Abituraufgabe: Akazien - Zytologie, Evolution & Molekularbiologie
Methode
Die Abituraufgabe umfasst die Themenbereiche Evolution, Zytologie und Molekularbiologie. Abituraufgaben fragen immer Wissen aus mehr als einen Themenbereich ab.
Bitte beachten Sie! Materialien sind in Form von Text, experimentellen Protokollen und Graphen gegeben. Werten Sie diese sorgsam aus. Beachten Sie die in der Aufgabenstellung genannten Operatoren!
Insgesamt können Sie in den 4 Teilaufgaben 20 Punkte erzielen. Achten Sie auf die gegebenen Punktzahlen pro Aufgabenteil.
Hinweis
„Südafrika, Krüger-Nationalpark. Antilopen nähern sich einer Gruppe von Akazien. Die Tiere rupfen an den Blättern des Baumes und genießen den saftigen Geschmack. Nach einer Weile traben die Tiere zum nächsten Baum - doch der schmeckt bitter. Die Blätter des Nachbarn ebenso. Der ganze Wald ist plötzlich ungenießbar geworden. Hungrig ziehen die Antilopen weiter. Eins zu null für die Akazien. Sie haben sich erfolgreich gegen die gefräßigen Tiere gewehrt. Doch was genau ist da passiert? Lange Zeit sahen Forscher in Pflanzen nicht viel mehr als lebende Roboter, einem sturen Wachstumsprogramm unterworfen. Doch allmählich nimmt die moderne Biologie Abschied vom Bild der Pflanze als passivem Organismus. Grünzeug kann sprechen! Das zeigt das Beispiel Akazie. Pflanzen verständigen sich allerdings nicht mit Lauten, sondern chemisch, per „Ethylen". Wird eine Akazie angeknabbert, so stößt sie das geruchfreie Gas aus. Die Bäume in der Umgebung verstehen das Signal und erhöhen drastisch den Gerbstoffanteil (Tanninkonzentration) in ihren Blättern. Das Ergebnis: ein unangenehmer Geschmack und Verdauungsprobleme für die äsenden Tiere."
(Quelle: Die Intelligenz der Pflanzen von Susanne Billig und Petra Geist, www.dradio.de)
Teilaufgabe 1
Ethylen ist ein Pflanzenhormon. Es bindet an spezifische Rezeptorproteine in den Zellmembranen, ohne dabei selbst in die Zelle zu gelangen.
1.1 Erstellen Sie eine beschriftete Zeichnung, die schematisch einen Ausschnitt aus dieser speziellen Biomembran zeigt. Die Zeichnung sollte mindestens einen halbe Seite umfassen. (2 VP)
1.2 Erläutern Sie, wie es durch Ethylen zu einer Erhöhung der Gerbstoffkonzentration kommen kann. (2 VP)
1.3 Erläutern Sie unter Zuhilfenahme der Abbildung die im Text beschriebene Wirkung von Tannin auf die Verdauung der Antilopen. (2 VP)
Die folgende Abbildung zeigt den molekularen Aufbau des Gerbstoffs Tannin und seine Wechselwirkung mit Proteinen.
Teilaufgabe 2:
Ethylen wird von den Akazien aus Methionin über die zwei Zwischenstufen
S-Adenosylmethionin und 1-Aminocyclopropan-1-Carboxylsäure (=ACC)
gebildet.
2.1 Erläutern Sie das Prinzip einer Genwirkkette anhand des Synthesewegs von Ethylen. (2 VP)
2.2 Erläutern Sie die Ursache und mögliche Folgen für die Akazie, wenn die Umsetzung von ACC zu Ethylen nicht mehr möglich ist. (2 VP)
Teilaufgabe 3:
Je länger Antilopen an einer Akazie fressen, desto mehr provozieren sie die Abwehrreaktionen: Erhöhte Ethylenausschüttung und verstärkte Tanninproduktion sind die Folgen. Tannin ist in großen Mengen für Antilopen tödlich.
Erläutern Sie, durch welche Verhaltensweisen beim Fressen von Akazienblättern Antilopen Vergiftungen durch Tannin verhindern könnten (2 Angaben). (2 VP)
Teilaufgabe 4:
Außer Akazien produzieren auch andere Pflanzen Giftstoffe gegen Pflanzenfresser. Diese Gifte sind für die produzierende Pflanze selbst unschädlich.
Beschreiben Sie zwei Möglichkeiten, wie sich Pflanzen auf zellulärer Ebene vor Selbstvergiftung schützen können. (2 VP)
Teilaufgabe 5:
Zahlreiche afrikanische und südamerikanische Akazienarten beherbergen Ameisen und werden deshalb als Ameisenakazien bezeichnet. Dies machen einige morphologische Besonderheiten deutlich. So befinden sich die Ameisenbauten in hohlen Dornen (Abbildung). Zahlreiche Blattnektarien sorgen zusammen mit Protein- und Fettkörpern an den Blattspitzen für die Ernährung der Insekten. Es handelt sich dabei um eine Symbiose zwischen den Bäumen und ihren Untermietern. Ameisen reagieren sehr empfindlich auf ungebetenen Besuch. Sofort sammeln sie sich an den Zweigen, die gerade beweidet werden und gehen zum Angriff über, um die Pflanzenfresser mit gezielten Bissen ins Gesicht in die Flucht zu schlagen.
5.1 Erläutern Sie mithilfe der Synthetischen Evolutionstheorie das Entstehen von Ameisenakazienarten. (4 VP)
5.2 Erklären Sie unter energetischen Gesichtspunkten, warum die Symbiose für die Ameisenakazie von Vorteil ist. (2 VP)
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