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11/12/13

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 GK Q2.1 Biologie (HOR)
Die zu den Knochenfischen zählenden Buntbarsche
oder Cichliden (Cichlidae) bilden mit ca. 1700
beschriebenen Arten d
 GK Q2.1 Biologie (HOR)
Die zu den Knochenfischen zählenden Buntbarsche
oder Cichliden (Cichlidae) bilden mit ca. 1700
beschriebenen Arten d

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Klausur zum Thema Evolution -Aufgabenstellung -Erwartungshorizont

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GK Q2.1 Biologie (HOR) Die zu den Knochenfischen zählenden Buntbarsche oder Cichliden (Cichlidae) bilden mit ca. 1700 beschriebenen Arten die drittgrößte Fischfamilie weltweit. Sie kommen sowohl im Süß- als auch im Salzwasser vor. Besonders groß ist die Vielfalt der Buntbarsche in den drei geologisch jungen ostafrikanischen Seen Viktoria-, Tanganjika- und Malawisee (s. Karte). Dort wurde die Evolution der Cichliden-Arten in den letzten Jahrzehnten umfassend erforscht. 4 Name:_ 5 Klausur Nr. 1 Aufgabe 1 - Die Evolution der Buntbarsche in Ostafrika Demokratische Republik Kongo Sambia 1 Tierwelt Ruanda Burundi 28.10.2021 Uganda Viktoriasee Tanganjikasee Malawi Tansania Kenia Malawisee 1 Definieren Sie die Begriffe ,sympatrische Artbildung" und „allopatrische Artbildung". Wenden Sie die Definitionen auf das Beispiel der Buntbarsche im Viktoriasee an (Material 1). 2 Erläutern Sie anhand von Material 1, warum es bei der Besiedelung des Viktoriasees zu einer adaptiven Radiation gekommen ist. Diskutieren Sie mögliche Folgen des Einsetzens des Nilbarsches (Material 2) für die Fauna' des Viktoriasees. Mosambik 3 Neben dem biologischen Artbegriff, der Arten als Fortpflanzungsgemeinschaften definiert, existiert auch ein morphologischer Artbegriff. Dieser versteht Arten als Gesamtheit von Individuen, die in wesentlichen Körpermerkmalen übereinstimmen Diskutieren Sie unter Berücksichtigung von Material 3 b die beiden Artbegriffe anhand von H. nyereri und H. sauvagei. Ostafrikanische Seen mit besonders großer Vielfalt an Buntbarschen Indischer Ozean Erläutern Sie unter dem Aspekt der synthetischen Evolutionstheorie die Entstehung der Eiflecken der Männchen bei der Gattung Haplochromis (Material 3a). Nennen Sie evolutionäre Vorteile der Fortpflanzungsstrategie „Maulbrüter“ im Vergleich zu Freilaichern (Material 3 a). (14...

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Pkt.) (12 Pkt.) (8 Pkt.) (14 Pkt.) Ermitteln Sie die zur ostafrikanischen Buntbarsch-Gattung Haplochromis verwandtschaftlich nächste Buntbarsch-Gattung und deren Verbreitungsgebiet (Material 4). Interpretieren Sie die gezeigte geografische Verbreitung der Buntbarsche und die Verwandtschaftsbeziehungen. Leiten Sie ab, ob die Buntbarsche ursprünglich aus dem Süßwasser oder Salzwasser stammen. (12 Pkt.) Material 1: Buntbarsche des Viktoriasees Die Vielfalt der Buntbarsche des Viktoriasees hat bei Evolutionsbiologen großes Interesse hervorgerufen. Der Viktoriasee ist zuletzt vor 14.700 Jahren vollständig ausgetrocknet. Genetische Untersuchungen haben ergeben, dass mit großer Wahrscheinlichkeit alle Buntbarscharten in diesem See von einer aus Flüssen eingewanderten Ursprungsart abstammen. Man geht davon aus, dass aktuell etwa 400 bis 500 Cichliden- arten im Viktoriasee vorkommen. Sie besiedeln dort verschiedene Tiefenzonen und Habitate. Aufgrund ihrer oft sehr bunten Färbungen werden viele Arten gerne auch als Aquarienfische gehalten. Name: Ausschließlich im Viktoriasee vorkommende Buntbarscharten der Gattung Haplochromis werden aufgrund ihrer Ernährungsweise in verschiedene Gruppen unterteilt (in Klammern ist jeweils die Anzahl beschriebener Arten angegeben): Fischfresser (130 Arten), Algenfresser (45), Insektenfresser (29), Fischbrutfresser (24), Schneckenfresser (31), Planktonfresser (21), Krustentierfresser (13), Schlammsieber (13), Parasitenfresser (2) und Schuppenfresser (1). Material 2: ,,Darwins Alptraum" Da die meisten Buntbarscharten im Viktoriasee höchstens 20 cm groß werden und es deshalb sehr mühsam ist, sie zu befischen, wurde 1950 der größere Nilbarsch ates niloticus in den Viktoriasee eingesetzt. Die vermehrte sich dort explosionsartig. Die darauffolgende ökologische und wirtschaftliche Katastrophe wurde auch als „Darwins Alptraum" bezeichnet. Der