Naturwissenschaften, Teil Biologie

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1 Die Prüfung Naturwissenschaften dauert insgesamt 4 Stunden. Sie umfasst die drei gleichwertigen Teile Biologie, Chemie und Physik à je 80 Minuten. Kand.-Nr.: Note: Name, Vorname: Für die Korrigierenden Korrigierender:... Punktemaximum: 73 Punkte Erreichte Punktzahl:... Note Teil Biologie:... Verfasser: Richtzeit: Hilfsmittel: Hinweise: G. Rutz, M. Lüscher 80 Minuten (von total 4 Stunden) Taschenrechner. Die Antworten sind direkt auf die Aufgabenblätter zu schreiben. 2. Fassen Sie sich kurz, aber präzise. Überflüssiges beansprucht nur wertvolle Zeit! 3. Unleserliches wird nicht korrigiert und demzufolge auch nicht bewertet. 4. Die erreichbaren Punktzahlen sind angegeben. 5. Zur Erreichung der Note 6 müssen nicht alle Aufgaben vollständig gelöst werden. Und nun wünschen wir Ihnen viel Erfolg! Seite von 5

2 Teil (Kontrolle der allgemeinen Kenntnisse) 2 Punkte Welche sehr kleinen und darum nur im Elektronen- Mikroskop sichtbaren Zellbestandteile können gleichzeitig von trna und mrna besetzt sein? Welcher Prozess sorgt vor Beginn der Mitose und Meiose dafür, dass ausreichend viele Exemplare der DNA vorhanden sind? Stichwort Von welchem Organsystem des Menschen ist die Rede, wenn über die Arbeit der Zwischenrippenmuskeln gesprochen wird? Stichwort 4. Welche Phase im Herzzyklus ist rechts abgebildet? Stichwort 5. Rechts im Bild: Ein Ausschnitt aus dem Blutkreislauf-System eines gesunden Menschen (aufrecht stehend). Leider steht das Bild auf dem Kopf. Woran ist das zu erkennen? Aspekt Welche Strukturen eines Neurons begrenzen die Ranvier schen Schnürringe? 2 Stichworte Wie heissen die Stellen im Nervensystem, die Erregungen auf chemischem Weg, d. h. nicht auf elektrischem Weg weiterleiten? Stichwort Welcher Augenteil ist transparent UND an der Lichtbrechung beteiligt, ABER NICHT unter dem Einfluss des Ziliarmuskels stehend? Stichwort Ein Kurzsichtiger setzt seine Brille auf, um scharf zu sehen: In welcher Entfernung liegen die ihn interessierenden Objekte also? Ohne Begründung Seite 2 von 5

3 In Aufgabe 0. trifft eine einzige Auswahlmöglichkeit zu. Kreuzen Sie den Buchstaben am entsprechenden Zeilenanfang an. 0. Die Gruppe der Eukaryoten umfasst nur die Lebewesen,... A deren Zellen haploid sind B die heterotroph stoffwechseln C die einzellig sind 3 D deren Erbmaterial von einer Membran umgrenzt ist E die unter dem Einfluss des Menschen in Biotope eingeschleppt werden Seite 3 von 5

4 Teil 2 (Verständnis, Transfer, Reflexion, Synthese) Dauer: ca min. Zellbiologie und Stoffwechsel 6 Punkte 6 Punkte. Der Ausdruck Mitose kommt vom griechischen Wort μίτος mitos (= Faden). Wieso trifft das griechische Wort den Prozess der Mitose recht gut? Satz, nutzen Sie das Fachvokabular Alternativ wird Mitose auch Karyokinese genannt. Das Wort ist zusammengesetzt aus dem griech. Begriff ϰάϱυον karyon (= Kern) und ϰίνησις kinesis (= Bewegung). Wieso gibt der Fachbegriff das Wesentliche der Mitose gut wieder? 2 Sätze, nutzen Sie das Fachvokabular 2.2 Notieren Sie die Reaktionsgleichung der Fotosynthese. Skizzieren Sie das Energiediagramm für die Fotosynthese. Hinweis: Betrachten Sie die Fotosynthese dabei als eine chemische Gesamtreaktion Energiegehalt 6 Reaktionsverlauf Seite 4 von 5

5 Das Bild rechts zeigt rundliche Stärkekörner in einer Zelle einer Kartoffelknolle bei mikroskopischer Vergrösserung. Wie hängen diese Stärkekörner mit der Fotosynthese zusammen? Denken Sie daran: Kartoffelknollen entstehen im Boden, also im Dunkeln..3 Zwei dünnwandige Gummiballone, verbunden durch ein Glasrohr mit semipermeabler Membran. Das im Bild rechts abgebildete Experiment wurde gerade gestartet. Notieren Sie die im Verlauf eintretenden sicht- und messbaren Veränderungen. Ohne Begründungen 3 Seite 5 von 5

