Biologie Oberstufe Übungsbuch
Author: Neil A. Campbell; Jane B. Reece
Date: 2010-11-02T00:00:00+00:00
Keywords: Lernhilfen; Biologie; Schule & Lernen
Description: * Fit fürs Abi mit der Bibel der Biologen! * Aufgaben zum selbstständigen Wiederholen und Einüben des Prüfungsstoffs. * Alle Teilgebiete der Biologie abgedeckt, verschiedene Aufgabentypen, alle Lösungen im Buch. Die perfekte Ergänzung zum Schulbuch Campbell Biologie! Mit diesem Übungsbuch ist das Lernen auf das Biologie-Abitur kein Problem mehr. Zu jedem Kapitel aus dem Schulbuch finden die Schüler unterschiedliche Aufgabentypen, deren Bearbeitung sie auf die Anforderungen der Prüfung vorbereitet: von einfachen Wiederholungsfragen und Multiple Choice-Tests über Aufsatz- und Experimentfragen bi
Publisher: Pearson

Neil A. Campbell

Jane B. Reece

Campbell

Biologie

Gymnasiale

Oberstufe

Übungsbuch

Higher Education

München • Harlow • Amsterdam • Madrid • Boston San Francisco • Don Mills • Mexico City • Sydney a part of Pearson plc worldwide

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Authorized translation from the English language edition, entitled BIOLOGY, 8th Edition by CAMPBELL, NEIL A.: REECE, JANE B., published by Pearson Education, Inc, publishing as Prentice Hall, Copyright

© 2008 Pearson Education Inc.

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10 9 8 7 6 5 4 3 2

13 12

ISBN 978-3-86894-905-6

© 2011 by Pearson Deutschland GmbH

Martin-Kollar-Straße 10–12, D-81829 München/Germany

Alle Rechte vorbehalten
www.pearson.de

A part of Pearson plc worldwide

Lektorat:

Alice Kachnij, akachnij@pearson.de

Fachlektorat:

Toralf Müller, Carsten Sult

Fachlektorat Lehrbuch (Campbell, Biologie; 8., akt. Ausg.):

Prof. Dr. Anselm Kratochwil, Prof. Dr. Renate Scheibe, Prof. Dr. Helmut Wiec-
zorek

Übersetzung:

Dr. Thomas Lazar, Paderborn (Kapitel 1–21, Glossar); Dr. Monika Niehaus,

Düsseldorf (Kapitel 22–25, 32–34, 40, 43, 45, 46–51); Dr. Sebastian Vogel,

Kerpen (Kapitel 26–31, 41, 42, 44, 52–56); Dr. Coralie Wink, Heidelberg

(Kapitel 35–39)

Korrektorat:

Petra Kienle, Fürstenfeldbruck

Einbandgestaltung:

Thomas Arlt, tarlt@adesso21.net

Fotonachweis:

Minden Pictures, USA, „Emperor Penguin (Aptenodytes forsteri) parent with
chick, Antarctica“, Photographer: Konrad Wothe

Herstellung:

Martha Kürzl-Harrison, mkuerzl@pearson.de

Satz and Layout:

PTP-Berlin Protago-TEX-Production GmbH, www.ptp-graphics.eu

Druck und Verarbeitung:

Drukarnia Dimograf, Bielsko-Biała

Printed in Poland

Inhaltsverzeichnis

Vorwort . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

vii

Teil I

Übungsaufgaben

1

1

Einführung: Schlüsselthemen der Biologie

. . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

2

Chemische Grundlagen der Biologie

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

3

Wasser als Grundstoff für Leben . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

4

Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens

. . . . . . . . . . . . .

15

5

Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle . . . . . . . . . . . . .

19

6

Die Struktur von Zellen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

7

Struktur und Funktion biologischer Membranen . . . . . . . . . . . . . . .

25

8

Konzepte des Stoffwechsels . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

9

Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie . . . . . . . . . . . . . . .

31

10 Photosynthese . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

35

11 Zelluläre Kommunikation

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

39

12 Der Zellzyklus . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

41

13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung . . . . . . . . . . . . . . . . . .

43

14 Mendel und das Genkonzept . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

47

15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung . . . . . . . . . . . . .

55

16 Die molekularen Grundlagen der Vererbung . . . . . . . . . . . . . . . . .

59

17 Vom Gen zum Protein . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

61

18 Regulation der Genexpression . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

65

19 Viren . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

67

20 Biotechnologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

69

21 Genome und ihre Evolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

71

22 Evolutionstheorie: Die darwinistische Sicht des Lebens . . . . . . . . . . . .

73

23 Die Evolution von Populationen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

75

24 Die Entstehung der Arten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

77

25 Vergangene Welten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

79
iii

Inhaltsverzeichnis

26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen . . . . . . . . . . . . . .

83

27 Bacteria und Archaea

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

87

28 Protisten

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

89

29 Die Vielfalt der Pflanzen I: Wie Pflanzen das Land eroberten . . . . . . . . .

91

30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen

. . . . . . . . . .

93

31 Pilze . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

97

32 Eine Einführung in die Diversität und Evolution der Metazoa

. . . . . . . .

99

33 Wirbellose Tiere

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 101

34 Wirbeltiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 103

35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung . . . . . . . . . . . . . . 107

36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen . . . . . . . . . . . . 111

37 Boden und Pflanzenernährung

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 115

38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen . . . . . . . . . . . . 117

39 Pflanzenreaktionen auf innere und äußere Signale . . . . . . . . . . . . . . 121

40 Grundprinzipien tierischer Form und Funktion . . . . . . . . . . . . . . . . 123

41 Hormone und das endokrine System . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 125

42 Die Ernährung der Tiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 127

43 Kreislauf und Gasaustausch . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 131

44 Das Immunsystem . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 133

45 Osmoregulation und Exkretion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 135

46 Fortpflanzung der Tiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 137

47 Entwicklung der Tiere . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 139

48 Neurone, Synapsen und Signalgebung . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 141

49 Nervensysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 145

50 Sensorische und motorische Mechanismen . . . . . . . . . . . . . . . . . . 147

51 Tierisches Verhalten . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 151

52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung . . . . . . . . . . . . . . . . . 155

53 Populationsökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 159

54 Ökologie der Lebensgemeinschaften . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 163

55 Ökosysteme . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 165

56 Naturschutz und Renaturierungsökologie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 167
iv

Inhaltsverzeichnis

Teil II

Lösungen

171

Kapitel 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 173

Kapitel 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 174

Kapitel 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 176

Kapitel 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 177

Kapitel 5 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 178

Kapitel 6 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 180

Kapitel 7 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 181

Kapitel 8 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 182

Kapitel 9 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 183

Kapitel 10 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 184

Kapitel 11 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 185

Kapitel 12 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 186

Kapitel 13 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 187

Kapitel 14 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 188

Kapitel 15 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 191

Kapitel 16 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 192

Kapitel 17 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 193

Kapitel 18 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 194

Kapitel 19 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 195

Kapitel 20 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 196

Kapitel 21 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 197

Kapitel 22 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 198

Kapitel 23 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 199

Kapitel 24 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 200

Kapitel 25 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 201

Kapitel 26 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 202

Kapitel 27 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 203

Kapitel 28 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 204

Kapitel 29 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 205

Kapitel 30 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 206

Kapitel 31 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 207

Kapitel 32 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 208
v

Inhaltsverzeichnis

Kapitel 33 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 209

Kapitel 34 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 210

Kapitel 35 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 211

Kapitel 36 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 212

Kapitel 37 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 213

Kapitel 38 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 214

Kapitel 39 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 215

Kapitel 40 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 216

Kapitel 41 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 217

Kapitel 42 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 218

Kapitel 43 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 219

Kapitel 44 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 220

Kapitel 45 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 221

Kapitel 46 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 222

Kapitel 47 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 223

Kapitel 48 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 224

Kapitel 49 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 225

Kapitel 50 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 226

Kapitel 51 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 227

Kapitel 52 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 228

Kapitel 53 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 229

Kapitel 54 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 230

Kapitel 55 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 231

Kapitel 56 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 232
vi

Vorwort

Liebe Schülerinnen und Schüler,
das vorliegende Übungsbuch ergänzt das Schulbuch „Campbell Biologie Gymnasiale

Oberstufe“ durch viele Aufgaben und Übungen zu jedem Kapitel. Diese sollen Ihnen
das Verständnis der Inhalte des Lehrbuches erleichtern und Sie trainieren, biologische

Fachinhalte in verschiedenen Kontexten anzuwenden. Da Sie diese Fähigkeiten anhand
der Aufgaben selbstständig überprüfen können, ist dieses Übungsbuch eine hervor-
ragende Hilfe für Ihre Klausurvorbereitung.

Das Übungsbuch enthält im ersten Teil für jedes Kapitel des Schulbuches Aufgaben
und im zweiten Teil deren Lösungen. Die Kapiteleinteilung entspricht der des Buches,
sodass Sie sich leicht orientieren können. Mit den Aufgaben können Sie alle drei Kom-
petenzbereiche, die das Abitur an Sie stellt, trainieren. Bei den Fragen handelt es sich
einerseits um Multiple-Choice-Fragen und andererseits um interdisziplinäre Aufgaben.