Nilbarsch stammt ursprünglich aus den Flüssen Nil und Niger. Er wird durchschnittlich einen Meter lang, kann aber auch beinahe doppelt so lang werden und wiegt dann bis zu 200 kg. Mit drei Jahren und einer Körperlänge von ca. 75 cm wird er geschlechtsreif. Die Jungfische ernähren sich zunächst von Plankton, später von Insektenlarven und Krustentieren. Ausgewachsene Nilbarsche sind reine Fischjäger und besiedeln in bis zu 60 m Wassertiefe alle Lebensräume in einem See. 2 Größenvergleich: Nilbarsch (unten) und Buntbarsche der Gattung Haplochromis Material 3: Fortpflanzung bei Buntbarschen der Gattung Haplochromis Männchen der Art Haplochromis nyererei (links) und der Art Haplochromis sauvagei (rechts), mit unterschiedlich stark ausgeprägten Eiflecken a) Alle Haplochromis-Arten sind Maulbrüter. Mit flatternden Körperbewegungen, bei denen besonders die mit sogenannten Eiflecken versehene Afterflosse präsentiert wird, wirbt das Männchen um das Weibchen. Während und unmittelbar nach dem Ablaichen nimmt das Weibchen die noch unbefruchteten Eier ins Maul. Das Männchen gibt die Spermienzellen erst dann ab, wenn das Weibchen nach den Eiflecken schnappt. Die Jungen schlüpfen, je nach Wassertemperatur, nach 15 bis 25 Tagen. Sie werden oft noch mehrere Tage bewacht und nachts sowie bei Gefahr vom Weibchen wieder ins Maul aufgenommen. Zeit Pholidichthys Material 4: Verbreitung und Verwandtschaft verschiedener Barschgattungen Etroplus Name: Thorichthys Haplochromis b) Buntbarschweibchen achten sehr genau auf die Färbung der Männchen und wählen nur den ihnen passend erscheinenden Partner. 3 In letzter Zeit kommt es jedoch aufgrund von zunehmenden Wasserverschmutzungen des Viktoriasees vermehrt zu Hybridisierungen der eng verwandten Arten Haplochromis nyereri und H. sauvageí, da die Weibchen nicht mehr zwischen den Männchen unterscheiden können. Der daraus resultierende Nachwuchs ist fertil (fruchtbar). Links ein Auszug aus dem Stammbaum der Barsche (Gattungen), rechts ihr jeweiliges Vorkommen Aufgabe 2-Bevorzugung von Männchen mit Prachtmerkmalen Zeigen Prachtmerkmale wie zum Beispiel ein intensiv gefärbter Schnabel wirklich etwas ,Gutes" an? Oder sind die Träger von Prachtmerkmalen Betrüger, die Attraktivität signalisieren, bei denen aber nichts dahintersteckt? Diese beiden widersprüchlichen Ansichten lassen sich experimentell testen. Für mehrere solcher Experimente wurden Merkmale genutzt, die auf Carotinoid-Farbstoffen beruhen. In den Abbildungen 1 und 2 sind Experimente an Zebrafinken und Amseln dargestellt. Unter dem Begriff Carotinoide werden verschiedene gelbe bis rote Farbstoffe zusammengefasst. Tiere und der Mensch können Carotinoide nicht selbst herstellen; Sie müssen sie mit der Nahrung aufnehmen. Karotten weisen zum Beispiel einen hohen Carotinoidgehalt auf. Carotinoide stimulieren das Immunsystem und wirken als Antioxidantien, das heißt sie verhindern unerwünschte Oxidationsreaktionen durch reaktive Sauerstoffverbindungen, indem sie diese Verbindung chemisch abfangen. Es wird vermutet, dass eine carotinoidreiche Ernährung beim Menschen das Risiko für verschiedene chronische Erkrankungen mindert. Bei Vögeln spielen Carotinoide häufig eine Rolle bei der Ausbildung von Prachtmerkmalen am Schnabel und im Gefieder. Experiment an Amseln Durchführung: 13 Amseln wurden rote Blutzellen von Schafen als Fremd- stoffe injiziert, die eine Immunreaktion hervorrufen. Einer Kontrollgruppe von 15 Amseln wurde nur eine Puffer- lösung injiziert. Alle Amseln erhielten dasselbe Futter. Der Unterschied in der Schnabelfarbe wurde vor der Behandlung und nach sieben Tagen gemessen. Negative Messwerte zeigen dabei eine Verblassung an. Ergebnisse: intensiver Veränderung der Schnabelfarbe Mittelwert von 15 Individuen nach der Kontrollgruppe Mittelwert von 13 Individuen nach Fremdblutinjektion blasser 1 Es wurde 13 Amseln Fremdblut injiziert, der Kontroll- gruppe lediglich eine Pufferlösung. Experimente an Zebrafinken Durchführung: Männliche Zebrafinken erhielten & Wochen Carotinoid- Zusätze ins Trinkwasser; eine Kontrollgruppe erhielt Wasser ohne Carotinoide. Das Verhalten der Weibchen gegenüber den Männchen wurde protokolliert. Die Carotinoid-Konzentration im Blut der Männchen und die Intensität der Schnabelfärbung wurden gemessen. In einem Folgeexperiment wurde die Stärke der Immunant- wort gegen ein Fremdserum getestet. Ergebnisse: Die Männchen mit Carotinoidgaben hatten nach vier Wochen deutlich intensiver gefärbte Schnäbel als die Kontrollgruppe. Die Weibchen verbrachten nur etwa 40% der Zeit mit Männchen der Kontrollgruppe. Blut-Carotinoidgehalt (µg/ml) Stärke der Immunantwort 1.5 80 Name: 60 40 20 Kontroll- gruppe mit Carotinoid gaben im Trinkwasser 1.0 0.5 0.0 Kontroll- gruppe mit Carobitold gaben im Irinkwasser 0 2 Männliche Zebrafinken erhielten Carotinoide über ihr Trinkwasser, die Kontrollgruppe erhielt keine Zusätze. 