten Geospiza-Arten entstanden sind.


b)Das Forscherehepaar Grant hat untersucht, wie stark die Schnabelhöhe bei Geospiza fortis vererbt wird. Auf einer Insel haben sie die Schnabelhöhen von Eltern und deren Jungvögeln in einem Jahr vermessen. Die Ergebnisse sind in folgender Tabelle dargestellt.




Berechnen Sie die mittlere Schnabelhöhe der einzelnen Elternpaare sowie die mittlere Schnabelhöhe ihrer Nachkommen und tragen Sie die Mittelwerte in einem xy-Diagramm gegeneinander auf. Zeichnen Sie eine Regressionsgerade und geben Sie die Geradengleichung an.


c)Erläutern Sie die biologische Bedeutung der Steigung der Regressionsgeraden im vorliegenden Fall.


d)Vor einigen Jahren ist eine Dürre eingetreten. Viele Geospiza fortis starben wegen Nahrungsmangel. Man stellte fest, dass die Nachkommen der überlebenden Vögel im Mittel einen 10 % höheren Schnabel hatten als der ursprüngliche Populationsdurchschnitt (9,84 mm) vor der Dürre. Berechnen Sie die theoretisch erwartete mittlere Schnabelhöhe der Nachkommen mithilfe Ihrer ermittelten Geradengleichung. (Anmerkung: Falls Sie für Aufgabe c) keine Gleichung ermittelt haben, können Sie mit der Gleichung y = 0,6*x + 4 rechnen.) Vergleichen Sie den theoretischen Wert mit dem tatsächlichen Wert, den die Forscher festgestellt hatten. Entwickeln Sie eine Hypothese, die die Abweichung erklärt.


Aufgabe 3: Scharf nachgedacht (Biochemie)

Enzymkatalysierte Reaktionen sind eines der Schlüsselkonzepte der Biologie. Beispielsweise beeinflusst ein Enzym die Schärfe von Papaya-Samen.


a) Untersuchen Sie in folgendem Experiment, in welchem Teil des Samens das oben angesprochene Enzym gespeichert ist und welche Funktion es hat. Vergleichen Sie dazu die Schärfe von frischen Papaya-Samen, die unterschiedlich behandelt werden (siehe Tabelle 2). Trinken Sie nach jedem Test etwas Wasser, um Ihr Geschmacksempfinden zu neutralisieren.


Protokollieren Sie Ihre Ergebnisse und werten Sie diese aus.


b) In der Tabelle 3 sind die Km-Werte (Michaelis-Menten- Konstante) des oben genannten Papaya-Enzyms und von strukturell ähnlichen Enzymen für ein Substrat gegeben. Erklären Sie, für welches Enzym bei einer Substratkonzentration von 25 ìM prozentual am meisten Enzym als Enzym-Substrat-Komplex vorliegt. Begründen Sie, was man zusätzlich zu Km bestimmen muss, um Vmax (maximale Geschwindigkeit) ermitteln zu können.



c) Eine Möglichkeit der Enzymklassifikation sind ECNummern. Beurteilen Sie, ob DNA-Polymerasen mehr als einer Enzym-Klasse zugeordnet werden k?nnen. Nennen Sie zwei weitere Nachteile dieser Klassifikation.


d) Enzyme weisen Substratspezifität auf. Begründen Sie, ob Endonukleasen auch Peptidnukleinsäuren (PNA) spalten können. Beschreiben Sie, wie sich PNA alleine und nach der Hybridisierung mit DNA in der Gelelektrophorese verhalten. Nennen Sie eine auf Letzterem basierende Anwendung.

Aufgabe 4: Das bekommt Ihr doch gebacken! (Botanik, Tierphysiologie, Biochemie)

Klassische Getreidepflanzen dienen uns seit Jahrhunderten als Grundnahrungsmittel. In neuester Zeit haben aber auch weniger bekannte Getreide wie Teff aus der Gattung der Liebesgräser (Eragrostis) und Pseudogetreide an Popularität gewonnen und werden vielseitig eingesetzt.

a) Nennen Sie die Getreidearten, die überwiegend zur Herstellung von Brot, Müsli, Nudeln und Bier verwendet werden. Geben Sie jeweils die Pflanzenfamilie an.


b) Ordnen Sie die folgenden Pflanzen tabellarisch den Gruppen der Getreide und Pseudogetreide zu: Amaranth, Buchweizen, Chia, Gerste, Hanf, Hirse, Mais, Quinoa, Roggen und Weizen. Kennzeichnen Sie, ob diese als alleiniges Mehl zum Backen ohne spezielle Zusätze geeignet sind und ob Menschen mit Zöliakie diese bedenkenlos verzehren können.


c)Durch Einsatz von Transglutaminasen werden die Backeigenschaften von Pseudogetreide verbessert. Erklären Sie diesen Effekt.


d) Getreidefladen mit roten Bohnen sind eine typische Kombination z.B. in Mexiko. Begründen Sie die Empfehlung gerade für Veganer, Gerichte von Getreideprodukten mit Hülsenfrüchten zu kombinieren.


e) Stärke kann z.B. aus Mais und Kartoffeln gewonnen werden. Erklären Sie, wie Sie Stärkeproben mittels eines Massenspektrometers diesen zwei Quellen zuordnen können.