Zum Training der sauberen Formulierung von biologischen Themen eignen sich die

Multiple-Choice-Fragen. Auch eine schnelle Wiederholung vor Klausuren und Prüfun-
gen ist somit möglich. Die interdisziplinären Aufgaben ermöglichen einen „Blick über
den Tellerrand“ der einzelnen Fachinhalte und verknüpfen verschiedene Teilbereiche
der Biologie miteinander. Dieses vernetzte Wissen ist eine Kernkompetenz für Klausur-
und Abituraufgaben.

Wir wünschen Ihnen viel Erfolg bei der Vorbereitung auf Ihre Prüfungen und viel Freude
bei der Arbeit mit diesem Buch.

Toralf Müller und Carsten Sult
vii

Teil I

Übungsaufgaben

Kapitel 1

Übungsaufgaben

Einführung:

Schlüsselthemen der Biologie

1. Alle Organismen in der Nähe Ihrer Schule bilden
a.

ein Ökosystem
b.

eine Lebensgemeinschaft
c.

eine Population
d.

eine Versuchsgruppe
e.

eine taxonomische Einheit

2. Welche Begriffsfolge stellt eine korrekte Abfolge biologischer Hierarchieebenen dar, ausgehend von einem einzelnen Tierindividuum und in absteigender Folge?

a.

Gehirn, Organsystem, Nervenzelle, Nervengewebe
b.

Organsystem, Nervengewebe, Gehirn
c.

Organismus, Organsystem, Gewebe, Zelle, Organ
d.

Nervensystem, Gehirn, Nervengewebe, Nervenzelle
e.

Organsystem, Gewebe, Molekül, Zelle

3. Welche der folgenden Aussagen beruht auf keiner Beobachtung oder Schlussfolgerung, die mit Darwins Theorie der natürlichen Selektion in Einklang gebracht wer-
den kann?

a.

Schlecht angepasste Individuen bringen niemals Nachkommen hervor.

b.

Zwischen Individuen gibt es erblich bedingte Unterschiede.

c.

Aufgrund des Überschusses an Nachkommen kommt es zur Konkurrenz um
begrenzte Ressourcen.

d.

Individuen, die durch ihre Erbmerkmale am besten an die Umwelt angepasst
sind, werden im Allgemeinen mehr Nachkommen hervorbringen.

e.

Eine Population kann sich an ihre Umwelt anpassen.

4. Die Systembiologie beschäftigt sich im Wesentlichen damit,
a.

die systemimmanenten Prozesse auf allen Ebenen der biologischen Organisa-
tion von den Molekülen bis hin zur Biosphäre aufzuschlüsseln
b.

komplexe Systeme zu vereinfachen, indem sie in kleinere, weniger komplexe

Einheiten zerlegt werden
c.

Modelle vollständiger biologischer Systeme zu konstruieren

3

1 Einführung: Schlüsselthemen der Biologie
d.

eine „High-throughput“-Technologie für die schnelle Verarbeitung biologisch
relevanter Daten aufzubauen
e.

die technische Anwendung wissenschaftlichen Wissens zu beschleunigen

5. Protisten und Bakterien werden unterschiedlichen Domänen zugeordnet, weil
a.

Protisten Bakterien fressen
b.

Bakterien nicht aus Zellen bestehen
c.

Protisten einen von einer Membran umgebenen Zellkern besitzen, der den

Übungsaufgaben

Bakterien fehlt
d.

Bakterien Protisten zersetzen
e.

Protisten zur Photosynthese befähigt sind

6. Welche der folgenden Aussagen beruht auf einer qualitativen Datenerhebung?

a.

eine Temperaturzunahme von 20◦C auf 25◦C
b.

Die Wuchshöhe einer Pflanze beträgt 25cm.

c.

Der Fischschwarm bewegt sich in einer Zickzackbewegung vorwärts.

d.

Die sechs Rotkehlchenpaare haben im Durchschnitt drei Nachkommen hervor-
gebracht.

e.

Der Mageninhalt wird alle 20 Sekunden umgewälzt.

7. Welche der folgenden Aussagen beschreibt die Logik einer auf Hypothesen beru-
henden Wissenschaft?

a.

Wenn ich eine überprüfbare Hypothese formuliere, werden Beobachtungen
und Experimente diese stützen.

b.

Wenn meine Vorhersage zutrifft, wird sie zu einer überprüfbaren Hypothese
führen.

c.

Wenn meine Beobachtungen korrekt sind, werden sie meine Hypothese stüt-
zen.

d.

Wenn meine Hypothese zutrifft, kann ich erwarten, dass sich bestimmte Ver-
suchsergebnisse einstellen werden.

e.

Wenn mein experimenteller Ansatz gut gewählt ist, wird er zu einer überprüf-
baren Hypothese führen.

8. Ein Experiment mit Kontrollgruppen ist dadurch charakterisiert, dass es
a.

langsam genug abläuft, um dem Wissenschaftler eine präzise Aufzeichnung
der Ergebnisse zu ermöglichen
b.

experimentelle und Kontrollansätze einbezieht, die parallel den Bedingungen
des Experiments unterworfen werden
c.

viele Male wiederholt wird, um sicherzustellen, dass die Ergebnisse korrekt
sind
d.

alle Umweltvariablen konstant hält
e.

von erfahrenen Wissenschaftler durchgeführt wird

9. Zeichenübung Zeichnen Sie in groben Umrissen verschiedene biologische Hierar-
chieebenen, die ein Korallenriff als Ökosystem, eine Fischart als Organismus, den Magen

4

1 Einführung: Schlüsselthemen der Biologie
als Organ und die DNA als Molekültyp umfassen. Beziehen Sie dabei alle Ebenen der

Hierarchie mit ein.

Übungsaufgaben

Verbindung zur Evolution

10. Eine typische prokaryotische Zelle enthält in ihrer DNA ungefähr 3200 Gene – eine menschliche Zelle dagegen etwa 25.000. Ungefähr 1000 dieser Gene finden sich in
beiden Zelltypen. Versuchen Sie mit Ihrem erworbenen evolutionsbiologischen Wissen
zu erklären, warum diese beiden doch so verschiedenen Organismen eine gemeinsame

Gruppe von Genen enthalten. Welche Funktionen könnten diese gemeinsamen Gene
erfüllen?

Wissenschaftliche Forschung

11. Schlagen Sie auf der Grundlage der experimentellen Ergebnisse zur Schlangenmi-
mikry eine weitere Hypothese vor, die dafür geeignet sein könnte, die Forschungen zu
dieser Fragestellung weiterzuführen.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

12. Die Früchte wilder Tomatenpflanzen sind im Vergleich zu den riesigen Fleisch-
tomaten der heutigen Zeit winzig. Dieser Unterschied in der Fruchtgröße geht fast
vollständig auf eine größere Anzahl von Zellen in den Früchten der gezüchteten Toma-
tenpflanzen zurück. Mit molekularbiologischen Methoden arbeitende Botaniker haben
jüngst Gene gefunden, die die Zellteilung von Tomatenpflanzen steuern. Welche Be-
deutung könnte diese Entdeckung für die Produktion anderer Kulturpflanzen, die zu
unserer Ernährung dienen, haben? Welche Bedeutung haben solche Ergebnisse für die

Entwicklung des Menschen oder bei Krankheiten? In welchem Umfang tragen sie zu
unserem grundlegenden biologischen Verständnis bei?

5

Kapitel 2

Übungsaufgaben

Chemische Grundlagen der Biologie

1. Im Begriff „Spurenelement“ bedeutet „Spuren“ so viel wie:

a.

Das Element wird in sehr geringer Menge benötigt.

b.

Das Element kann eingesetzt werden, um Atome für den Durchgang durch
den Stoffwechsel zu markieren.

c.

Das Element ist auf der Erde sehr selten.

d.

Das Element fördert die Gesundheit, ist aber für das Überleben auf lange Sicht
nicht erforderlich.

e.

Das Element wird rasch durch den Organismus geschleust.

2. Im Vergleich zum stabilen Isotop 31P besitzt das radioaktive Isotop 32P
a.

eine abweichende Ordnungszahl
b.

ein zusätzliches Neutron
c.

ein zusätzliches Proton
d.

ein zusätzliches Elektron
e.

eine abweichende Ladung

3. Atome können durch eine Auflistung der Anzahl der Protonen, Neutronen und

Elektronen dargestellt werden; zum Beispiel: 2 p+, 2 n 0, 2 e– für Helium. Welche der folgenden Auflistungen gibt das Isotop 18O des Sauerstoffs korrekt wieder?

a.

6 p+, 8 n 0, 6 e–
b.

8 p+, 10 n 0, 8 e–
c.

9 p+, 9 n 0, 9 e–
d.

7 p+, 2 n 0, 9 e–
e.

10 p+, 8 n 0, 9 e–

4. Die Ordnungszahl des Schwefels ist 16. Schwefel verbindet sich mit Wasserstoff
zu einer kovalenten Verbindung, dem Schwefelwasserstoff. Sagen Sie anhand der Zahl
der Valenzelektronen des Schwefelatoms die Summenformel für Schwefelwasserstoff
voraus.

a.