1. Beschreiben Sie die Ergebnisse des Experiments in Abbildung 1. (8 Pkt.) 2. Entwickeln Sie zwei gegenläufige Hypothesen, die mit dem Amsel-Experiment untersucht werden. Erläutern Sie, ob die Bevorzugung von Amselmännchen mit intensiv gefärbten Schnäbeln durch die Amselweibchen für deren Nachkommen einen Vorteil darstellt. (10 Pkt.) 3. Beschreiben Sie die Ergebnisse der Experimente in Abbildung 2. (10 Pkt.) 4. Werten Sie die Zebrafink-Experimente hinsichtlich der Leitfrage „Warum bevorzugen Weibchen Männchen mit Prachtmerkmalen?" aus. (12 Pkt.) Bio Q2.1 GK Aufgabe 1 Der Schüler/ Die Schülerin... 1.1... definiert symaptrische und allopatrische Artbildung: 1.2... erläutert adaptive Radiation: - 1. Klausur - Name: allopatrisch: Separation der Ursprungspopulation, ausgelöst durch Änderung der Umwelt- keine Verpaarung zwischen Mitgliedern der Teilpopulationen mehr möglich, Unterbrechung Genfluss Auseinanderentwicklung bis zur Reproduktionsbarriere; wendet die Definition auf Beispiel an: Besiedelung durch eine Art vor ca. 14.700 J., heute ca. 500 Arten (schneller Artbildungsprozess); Artaufspaltung über sympatrische) Prozesse: sexuelle Selektion (Ernährungweisen, Färbungen), aber auch über allopatrische Prozesse: räumliche Trennung (Tiefenzonen, Habitate). sympatrisch: in gemeinsamem Lebensraum, reproduktive Isolation (z.B. sexuelle Selektion) unterbindet Genfluss, in der Realität eher die Ausnahme 1.3... diskutiert die beiden Artbegriffe: Erwartungshorizont Adaptive Radiation: neuer Lebensraum See, der zuvor ausgetrocknet war, neue Nahrungsquellen, viele ökologische Nischen, die noch von keinen anderen Arten genutzt werden aus einer Stammart entstehen durch vielfältige Abwandlung des Körperbaus (Mund und Kieferapparat) in kurzer Zeit viele neue Buntbarscharten (Haplochromis: 309 Arten mit vielfältigen Ernährungsweisen). diskutiert Folgen des Einsetzens des Nilbarsches: Nilbarsch als neuer Räuber in verschiedenen Entwicklungsphasen und allen Lebensräumen bis 60 m Tiefe; Nahrungskonkurrent zu verschiedenen Haplochromis-Arten; Überlegenheit/Dominanz durch Diversität Körpergröße; alle Buntbarsche selbst potenzielle Beute P2X nimmt ab, Buntbarschpopulationen brechen zusammen; Aussterben von Buntbarscharten. -> Nach morphol. Artbegriff H. nyereri und H. sauvagei 2 Arten (morphol Unterscheidung, z. B. durch Färbung, Zahl/Größe der Eiflecken); nach biol. Artbegriff sind es keine 2 Arten, da miteinander kreuzbar; (nach morphol. Artbegriff findet Entwicklung von einer Art aus 2 Arten statt (Auslöser Mensch Wasserverschmutzung); Evolution geht aber nicht rückwärts: Genpool wird größer, mehr Variabilität möglich.) 1.4... erläutert Entstehung der Eiflecken: -> Zufällige erbliche Mutation (Eiflecken) Rekombination (Austausch von Allelen →neue Merkmalskombinationen) → Selektionsvorteil (mehr Eier befruchtet)→→ höhere Fitness (mehr Nachkommen überleben, auch dank Brutpflege, und diese können sich wiederum fortpflanzen) →→ Vererbung (→Gendrift: Gründerpopulationen an weiter entfernten Standorten, zufällige Veränderung der Allelfrequenz). ...nennt evolutionäre Vorteile: Befruchtung durch das auserwählte Männchen garantiert, nicht zufälliges Aufeinandertreffen der Ei- und Spermienzellen (evtl. anderer Männchen) im Freiwasser; Nachkommen im Maul vor Fressfeinden geschützt. 1.5 ... ermittelt nächste Buntbarsch-Gattung und Verbreitungsgebiet: Gattung Thorichtys, Verbreitungsgebiet Südamerika interpretiert geografische Verbreitung und Verwandtschaft: 1 AFB/ Pkt. 1/11 || ||| /14 / 12 18 /14 Bio Q2.1 GK ..leitet Abstammung ab: Erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2). Summe 1 Aufgabe 2 Der Schüler/ Die Schülerin... 