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B1 Plankton

Hinweis: In der Prüfung musst du von den Aufgabenblöcken A, B und C jeweils einen der beiden Vorschlägen 1 oder 2 bearbeiten.

Zum Plankton zählt man alle lebenden Organismen, die im Wasser treiben und dabei von der Wasserströmung transportiert werden. Man unterteilt diese Gruppe von Lebewesen unter anderem in Zooplankton (Tiere), Phytoplankton (Pflanzen und Cyanobakterien) und Bakterioplankton (Bakterien).

1

Das Populationswachstum von Phytoplankton, wie das der Kieselalge Skeletonema marinoi, ist unter anderem abhängig von der Meersalzkonzentration. Um diesen Zusammenhang genauer zu untersuchen, wurden Proben von S. marinoi an zwei Stellen (BS, BA) mit jeweils unterschiedlicher Meersalzkonzentration entnommen (Abb. 1) und im Labor bei unterschiedlichen Salzkonzentrationen kultiviert. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen zum Populationswachstum sind in Abbildung 2 dargestellt.

Karte der Ostsee und Nordsee mit markierten Orten und Nummern.
Abb. 1: Probenentnahmestelle BS und BA von S. marinoi; Zahlen: Meersalzgehalte in g/L1

Graph zur Darstellung der Wachstumsrate in relativen Einheiten in Abhängigkeit von der Meersalzkonzentration.
Abb. 2: Wachstumsraten verschiedener Kieselalgen-Populationen von S. marinoi in Abhängigkeit von Fundort und Meersalzkonzentration1

1.1

Beschreibe jeweils die Abhängigkeit der Wachstumsrate von der Meersalzkonzentration für beide Populationen von S. marinoi.

(4 BE)
1.2

Erläutere das Zustandekommen der Unterschiede in der Salztoleranz der verschiedenen Populationen von S. marinoi mithilfe der erweiterten Evolutionstheorie.

(7 BE)
1.3

Beschreibe ein molekularbiologisches Verfahren, mit dem die Verwandtschaftsverhältnisse der verschiedenen Populationen von S. marinoi ermittelt werden können.

(5 BE)
1.4

In einem weiteren Versuch wurde das Fortpflanzungsverhalten von S. marinoi in Abhängigkeit von unterschiedlichen Außenfaktoren untersucht. Die Alge pflanzt sich ungeschlechtlich fort. Steigt jedoch der Salzgehalt im Wasser schnell stark an, pflanzt sie sich auch geschlechtlich fort.
Erkläre den Wechsel von ungeschlechtlicher Fortpflanzung zu einer geschlechtlichen Fortpflanzung unter diesen veränderten Umweltbedingungen aus ultimater Sicht.

(4 BE)
2

Die im Plankton vorkommende einzellige Alge der Art Braarudosphaera bigelowii enthält ein besonderes Zellorganell, den Nitroplasten, durch den die Zelle in der Lage ist, Stickstoff zu fixieren. Ursprünglich war dieses Zellorganell ein prokaryotisches Cyanobakterium der Art Atelocyanobacterium thalassa.

2.1

Nenne zwei Gemeinsamkeiten und zwei Unterschiede zwischen Pro- und Eukaryoten.

(4 BE)
2.2

In Abbildung 3 ist der Verlauf einer ungeschlechtlichen Vermehrung von B. bigelowii durch Zellteilung schematisch dargestellt.

Diagramm von Zellorganellen mit Beschriftungen und zwei Abschnitten.
Abb. 3: schematische Darstellung der Zellteilung von B. bigelowii2

Beschreibe mit Hilfe der Abbildung 3 den Ablauf der Zellteilung der einzelligen Alge B. bigelowii und erläutere die Phasen der Mitose, die zwischen Abschnitt 1 und Abschnitt 2 ablaufen.

(10 BE)
3

Bei bestimmten Dinoflagellaten, den Warnowiaceae, handelt es sich um eine Familie von einzelligen Eukaryoten des Planktons, die lichtempfindliche Strukturen aufweisen. Abbildung 4 zeigt einen Ausschnitt des Stammbaums dieser Familie. In Abbildung 5 sind verschiedene lichtempfindliche Strukturen dieser Dinoflagellaten dargestellt.

Baumdiagramm mit verschiedenen Mikroalgenarten und deren Beziehungen zueinander.
Abb. 4: Stammbaum verschiedener Dinoflagellaten3

Illustration von Dinoflagellaten und lichtempfindlichen Strukturen mit kurzen Beschreibungen.
Abb. 5: schematische Darstellung von Dinoflagellaten und deren lichtempfindlicher Strukturen3

Diskutiere anhand von Abbildung 4 und 5, inwieweit die drei Homologiekriterien erfüllt sind, um eine Homologie der lichtempfindlichen Strukturen von B. anauniensis und Nematodinium sp. zu belegen.

(6 BE)

(40 BE)
1 Sjöqvist, C., Godhe, A., Jonsson, P. R., Sundqvist, L., & Kremp, A. (2015). Local adaptation and oceanographic connectivity patterns explain genetic differentiation of a marine diatom across the North Sea–Baltic Sea salinity gradient. Molecular ecology, 24(11), 2871-2885.
2 Coale, T. H., Loconte, V., Turk-Kubo, K. A., Vanslembrouck, B., Mak, W. K. E., Cheung, S., ... & Zehr, J. P. (2024). Nitrogen-fixing organelle in a marine alga. Science, 384(6692), 217-222.
3 Gavelis, G. S., Hayakawa, S., White III, R. A., Gojobori, T., Suttle, C. A., Keeling, P. J., & Leander, B. S. (2015). Eyelike ocelloids are built from different endosymbiotically acquired components. Nature, 523(7559), 204-207.

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