Teil A – Ökologie, Genetik, Neurobiologie
Der Turmfalke (Falco tinnunculus) ist ein in Deutschland weit verbreiteter Greifvogel. Man geht von einem Bestand von etwa 50.000 Brutpaaren aus. Sie können ausgeprägte Zugvögel sein, die bis Nordafrika ziehen. Andere bleiben als Standvögel ganzjährig in ihrem Revier. Dazu zählen landwirtschaftliche Nutzflächen, wie zum Beispiel Getreidefelder, Wiesen und Weiden.
Turmfalken ernähren sich überwiegend von kleinen Nagetieren, wie Wühl- und Feldmäusen, sowie insektenfressenden Spitzmäusen und Singvögeln. Zur Deckung ihres Energiehaushaltes brauchen sie täglich etwa 25% ihrer Körpermasse an Nahrung. Turmfalken nutzen die freigesetzte Energie insbesondere für die Jagd und die Aufrechterhaltung der Körpertemperatur von etwa 42 °C. Der Mensch hingegen benötigt zur Deckung des täglichen Energiebedarfes ca. 2,5% seiner Körpermasse.
Das Jagdverhalten der Falken ist nicht nur durch die Ansitzjagd geprägt. Hierbei sitzt er auf Ästen oder Weidepfählen. Ein weiteres typisches Merkmal ist auch der Rüttelflug. Bei diesem steht der Vogel kurzzeitig mit schnellen Flügelschlägen über einem bestimmten Ort in der Luft und hält nach Beute Ausschau.
Material 1: Überwinternde Paare des Turmfalken am Niederrhein
verändert nach: G. Hornung: Das Jahr des Turmfalken. In Unterricht Biologie 201, Friedrich-Verlag, Hannover 1995, S. 52
Material 1: Überwinternde Paare des Turmfalken am Niederrhein
verändert nach: G. Hornung: Das Jahr des Turmfalken. In Unterricht Biologie 201, Friedrich-Verlag, Hannover 1995, S. 52
1
Erstelle mit Hilfe des Textes eine viergliedrige Nahrungskette mit Angabe der Trophieebenen.
03 BE
2
Werte Material 1 aus.
Ziehe hinsichtlich des Zugverhaltens eine begründete Schlussfolgerung.
Ziehe hinsichtlich des Zugverhaltens eine begründete Schlussfolgerung.
05 BE
3
Begründe anhand von zwei Aspekten den höheren Energiebedarf eines Turmfalken im Vergleich zum Menschen.
02 BE
4
Kreuze in den Aufgaben 4.1 bis 4.5 die richtigen Antworten an. Es können mehrere Antworten richtig sein.
05 BE
4.1
Im nachstehenden Diagramm ist die Aktivität eines Enzyms innerhalb eines Temperaturbereichs dargestellt.
A
Das Enzym arbeitet zu Beginn schnell, aber bei einer Temperatur von über 40 °C wird es immer stärker verbraucht.
B
Die Enzymaktivität verringert sich, da die Substratkonzentration sinkt.
C
Die Enzymaktivität steigt mit zunehmender Temperatur. Ab einer bestimmten Temperatur kommt es zur Denatuierung des Enzyms.
D
Die Enzymaktivität ist temperaturabhängig.
4.2
Neurotransmitter...
A
...wirken als Enzyme zur Anregung der Nerventätigkeit.
B
...dienen der Erregungsübertragung an Synapsen.
C
...werden im präsynaptischen Element gespeichert.
D
... können in der Zellmembran 
-Ionen-Kanäle öffnen.
4.3
In einem Gefäß werden zwei Salzlösungen A und B durch eine Biomembran voneinander getrennt. Die Lösung A ist hypertonisch im Vergleich zur Lösung B.
A
Insgesamt diffundieren mehr Wassermoleküle durch die Biomembran von der Seite A auf die Seite B.
B
Insgesamt diffundieren mehr Wassermoleküle durch die Biomembran von der Seite B auf die Seite A.
C
Wassermoleküle diffundieren anfangs durch die Biomembran von der Seite A auf die Seite B, bis ein stabiler Zustand erreicht ist.
D
Wassermoleküle diffundieren anfangs durch die Biomembran von der Seite B auf die Seite A. Mit Erreichen des Konzentrationsausgleichs hört die Diffusion durch die Biomembran auf, da die Teilchenbewegung zum Erliegen kommt.