1. Klausur Ostafrikanische Buntbarsche sind näher mit den südamerikanischen Buntbarschen verwandt als mit denen auf Madagaskar oder im Indischen Ozean entweder mehrfach aus dem Meer in verschiedene Flüsse eingewandert (→ sich konvergent zu Süßwasserarten entwickelt) und schon sehr früh von Meeresbarschen abgespalten oder Buntbarsche sind aus Flussmündungen über das Meer in andere Flüsse (✓) eingewandert. 2.1... beschreibt die Ergebnisse des Experimentes in Abb. 1: Diagramm stellt Veränderung der Schnabelfarbe dar. - Stammen aus dem Salzwasser, da letzter gemeinsamer Vorfahre im Meer gelebt hat: Abzweigung im Stammbaum, die am längsten (✓) zurückliegt. ... Fremdblutinjektion. 2.2... entwickelt zwei gegenläufige Hypothesen und erläutert möglichen Vorteil für Nachkommen: Hypothese: Eine Immunreaktion (z.B. durch Fremdblutinjektion) führt zur Verblassung des Prachtmerkmals „Schnabelfärbung". Gegenhypothese: Eine Immunreaktion (z.B. durch Fremdblutinjektion) hat keinen Einfluss auf das Prachtmerkmal „Schnabelfärbung“. Die Verblassung der Schnabelfarbe kann auf die Immunreaktion zurückgeführt werden. Möglicherweise werden bei Belastung des Immunsystems die für die Immunantwort förderlichen Carotinoide aus dem Schnabel abgezogen. Damit gibt die Intensität der Schnabelfarbe direkt Auskunft über den Gesundheitszustand eines Männchens. Sollten Weibchen Männchen mit intensiver gefärbten Schnäbeln bevorzugen, würden sie damit automatisch auch die Männchen auswählen, die ein weniger belastetes Immunsystem haben. 2.3...beschreibt die Ergebnisse der Experimente in Abbildung 2: Darstellung des Blut-Carotinoidgehaltes und der Stärke der - Erwartungshorizont 15 Amseln in Kontrollgruppe, 13 in Testgruppe mit Fremdblutinjektion Die Amselindividuen, die mit Fremdblut belastet waren, zeigten eine blassere Schnabelfarbe als die Amselindividuen ohne 2.4 wertet die Experimente hinsichtlich der Leitfrage aus: Immunantwort bei einer Kontroll- und einer Testgruppe. Die Carotinoidgaben führen zu intensiver rot gefärbten Schnäbeln bei Männchen. Mit diesen Männchen verbringen die Weibchen mehr Zeit als mit den Männchen der Kontrollgruppe, die weniger intensiv gefärbte Schnäbel aufweisen. Die Carotinoidgaben führen zu etwa doppelt so hohen Carotinoidkonzentrationen im Blut und bei Injektion von Fremdserum auch zu einer fast doppelt so starken Immunantwort. Ein guter Ernährungszustand eines Männchens wirkt sich positiv auf die Ausbildung eines prächtigen Schnabels aus, ebenso auf die 2 II / 12 AFB/ Pkt. 1/11 / 60 18 / 10 / 10 Bio Q2.1 GK 1. Klausur Carotinoidkonzentration im Blut und somit auf die Stärke der Erwartungshorizont Immunantwort. Weibchen bevorzugen Männchen mit prächtigeren Schnäbeln. Damit wählen sie indirekt auch immer die Männchen mit besserem Ernährungs- und Immunzustand. Zusammen sind dies gute Argumente für die Aussage, dass Weibchen prächtige Männchen bevorzugen, weil diese eine bessere Gesamtverfassung haben. Damit geht möglicherweise auch einher, dass diese Männchen eine bessere genetische Ausstattung haben. Erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2). Summe 2 3 / 12 / 40 Bio Q2.1 GK Darstellungsleistung Führt den Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. Strukturiert die Darstellung sachgerecht. Verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. (~) Veranschaulicht die Ausführungen durch geeignete Skizzen, Schemata etc. Gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. Summe Darstellungsleistung Summe inhaltliche Leistung Summe Gesamt Die Klausur wird abschließend mit der Note Gesamtnote: Notenpunkte) ggf. Absenkung der Note um ein bis zwei Notenpunkte gemäß § 13 Abs. 2 APO-GOST (grobe Verstöße gegen die deutsche Sprache) Note Grundsätze für die Bewertung (Notenfindung) Für die Zuordnung der Notenstufen zu den Punktzahlen ist die folgende Tabelle zu verwenden: sehr gut plus sehr gut sehr gut minus gut plus gut gut minus befriedigend plus befriedigend befriedigend minus ausreichend plus ausreichend ausreichend minus mangelhaft plus mangelhaft mangelhaft minus ungenügend Punkte 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 1. Klausur 3 2 1 0 (Notenpunkte) bewertet. Erreichte Punktzahl 120-114 113-108 107-102 101-96 95-90 89-84 83-78 77-72 71-66 65-60 59-54 53-47 46-39 Erwartungshorizont 38-31 31-24 Pkt. 23-0 / 20 / 100 /120 Datum, Unterschrift

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So ein schöner Lernzettel 😍😍 super nützlich und hilfreich!

