Seite 1 von 8 Unterlagen für die Lehrkraft Abiturprüfung 2009 Biologie, Grundkurs 1. Aufgabenart Bearbeitung fachspezifischen Materials mit neuem Informationsgehalt 2. Aufgabenstellung Thema: Parasiten als Indikatoren der Primaten-Evolution I.1 Begründen Sie, warum der Vergleich von Aminosäure-Sequenzen und Basen-Sequenzen Erkenntnisse zur Abstammung liefert. Beschreiben Sie die darauf basierenden Ergebnisse für die Abstammung der Hominoiden (Material A) sowie für die Abstammung der Parasitengattungen Pediculus und Phthirus (Material C). (16 Punkte) I.2 Vergleichen Sie den Stammbaum der Läuse mit dem ihrer Wirte in Bezug auf den Zeitpunkt der Trennung der jeweiligen Linien und deuten Sie Ihre Ergebnisse (Material A, Material C). (18 Punkte) I.3 Vergleichen und erläutern Sie die Angepasstheiten der Kleiderlaus und der Kopflaus (Material B). Beurteilen Sie, inwieweit die Daten zur DNA-Sequenzanalyse der Kopfund Kleiderläuse sowie die beschriebenen Angepasstheiten die Hypothese stützen, dass der Ursprung von Homo sapiens in Afrika liegt, von wo aus er sich vor etwa 100.000 Jahren über die Welt verbreitet hat (Material B und D). (20 Punkte) 3. Materialgrundlage Material A, Abbildung 1 (verändert): Storch, V.; Welsch, U.; Wink, M. (2001). Evolutionsbiologie. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Abbildung 5 6, 367 Material B, Abbildung 2 (verändert): Reed, D. L.; Light, J. E.; Allen, J. M.; Kirchman, J. J. (2007). Pair of lice lost or parasites regained: the evolutionary history of anthropoid primate lice. BMC Biology, 4 Figure 2 Material D: Kittler, R.; Kayser, M.; Stoneking, M. (2003). Molecular Evolution of Pediculus humanus and the Origin of Clothing. Current Biology 13/16, Table 1, 1415 Ashford, R. W. (2000). Parasites as indicators of human biology and evolution. J. Med. Microbiol. 49, 771 772 Bauer, K.; Schreiber, A. (1995). Tricky relatives: Consecutive dichotomous speciation of gorilla, chimpanzee and hominids testified by immunological determinants. Naturwissenschaften 82/11, 517 52 Jahn, A. (2007). In fremden Betten. Wie der Mensch zur Filzlaus kam. Spektrum direkt, http://www.spektrum.de/artikel/867395&_z=798888
Seite 2 von 8 Kittler, R.; Kayser, M.; Stoneking, M. (2003). Molecular Evolution of Pediculus humanus and the Origin of Clothing. Current Biology 13/16, 1414 1417 Light, J. L.; Toups, M. A.; Reed, D. L. (2008). What s in a name: The taxonomic status of human head and body lice. Molecular Phylogenetics and Evolution 47/3, 1203 1216 Reed, D. L.; Light, J. E.; Allen, J. M.; Kirchman, J. J. (2007). Pair of lice lost or parasites regained: the evolutionary history of anthropoid primate lice. BMC Biology, 1 11 Sibley, C. G.; Comstock, J. A.; Ahlquist, J. E. (1990). DNA hybridization evidence of hominoid phylogeny: a reanalysis of the data. J. Mol. Evol. 30/3, 202 236 Richter, J.; Müller-Stöver, I.; Walter, S.; Mehlhorn, H.; Häussinger, D. (2005). Kopfläuse Umgang mit einer wieder auflebenden Parasitose. Dtsch. Arztebl. 102/36, A-2395/ B-2016/C-1909 Weems, H. V.; T. R. Fasulo; T. R. Human Lice (2007). Body Louse, Pediculus humanus humanus Linnaeus and Head Louse, Pediculus humanus capitis. University of Florida, 1 5, http://edis.ifas.ufl.edu/pdffiles/in/in26100.pdf 4. Bezüge zu den Vorgaben 2009 1. Inhaltliche Schwerpunkte Evolution der Vielfalt des Lebens in Struktur und Verhalten Art und Artbildung Evolutionshinweise und Evolutionstheorie Systematik und phylogenetischer Stammbaum (Grundlegende Zusammenhänge innerhalb des Wirbeltierstammbaumes, vertiefend: phylogenetische Stellung der Primaten) Vergleich und Beurteilung der Ergebnisse unterschiedlicher Analysemethoden; bei der Analyse bzw. Erstellung eines Stammbaumes sind Übereinstimmungen in der DNA-Sequenz und Aminosäure-Sequenz von Proteinen einzubeziehen. 2. Medien/Materialien entfällt 5. Zugelassene Hilfsmittel Wörterbuch zur deutschen Rechtschreibung
