Genetik/Ökologie

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aquaticus isoliert, der in 70 °C heißen Quellen vorkommt. Begründen Sie, warum es nachteilig wäre, für die PCR eine DNA-Polymerase von Organismen zu verwenden, die nicht an heiße Umgebungen angepasst sind. (4 Punkte) Bio Q1.2 GK Aufgabe 1 Der Schüler/ Die Schülerin... 1.1 1. Klausur Name: wertet die Phasen der PCR aus: Der dargestellte Temperaturverlauf zeigt vier Zyklen, in denen jeweils die für die jeweiligen Phasen (1 bis 3) der PCR benötigen Temperaturen im Thermocycler realisiert werden. Phase 1 zeigt die Temperaturerhöhung auf etwa 95 °C zum Lösen der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen eines zu vervielfältigenden DNA-Abschnittes. Phase 2 zeigt die Abkühlung auf etwa 60 °C zur Anlagerung der Primer als Ansatzpunkt für die DNA-Polymerase. Erwartungshorizont Phase 3 zeigt die Temperaturerhöhung auf ca. 70 °C für den Start der DNA-Polymerase an den Primern zur Anlagerung freier Nucleotide. 1.2... erläutert den dargestellten Vorgang: Phase 2 Künstlich hergestellte Primer haben sich als Ansatzpunkt für die DNA- Polymerase an den 3'-Enden der zu vervielfältigenden DNA- Einzelstränge angelagert. Die DNA-Polymerase kann dadurch an den Primern starten und freie Nucleotide an den Einzelstrang binden. Der Einzelstrang wird dabei in 3' zu 5'-Richtung abgelesen und der neue komplementäre Strang wird von 5' zu 3' gebildet. 1.3... ermittelt, wovon die Länge eines Zyklus abhängt: Länge des Zyklus ist abhängig von der Länge des zu kopierenden DNA- Abschnittes und von der Geschwindigkeit der Polymerase. ( Erst wenn die Polymerase alle freien Wasserstoffbrückenbindungen des Einzelstranges mit Nucleotiden besetzt hat, ist dieser Vorgang abgeschlossen und die Temperatur kann zum erneuten Trennen des Doppelstranges erhöht werden. Je kürzer der DNA-Abschnitt und je schneller die Syntheserate der Polymerase, umso schneller der Vorgang der Nucleotidanlagerung. . erläutert die Notwendigkeit der Verwendung unterschiedlicher Primer: Es müssen zwei verschiedener Primer verwendet werden, da nach der Trennung der Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den komplementären Basen zwei Einzelstränge entstehen, die auch Startpunkte mit unterschiedlichen Basensequenzen aufweisen. Im vorliegenden Beispiel lautet die Bindungssequenz des unteren Einzelstranges TGGA und erfordert dementsprechend die komplementäre Primer-Basensequenz ACCT. Für den oberen Strang gilt entsprechend: DNA-Sequenz ATGT und komplementäre Primer- Basensequenz TACA. 1.4... begründet, warum es nachteilig wäre eine DNA Polymerase zu verwenden, die nicht an heiße Umgebungen angepasst ist: Eine DNA-Polymerase aus Organismen, die nicht an heiße Umgebungen angepasst sind, würde schon vor dem Erreichen von 70 °C denaturieren und damit unwirksam werden. Die Temperaturverläufe der PCR weisen jedoch auch Temperaturen von bis zu 95 °C auf, die nur hitzestabile DNA-Polymerasen von Lebewesen. überstehen, die an Standorte mit ähnlich heißen Temperaturen angepasst sind. Erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2). Summe 1 1 AFB/ Pkt. 1-11 11 ||| || 12 8 12 /36 Aufgabe 2 - Ökologie Intensität der Lebensvorgänge E M4 Toleranzkurve 2.1 A D Ökologische Potenz B 2.3 A Temperatur Körpertemperatur in "C 40 30 20 0 15 Tage nach dem Schlüpfen 12 Tage nach dem Schlüpfen 0 10 20 Der Zaunkönig gehört zu den kleinsten bei uns heimischen Vögeln. Er legt seine Eier in gut versteckte Nester. Kurz nach dem Schlüpfen ist das Wärmen der Jungen von lebenswichtiger Bedeutung. Ein Elternteil sitzt dafür fast ständig im Nest, während der andere Elternteil auf Nahrungssuche für die Jungvögel geht. Erst nach mehreren Tagen jagen beide Eltern. Dabei wird die Zeitspanne, die die jungen Zaunkönige alleine im Nest sind, immer länger, bis schließlich kein Wärmen der Jungtiere durch die Eltern mehr beobachtet wird. M6 Verhalten von Zaunkönigen Beschriften Sie die Markierungen A-F in M4 und erläutern Sie in diesem Zusammenhang die RGT-Regel. (16 Punkte) 2.2 a) Ordnen Sie den Zaunkönig einer Thermoregulationsstrategie zu (11 Punkte) und