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GK Q2.1 Biologie (HOR) Die zu den Knochenfischen zählenden Buntbarsche oder Cichliden (Cichlidae) bilden mit ca. 1700 beschriebenen Arten die drittgrößte Fischfamilie weltweit. Sie kommen sowohl im Süß- als auch im Salzwasser vor. Besonders groß ist die Vielfalt der Buntbarsche in den drei geologisch jungen ostafrikanischen Seen Viktoria-, Tanganjika- und Malawisee (s. Karte). Dort wurde die Evolution der Cichliden-Arten in den letzten Jahrzehnten umfassend erforscht. 4 Name:_ 5 Klausur Nr. 1 Aufgabe 1 - Die Evolution der Buntbarsche in Ostafrika Demokratische Republik Kongo Sambia 1 Tierwelt Ruanda Burundi 28.10.2021 Uganda Viktoriasee Tanganjikasee Malawi Tansania Kenia Malawisee 1 Definieren Sie die Begriffe ,sympatrische Artbildung" und „allopatrische Artbildung". Wenden Sie die Definitionen auf das Beispiel der Buntbarsche im Viktoriasee an (Material 1). 2 Erläutern Sie anhand von Material 1, warum es bei der Besiedelung des Viktoriasees zu einer adaptiven Radiation gekommen ist. Diskutieren Sie mögliche Folgen des Einsetzens des Nilbarsches (Material 2) für die Fauna' des Viktoriasees. Mosambik 3 Neben dem biologischen Artbegriff, der Arten als Fortpflanzungsgemeinschaften definiert, existiert auch ein morphologischer Artbegriff. Dieser versteht Arten als Gesamtheit von Individuen, die in wesentlichen Körpermerkmalen übereinstimmen Diskutieren Sie unter Berücksichtigung von Material 3 b die beiden Artbegriffe anhand von H. nyereri und H. sauvagei. Ostafrikanische Seen mit besonders großer Vielfalt an Buntbarschen Indischer Ozean Erläutern Sie unter dem Aspekt der synthetischen Evolutionstheorie die Entstehung der Eiflecken der Männchen bei der Gattung Haplochromis (Material 3a). Nennen Sie evolutionäre Vorteile der Fortpflanzungsstrategie „Maulbrüter“ im Vergleich zu Freilaichern (Material 3 a). (14...

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Pkt.) (12 Pkt.) (8 Pkt.) (14 Pkt.) Ermitteln Sie die zur ostafrikanischen Buntbarsch-Gattung Haplochromis verwandtschaftlich nächste Buntbarsch-Gattung und deren Verbreitungsgebiet (Material 4). Interpretieren Sie die gezeigte geografische Verbreitung der Buntbarsche und die Verwandtschaftsbeziehungen. Leiten Sie ab, ob die Buntbarsche ursprünglich aus dem Süßwasser oder Salzwasser stammen. (12 Pkt.) Material 1: Buntbarsche des Viktoriasees Die Vielfalt der Buntbarsche des Viktoriasees hat bei Evolutionsbiologen großes Interesse hervorgerufen. Der Viktoriasee ist zuletzt vor 14.700 Jahren vollständig ausgetrocknet. Genetische Untersuchungen haben ergeben, dass mit großer Wahrscheinlichkeit alle Buntbarscharten in diesem See von einer aus Flüssen eingewanderten Ursprungsart abstammen. Man geht davon aus, dass aktuell etwa 400 bis 500 Cichliden- arten im Viktoriasee vorkommen. Sie besiedeln dort verschiedene Tiefenzonen und Habitate. Aufgrund ihrer oft sehr bunten Färbungen werden viele Arten gerne auch als Aquarienfische gehalten. Name: Ausschließlich im Viktoriasee vorkommende Buntbarscharten der Gattung Haplochromis werden aufgrund ihrer Ernährungsweise in verschiedene Gruppen unterteilt (in Klammern ist jeweils die Anzahl beschriebener Arten angegeben): Fischfresser (130 Arten), Algenfresser (45), Insektenfresser (29), Fischbrutfresser (24), Schneckenfresser (31), Planktonfresser (21), Krustentierfresser (13), Schlammsieber (13), Parasitenfresser (2) und Schuppenfresser (1). Material 2: ,,Darwins Alptraum" Da die meisten Buntbarscharten im Viktoriasee höchstens 20 cm groß werden und es deshalb sehr mühsam ist, sie zu befischen, wurde 1950 der größere Nilbarsch ates niloticus in den Viktoriasee eingesetzt. Die vermehrte sich dort explosionsartig. Die darauffolgende ökologische und wirtschaftliche Katastrophe wurde auch als „Darwins Alptraum" bezeichnet. Der Nilbarsch stammt ursprünglich aus den Flüssen Nil und Niger. Er wird durchschnittlich einen Meter lang, kann aber auch beinahe doppelt so lang werden und wiegt dann bis zu 200 kg. Mit drei Jahren und einer Körperlänge von ca. 75 cm wird er geschlechtsreif. Die Jungfische ernähren sich zunächst von Plankton, später von Insektenlarven und