HS
b.

HS2
c.

H2S
d.

H3S2
e.

H4S

7

2 Chemische Grundlagen der Biologie

5. Die Reaktivität eines Atoms resultiert aus
a.

der mittleren Distanz der äußersten Elektronenschale vom Atomkern
b.

dem Vorliegen ungepaarter Elektronen in der Valenzschale
c.

der Summe der potenziellen Energien aller Elektronenschalen.

d.

der potenziellen Energie der Valenzschale
e.

dem Energieunterschied zwischen s- und p-Orbitalen

6. Welche Aussage trifft für alle Anionen zu?

Übungsaufgaben
a.

Das Ion hat mehr Elektronen als Protonen.

b.

Das Ion hat mehr Protonen als Elektronen.

c.

Das Ion besitzt weniger Protonen als ein neutrales Atom desselben Elements.

d.

Das Ion hat mehr Neutronen als Protonen.

e.

Die Nettoladung ist –1.

7. Welche Koeffizienten müssen in die nachfolgenden Leerstellen eingetragen werden, damit die stöchiometrische Bilanz der Reaktion aufgeht?

C6H12O6 −→

C2H6O +

CO2
a.

1, 2
b.

2, 2
c.

1, 3
d.

1, 1
e.

3, 1

8. Welche der folgenden Aussagen beschreibt zutreffend eine beliebige chemische

Reaktion im Gleichgewicht?

a.

Die Konzentrationen von Edukten und Produkten sind gleich.

b.

Die Geschwindigkeit von Hin- und Rückreaktion sind gleich.

c.

Hin- wie Rückreaktion sind zum Erliegen gekommen.

d.

Die Reaktion ist nunmehr irreversibel.

e.

Es ist kein Edukt mehr vorhanden.

9. Zeichenübung Zeichnen Sie die Lewis-Formeln der unter a–d wiedergegebenen

Moleküle. Geben Sie dabei für alle Atome sämtliche Valenzelektronen an. Ermitteln

Sie, welches der Moleküle nach Ihrem jetzigen chemischen Wissensstand Sinn macht,
weil jedes der Atome eine abgeschlossene Valenzschale besitzt und jede Bindung die

„korrekte“ Anzahl von Elektronen aufweist. Geben Sie eine Erklärung dafür, warum
für Sie das/die andere/n Molekül/e keinen Sinn ergibt/ergeben. Stützen Sie sich auf Ihr

Wissen über die Anzahl von Bindungen, die jede Atomsorte betätigen kann.

8

2 Chemische Grundlagen der Biologie

(a) O

C

H

(c)

H

H

H

C

H

C

O

Übungsaufgaben

H

(b)

H

H

(d)

O

H

O

C

C

O

H

N

H

H

Verbindung zur Evolution

10. Die prozentualen Anteile, in denen chemische Elemente im menschlichen Kör-
per vorkommen, sind den Prozentsätzen, mit denen sie in anderen Organismen vor-
kommen, ähnlich. Wie lässt sich diese Ähnlichkeit unter den verschiedenen Lebewesen
erklären?

Wissenschaftliche Forschung

11. Weibliche Seidenspinner (Bombyx mori) locken Männchen an, indem sie einen flüchtigen Lockstoff ausschütten, der sich durch die Luft verbreitet. Ein mehrere hundert Meter entferntes Mannchen kann diese Moleküle in großer Verdünnung wahrnehmen
und sich auf die Suche nach der Quelle machen. Die Sinnesorgane, mit deren Hilfe
diese Signale aufgefangen werden, sind kammartige Antennen, die auf dieser Foto-
grafie zu sehen sind. Jedes Filament der Antenne ist mit tausenden von Sinneszellen
besetzt, die den Sexuallockstoff wahrnehmen können. Schlagen Sie auf der Grundlage
dessen, was Sie in diesem Kapitel gelernt haben, eine Hypothese vor, um die Fähigkeit
des männlichen Falters, eine spezifische Substanz in Gegenwart vieler anderer in der

Luft wahrzunehmen, zu erklären. Welche Vorhersagen lassen sich aus Ihrer Hypothese
ableiten? Entwerfen Sie ein Experiment, um eine dieser Vorhersagen zu überprüfen.

9

2 Chemische Grundlagen der Biologie

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

12. Beim Warten an einem Flughafen hat unser Autor Neil Campbell einmal diese

Behauptung aufgeschnappt: „Es ist paranoid oder zeugt von Unwissenheit, sich dar-
über aufzuregen, dass Industrie und Landwirtschaft die Umwelt mit ihren chemischen

Abfällen kontaminieren. Schließlich besteht das Zeug ja aus den gleichen Atomen, die
vorher schon in der Umwelt vorhanden waren.“ Wie würden Sie diesem Argument
entgegentreten?

Übungsaufgaben

10

Kapitel 3

Übungsaufgaben

Wasser als Grundstoff für Leben

1. Viele Säugetiere steuern ihre Körpertemperatur durch Schwitzen. Welche Eigen-
schaft des Wassers ist an erster Stelle dafür verantwortlich, dass durch Schweißabson-
derung die Körpertemperatur gesenkt werden kann?

a.

die Dichteänderung des Wassers bei der Kondensation
b.

die Fähigkeit des Wassers, Bestandteile der Luft zu lösen
c.

die Freisetzung von Wärme bei der Bildung von Wasserstoffbrückenbindungen
d.

die Absorption von Wärme durch das Auflösen von Wasserstoffbrückenbin-
dungen
e.

die hohe Oberflächenspannung des Wassers

2. Ein Stück Pizza enthält 2090kJ (500kcal) verwertbare Energie. Wie groß wäre der ungefähre Temperaturanstieg, falls wir die gesamte Energiemenge durch Verbrennen
der Pizza nutzbar machen und zum Erwärmen von 50l Wasser verwenden könnten?

( Hinweis: 1l kaltes Wasser wiegt genau 1kg.)

a.

50◦C
b.

5◦C
c.

10◦C
d.

100◦C
e.

1◦C

3. Die Bindungen, die beim Verdampfen von Wasser gelöst werden, sind
a.

Ionenbindungen
b.

Wasserstoffbrückenbindungen zwischen Wassermolekülen
c.

kovalente Bindungen zwischen den Atomen des Wassermoleküls
d.

polare Kovalenzbindungen
e.

unpolare Kovalenzbindungen

4. Welche der folgenden Substanzen ist hydrophob?

a.

Papier
b.

Kochsalz
c.

Wachs
d.

Zucker
e.

Nudeln

11

3 Wasser als Grundstoff für Leben

5. Wir können sicher davon ausgehen, dass ein Mol Haushaltszucker und ein Mol

Vitamin C sich in Folgendem entsprechen:

a.

Masse in Dalton
b.

Masse in Gramm
c.

Anzahl der Moleküle
d.

Anzahl der Atome
e.

Volumen

Übungsaufgaben

6. Wie viele Gramm Essigsäure (C2H4O2) sind notwendig, will man 10l einer 0,1M
verdünnten Essigsäure herstellen? ( Hinweis: Die gerundeten Atommassen sind Kohlenstoff, 12, Wasserstoff, 1, Sauerstoff, 16.)

a.

10,0 g
b.

0,1 g
c.

6,0 g
d.

60,0 g
e.

0,6 g

7. Eine Messung hat ergeben, dass der pH-Wert in einem See 4,0 beträgt. Wie groß
ist die Wasserstoffionenkonzentration im Seewasser?

a.

4,0 M
b.

10−10 M
c.

10−4 M
d.

104 M
e.

4 Prozent

8. Wie groß ist die Hydroxidionenkonzentration in dem See von Frage 7?

a.

10−7 M
b.

10−4 M
c.

10−10 M
d.

10−14vM
e.

10M

9. Zeichenübung Zeichnen Sie drei Wassermoleküle und beschriften Sie die Ato-
me. Zeichnen Sie der chemischen Praxis entsprechend kovalente Bindungen als durch-
gehende Striche, Wasserstoffbrückenbindungen als gestrichelte Linien. Markieren Sie
die Partialladungen an den entsprechenden Stellen.

Verbindung zur Evolution

10. Die Oberfläche des Planeten Mars weist viele Geländemerkmale auf, die an diejenigen erinnern, die auf der Erde durch fließendes Wasser erzeugt werden. Dies schließt
mäandernde Kanäle und Auswaschungsbereiche ein.

12

3 Wasser als Grundstoff für Leben

Übungsaufgaben

Marsoberfläche

Erdoberfläche

Im Jahr 2004 von dem NASA-Roboter Opportunity auf der Hochebene Merdiani Pla-
num gemachte Bilder legen den Schluss nahe, dass es einst flüssiges Wasser auf der

Marsoberfläche gegeben haben könnte. So zeigt etwa eines der Bilder (links) polygo-
nale Bruchlinien im Gestein. Ähnliche Frakturmuster in Gestein auf der Erdoberfläche

(rechts) sind mit einem früheren Vorhandensein von Wasser korreliert. An den Mars-
polen existiert auch heute noch Wasser, und manche Wissenschaftler haben den Ver-
dacht geäußert, dass unterhalb der Marsoberfläche noch weit größere Wasservorräte
vorhanden sein könnten. Warum ist das Interesse an der Frage, ob es auf dem Mars

Wasser gibt, so groß? Macht das Vorhandensein von Wasser auf dem Mars es wahr-
scheinlicher, dass das Leben dort entstanden sein könnte? Welche anderen physischen

Faktoren könnten außerdem von Bedeutung sein?