Seite 3 von 8 6. Vorgaben für die Bewertung der Schülerleistungen Teilleistungen Kriterien a) inhaltliche Leistung Teilaufgabe I.1 1 begründet, warum der Vergleich der Aminosäure-Sequenzen und Basen-Sequenzen Erkenntnisse zur Abstammung liefert, z. B.: Veränderungen der genetischen Information durch Mutation sind Grundlage für Evolutionsprozesse. Zwei Lebewesen sind umso näher miteinander verwandt, je größer die Übereinstimmungen in der Basensequenz ihrer DNA sind. Die genetische Information wird realisiert durch die Transkription der DNA und die Translation der mrna in eine Aminosäuresequenz. Zwei Lebewesen sind umso näher miteinander verwandt, je größer die Übereinstimmungen der Aminosäure-Sequenz der in der DNA codierten Proteine sind. Die Zahl der Mutationen ist abhängig von der Zeit ( molekulare Uhr ): je geringer ihre Zahl, desto weniger Zeit ist vergangen bis zur Existenz des letzten gemeinsamen Vorfahren. 2 beschreibt die Ergebnisse für die Abstammung der Hominoiden, z. B.: Menschen und Menschenaffen besitzen einen gemeinsamen Ursprung/Vorfahren. Der Orang-Utan ist ein entfernter Verwandter des Menschen, ihre Linien haben sich bereits vor etwa 14 Millionen Jahren getrennt. Die Linie der Gorillas hat sich vor etwa 7 Millionen Jahren von der des Menschen getrennt. Der Schimpanse ist der nächste lebende Verwandte des Menschen, die Trennung beider Linien ist vor etwa 6 Millionen Jahren erfolgt. 3 beschreibt die Ergebnisse für die Abstammung der Parasitengattungen Pediculus und Phthirus, z. B.: Pediculus und Phthirus gehen auf einen gemeinsamen Vorfahren zurück. Dieser Vorfahre hat bis vor ca. 13 Millionen Jahren gelebt. Die Entwicklung der Kopflaus des Menschen verläuft seit ca. 6 Millionen Jahren getrennt von der Entwicklung der Laus P. schaeffi, die im Fell des Schimpansen parasitiert. Der letzte gemeinsame Vorfahre der Läuse, die im Fell des Gorillas leben, und der Läuse, die als Filzläuse den Menschen besiedeln, hat vor etwa 3 4 Millionen Jahren gelebt. 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) 1 6 (II) 5 (I) 5 (I) 1 AFB = Anforderungsbereich
Seite 4 von 8 Teilaufgabe I.2 1 vergleicht den Stammbaum der Läuse mit dem ihrer Wirte in Bezug auf den Zeitpunkt der Trennung der jeweiligen Linien, z. B.: Der letzte gemeinsame Vorfahre der Wirte (Hominoidea) soll vor etwa 14 Mio. Jahren gelebt haben, der letzte gemeinsame Vorfahre ihrer Parasiten (Läuse) vor ca. 13 Mio. Jahren. Der letzte gemeinsame Vorfahre der Schimpansen und Menschen soll vor ca. 6 Mio. Jahren gelebt haben so wie der letzte gemeinsame Vorfahre der jeweiligen Parasiten P. humanus und P. schaeffi. Die Trennung der Linien Mensch Gorilla soll vor etwa 7 Mio. erfolgt sein, die Trennung von Ph. gorillae und Ph. pubis aber erst vor 3 4 Mio. Jahren. 2 deutet seine Ergebnisse, z. B.: Die Evolution von Wirten und Parasiten verläuft seit 13 Mio. Jahren parallel: Die Beziehung zwischen Läusen und Hominoiden ist ein koevolutiver Prozess. Die Trennung der Entwicklung von P. humanus und P. schaeffi erfolgt gleichzeitig mit der Trennung der Entwicklung zu Schimpanse und Mensch. Aber: Die Entwicklung der Filzlaus Ph. pubis weicht von dieser Parallelität ab, denn die Gorilla-Linie hat sich bereits vor 7 Mio. Jahren von der Entwicklung Schimpanse/Mensch getrennt, während die Trennung der Linien für Phthirus erst 2 4 Mio. Jahre zurückliegt. 3 deutet seine Ergebnisse, z. B.: Menschen könnten beide Parasiten vom letzten gemeinsamen Vorfahren übernommen haben, Phthirus ist dann beim Schimpansen und Pediculus beim Gorilla ausgestorben (was jedoch im Widerspruch zum DNA-Stammbaum steht) oder Für Phthirus ist erst vor 3 4 Mio. Jahren ein Wirtswechsel vom Gorilla zum Menschen erfolgt. 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) 6 (I) 8 (II) 4 (III)