Krustentieren. Ausgewachsene Nilbarsche sind reine Fischjäger und besiedeln in bis zu 60 m Wassertiefe alle Lebensräume in einem See. 2 Größenvergleich: Nilbarsch (unten) und Buntbarsche der Gattung Haplochromis Material 3: Fortpflanzung bei Buntbarschen der Gattung Haplochromis Männchen der Art Haplochromis nyererei (links) und der Art Haplochromis sauvagei (rechts), mit unterschiedlich stark ausgeprägten Eiflecken a) Alle Haplochromis-Arten sind Maulbrüter. Mit flatternden Körperbewegungen, bei denen besonders die mit sogenannten Eiflecken versehene Afterflosse präsentiert wird, wirbt das Männchen um das Weibchen. Während und unmittelbar nach dem Ablaichen nimmt das Weibchen die noch unbefruchteten Eier ins Maul. Das Männchen gibt die Spermienzellen erst dann ab, wenn das Weibchen nach den Eiflecken schnappt. Die Jungen schlüpfen, je nach Wassertemperatur, nach 15 bis 25 Tagen. Sie werden oft noch mehrere Tage bewacht und nachts sowie bei Gefahr vom Weibchen wieder ins Maul aufgenommen. Zeit Pholidichthys Material 4: Verbreitung und Verwandtschaft verschiedener Barschgattungen Etroplus Name: Thorichthys Haplochromis b) Buntbarschweibchen achten sehr genau auf die Färbung der Männchen und wählen nur den ihnen passend erscheinenden Partner. 3 In letzter Zeit kommt es jedoch aufgrund von zunehmenden Wasserverschmutzungen des Viktoriasees vermehrt zu Hybridisierungen der eng verwandten Arten Haplochromis nyereri und H. sauvageí, da die Weibchen nicht mehr zwischen den Männchen unterscheiden können. Der daraus resultierende Nachwuchs ist fertil (fruchtbar). Links ein Auszug aus dem Stammbaum der Barsche (Gattungen), rechts ihr jeweiliges Vorkommen Aufgabe 2-Bevorzugung von Männchen mit Prachtmerkmalen Zeigen Prachtmerkmale wie zum Beispiel ein intensiv gefärbter Schnabel wirklich etwas ,Gutes" an? Oder sind die Träger von Prachtmerkmalen Betrüger, die Attraktivität signalisieren, bei denen aber nichts dahintersteckt? Diese beiden widersprüchlichen Ansichten lassen sich experimentell testen. Für mehrere solcher Experimente wurden Merkmale genutzt, die auf Carotinoid-Farbstoffen beruhen. In den Abbildungen 1 und 2 sind Experimente an Zebrafinken und Amseln dargestellt. Unter dem Begriff Carotinoide werden verschiedene gelbe bis rote Farbstoffe zusammengefasst. Tiere und der Mensch können Carotinoide nicht selbst herstellen; Sie müssen sie mit der Nahrung aufnehmen. Karotten weisen zum Beispiel einen hohen Carotinoidgehalt auf. Carotinoide stimulieren das Immunsystem und wirken als Antioxidantien, das heißt sie verhindern unerwünschte Oxidationsreaktionen durch reaktive Sauerstoffverbindungen, indem sie diese Verbindung chemisch abfangen. Es wird vermutet, dass eine carotinoidreiche Ernährung beim Menschen das Risiko für verschiedene chronische Erkrankungen mindert. Bei Vögeln spielen Carotinoide häufig eine Rolle bei der Ausbildung von Prachtmerkmalen am Schnabel und im Gefieder. Experiment an Amseln Durchführung: 13 Amseln wurden rote Blutzellen von Schafen als Fremd- stoffe injiziert, die eine Immunreaktion hervorrufen. Einer Kontrollgruppe von 15 Amseln wurde nur eine Puffer- lösung injiziert. Alle Amseln erhielten dasselbe Futter. Der Unterschied in der Schnabelfarbe wurde vor der Behandlung und nach sieben Tagen gemessen. Negative Messwerte zeigen dabei eine Verblassung an. Ergebnisse: intensiver Veränderung der Schnabelfarbe Mittelwert von 15 Individuen nach der Kontrollgruppe Mittelwert von 13 Individuen nach Fremdblutinjektion blasser 1 Es wurde 13 Amseln Fremdblut injiziert, der Kontroll- gruppe lediglich eine Pufferlösung. Experimente an Zebrafinken Durchführung: Männliche Zebrafinken erhielten & Wochen Carotinoid- Zusätze ins Trinkwasser; eine Kontrollgruppe erhielt Wasser ohne Carotinoide. Das Verhalten der Weibchen gegenüber den Männchen wurde protokolliert. Die Carotinoid-Konzentration im Blut der Männchen und die Intensität der Schnabelfärbung wurden gemessen. In einem Folgeexperiment wurde die Stärke der Immunant- wort gegen ein Fremdserum getestet. Ergebnisse: Die Männchen mit Carotinoidgaben hatten nach vier Wochen deutlich intensiver gefärbte Schnäbel als die Kontrollgruppe. Die Weibchen verbrachten nur etwa 40% der Zeit mit Männchen der Kontrollgruppe. Blut-Carotinoidgehalt (µg/ml) Stärke der Immunantwort 1.5 80 Name: 60 40 20 Kontroll- gruppe mit Carotinoid gaben im Trinkwasser 1.0 0.5 0.0 Kontroll- gruppe mit Carobitold gaben im Irinkwasser 0 2 Männliche Zebrafinken erhielten Carotinoide über ihr Trinkwasser, die Kontrollgruppe erhielt keine Zusätze. 