6 Zwei Stapel aus frisch geschnittenen dünnen Gurkenscheiben werden aufgebaut (Bild links unten). Auf jede Gurkenscheibe des rechten Stapels wurde (vor dem Stapeln) Salz gestreut. Dann wurden beide Stapel Stunde stehen gelassen (Bild rechts). Skizzieren Sie je eine Gurkenzelle aus dem rechten Gurkenscheiben-Stapel vom Anfang des Versuchs und die gleiche Zelle nach Stunde. Zeichnen Sie so, dass die Salz-Wirkung ohne Begründung zeichnerisch klar erkennbar ist und die im Lichtmikroskop sichtbaren Zellbestandteile sauber beschriftet sind. zu Beginn des Versuchs Gurkenzelle zu Beginn nach Stunde Gurkenzelle nach Stunde 5 Seite 6 von 5

7 2. Humanbiologie 6 Punkte 2. Ordnen Sie die Elemente A - E zu einem Reflexbogen: A Effektor / B motorische Nervenfaser / C Rezeptor / D sensorische Nervenfaser / E Synapse Lösung (Buchstabenfolge): Bei Herrn Palpi werden in zwei verschiedenen Situationen (Situation A bzw. B) einige Körperfunktionen gemessen. Im Vergleich zu Situation B stellen die Ärzte in Situation A folgendes fest: Pupillen verengt, dünnflüssiger Speichel, Bronchien verengt, Glycogenaufbau in Leber intensiv. Welches der unten gezeigten Bilder könnte Herrn Palpi in Situation A zeigen? Bild Bild 2 Bild 3 Antwort: Bild 5 Begründung (Argumente für das gewählte Bild UND gegen die nicht gewählten): Seite 7 von 5

8 2.2 Ein Knabe isst zum Frühstück zwei Scheiben Weissbrot (und sonst nichts). Die Menge der in Form von Monosacchariden (Einfachzucker) vorliegenden Kohlenhydrate im Nahrungsbrei wird im Mund, im Magen und am Ende des Dünndarms gemessen: Überall wird der Wert 0 (null) festgestellt auch bei x-fach wiederholter Messung während und nach dem Essen. Wie sind die Null-Werte zu erklären? Hinweis: Die Messgeräte arbeiten korrekt. Erklärung für die Null-Mengen (je - 2 Aspekte zu den jeweiligen Prozessen im Verdauungskanal, keine Sätze nötig) im Mund im Magen 5 am Ende des Dünndarms: Seite 8 von 5

9 2.3 2 A4-Papierblätter werden wie im Bild rechts gezeigt ruhig gehalten. Dann wird 0 sec lang Luft senkrecht von oben nach unten zwischen die beiden Papiere geblasen. Das Resultat (vor allem in den etwa drei unteren Vierteln beider Streifen): Sie schwingen deutlich auf einander zu und bleiben angenähert, so lange der Luftstrom anhält. (vor dem Versuch) Inwiefern ist das Phänomen beim Ein- und Ausatmen von Bedeutung? Wieso kann Ihr Körper trotz diesem Phänomen problemlos ein- und ausatmen? Satz Studieren Sie die Daten in der Infobox zur Sauerstoffaufnahme ins Blut des Menschen (rechts). Infobox Sauerstoffaufnahme: physikal. Löslichkeit von O 2 in 00 ml Blutplasma O 2 -Volumenanteil in Einatmungsluft (pro Liter) O 2 -Volumenanteil in Ausatmungsluft (pro Liter) Blutvolumen erwachsene Person pro Pulsschlag beförderte Blutmenge Ruhepuls (Schläge pro Minute) Atemzugvolumen in Ruhe Atemzüge in Ruhe (pro Minute) 0.3 ml (0.3 %) 20 ml (2 %) 60 ml (6 %) ca ml ca. 80 ml ca. 60 / Min. ca. 480 ml ca. 5 / Min. Einige der Angaben in der Infobox scheinen fast in einem Widerspruch zu einander zu stehen. Formulieren Sie diesen Widerspruch. 6 Seite 9 von 5

10 3. Genetik 6 Punkte 3. Ordnen Sie den Angaben über die bei Kreuzungsversuchen auftretenden Phänotypen A A5 (links) die bestpassende Erläuterung E - E5 (rechts) zu. A Phänotyp in der F- Spaltungsregel (Mendel-Regel 2) in E Generation F erfüllt A2 Phänotyp in F uniform, aber Enkel-Generation bei dihybridem mit keinem Eltern-Phänotyp E2 Erbgang identisch A3 Phänotyp : Phänotyp 2 Erbgang intermediär (bzw. zwei E3 = 3 : kodominante Allele) A4 Über viele Generationen nur Eltern für das betrachtete Merkmal Personen mit 44 + XY von der E4 reinerbig Krankheit betroffen A5 Phänotypen-Verhältnis in der E5 geschlechtsgekoppelte Vererbung F2-Generation = 9 : 3 : 3 : 4 Lösung: A: E A2: E A3: E A4: E A5: E 3.2 Nehmen wir an, die Angaben über die Blutmerkmale auf dem Bügel der Sonnenbrille (zero rh+) treffen auf den abgebildeten Radrennfahrer tatsächlich zu. Welche der fünf Männer unten könnten sein Vater sein? 3 Angaben zu Blutgruppe heterozygot Rhesusfaktor Mann Mann 2 Mann 3 Mann 4 Mann 5 A positiv hat Anti-A- Antikörper im Blut unbekannt hat weder Anti-A- noch Anti-B- Antikörper im Blut homozygot rh+ homozygot rh- rh+ Als Vater ist / sind möglich: (ohne Begründung) Seite 0 von 5

