Fertige zwei beschriftete Skizzen von Zellen an, die sich in unterschiedlichen Stadien der Mitose befinden.

Beschreibe beide Mitosephasen.

Vergleiche Mitose und Meiose bezüglich Verlauf und Bedeutung und schlussfolgere.

Werte die Ergebnisse des Experiments im Material 5 zur Untersuchung einer DNA-Lösung aus.

Seit der Zeit des griechischen Altertums beschäftigen sich die Menschen auf wissenschaftlichem Wege mit botanischen Fragestellungen. Material 6 beinhaltet Aussagen von Wissenschaftlern verschiedener Kulturepochen über die Entstehung pflanzlicher Biomasse.

Beurteile die in Material 6 dargelegten Aussagen nach dem heutigen Wissensstand in Bezug auf ihre Richtigkeit.

Erstelle ein beschriftetes Schema, in dem der Prozess der Entstehung von pflanzlicher Biomasse aus heutiger Sicht veranschaulicht wird.

Das Material 7 gibt Informationen über einen experimentellen Ansatz mit Chloroplasten. Das Ziel war, den einzelnen Chloroplasten-Kompartimenten die Funktionen zuzuordnen und Kenntnisse über ihr Zusammenwirken zu erlangen.

Erkläre die zu erwartenden Ergebnisse bezüglich der Bildung von Kohlenhydraten.

Skizze und Beschreibung der Mitose

1. Prophase: In der Prophase verdichten sich die Chromosomen, die zuvor in der Interphase repliziert wurden. Jedes Chromosom besteht aus zwei identischen Chromatiden, die durch ein Zentromer miteinander verbunden sind. Die Kernhülle löst sich auf, und die Mitosespindel beginnt sich zu bilden.

2. Metaphase: Die Chromosomen ordnen sich in der Äquatorialebene der Zelle an, die Mitosespindel fasert sich weiter aus und verbindet sich mit den Zentromeren der Chromosomen.

3. Anaphase: Die Schwesterchromatiden werden voneinander getrennt und zu den gegenüberliegenden Polen der Zelle gezogen. Jedes Chromatid wird nun als eigenständiges Chromosom betrachtet.

4. Telophase: Die Chromosomen erreichen die Pole der Zelle, und es bildet sich eine neue Kernhülle um jeden Chromosomensatz. Die Zelle beginnt sich zu teilen, und es entstehen zwei Tochterzellen.

Hinweis: Zur Erreichung der vollen Punktzahl müssen nur zwei Mitosestadien behandelt werden, die Skizzen sollen entsprechend der Beschreibung oben beschriftet werden.

Vergleichen von Mitose / Meiose bezüglich Verlauf und Bedeutung sowie Schlussfolgern:

• Gemeinsam: Verlauf - gleiche Phasen, Umwandlung der Erbinformation in die Transportform Chromosomen

• Unterschiedlich: Verlauf - jede Phase läuft einmal ab/jede Phase zweimal vorhanden, Bedeutung- Erhalt des diploiden Chromosomensatzes/Reduktion des Chromosomensatzes; eine Teilung zu zwei Tochterzellen/zwei Teilungen zu vier Tochterzellen

• Schlussfolgerung: Grundlegender Verlauf der Teilungen gleich, aber Mitose dient zur identischen Weitergabe der Erbinformation, Meiose mit Neukombination der Erbinformation in den Keimzellen

• Bedeutung: - Aufteilen/Weitergeben der Erbinformation auf Tochterzellen

Auswerten der experimentellen Ergebnisse

• Kurve A: Absorption ist bei einer Temperatur bis ca. 68°C relativ gering, steigt linear an bis zu einer maximalen Absorption bei ca. 71°C, weil die DNA bei 68°C zu denaturieren beginnt → zerfällt in Einzelstränge → freie N-Basen absorbieren dieses Licht stärker

• Kurve B: beim langsamen Abkühlen sinkt die Absorption linear, bleibt aber über dem Ausgangswert; die Einzelstränge setzen sich wieder zu einem Doppelstrang zusammen → Absorption sinkt → einige freie N-Basen bleiben übrig, da sich nicht alle Basenpaare über ihre Wasserstoffbrückenbindungen koppeln

• Kurve C: beim schnellen Abkühlen bleibt die Absorption unabhängig von der sinkenden Temperatur maximal hoch, weil die Einzelstränge sich nicht zusammenfügen → freie Basen mit höherer Absorption bleiben erhalten

1. ARISTOTELES: Die "Boden-Hypothese"

• Aussage: Pflanzen beziehen ihre gesamte Substanz aus dem Boden; Blätter dienen nur dem Schatten.

• Beurteilung: Falsch.

  • Zwar nehmen Pflanzen über die Wurzeln Wasser und lebensnotwendige Mineralstoffe (wie Stickstoff, Phosphor, Kalium) auf, doch machen diese Mineralien nur einen minimalen Bruchteil der pflanzlichen Trockenmasse aus.

  • Die Annahme über die Blätter ist ebenfalls widerlegt: Sie sind die Hauptorgane der Fotosynthese und damit entscheidend für den Aufbau der Biomasse.

2. VAN HELMONT: Die "Wasser-Hypothese"

• Aussage: Die Biomasse entsteht allein aus dem Gießwasser, da der Boden kaum an Gewicht verlor.

• Beurteilung: Teilweise richtig, aber unvollständig.

  • Das Verdienst: Van Helmont hat durch sein Experiment (das erste quantitative Experiment der Biologie) korrekt nachgewiesen, dass die Erde nicht die Hauptquelle der Biomasse ist.

  • Der Fehler: Er folgerte fälschlicherweise, dass allein das Wasser für die Gewichtszunahme verantwortlich sei. Wasser liefert zwar den Wasserstoff für den Aufbau von Glucose, aber nicht das Gerüst.

3. HALES: Die "Luft-Hypothese"

• Aussage: Pflanzen ernähren sich hauptsächlich von Luft.

• Beurteilung: Überraschend nah an der Wahrheit.

  • Hales lag nach heutigem Wissensstand am richtigsten. Die wesentliche Zunahme an Trockenmasse (Biomasse) einer Pflanze resultiert aus dem Kohlenstoff der Luft.

  • Pflanzen nehmen Kohlenstoffdioxid () über die Stomata der Blätter auf. Im Zuge der Fotosynthese wird der Kohlenstoff in organische Verbindungen (wie Glucose und später Cellulose/Stärke) eingebaut.

Erstellen eines beschrifteten Schemas

z. B. Verlauf der lichtabhängigen- und lichtunabhängigen Reaktion der Fotosynthese in einem Schema als Voraussetzung für den Aufbau weiterer Biomasse

Erklären der zu erwartenden Ergebnisse, z. B.

1. Negativ: Beweis dafür, dass Produkte der lichtabhängigen Reaktion (LAR) für die lichtunabhängige Reaktion (LUR) nötig sind

2. Negativ: weil LAR nur mit Licht abläuft (Anregung des Chlorophylls, Fotolyse des Wassers, Fotophosphorylierung), ohne LAR läuft keine LUR

3. Positiv: LAR erfolgt, liefert die Ausgangsstoffe der LUR → Glukose entsteht

4. Positiv: Zugabe der Produkte der LAR → LUR kann ablaufen → Bildung von Glukose