1. Beschreiben Sie die Ergebnisse des Experiments in Abbildung 1. (8 Pkt.) 2. Entwickeln Sie zwei gegenläufige Hypothesen, die mit dem Amsel-Experiment untersucht werden. Erläutern Sie, ob die Bevorzugung von Amselmännchen mit intensiv gefärbten Schnäbeln durch die Amselweibchen für deren Nachkommen einen Vorteil darstellt. (10 Pkt.) 3. Beschreiben Sie die Ergebnisse der Experimente in Abbildung 2. (10 Pkt.) 4. Werten Sie die Zebrafink-Experimente hinsichtlich der Leitfrage „Warum bevorzugen Weibchen Männchen mit Prachtmerkmalen?" aus. (12 Pkt.) Bio Q2.1 GK Aufgabe 1 Der Schüler/ Die Schülerin... 1.1... definiert symaptrische und allopatrische Artbildung: 1.2... erläutert adaptive Radiation: - 1. Klausur - Name: allopatrisch: Separation der Ursprungspopulation, ausgelöst durch Änderung der Umwelt- keine Verpaarung zwischen Mitgliedern der Teilpopulationen mehr möglich, Unterbrechung Genfluss Auseinanderentwicklung bis zur Reproduktionsbarriere; wendet die Definition auf Beispiel an: Besiedelung durch eine Art vor ca. 14.700 J., heute ca. 500 Arten (schneller Artbildungsprozess); Artaufspaltung über sympatrische) Prozesse: sexuelle Selektion (Ernährungweisen, Färbungen), aber auch über allopatrische Prozesse: räumliche Trennung (Tiefenzonen, Habitate). sympatrisch: in gemeinsamem Lebensraum, reproduktive Isolation (z.B. sexuelle Selektion) unterbindet Genfluss, in der Realität eher die Ausnahme 1.3... diskutiert die beiden Artbegriffe: Erwartungshorizont Adaptive Radiation: neuer Lebensraum See, der zuvor ausgetrocknet war, neue Nahrungsquellen, viele ökologische Nischen, die noch von keinen anderen Arten genutzt werden aus einer Stammart entstehen durch vielfältige Abwandlung des Körperbaus (Mund und Kieferapparat) in kurzer Zeit viele neue Buntbarscharten (Haplochromis: 309 Arten mit vielfältigen Ernährungsweisen). diskutiert Folgen des Einsetzens des Nilbarsches: Nilbarsch als neuer Räuber in verschiedenen Entwicklungsphasen und allen Lebensräumen bis 60 m Tiefe; Nahrungskonkurrent zu verschiedenen Haplochromis-Arten; Überlegenheit/Dominanz durch Diversität Körpergröße; alle Buntbarsche selbst potenzielle Beute P2X nimmt ab, Buntbarschpopulationen brechen zusammen; Aussterben von Buntbarscharten. -> Nach morphol. Artbegriff H. nyereri und H. sauvagei 2 Arten (morphol Unterscheidung, z. B. durch Färbung, Zahl/Größe der Eiflecken); nach biol. Artbegriff sind es keine 2 Arten, da miteinander kreuzbar; (nach morphol. Artbegriff findet Entwicklung von einer Art aus 2 Arten statt (Auslöser Mensch Wasserverschmutzung); Evolution geht aber nicht rückwärts: Genpool wird größer, mehr Variabilität möglich.) 1.4... erläutert Entstehung der Eiflecken: -> Zufällige erbliche Mutation (Eiflecken) Rekombination (Austausch von Allelen →neue Merkmalskombinationen) → Selektionsvorteil (mehr Eier befruchtet)→→ höhere Fitness (mehr Nachkommen überleben, auch dank Brutpflege, und diese können sich wiederum fortpflanzen) →→ Vererbung (→Gendrift: Gründerpopulationen an weiter entfernten Standorten, zufällige Veränderung der Allelfrequenz). ...nennt evolutionäre Vorteile: Befruchtung durch das auserwählte Männchen garantiert, nicht zufälliges Aufeinandertreffen der Ei- und Spermienzellen (evtl. anderer Männchen) im Freiwasser; Nachkommen im Maul vor Fressfeinden geschützt. 1.5 ... ermittelt nächste Buntbarsch-Gattung und Verbreitungsgebiet: Gattung Thorichtys, Verbreitungsgebiet Südamerika interpretiert geografische Verbreitung und Verwandtschaft: 1 AFB/ Pkt. 1/11 || ||| /14 / 12 18 /14 Bio Q2.1 GK ..leitet Abstammung ab: Erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2). Summe 1 Aufgabe 2 Der Schüler/ Die Schülerin... 