Seite 5 von 8 Teilaufgabe I.3 1 vergleicht und erläutert die Angepasstheiten der Kleiderlaus und der Kopflaus, z. B.: Kleiderläuse besitzen als Angepasstheit an die gröberen Fasern der Stoffe kräftigere Klauen als Kopfläuse. Kleiderläuse saugen in Anpassung an die notwendige Überwindung der Distanz Kleidung Haut nur zweimal pro Tag und nicht 6- bis 12-mal wie Kopfläuse. Kleiderläuse legen doppelt so viele Eier wie Kopfläuse, da eine Störung der Entwicklung in der Kleidung wahrscheinlicher ist als auf der Kopfhaut. Kleiderläuse überleben doppelt so lange ohne Wirt wie Kopfläuse, d. h. ohne Nahrung, ohne Wärme, sodass auch ein Kleidungswechsel in der Regel überlebt wird. 2 beurteilt, inwieweit die Daten die Hypothese stützen, dass der Ursprung von Homo sapiens in Afrika liegt, z. B.: Die Läuse aus Afrika unterscheiden sich genetisch stärker voneinander als die Läuse, die aus anderen Regionen gesammelt wurden. Die großen Unterschiede in den DNA-Sequenzen in Afrika deuten auf einen gemeinsamen Vorfahren hin, dessen Existenz weiter zurückliegt als die Existenz des letzten gemeinsamen Vorfahren aus anderen Regionen. Durch die hohe Wirtsspezifität ist gewährleistet, dass die Ergebnisse für die Parasiten auf die Wirte übertragbar sind. Der DNA-Vergleich verschiedener Kopfläuse untereinander weist mehr Basenunterschiede auf als der DNA-Vergleich verschiedener Kleiderläuse untereinander. Die Kleiderläuse haben sich wesentlich später als Unterart der Kopfläuse entwickelt. 3 beurteilt, inwieweit die Daten die Hypothese stützen, dass der Ursprung von Homo sapiens in Afrika liegt, von wo aus er sich vor etwa 100.000 Jahren über die Welt verbreitet hat, z. B.: Die Herstellung von textiler Kleidung bringt erst mit der Besiedlung der kälteren Klimazonen einen deutlichen Überlebensvorteil. Pediculus humanus kann in textiler körpernah getragener Kleidung eine neue Nische besetzen. Die Spezialisierung der Kleiderlaus ist eine Angepasstheit an die neue Nische. 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium. (2) 8 (II) 6 (III) 6 (II) b) Darstellungsleistung führt seine Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. strukturiert seine Darstellung sachgerecht. verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. 6
Seite 6 von 8 7. Bewertungsbogen zur Prüfungsarbeit Name des Prüflings: Kursbezeichnung: Schule: Teilaufgabe I.1 1 begründet, warum der 6 (II) 2 beschreibt die Ergebnisse 5 (I) 3 beschreibt die Ergebnisse 5 (I) 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) Summe I.1 Teilaufgabe 16 EK 2 ZK DK Teilaufgabe I.2 1 vergleicht den Stammbaum 6 (I) 2 deutet seine Ergebnisse 8 (II) 3 deutet seine Ergebnisse 4 (III) 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) Summe I.2 Teilaufgabe 18 EK ZK DK 2 EK = Erstkorrektur; ZK = Zweitkorrektur; DK = Drittkorrektur
Seite 7 von 8 Teilaufgabe I.3 1 vergleicht und erläutert 8 (II) 2 beurteilt, inwieweit die 6 (III) 3 beurteilt, inwieweit die 6 (II) 4 erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium: (2) Summe I.3 Teilaufgabe 20 Summe der I.1, I.2 und I.3 Teilaufgabe 54 EK ZK DK Darstellungsleistung führt seine Gedanken strukturiert seine Darstellung verwendet eine differenzierte gestaltet seine Arbeit Summe Darstellungsleistung 6 6 EK ZK DK Summe insgesamt (inhaltliche und Darstellungsleistung) 60 Festlegung der Gesamtnote (Bitte nur bei der letzten bearbeiteten Aufgabe ausfüllen.) Übertrag der Punktsumme aus der ersten bearbeiteten Aufgabe 60 Übertrag der Punktsumme aus der zweiten bearbeiteten Aufgabe 60 der gesamten Prüfungsleistung 120 aus der Punktsumme resultierende Note Note ggf. unter Absenkung um ein bis zwei Notenpunkte gemäß 13 Abs. 2 APO-GOSt EK ZK DK Paraphe
Seite 8 von 8 ggf. arithmetisches Mittel der Punktsummen aus EK und ZK: ggf. arithmetisches Mittel der Notenurteile aus EK und ZK: Die Klausur wird abschließend mit der Note: ( Punkte) bewertet. Unterschrift, Datum: Grundsätze für die Bewertung (Notenfindung) Für die Zuordnung der Notenstufen zu den en ist folgende Tabelle zu verwenden: Note Punkte Erreichte sehr gut plus 15 120 114 sehr gut 14 113 108 sehr gut minus 13 107 102 gut plus 12 101 96 gut 11 95 90 gut minus 10 89 84 befriedigend plus 9 83 78 befriedigend 8 77 72 befriedigend minus 7 71 66 ausreichend plus 6 65 60 ausreichend 5 59 54 ausreichend minus 4 53 47 mangelhaft plus 3 46 39 mangelhaft 2 38 32 mangelhaft minus 1 31 24 ungenügend 0 23 0