Wissenschaftliche Forschung

11.

Entwerfen Sie ein wissenschaftliches Experiment, um die Hypothese zu über-
prüfen, dass saurer Regen das Wachstum der Wasserpest ( Elodea sp.) hemmt.

12. Bauern, die Ackerbau betreiben, achten sehr genau auf den Wetterbericht. Kurz
vor einem vorhergesagten Nachtfrost versprühen Gemüsebauern als Schutzmaßnah-
me Wasser auf ihre Nutzpflanzen. Ziehen Sie die Ihnen bekannten Eigenschaften des

Wassers heran, um zu erklären, wie diese Methode funktioniert. Beachten Sie die Rolle
von Wasserstoffbrückenbindungen, die für dieses Phänomen verantwortlich sind.

13

Kapitel 4

Übungsaufgaben

Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt
des Lebens

1. Die organische Chemie wird heute definiert als
a.

das Studium von Verbindungen, die nur von lebenden Zellen gebildet werden
b.

das Studium der Verbindungen des Kohlenstoffs
c.

das Studium vitaler Kräfte
d.

das Studium natürlich vorkommender Verbindungen (Naturstoffchemie)

e.

das Studium von Kohlenwasserstoffen.

2. Welcher der folgenden Kohlenwasserstoffe weist in seinem Kohlenstoffgerüst eine Doppelbindung auf?

a.

C3H8
b.

C2H6
c.

CH4
d.

C2H4
e.

C2H2

3. Wählen Sie denjenigen Begriff aus, der die Beziehung der folgenden beiden Zuckermoleküle zueinander beschreibt:

H

H

O

H

C

OH

C

C

O

H

C

OH

H

C

OH

H

C

OH

H

H
a.

Strukturisomere
b.

geometrische Isomere
c.

Enantiomere
d.

Isotope

4. Geben Sie an, welche(s) der Kohlenstoffatome im folgenden Molekül ein Chira-
litätszentrum ist:

OH

O

H

H

H
a
b
c
d
e

C

C

C

C

C

H

H

H

H

H

H

15

4 Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens

5. Welche der im Folgenden aufgeführten funktionellen Gruppen ist im folgenden

Molekül nicht vorhanden?

HO

O

C

H

H

C

C

OH

N

H

H

H

Übungsaufgaben
a.

Carboxyl-
b.

Sulfhydryl-
c.

Hydroxyl-
d.

Amino-

6. Welche chemische Umwandlung führte zur Erzeugung einer Carbonylgruppe?

a.

Ersatz der OH-Funktion einer Carboxylgruppe durch Wasserstoff
b.

Addition eines Thiols an eine Hydroxylfunktion
c.

Addition einer Hydroxylgruppe an einen Phosphatrest
d.

Ersatz des Stickstoffatoms eines Amins durch Sauerstoff
e.

Addition einer Sulfhydrylgruppe an eine Carboxylgruppe

7. Welche funktionelle Gruppe ist am wahrscheinlichsten dafür verantwortlich, dass eine organische Verbindung basisches Verhalten zeigt?

a.

Hydroxyl-
b.

Carbonyl-
c.

Carboxyl-
d.

Amino-
e.

Phosphat-

8. Zeichenübung Manche Wissenschaftler sind der Ansicht, dass sich Leben an an-
deren Orten im Universum auf das Element Silicium (Si) statt wie auf der Erde auf

Kohlenstoff stützen könnte. Zeichnen Sie eine Lewis-Formel für das Siliciumatom. Wel-
che elektronischen Eigenschaften hat Silicium mit Kohlenstoff gemeinsam? Was lässt
die Vision von auf Silicium aufbauendem Leben wahrscheinlicher erscheinen als von
möglichem Leben, das auf Neon oder Aluminium gründet?

Wissenschaftliche Forschung

9. Im Jahr 1918 verursachte eine Epidemie der afrikanischen Schlafkrankheit bei einigen Betroffenen eine ungewöhnliche Form der starren Paralyse, die in ihrer Erscheinung
den Symptomen einer fortgeschrittenen Parkinson’schen Krankheit ähnlich waren. Jah-
re später wurde einigen dieser Opfer der Schlafkrankheit der Wirkstoff L-DOPA (siehe
rechte Spalte) verabreicht, der auch eingesetzt wird, um die Parkinson’sche Krankheit zu
behandeln. Das L-DOPA erwies sich als bemerkenswert wirkungsvoll, um die Lähmung
zumindest zeitweilig zum Verschwinden zu bringen. Das enantiomere D-DOPA wurde
in der Folge als wirkungslos entlarvt – ebenso wie es bei an Parkinson’scher Krankheit

16

4 Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens

Leidenden der Fall ist. Formulieren Sie eine Hypothese, um zu erklären, warum im Fall
beider Krankheiten das eine Enantiomer wirkungsvoll ist, das andere aber nicht.

Übungsaufgaben

L-DOPA

D-DOPA

17

Kapitel 5

Übungsaufgaben

Struktur und Funktion biologischer

Makromoleküle

1. Welcher der folgenden Begriffe ist ein Oberbegriff, der alle anderen einschließt?

a.

Monosaccharid
b.

Disaccharid
c.

Stärke
d.

Kohlenhydrat
e.

Polysaccharid

2. Die Summenformel der Glucose ist C6H12O6. Wie lautet die Summenformel ei-
nes Polymers aus zehn Glucoseresten, das durch eine dehydratisierende Kondensation
gebildet wird?

a.

C60H120O60
b.

C6H12O6
c.

C60H102O51
d.

C60H100O50
e.

C60H111O51

3. Das Enzym Amylase spaltet glycosidische Bindungen zwischen Glycosylresten nur
dann, wenn diese α-glycosidisch verknüpft sind. Welche der folgenden Verbindungen könnte die Amylase abbauen?

a.

Glycogen, Stärke und Amylopectin
b.

Glycogen und Cellulose
c.

Cellulose und Chitin
d.

Stärke und Chitin
e.

Stärke, Amylopectin und Cellulose

4. Welche der folgenden Aussagen über ungesättigte Fette trifft zu?

a

Sie kommen bei Tieren häufiger vor als bei Pflanzen.

b.

Sie weisen Doppelbindungen in den Kohlenstoffketten der Fettsäurereste auf.

c.

Sie verfestigen sich im Allgemeinen bei Zimmertemperatur.

d.

Sie enthalten mehr Wasserstoff als gesättigte Fette mit der gleichen Anzahl
von Kohlenstoffatomen.

e.

Sie enthalten eine geringe Zahl von Fettsäureresten pro Fettmolekül.

19

5 Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle

5.

Die Strukturebene eines Proteins, das von einem Aufbrechen der Wasserstoff-
brückenbindung am wenigsten betroffen wird, ist
a.

die primäre
b.

die sekundäre
c.

die tertiäre
d.

die quartäre
e.

Alle Strukturebenen sind gleich stark betroffen.

Übungsaufgaben

6. Welche der folgenden Paare von Basenfolgen könnte ein kurzes Stück einer nor-
malen DNA-Doppelhelix ausbilden?

a.

5’-Purinbase-Pyrimidinbase-Purinbase-Pyrimidinbase-3’ mit 3’-Purinbase-Pyri-
midinbase-Purinbase-Pyrimidinbase-5’

b.

5’-AGCT-3’ mit 5’-TCGA-3’

c.

5’-GCGC-3’ mit 5’-TATA-3’

d.

5’-ATGC-3’ mit 5’-GCAT-3’

e.

Alle Paarungen sind korrekt.

7. Enzyme, die DNA abbauen, katalysieren die Hydrolyse der kovalenten Bindungen
der Nucleotide untereinander. Was würde demnach passieren, wenn ein DNA-Molekül
mit einem dieser Enzyme (einer DNAse) behandelt wird?

a.

Die beiden Stränge der Doppelhelix trennen sich.

b.

Die Phosphodiesterbindungen zwischen den Desoxyribosylresten würden ge-
spalten.

c.

Die Purinbasen trennen sich von den Desoxribosylresten.

d.

Die Pyrimidinbasen trennen sich von den Desoxyribosylresten.

e.

Alle Basen trennen sich von den Desoxyribosylresten.

8. Erstellen Sie eine Tabelle, in der Sie die folgenden Begriffe auflisten, und benennen Sie die Spalten und Zeilen Ihrer Tabelle.

Phosphodiesterbindung

Peptidbindungen

Glycosidbindungen

Esterbindungen

Polypeptide

Triacylglycerine

Polynucleotide

Polysaccharide

Monosaccharide

Nucleotide

Aminosäuren

Fettsäuren

9. Zeichenübung Zeichnen Sie den Polynucleotidstrang von Abbildung 5.18a nach
und markieren Sie die Basen G, T, C und T. Beginnen Sie am 5’-Ende. Zeichnen Sie

20

5 Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle
danach den komplementären Strang der Doppelhelix und verwenden Sie dabei die
gleichen Symbole für die Phosphatreste (Kreise), Zuckerreste (Fünfecke) und Basen.