1. Klausur Ostafrikanische Buntbarsche sind näher mit den südamerikanischen Buntbarschen verwandt als mit denen auf Madagaskar oder im Indischen Ozean entweder mehrfach aus dem Meer in verschiedene Flüsse eingewandert (→ sich konvergent zu Süßwasserarten entwickelt) und schon sehr früh von Meeresbarschen abgespalten oder Buntbarsche sind aus Flussmündungen über das Meer in andere Flüsse (✓) eingewandert. 2.1... beschreibt die Ergebnisse des Experimentes in Abb. 1: Diagramm stellt Veränderung der Schnabelfarbe dar. - Stammen aus dem Salzwasser, da letzter gemeinsamer Vorfahre im Meer gelebt hat: Abzweigung im Stammbaum, die am längsten (✓) zurückliegt. ... Fremdblutinjektion. 2.2... entwickelt zwei gegenläufige Hypothesen und erläutert möglichen Vorteil für Nachkommen: Hypothese: Eine Immunreaktion (z.B. durch Fremdblutinjektion) führt zur Verblassung des Prachtmerkmals „Schnabelfärbung". Gegenhypothese: Eine Immunreaktion (z.B. durch Fremdblutinjektion) hat keinen Einfluss auf das Prachtmerkmal „Schnabelfärbung“. Die Verblassung der Schnabelfarbe kann auf die Immunreaktion zurückgeführt werden. Möglicherweise werden bei Belastung des Immunsystems die für die Immunantwort förderlichen Carotinoide aus dem Schnabel abgezogen. Damit gibt die Intensität der Schnabelfarbe direkt Auskunft über den Gesundheitszustand eines Männchens. Sollten Weibchen Männchen mit intensiver gefärbten Schnäbeln bevorzugen, würden sie damit automatisch auch die Männchen auswählen, die ein weniger belastetes Immunsystem haben. 2.3...beschreibt die Ergebnisse der Experimente in Abbildung 2: Darstellung des Blut-Carotinoidgehaltes und der Stärke der - Erwartungshorizont 15 Amseln in Kontrollgruppe, 13 in Testgruppe mit Fremdblutinjektion Die Amselindividuen, die mit Fremdblut belastet waren, zeigten eine blassere Schnabelfarbe als die Amselindividuen ohne 2.4 wertet die Experimente hinsichtlich der Leitfrage aus: Immunantwort bei einer Kontroll- und einer Testgruppe. Die Carotinoidgaben führen zu intensiver rot gefärbten Schnäbeln bei Männchen. Mit diesen Männchen verbringen die Weibchen mehr Zeit als mit den Männchen der Kontrollgruppe, die weniger intensiv gefärbte Schnäbel aufweisen. Die Carotinoidgaben führen zu etwa doppelt so hohen Carotinoidkonzentrationen im Blut und bei Injektion von Fremdserum auch zu einer fast doppelt so starken Immunantwort. Ein guter Ernährungszustand eines Männchens wirkt sich positiv auf die Ausbildung eines prächtigen Schnabels aus, ebenso auf die 2 II / 12 AFB/ Pkt. 1/11 / 60 18 / 10 / 10 Bio Q2.1 GK 1. Klausur Carotinoidkonzentration im Blut und somit auf die Stärke der Erwartungshorizont Immunantwort. Weibchen bevorzugen Männchen mit prächtigeren Schnäbeln. Damit wählen sie indirekt auch immer die Männchen mit besserem Ernährungs- und Immunzustand. Zusammen sind dies gute Argumente für die Aussage, dass Weibchen prächtige Männchen bevorzugen, weil diese eine bessere Gesamtverfassung haben. Damit geht möglicherweise auch einher, dass diese Männchen eine bessere genetische Ausstattung haben. Erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2). Summe 2 3 / 12 / 40 Bio Q2.1 GK Darstellungsleistung Führt den Gedanken schlüssig, stringent und klar aus. Strukturiert die Darstellung sachgerecht. Verwendet eine differenzierte und präzise Sprache. (~) Veranschaulicht die Ausführungen durch geeignete Skizzen, Schemata etc. Gestaltet seine Arbeit formal ansprechend. Summe Darstellungsleistung Summe inhaltliche Leistung Summe Gesamt Die Klausur wird abschließend mit der Note Gesamtnote: Notenpunkte) ggf. Absenkung der Note um ein bis zwei Notenpunkte gemäß § 13 Abs. 2 APO-GOST (grobe Verstöße gegen die deutsche Sprache) Note Grundsätze für die Bewertung (Notenfindung) Für die Zuordnung der Notenstufen zu den Punktzahlen ist die folgende Tabelle zu verwenden: sehr gut plus sehr gut sehr gut minus gut plus gut gut minus befriedigend plus befriedigend befriedigend minus ausreichend plus ausreichend ausreichend minus mangelhaft plus mangelhaft mangelhaft minus ungenügend Punkte 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 1. Klausur 3 2 1 0 (Notenpunkte) bewertet. Erreichte Punktzahl 120-114 113-108 107-102 101-96 95-90 89-84 83-78 77-72 71-66 65-60 59-54 53-47 46-39 Erwartungshorizont 38-31 31-24 Pkt. 23-0 / 20 / 100 /120 Datum, Unterschrift