11 3.3 Für manche vererbte Merkmale ist bekannt, dass sich ein Allel dominant verhält und ein anderes rezessiv. So ist bei vielen Pflanzen das Allel für rote Kronblätter der Blüte (vgl. Beispiel rechts, Erbse) dominant über das Allel für nicht rote (weisse, d. h. ungefärbte) Kronblätter. Gehen Sie davon aus, die beiden unten aufgeführten Basensequenzen seien Ausschnitte aus dem Gen für das Merkmal Blütenfarbe bei der Erbse: Ausschnitt aus dem dominanten Allel:...AGC GCG GGG CAA AGC GCG C... rezessiven Allel:...AGC GCG GGG CCA AGC GCG C... Was stellen Sie beim Vergleich der beiden Sequenzen fest? Aspekt Wie ist es möglich, dass die Erbsenzellen nur bei Vorhandensein der DNA- Sequenz des dominanten Allels roten Farbstoff bilden, beim anderen Allel jedoch nicht? 5 Seite von 5

12 3.4 Die Analyse einer Nukleinsäure ergibt für die Nukleotidsorten folgende Häufigkeiten: C: 20. %, G: 20. %, T: 27.5 %, vierte Nukleotidsorte: 32.3 %. Besteht die Probe aus: A doppelsträngiger DNA B doppelsträngiger RNA C einsträngiger DNA oder D einsträngiger RNA? Antwort: Begründen Sie, warum die anderen Nukleinsäurensorten nicht zutreffen: 4 Seite 2 von 5

13 4. Umwelt und Evolution 3 Punkte 4. Wichtige Teilnehmer am Kohlenstoff-Kreislauf sind die Lebewesen an Land und im Wasser, die Gewässer selber und die Böden (inkl. Gesteine und fossile Schichten) sowie natürlich die Atmosphäre. Aktuell besonders im Fokus ist der CO 2 -Gehalt der Atmosphäre. Tiere beeinflussen den CO 2 - Gehalt in der Atmosphäre direkt über ihren Energiestoffwechsel. Inwiefern? Aspekt 4 Tiere beeinflussen den CO 2 -Gehalt der Atmosphäre aber auch indirekt über das Zusammenspiel mit den anderen Teilnehmern in den Nahrungsketten. Inwiefern? Erwartung: 3 verschiedene Aspekte Seite 3 von 5

14 4.2 Obwohl der Mensch weit über 90 % des Erbmaterials mit seinen nächsten Verwandten, den Menschenaffen gemeinsam hat, sind die im Lauf der Evolution ihnen gegenüber aufgetretenen Unterschiede doch zahlreich auch die, die das Skelett betreffen. Die Bilder unten zeigen Szenen, bei denen Teile des menschlichen Körpers Haltungen einnehmen bzw. sich so bewegen, wie es für Menschenaffen kaum möglich wäre. Geben Sie zu jedem Bild jeweils an welche(r) Körperteil(e) sich unterscheiden (z. B. Halswirbelsäule ), worin sich der menschliche Körper dabei vom Menschenaffen unterscheidet und was dadurch erreicht wird. Aspekt pro Körperteil Bild Bild 2 Bild Körperteil(e) Unterschied gegenüber Menschenaffen / Was wird dadurch erreicht? Seite 4 von 5

15 4.3 Welche Aussagen würden vom Inhalt und vom Wortlaut her von Darwin unterstützt, welche von Lamarck, welche von keinem oder von beiden Forscher? Bitte Zutreffendes ankreuzen Aussage Die Lebewesen verändern sich im Lauf der Zeiten Lebewesen verändern sich auch in der heutigen Zeit Besonders in kleinen Individuengruppen kann z. B. ein Vulkanausbruch dazu führen, dass ein Teil der Gen-Varianten (Allele) endgültig aus der Gruppe verloren geht Alle Lebewesen sind letztlich mit einander verwandt Die Veränderungen der Lebewesen beruhen auf einem inneren Bedürfnis nach Anpassung und einem Drang nach Vervollkommnung Die Veränderungen führen zu einer besseren Angepasstheit an die herrschenden Umweltbedingungen Individuen, die der Umwelt zufällig besser angepasst sind, überleben häufiger und haben mehr Nachkommen als die anderen Die heutigen sehr komplexen Lebewesen evoluierten aus früheren, einfacheren Vorfahren Darwin Lamarck weder noch 4.5 Seite 5 von 5