Übungsaufgaben

Benennen Sie die Basen. Zeichnen Sie Pfeile ein, die die 5’→3’-Richtung jedes der

Molekülstränge angibt. Stellen Sie anhand der Pfeile sicher, dass der zweite Strang
antiparallel zum ersten verläuft. Hinweis: Drehen Sie, nachdem Sie den ersten Strang gezeichnet haben, das Papier auf den Kopf. Es ist dann einfacher, den zweiten Strang
vom 5’- zum 3’-Ende hin zu zeichnen, als von unten nach oben vorzugehen.

Wissenschaftliche Forschung

10. Während der Napoleonischen Kriege im 19. Jahrhundert kam es in Europa zu
einer Zuckerknappheit, weil die Versorgungsschiffe die blockierten Seehäfen nicht an-
laufen konnten. Um einen künstlichen Süßstoff herzustellen, hydrolysierten deutsche

Wissenschaftler Weizenstärke. Sie taten dies, indem sie die Stärke mit Salzsäure ver-
setzten und erhitzten, was zur Auflösung einiger der Glycosidbindungen zwischen den

Glucoseuntereinheiten der Stärkemoleküle führte. Die Grafik zeigt den Prozentsatz der
aufgelösten Glycosidbindungen als Funktion der Zeit. Warum fanden Ihrer Ansicht nach
die Verbraucher diesen Süßstoff weniger süß als konventionellen Zucker? Zeichnen Sie
eine Glycosidbindung des Stärkemoleküls unter Zuhilfenahme der Abbildungen 5.4a
und 5.6a. Zeigen Sie auf, wie die Säure diese Bindung aufbricht. Warum hat die Säure

Ihrer Meinung nach nur ca. 50 Prozent der Bindungen der Weizenstärke gelöst?

100

50

% gespaltene

Glycosidbindungen

0

Zeit

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

11. Manche Hobby- und die meisten Berufsathleten nehmen Steroide, die ihnen dabei
helfen, Muskelmasse aufzubauen oder ihre Kraft zu erhöhen. Die Gesundheitsrisiken
dieser Praxis sind ausgiebig dokumentiert. Was denken Sie jenseits gesundheitlicher

Erwägungen über die Verwendung solcher Mittel zur Steigerung der athletischen Leis-
tung? Betrügt ein Sportler, der anabole Steroide einnimmt? Oder ist die Verwendung
solcher Substanzen Teil der Vorbereitung, die notwendig ist, um im Konkurrenzkampf
mithalten zu können und vielleicht siegreich zu sein. Erläutern Sie Ihre Einschätzung

21

Kapitel 6

Übungsaufgaben

Die Struktur von Zellen

1. Welche Aussage charakterisiert membrangebundene Ribosomen zutreffend?

a.

Gebundene Ribosomen sind von einer eigenen Membran umgeben.

b.

Gebundene und freie Ribosomen unterscheiden sich in ihrem Aufbau.

c.

Gebundene Ribosomen synthetisieren im Allgemeinen Membranproteine und
sekretorische Proteine.

d.

Die häufigste Lokalisation gebundener Ribosomen ist die cytoplasmatische

Seite der Plasmamembran.

e.

Alle oben genannten Aussagen treffen zu.

2. Welche der im Folgenden genannten Bildungen ist nicht Teil des Endomembran-
systems?

a.

Zellkernhülle
b.

Chloroplast
c.

Golgi-Apparat
d.

Plasmamembran
e.

endoplasmatisches Reticulum (ER)

3.

Bauchspeicheldrüsenzellen (Pankreaszellen) bauen radioaktiv markierte Amino-
säuren in Proteine ein. Diese Markierung neu synthetisierter Proteine versetzt den For-
scher in die Lage, ihre Lokalisation oder ihre Bewegung in der Zelle zu verfolgen. In
diesem Beispiel wollen wir ein von der Bauchspeicheldrüsenzelle ausgeschüttetes En-
zym verfolgen. Welches ist der für das Enzym wahrscheinlichste Transportweg?

a.

ER → Golgi-Apparat → Zellkern
b.

Golgi-Apparat → ER → Lysosom
c.

Zellkern → ER → Golgi-Apparat
d.

ER → Golgi-Apparat → Vesikel, die mit der Plasmamembran fusionieren
e.

ER → Lysosomen → Vesikel, die mit der Plasmamembran fusionieren

4. Welche(s) der folgenden Gebilde kommt in Pflanzen- und Tierzellen vor?

a.

Chloroplast
b.

Zellwand aus Cellulose
c.

Zellsaftvakuole
d.

Mitochondrium
e.

Centriol

23

6 Die Struktur von Zellen

5. Welche(s) der folgenden Gebilde ist/sind in einer prokaryotischen Zelle vorhanden?

a.

Mitochondrium
b.

Ribosom
c.

Zellkernhülle
d.

Chloroplast
e.

endoplasmatisches Reticulum

6. Welche der folgenden Struktur/Funktionspaarungen ist/ sind fehlerhaft?

Übungsaufgaben
a.

Nucleolus; Herstellung ribosomaler Untereinheiten
b.

Lyososom; intrazelluläre Verdauung
c.

Ribosom; Proteinbiosynthese
d.

Golgi-Apparat; Proteintransport
e.

Mikrotubuli; Muskelkontraktion

7. Zeichenübung Zeichnen Sie aus dem Gedächtnis zwei Zellen mit den nachfolgen-
den Strukturen und gegebenenfalls deren Verbindungen: Zellkern, raues ER, glattes ER,

Mitochondrien, Centrosom, Chloroplast, Vakuole, Lysosomen, Mikrotubuli, Zellwand,
extrazelluläre Matrix, Mikrofilamente, Golgi-Apparat, Intermediärfilamente, Plasma-
membran, Peroxisomen, Ribosomen, Nucleolus, Kernporen, Vesikeln, Flagellen, Mikro-
villi, Plasmodesmen.

Verbindung zur Evolution

8. An welcher Zellstruktur kann man am besten evolutionäre Zusammenhänge de-
monstrieren? Begründen Sie!

Wissenschaftliche Forschung

9. Stellen Sie sich ein Protein X vor, das dazu bestimmt ist, zur Plasmamembran transportiert zu werden. Nehmen Sie an, dass das Protein X bereits von den Ribosomen in

Kultur gehaltener Zellen synthetisiert worden ist. In welcher Zellfraktion würden Sie das Protein X bei einer Zellfraktionierung erwarten (siehe gegebenenfalls Abbildung 6.5)?

Erläutern Sie Ihre Antwort, indem Sie den Weg des Proteins beschreiben.

24

Kapitel 7

Übungsaufgaben

Struktur und Funktion biologischer

Membranen

1. Auf welche Weise variieren eukaryotische Zellmembranen in ihrem Aufbau?

a.

Phospholipide finden sich nur in gewissen Membranen.

b.

Jede Membran enthält bestimmte Proteine.

c.

Nur bestimmte Membranen der Zelle sind selektiv permeabel.

d.

Nur bestimmte Membranen sind aus amphipathischen Molekülen aufgebaut.

e.

Einige Membranen besitzen hydrophobe Oberflächen, die zum Cytoplasma
weisen, während andere hydrophile Oberflächen aufweisen, die zum Cyto-
plasma zeigen.

2. Nach dem Flüssig-Mosaik-Modell (Singer/Nicolson-Modell) sind die Proteine einer Membran größtenteils
a.

in einer durchgehenden Lage über die innere und die äußere Oberfläche einer

Membran verteilt
b.

auf den hydrophoben Innenbereich einer Membran beschränkt
c.

in die Lipiddoppelschicht eingebettet
d.

zufällig in der Membran ausgerichtet, ohne festgelegte Innen/Außen-Polarität
e.

darin frei, sich aus der fluiden Membran herauszulösen und in die umgebende

Lösung überzutreten

Verbindung zur Evolution

3. Pantoffeltierchen ( Paramecium sp.) und andere Protisten, die in hypotoner Umgebung leben, besitzen Zellmembranen, die den osmotischen Wassereinstrom in die Zelle
verlangsamen, während die in isotoner Umgebung lebenden Arten stärker durchlässige

Zellmembranen aufweisen. Welche Anpassungen zur Wasserregulierung können sich
bei Protisten evolutionär herausgebildet haben, die in Habitaten wie Süßwasserseen
leben? Welche bei Arten, die in Habitaten mit veränderlichem Salzgehalt leben?

