Aufgabe 2 – Photosynthese
Wenn im Sommer bei anhaltend hohen Temperaturen an verschiedenen Gewässern Badeverbote ausgesprochen werden, sind dafür häufig sogenannte „Blaualgen" verantwortlich. Ein starker Befall der Gewässer ist an der ausgeprägten Trübung des Wassers erkennbar. Da „Blaualgen" zu den Prokaryoten zählen, werden sie fachwissenschaftlich korrekt als Cyanobakterien bezeichnet. Die ebenfalls in Gewässern lebenden Grünalgen gehören zu den Eukaryoten. Sowohl Cyanobakterien als auch Grünalgen können Fotosynthese betreiben.
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Erstelle eine beschriftete Schemazeichnung des elektronenmikroskopischen Bildes eines Chloroplasten (Größe ca. 
Seite) und gib die Reaktionsgleichung der Fotosynthese mit Summenformeln an.
In einem klassischen Versuch (Abb. 1) konnte ENGELMANN zeigen, dass die Fotosyntheseaktivität von Grünalgen von der Wellenlänge des Lichts abhängt. Dazu verwendete er die fadenförmige Grünalge Spirogyra und Bakterien, die Orte mit höherer Sauerstoffkonzentration aufsuchen.
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Abb. 1: ENGELMANN-Versuch (stark schematisiert)
Abb. 2: Absorptionsspektren der fotosynthetisch wirksamen Pigmente von Grünalgen (vereinfacht)
2.1
Beschreibe Versuchsaufbau, Versuchsdurchführung und Beobachtung des ENGELMANN-Versuchs (Abb. 1).
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2.2
Erkläre die Verteilung der Bakterien im ENGELMANN-Versuch (Abb. 1) auf der Grundlage der Absorptionsspektren der Pigmente von Grünalgen (Abb. 2).
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Die Pigmentausstattungen von Cyanobakterien und Grünalgen unterscheiden sich und damit auch deren Absorptionsspektren. Abbildung 3 zeigt die Absorptionsspektren der Pigmente von Cyanobakterien.
3.1
Beschreibe, wo im Chloroplasten sich Chlorophyll befindet, und gib die Bedeutung des Chlorophylls für die Fotosynthese an.
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Abb. 3: Absorptionsspektren der fotosynthetisch wirksamen Pigmente von Cyanobakterien
3.2
Erläutere ausgehend von Abbildung 2 und 3 das zu erwartende Ergebnis bei einem mit Cyanobakterien statt Spirogyra entsprechend durchgeführten "ENGELMANN-Versuch".
Cyanobakterien und Grünalgen kommen gemeinsam in Gewässern vor. Insbesondere im Sommer können sich Cyanobakterien stark vermehren. Es bilden sich „Blaualgenteppiche" an der Wasseroberfläche. Dies hat einen Rückgang von Grünalgen direkt unterhalb der Wasseroberfläche und in den darunterliegenden, kühleren Schichten zur Folge. Abbildung 4 zeigt den prozentualen Zuwachs der Populationen des Cyanobakteriums Microcystis aeruginosa und der Grünalge Scenedesmus acuminatus in Abhängigkeit von der Temperatur.
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Abb. 4: Prozentualer Zuwachs der Populationen des Cyanobakteriums Microcystis aeruginosa und der Grünalge Scenedesmus acuminatus jeweils in Reinkultur
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Erläutere die Dominanz der Cyanobakterien im Sommer mithilfe von Abbildung 4 und erkläre unter Berücksichtigung der Absorptionsspektren (Abb. 2 und 3) die Abnahme der Grünalgen in tieferen Schichten.
Das in „Blaualgenteppichen" dominierende Cyanobakterium Microcystis aeruginosa synthetisiert ein Gift namens Microcystin. Einer Hypothese zufolge hemmt dieses Gift die Vermehrung der Grünalgen bei höheren Temperaturen. Diese Hypothese wurde experimentell überprüft, indem die einzellige Grünalge Scenedesmus acuminatus gemeinsam mit Microcystis aeruginosa in Mischkultur kultiviert wurde. Als Kontrolle diente eine Mischkultur mit einer Microcystis aeruginosa-Mutante, die kein Gift produziert.
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Beschreibe die Planung und die Durchführung der Experimente zur Überprüfung der beschriebenen Hypothese sowie die zu erwartenden Ergebnisse im Fall einer Bestätigung der Hypothese.
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