4.4
Nach einer DNA-Hybridisierung werden die folgenden Moleküle untersucht. In welchem der Abschnitte ist die höchste Schmelztemperatur zu erwarten?
A
5` – AGGCGTCAATGCGG – 3`
3` – TCCGCAGTTACGCC – 5`
3` – TCCGCAGTTACGCC – 5`
B
5` – TTTCATAGTTACTT – 3`
3` – ATGGTATCAATGAA – 5`
3` – ATGGTATCAATGAA – 5`
C
5` – GTAAGTTCTCTGAA – 3`
3` – CATTCACGAGAATT – 5`
3` – CATTCACGAGAATT – 5`
D
5` – TTACTCCGGAGCGA – 3`
3` – AATGAGGCCTCCGA – 5`
3` – AATGAGGCCTCCGA – 5`
4.5
Welche der nachfolgenden Aussagen über das Membranpotenzial an Membranen von Nervenzellen sind zutreffend?
A
Eine Erhöhung der Permeabilität der Membran für -Ionen bewirkt eine Depolarisation.
B
Die Aufrechterhaltung des Membranpotenzials erfordert die Synthese von ATP.
C
Je geringer der Abstand zwischen den Ranvierschen Schnürringen ist, desto größer ist die Geschwindigkeit der Weiterleitung des Aktionspotenzials an der Membran.
D
Je größer der Abstand zwischen den Ranvierschen Schnürringen ist, desto kleiner ist die Geschwindigkeit der Weiterleitung des Aktionspotenzials an der Membran.
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1
Nahrungskette mit Angabe der Trophieebenen:
2
Auswertung von Material 1:
In der Abbildung ist die Anzahl der überwinternden Turmfalkenpaare gegen die mittlere Wintertemperatur in °C in einem Säulendiagramm aufgetragen. Dabei ist zu erkennen, dass bei einer mittleren Temperatur von -1 °C kein Falkenpaar überwintert. Bleibt die Temperatur bei 0 °C, so bleiben 6 Falkenpaare an ihrem Standort, bei 1 °C sind es 5 Paare. Beträgt die Temperatur 2 °C, überwintern 8 Paare, bei 3 °C 13 Paare, bei 4 °C 14 und bei 5 °C 11 Paare. Bei Temperaturen von 6 oder 7 °C bleiben 17 bzw. 16 Falkenpaare an ihrem Standort. Allgemein ist eine deutliche Tendenz zu erkennen. Je wärmer die mittleren Temperaturen im Winter sind, desto mehr Falken bleiben. Das liegt vermutlich daran, dass bei höheren Temperaturen mehr Insekten unterwegs sind, wodurch Nagetiere und Singvögel mehr Nahrung finden. So haben die Falken in milden Wintern einen gesteigerten Jagderfolg. Zudem hat der Falke eine sehr hohe Körpertemperatur. Bleiben die Temperaturen im Winter wärmer, so benötigt der Falke weniger Nahrung, um seinen Energiebedarf zu decken.
Schlussfolgerung hinsichtlich des Zugverhaltens:
Der Falke entscheidet auf Basis der Temperatur, ob er in ein wärmeres Gebiet zieht, oder den Winter an seinem Standort verbringt. Da die Wanderung in ein entlegenes Gebiet viel Kraft und Ressourcen benötigt, kann es für den Falken sinnvoll sein, den Winter an seinem angestammten Standort zu verbringen.
3
Höherer Energiebedarf eines Turmfalken im Vergleich zum Menschen:
- Der Falke hat mit 42 °C eine weitaus höhere Körpertemperatur als der Mensch. In der freien Natur muss der Falke Wind und niedrigen Temperaturen trotzen. Um die Körpertemperatur aufrechtzuerhalten, ist sein Energiebedarf entsprechend hoch.
- Der Falke erbeutet seine Nahrung häufig auch in dem sogenannten Rüttelflug. Dieser Flug ist durch schnelle Flügelschläge gekennzeichnet, was für den Vogel sehr anstrengend ist. Um dieses Jagdverhalten beibehalten zu können, muss der Vogel viel Nahrung erbeuten.