Wissenschaftliche Forschung

4. Im Experiment soll der Mechanismus der Saccharoseaufnahme durch Pflanzenzel-
len untersucht werden. Die Zellen werden in eine Rohrzuckerlösung überführt und
der pH-Wert der Lösung verfolgt. In regelmäßigen Zeitabständen werden Zellproben
entnommen und der Saccharosegehalt (die Rohrzuckerkonzentration) in den Zellen
gemessen. Die Saccharoseaufnahme geht mit einem Anstieg des pH-Wertes der Lö-

25

7 Struktur und Funktion biologischer Membranen
sung einher. Dieser Anstieg ist proportional zur Anfangskonzentration der Saccharose
in der Lösung. Ein Stoffwechselgift, das die Fähigkeit der Zellen, ATP zu synthetisieren, lahmlegt, hemmt die pH-Wertänderung in der Lösung. Formulieren Sie eine Erklärungs-hypothese für diese Befunde. Schlagen Sie ein Experiment vor, um die Hypothese zu
überprüfen.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

Übungsaufgaben

5. Eine ausgiebige Bewässerung führt in Trockengebieten (ariden Landschaften) zur

Akkumulation von Salz im Boden. (Wenn Wasser verdunstet, bleiben darin gelöste

Stoffe wie Salze zurück und konzentrieren sich im Erdreich.) Warum sollte, auf der

Grundlage dessen, was Sie über den Wasserhaushalt von Pflanzen gelernt haben, Ihrer

Meinung nach eine erhöhte Salinität des Erdbodens schädlich für Nutzpflanzen sein?

Schlagen Sie Wege vor, um den Schaden zu minimieren. Welche Kosten sind mit Ihrem

Lösungsansatz verbunden?

26

Kapitel 8

Übungsaufgaben

Konzepte des Stoffwechsels

1. Wählen Sie dasjenige Begriffspaar aus, das den folgenden Satz korrekt vervollstän-digt:

Der Katabolismus verhält sich zum Anabolismus wie
zu

.

a.

exergon; spontan
b.

exergon; endergon
c.

freie Enthalpie; Entropie
d.

Arbeit; Energie
e.

Entropie; Enthalpie

2. Zellen können Wärme nicht zur Verrichtung von Arbeit heranziehen, weil
a.

Wärme keine Energieform ist
b.

Zellen nicht viel Wärme enthalten; sie sind relativ kühl
c.

die Temperatur in einer Zelle für gewöhnlich überall gleich ist
d.

Wärme nie zur Verrichtung von Arbeit benutzt werden kann
e.

Wärme Enzyme denaturiert

3. Welche/r der folgenden Stoffwechselprozesse kann ohne einen Nettoeintrag an

Energie aus anderen Prozessen ablaufen?

a.

ADP + P i −→ ATP + H2O
b.

C6H12O6 + 6 O2 −→ 6 CO2 + 6 H2O
c.

6 CO2 + 6 H2O −→ C6H12O6 + 6 O2
d.

Aminosäuren −→ Protein
e.

Glucose + Fructose −→ Saccharose

4. Falls ein in Lösung befindliches Enzym mit Substrat gesättigt ist, besteht die effek-tivste Methode zu einer noch schnelleren Produktgewinnung im
a.

Zusatz von mehr Enzym
b.

Erhitzen der Lösung auf 90◦C
c.

Zusatz von mehr Substrat
d.

Zusatz eines allosterischen Inhibitors
e.

Zusatz eines nicht kompetitiven Inhibitors

5. Einige Bakterien sind in heißen Quellen metabolisch aktiv, weil
a.

sie eine kühlere Innentemperatur aufrechterhalten können
b.

höhere Temperaturen Katalyse unnötig machen
c.

ihre Enzyme höhere Temperaturoptima besitzen

27

8 Konzepte des Stoffwechsels
d.

ihre Enzyme vollständig unempfindlich gegen Temperatureinwirkungen sind
e.

sie andere Verbindungen als Proteine oder RNA als ihre hauptsächlichen Ka-
talysatoren verwenden

6. Zeichenübung Zeichnen Sie unter Verwendung einer Anzahl von Pfeilen den durch
die folgenden Aussagen definierten, verzweigten Stoffwechselweg und beantworten

Sie anschließend die folgende Frage. Verwenden Sie rote Pfeile (wenn möglich) und

Minuszeichen, um eine Hemmung anzuzeigen.

Übungsaufgaben

L kann M oder N bilden.

M kann O bilden.

O kann P oder R bilden.

P kann Q bilden.

R kann S bilden.

O hemmt die Reaktion von L zu M.

Q hemmt die Reaktion von O zu P.

S hemmt die Reaktion von O zu R.

Welche Reaktion würde vorherrschen, falls sowohl Q als auch S in der Zelle in hoher

Konzentration vorlägen?

a.

L −→ M
b.

M −→ O
c.

L −→ N
d.

O −→ P
e.

R −→ S

Verbindung zur Evolution

7. Ein in jüngerer Zeit wiederaufgeflammte antievolutionäre These der „Kreation“
besagt, dass biochemische Reaktionswege viel zu komplex seien, um sich im Rahmen
einer Evolution herausgebildet haben zu können, denn alle Zwischenschritte eines ge-
gebenen Stoffwechselweges müssten vorhanden sein, um die Bildung des Endprodukts
zu erlauben. Wie könnten Sie die Unterschiedlichkeit der Stoffwechselwege, die zum
gleichen oder zu ähnlichen Produkten führen, argumentativ zur Entkräftung der ge-
nannten Argumentation ins Feld führen?

Wissenschaftliche Forschung

8. Zeichenübung Eine Forscherin hat eine Testmethode entwickelt, um die Aktivität
eines wichtigen Enzyms aus in Kultur gehaltenen Leberzellen zu messen. Sie setzt einer

Kulturschale mit Zellen das Substrat des Enzyms zu und misst dann das Erscheinen
des Produkts. Die Ergebnisse werden grafisch aufgetragen: Produktmenge auf der y-

Achse gegen die Zeit auf der x-Achse. Sie unterscheidet anhand des Graphen vier

Abschnitte. Für eine kurze Zeitspanne ist kein Produkt nachweisbar (Abschnitt A). Dann

(Abschnitt B) ist die Reaktionsgeschwindigkeit ziemlich hoch (der Graph steigt steil
an). Nach einiger Zeit verlangsamt sich die Reaktion beträchtlich (Abschnitt C), obwohl

28

8 Konzepte des Stoffwechsels
weiterhin Produkt gebildet wird (der Graph ist nicht vollkommen flach). Zuletzt bleibt die Produkkonzentration konstant (Abschnitt D). Zeichnen Sie den Graphen und schlagen

Übungsaufgaben

Sie ein Modell vor, das die diesem interessanten Reaktionsprofil zugrunde liegenden
molekularen Ereignisse erklärt.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9. Die staatlichen Umweltbehörden evaluieren die Unbedenklichkeit der am weitesten verbreiteten Organophosphat-Pestizide (organische Verbindungen mit Phosphatgrup-pen). Organophosphate stören im Regelfall die Reizleitung der Nerven durch Hemmung
der Enzyme, die die von einer Nervenzelle zur nächsten diffundierten Neurotransmit-
termoleküle wieder abbauen.

Nicht nur Schadinsekten sind empfindlich für diese Stoffe, auch der Mensch und an-
dere Wirbeltiere können durch die Substanzen geschädigt werden. Die Verwendung
von Organophosphaten stellt daher ein Gesundheitsrisiko dar. Welche Risiken sind Sie
als Konsument einer reichlichen und bezahlbaren Nahrungsmittelversorgung bereit, in

Kauf zu nehmen?

29

Kapitel 9

Übungsaufgaben

Zellatmung:

Die Gewinnung
chemischer Energie

1. Die unmittelbare Energiequelle, die die Synthese von ATP durch die ATP-Synthase während der oxidativen Phosphorylierung antreibt, ist
a.

die Oxidation der Glucose und anderer organischer Verbindungen
b.

der Fluss der Elektronen durch die Atmungskette
c.

das Redoxpotenzial des Sauerstoffs
d.

die protonenmotorische Kraft über die innere Mitochondrienmembran
e.

die Übertragung von Phosphat auf ADP

2. Welcher Stoffwechselweg ist sowohl der Gärung wie der Zellatmung bei der Ver-
wertung von Glucose gemeinsam?

a.

der Citratzyklus
b.

die Atmungskette
c.

die Glycolyse
d.

die Bildung von Acetyl-CoA aus Pyruvat
e.

die Reduktion von Pyruvat zu Lactat

3. In den Mitochondrien sind exergone Redoxreaktionen
a.

die Quelle der Energie, die die ATP-Synthese von Prokaryonten antreibt
b.

direkt mit der Substratkettenphosphorylierung verkoppelt
c.

diejenigen Vorgänge, die die Energie für den Aufbau der protonenmotorischen

Kraft liefern
d.

Kohlenstoffatome zu Kohlendioxid reduzieren
e.

über phosphorylierte Intermediate mit endergonen Prozessen gekoppelt

4. Der terminale Elektronenakzeptor der Atmungskette bei der aeroben oxidativen

Phosphorylierung ist
a.

Sauerstoff
b.

Wasser
c.

NAD+
d.

Pyruvat
e.

ADP

31

9 Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie

5. Wenn Elektronen durch die Atmungskette der Mitochondrien „fließen“, treten
welche der folgenden Veränderungen ein?

a.

Der pH-Wert der Matrix erhöht sich.

b.

Die ATP-Synthase pumpt Protonen.

c.