beschreiben Sie diese. M5 Körpertemperatur von jungen Zaunkönigen b)Werten Sie die Befunde zur Körpertemperatur junger Zaunkönige in M5 unter dem Gesichtspunkt der Temperaturregulation aus. (8 Punkte) g) Erklären Sie das sich verändernde Verhalten der Elternvögel (M6), das zu verschiedenen Zeiten nach dem Schlüpfen der Jungvögel (M5) zu beobachten ist. (10 Punkte) 3 Tage nach dem Schlüpfen 40 Lufttemperatur in "C Ordnen Sie die in M7 dargestellten Elefantenarten - abhängig von den Ohren - begründet einer tiergeografischen Regel zu und beschreiben Sie die hier nicht dargestellte Regel. (19 Punkte) 30 Afrikanischer Elefant Indischer Elefant Mammut M7 Elefantenarten Bio Q1.2 GK Aufgabe 2 Der Schüler/ Die Schülerin 1. Klausur 2.1 beschriftet die Markierungen. A: Pessimum, B: Toleranzbereich, C: Optimum, D: Toleranzkurve, E: Minimum, F: Maximum ... erläutert die RGT-Regel: - (15 Zusammenhang zwischen Umgebungstemperatur und Intensität der Lebensvorgänge. Temperaturerhöhung um 10 Grad Celsius steigert Stoffwechsel um das Zwei- bis Dreifache. Aufgrund der chemischen Zusammensetzung von Lebewesen ergibt ist Gültigkeitsbereich begrenzt. Hohe Temperatur: Denaturierung, Verlust räumlicher Struktur der Proteine. Temperatur unter null: Wasser gefriert und Zellen werden irreversibel geschädigt. 2.2 a)... ordnet den Zaunkönig der Homoiothermie zu. beschreibt die Homoiothermie: Erwartungshorizont Lebewesen können Körpertemperatur selbst regulieren. Konstante Temperatur zwischen 36 und 41 Grad Celsius. Regulation durch Mechanismen: z.B. Transpiration, Isolierung. Muskelzittern Vorteil: Aktivitäten sind unabhängig von Außentemperatur. Nachteil: hoher Energie- und Nahrungsbedarf. b)...wertet die Befunde aus unter dem Gesichtspunkt der Temperaturregulation aus: Die Körpertemperatur des Zaunkönigs entspricht drei Tage nach dem Schlüpfen jeweils ungefähr der Lufttemperatur. Nach zwölf Tagen ist verglichen mit den jeweiligen Außentemperaturen stets eine höhere Körpertemperatur messbar. Die Temperaturdifferenzen sind bei niedrigen Außentemperaturen besonders groß: Bei 10 °C Lufttemperatur beträgt die Temperaturdifferenz zur Körpertemperatur ca. 24 C, bei 40 °C Lufttemperatur ist nur noch eine Differenz von 2 °C feststellbar. 15 Tage nach dem Schlüpfen ist trotz unterschiedlicher Lufttemperaturen eine nahezu gleiche Körpertemperatur zwischen 40 °C und 42 °C zu messen. V) c)... erklärt das Verhalten der Elternvögel: Der Zaunkönig zeigt drei Tage nach dem Schlüpfen das Merkmal poikilothermer Tiere. Die Fähigkeit zur Temperaturregulation bildet sich offensichtlich erst allmählich aus und ist erst 15 Tage nach dem Schlüpfvorgang nahezu erreicht. 2 AFB/ Pkt. 1 1-11 ||-||| ||-||| 16 11 8 Bio Q1.2 GK 1. Klausur Junge Zaunkönige kühlen leicht aus. Daher ist das Wärmen durch ein Elternteil notwendig, damit die Jungen nicht erfrieren. Erst wenn die Jungtiere ihre Körpertemperatur eigenständig regulieren, können beide Elterntiere Nahrung für ihren Nachwuchs jagen. Die Gefahr des Unterkühlens ist für die Jungvögel ab dem 15. Tag nur noch gegeben, wenn nicht genügend Nahrung für Stoffwechselprozesse und damit auch zur Wärmeerzeugung zur Verfügung steht, um Wärmeverluste an die Umwelt auszugleichen. Daher ist es vorteilhaft, wenn beide Eltern jagen. 2.3... ordnet die Elefantenarten der Allenschen Regel zu. begründet die Zuordnung: ...beschreibt die Bergmannsche Regel: Erwartungshorizont Je kälter die Temperatur, desto kleiner sind die Ohren. Allen: Abstehende Körperteile verwandter gleichwarmer Arten, sind bei den in kalten Gebieten lebenden Formen meist kleiner. (J) Relativ geringe Oberfläche minimiert Wärmeverluste. 7 Zusammenhang zwischen Oberfläche-Volumen-Verhältnis und Thermoregulation. Homoiotherme Lebewesen sind in kalten Regionen größer als in wärmeren, da das Oberfläche-Volumen-Verhältnis bei größeren Tieren kleiner ist. Wärmeproduktion ist abhängig von Volumen; Wärmeabstrahlung erfolgt über die Körperoberfläche. Je größer das Tier ist, desto weniger Wärme wird im Verhältnis abgegeben. Erfüllt ein weiteres aufgabenbezogenes Kriterium (2). Summe 2 3 || 10 19 /64