4.1
Enzymaktivität:
Erklärung: Enzyme haben ein Temperaturoptimum, ihre Aktivität ist damit von der Umgebungstemperatur abhängig. Enzyme sind Proteine, und denaturieren ab einer bestimmten Temperatur. Dabei lösen sich die Bindungen im Protein auf, und das Enzym ist nicht mehr funktionell.
| A Das Enzym arbeitet zu Beginn schnell, aber ab einer Temperatur von über 40 °C wird es immer stärker verbraucht. |
|
| B Die Enzymaktivität verringert sich, da die Substratkonzentration sinkt. |
|
| C Die Enzymaktivität steigt mit zunehmender Temperatur. Ab einer bestimmten Temperatur kommt es zur Denaturierung des Enzyms. |
|
| D Die Enzymaktivität ist temperaturabhängig. |
4.2
Neurotransmitter...
Erklärung: Neurotransmitter sind Stoffe, die die Aktivität der Neuronen regulieren. Dabei sind sie als Botenstoffe für die Signalübertragung an Synapsen zuständig. Sie werden in der Präsynapse gespeichert, und sind in der Lage, Natrium-Ionenkanäle in der postsynaptischen Membran zu öffnen.
| A ... wirken als Enzyme zur Anregung der Nerventätigkeit. | |
| B ... dienen der Erregungsübertragung an Synapsen. | |
| C ... werden im präsynaptischen Element gespeichert. | |
| D ... können in der Zellmembran |
4.3
Biomembran:
Erklärung: Lösung A ist hypertonisch im Vergleich zu Lösung B. Das bedeutet, dass in Lösung A Salz in einer höheren Konzentration vorkommt, als in Lösung B. Die Salzteilchen können die Biomembran nicht passieren, was zu einer Wasserdiffusion in die Lösung mit höherer Salzkonzentration führt.
| A Insgesamt diffundieren mehr Wassermoleküle durch die Biomembran von der Seite A auf die Seite B. |
|
| B Insgesamt diffundieren mehr Wassermoleküle durch die Biomembran von der Seite B auf die Seite A. |
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| C Wassermoleküle diffundieren anfangs durch die Biomembran von der Seite A auf die Seite B, bis ein stabiler Zustand erreicht ist. |
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| D Wassermoleküle diffundieren anfangs durch die Biomembran von der Seite B auf die Seite A. Mit Erreichen des Konzentrationsausgleichs hört die Diffusion durch die Biomembran auf, da die Teilchenbewegung zum Erliegen kommt. |
4.4
Schmelztemperatur:
Erklärung: Die Schmelztemperatur hängt vom GC-Gehalt der DNA ab. Guanin und Cytosin bilden drei Wasserstoffbrücken aus (Adenin und Thymin nur zwei). Um diese zu trennen, ist mehr Energie notwendig. Dementsprechend gilt: Je höher der GC-Gehalt ist, desto höher ist die Schmelztemperatur.
| A 5` – AGGCGTCAATGCGG – 3` 3` – TCCGCAGTTACGCC – 5` |
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| B 5` – TTTCATAGTTACTT – 3` 3` – ATGGTATCAATGAA – 5` |
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| C 5` – GTAAGTTCTCTGAA – 3` 3` – CATTCACGAGAATT – 5` |
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| D 5` – TTACTCCGGAGCGA – 3` 3` – AATGAGGCCTCCGA – 5` |
4.5
Membranpotenzial:
Erklärung: Natrium-Ionen sind für die Depolarisation der Postsynapse zuständig. Wird in der Membran die Permeabilität für Natrium-Ionen erhöht, so löst dies eine Depolarisation aus. An der Einstellung und Aufrechterhaltung des Membranpotenzials sind ATP-abhängige Ionenpumpen beteiligt. Insofern hängt die Aufrechterhaltung des Ruhepotenzials von der ATP-Synthese ab. An den Ranvierschen Schnürringen ist das Axon nicht von einer Myelinscheide umgeben. Wären die Abstände zu groß, dann würde die elektrische Erregung des Axons verloren gehen. Ist der Abstand klein, kann das Aktionspotenzial schnell weitergeleitet werden.
| A Eine Erhöhung der Permeabilität der Membran für |
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| B Die Aufrechterhaltung des Membranpotenzials erfordert die Synthese von ATP. |
|
| C Je geringer der Abstand zwischen den Ranvierschen Schnürringen ist, desto größer ist die Geschwindigkeit der Weiterleitung des Aktionspotenzials an der Membran. |
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| D Je größer der Abstand zwischen den Ranvierschen Schnürringen ist, desto kleiner ist die Geschwindigkeit der Weiterleitung des Aktionspotenzials an der Membran. |