Die freie Enthalpie des Systems nimmt zu.

d.

Die Cytochrome phosphorylieren ADP zu ATP.

e.

NAD+ wird oxidiert.

Übungsaufgaben

6. Zellen katabolisieren Kohlendioxid nicht, weil
a.

dessen Doppelbindungen zu stabil sind, um aufgelöst werden zu können
b.

Kohlendioxid weniger Bindungselektronen als andere Kohlenstoffverbindun-
gen aufweist
c.

Kohlendioxid eine bereits vollständig reduzierte Verbindung ist
d.

Kohlendioxid eine bereits vollständig oxidierte Verbindung ist
e.

das Molekül zu wenige Atome besitzt

7. Welche der folgenden Aussagen stellt eine zutreffende Unterscheidung von Gärung (Fermentation) und Zellatmung (Respiration) dar?

a.

Nur die Atmung führt zur Oxidation der Glucose.

b.

NADH wird nur bei der Atmung durch die Elektronentransportkette oxidiert.

c.

Fermentationen, nicht aber die Atmung, sind Beispiele für katabole Stoffwech-
selwege.

d.

Die Substratkettenphosphorylierung kommt nur bei Gärungen vor.

e.

NAD+ fungiert nur bei der Atmung als Oxidationsmittel.

8. Das meiste CO2 wird im Katabolismus freigesetzt durch
a.

Glycolyse
b.

den Citratzyklus
c.

die Milchsäuregärung
d.

Elektronentransport
e.

oxidative Phosphorylierung

9. Zeichenübung Der folgende Graph zeigt die pH-Differenz zwischen dem Matrix-
raum und dem Intermembranraum des Mitochondriums einer atmenden Zelle als Funk-
tion der Zeit. Zu dem durch den Pfeil markierten Zeitpunkt wurde ein Stoffwechselgift
zugesetzt, das spezifisch und vollständig alle Funktionen der mitochondrialen ATP-

Synthase hemmt. Zeichnen Sie den weiteren Kurvenverlauf.

32

9 Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie

Übungsaufgaben
ferenz der beiden

Membranseiten
pH-Dif

Zeit

Verbindung zur Evolution

10. ATP-Synthasen finden sich in den Plasmamembranen prokaryotischer Zellen aber
auch in Mitochondrien und Chloroplasten. Worauf deutet dies in Bezug auf die entwick-
lungsgeschichtliche Verwandtschaft zwischen Prokaryonten und eukaryotischen Orga-
nellen hin? Wie könnten gegebenenfalls die Aminosäuresequenzen von ATP-Synthase-

Molekülen aus unterschiedlichen biologischen Quellen Ihre Hypothese stützen oder
widerlegen?

Wissenschaftliche Forschung

11. In den Jahren um 1940 verschrieben Ärzte die Chemikalie Dinitrophenol (DNP)

in niedriger Dosierung als Mittel zum Abnehmen. Diese äußerst fragwürdige Metho-
de wurde aufgegeben, nachdem einige Patienten an der giftigen Substanz gestorben
waren. DNP führt zur Entkopplung und damit dem Zusammenbruch des chemiosmo-
tischen Prozesses, da es die Lipiddoppelschicht der inneren Mitochondrienmembran
für Protonen durchlässig macht. Erklären Sie, wie dies einen Gewichtsverlust bewirken
kann.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

12. Fast alle menschlichen Gesellschaften nutzen die Gärung zur Herstellung alkoholischer Getränke wie Bier und Wein. Diese Praxis geht bis auf die Frühzeit der systema-
tischen Landwirtschaft zurück. Wie könnte diese Anwendung einer Gärung entdeckt
worden sein? Warum war Wein insbesondere für präindustrielle Kulturen ein nützliche-
res Getränk als der Traubensaft, aus dem er gekeltert wird?

33

Kapitel 10

Übungsaufgaben

Photosynthese

1. Die Lichtreaktionen der Photosynthese versorgen den Calvin-Zyklus mit
a.

Lichtenergie
b.

CO2 und ATP
c.

H2O und NADPH
d.

ATP und NADPH
e.

Zucker und O2

2. Welche der folgenden, stark verkürzten Sequenzen gibt den Elektronenfluss im

Verlauf der Photosynthese korrekt wieder?

a.

NADPH −→ O2 −→ CO2
b.

H2O −→ NADPH −→ Calvin-Zyklus
c.

NADPH −→ Chlorophyll −→ Calvin-Zyklus
d.

H2O −→ Photosystem I −→ Photosystem II
e.

NADPH −→ Elektronentransportkette −→ O2

3. Mechanistisch ist die Photophosphorylierung
a.

der Substratkettenphosphorylierung der Glycolyse
b.

der oxidativen Phosphorylierung der Zellatmung
c.

dem Calvin-Zyklus
d.

der Kohlenstofffixierung
e.

der Reduktion von NADP+
am ähnlichsten.

4. Auf welche Weise ähneln sich die Photosynthese in C4-Pflanzen und die in CAM-

Pflanzen?

a.

In beiden Fällen kommt nur Photosystem I zum Einsatz.

b.

Beide Pflanzentypen stellen Zucker ohne den Calvin-Zyklus her.

c.

In beiden Fällen wird für den Initialschritt der Kohlenstofffixierung nicht die

RubisCO verwendet.

d.

Beide Pflanzentypen stellen den Großteil ihres Zuckers im Dunkeln her.

e.

In beiden Fällen sind die Thylakoide nicht an der Photosynthese beteiligt.

5. Welcher Prozess wird direkt durch die Lichtenergie angetrieben?

a.

Erzeugung einer protonenmotorischen Kraft über die Thylakoidmembran
b.

Kohlenstofffixierung im Stroma
c.

Reduktion von NADP+

35

10 Photosynthese
d.

Abgabe eines Elektrons von einem Chlorophyllmolekül an einen Akzeptor
e.

ATP-Synthese

6. Welche der folgenden Aussagen stellt eine zutreffende Unterscheidung von auto-
trophen und heterotrophen Organismen dar?

a.

Nur Heterotrophe benötigen chemische Verbindungen aus der Umwelt.

b.

Nur Heterotrophe verfügen über die Zellatmung.

c.

Nur Heterotrophe verfügen über Mitochondrien.

Übungsaufgaben
d.

Autotrophe, nicht aber Heterotrophe, können sich durch Kohlendioxid und
andere anorganische Nährstoffe selbst ernähren.

e.

Nur Heterotrophe benötigen Sauerstoff.

7. Welcher der folgenden Prozesse tritt während des Calvin-Zyklus nicht auf?

a.

Kohlenstofffixierung
b.

Oxidation von NADPH
c.

Freisetzung von Sauerstoff
d.

Regeneration des Kohlendioxidakzeptors
e.

Verbrauch von ATP

Verbindung zur Evolution

8. Die Photorespiration kann die photosynthetische Ausbeute einer Sojabohnenpflan-
ze um bis zu 50 Prozent vermindern. Würden Sie erwarten, dass dieser Wert bei den
wilden Verwandten dieser Nutzpflanze gleich groß, größer oder kleiner ist? Warum?

Wissenschaftliche Forschung

9. Zeichenübung Die folgende Schemazeichnung zeigt stark vereinfacht ein Experi-
ment mit isolierten Chloroplasten. Die Chloroplasten werden zunächst in einer Lösung
von pH = 4 gelagert. Nachdem sich das Thylakoidlumen auf diesen pH-Wert einge-
stellt hat, werden die Organellen in eine basische Lösung mit pH = 8 umgesetzt. Die

Chloroplasten synthetisieren daraufhin in der Dunkelheit ATP.

Zeichnen Sie die vergrößerte Darstellung des Ausschnitts einer Thylakoidmembran in
einem Becherglas mit der basischen Lösung (pH = 8). Zeichnen Sie die ATP-Synthase.

Beschriften Sie die Bereiche hoher beziehungsweise niedriger Protonenkonzentratio-
nen. Geben Sie die Richtung des Protonenflusses durch das Enzym an und schreiben

Sie die Reaktion nieder, durch die ATP erzeugt wird. Würde das ATP im Thylakoidlumen
oder im Stroma entstehen? Erläutern Sie, warum die Chloroplasten in dem Experiment
im Dunkeln ATP bilden können.

36

10 Photosynthese
pH=7
pH=4

Übungsaufgaben
pH=4
pH=8

ATP

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

10. Die wissenschaftliche Datenlage deutet darauf hin, dass das durch die Verbren-
nung von Holz und fossilen Brennstoffen (Kohle, Öl, Erdgas) der Atmosphäre zusätz-
lich zugeführte Kohlendioxid und andere Treibhausgase zur globalen Erwärmung der

Erdoberfläche beitragen. Tropische Regenwälder werden für mehr als 20 Prozent der
weltweiten Photosynthese verantwortlich gemacht, doch wird angenommen, dass die
damit verbundene Entnahme großer Mengen an Kohlendioxid aus der Luft keinen oder
nur einen sehr kleinen Nettobeitrag zur Abbremsung der Erderwärmung leistet. Warum
könnte dies so sein? ( Hinweis: Was passiert mit der von einem tropischen Gewächs des Regenwaldes erzeugten Biomasse, wenn die Pflanze abstirbt oder gefressen wird?)

37

Kapitel 11

Übungsaufgaben

Zelluläre Kommunikation

1. Phosphorylierungskaskaden enthalten eine Reihe von Proteinkinasen, die nützlich für die zelluläre Signalübertragung sind, weil
a.

sie artspezifisch sind
b.

sie immer zu derselben zellulären Antwort führen
c.

sie das ursprüngliche Signal vielfach verstärken
d.

sie den schädlichen Wirkungen der Phosphatasen entgegenwirken
e.

die Zahl der verwendeten Molekülsorten klein und unveränderlich ist

2. Welche Beobachtungen haben Sutherland dazu geführt, die Beteiligung eines se-
kundären Botenstoffs bei der Vermittlung der Wirkung des Adrenalins auf Leberzellen
anzunehmen?

a.

Die enzymatische Aktivität war proportional zu der Ca2+-Konzentration, die
man einem zellfreien Extrakt zusetzte.

b.

Rezeptorstudien deuteten darauf hin, dass Adrenalin ein Ligand ist.

c.

Ein Glycogenabbau wurde nur dann beobachtet, wenn das Adrenalin intakten

Zellen zugesetzt wurde.

d.

Ein Glycogenabbau wurde beobachtet, wenn Adrenalin und Glycogenphos-
phorylase kombiniert wurden.

e.

Man wusste, dass Adrenalin auf verschiedene Zelltypen unterschiedliche Wir-
kungen ausübt.

3. Eine Proteinphosphorylierung tritt gemeinhin im Zusammenhang mit folgenden

Vorgängen auf, ausgenommen mit
a.

der Regulation der Transkription durch extrazelluläre Moleküle
b.

der Aktivierung von Enzymen
c.

der Aktivierung von G-Protein-gekoppelten Rezeptoren
d.

der Aktivierung von Rezeptortyrosinkinasen
e.

der Aktivierung von Proteinkinasen

4. Welcher der folgenden Vorgänge tritt nicht im Rahmen der Apoptose auf?

a.

Fragmentierung der DNA
b.

Aktivierung eines Signaltransduktionsweges
c.

Aktivierung zellulärer Enzyme
d.

Lyse der Zelle
e.

Phagocytose von Zellbestandteilen durch Makrophagen

39

11 Zelluläre Kommunikation

Verbindung zur Evolution

5. Welche entwicklungsgeschichtlichen Mechanismen könnten dem Ursprung und der
stammesgeschichtlichen Dauerhaftigkeit der Zell-Zell-Kommunikation bei Prokaryonten
zugrunde liegen?

Wissenschaftliche Forschung

6. Adrenalin setzt einen Signaltransduktionsweg in Gang, in dessen Verlauf es zur Bil-

Übungsaufgaben
dung von zyklischem AMP (cAMP) kommt, und welcher zum Abbau von Glycogen zu

Glucose – einer wesentlichen Energiequelle von Zellen – führt. Der Glycogenabbau ist
jedoch tatsächlich nur ein Teilaspekt einer übergeordneten „Fliehen-oder-kämpfen“-

Antwort des Gesamtorganismus, die das Adrenalin hervorruft. Zu den systemischen

Effekten des Adrenalins gehört eine Beschleunigung des Herzschlags sowie eine gestei-
gerte Aufmerksamkeit und Wachheit. Schlagen Sie in Anbetracht der Tatsache, dass

Coffein die Aktivität der cAMP-spezifischen Phosphodiesterase hemmt, einen Mecha-
nismus vor, der geeignet ist, die mit der Coffeineinnahme verbundene gesteigerte

Wachheit und Schlaflosigkeit zu erklären.

40

Kapitel 12

Übungsaufgaben

Der Zellzyklus

1. Im Mikroskop erkennen Sie, dass sich in der Mitte einer Zelle eine Zellplatte auszubilden beginnt. Zu beiden Seiten der Zellplatte ist eine Rückbildung von Zellkernen
beobachtbar. Bei der Zelle handelt es sich wahrscheinlich um
a.

eine Tierzelle während der Cytokinese
b.

eine Pflanzenzelle während der Cytokinese
c.

eine Tierzelle in der S-Phase des Zellzyklus
d.

eine sich teilende Bakterienzelle
e.

eine Pflanzenzelle während der Metaphase

2.

Vinblastin, ein pflanzliches Alkaloid, ist ein Standardchemotherapeutikum zur

Krebsbehandlung. Weil es die Zusammenlagerung der Mikrotubuli stört, beruht sei-
ne Wirkung bei der Tumorbekämpfung auf
a.

der Unterbrechung der Spindelbildung
b.

der Hemmung der regulatorischen Proteinphosphorylierung
c.

der Unterdrückung der Cyclinproduktion
d.

der Denaturierung des Myosins und der Hemmung der Bildung der Teilungs-
furche
e.

der Hemmung der DNA-Synthese

3. Eine bestimmte Zelle weist halb so viel DNA auf wie die anderen Zellen in einem mitotisch aktiven Gewebe. Die infrage stehende Zelle befindet sich wahrscheinlich in
der
a.

G1-Phase
b.

G2-Phase
c.

Prophase
d.

Metaphase
e.

Anaphase

4. Ein Unterschied zwischen Tumorzellen und normalen Zellen besteht darin, dass

Krebszellen
a.

unfähig sind, DNA zu synthetisieren
b.

den Zellzyklus in der S-Phase anhalten
c.

fortfahren, sich zu teilen, wenn sie im Gewebe bereits dicht gepackt sind
d.

nicht ordnungsgemäß funktionieren können, weil sie von der dichteabhän-
gigen Hemmung betroffen sind
e.

sie sich immer in der M-Phase befinden

41

12 Der Zellzyklus

5. In den Zellen mancher Lebewesen vollzieht sich die Mitose ohne nachfolgende

Cytokinese. Dies führt zu
a.

Zellen mit mehr als einem Zellkern
b.

Zellen mit ungewöhnlich kleinem Zellkern.

c.

Zellen ohne Zellkern
d.

einer Zerstörung der Chromosomen
e.

Zellzyklen ohne S-Phase

Übungsaufgaben

6. Welcher der folgenden Vorgänge tritt während einer Mitose nicht auf?

a.

Kondensation der Chromosomen
b.

Replikation der DNA
c.

Trennung der Schwesterchromatiden
d.

Spindelbildung
e.

Trennung der Spindelpole

7. Versuchen Sie, auf der nachfolgenden, lichtmikroskopischen Aufnahme von Zellen
aus Gewebe der Wurzelspitze einer Zwiebelpflanze (Allium cepa), je eine Zelle herauszufinden, die sich in den folgenden Stadien befindet: Interphase, Prophase, Metaphase,

Anaphase.

8. Zeichenübung Erstellen Sie eine Zeichnung eines eukaryotischen Chromosoms,
wie es in der Interphase und in den verschiedenen Stadien der Mitose und während
der Cytokinese erscheint. Zeichnen Sie außerdem die Kernhülle und die am Chromosom
angreifenden Mikrotubuli ein. Beschriften Sie Ihre Zeichnung.

42

Kapitel 13

Übungsaufgaben

Meiose und geschlechtliche

Fortpflanzung

1. Eine menschliche Zelle mit 22 Autosomen und einem Y-Chromosom ist eine
a.

Samenzelle (Spermazelle)

b.

Eizelle (Oocyte)

c.

befruchtete Eizelle (Zygote)

d.

somatische Zelle eines Mannes
e.

somatische Zelle einer Frau

2. Welches der folgenden Entwicklungsstadien kommt bei Pflanzen, aber nicht bei

Tieren vor?

a.

Gamet
b.

Zygote
c.

diploider Vielzeller
d.

haploider Vielzeller
e.

diploider Einzeller

3. Homologe Chromosomen wandern in einer sich teilenden Zelle zu gegenüber-
liegenden Polen während der
a.

Mitose
b.

ersten meiotischen Teilung
c.

zweiten meiotischen Teilung
d.

Befruchtung
e.

Binärspaltung

4. Die zweite meiotische Teilung ähnelt einer Mitose darin, dass
a.

Schwesterchromatiden sich in der Anaphase trennen
b.

sich die DNA vor der Teilung repliziert
c.

die Tochterzellen diploid sind
d.

homologe Chromosomen ein Crossing-over durchführen
e.

die Chromosomenanzahl vermindert wird

5.

Wie viele unterschiedliche (haploide) Kombinationen paternaler und materna-
ler Chromosomen lassen sich in den Gameten von Organismen mit einem diploiden

Chromosomensatz von 8 (2n = 8) realisieren?

43

13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung
a.

2
b.

4
c.

8
d.

16
e.

32

Verwenden Sie zur Beantwortung der Fragen 6–8 die nachfolgende Schemazeichnung
einer Zelle.

Übungsaufgaben

F

H

6. Anhand welches Kriteriums lässt sich ablesen, dass sich diese Zelle einer Meiose und nicht einer Mitose unterzieht?

7. Benennen Sie das hier vorliegende Meiosestadium.

8. Zeichenübung Beschriften Sie die Zeichnung oben mit den nachfolgend genann-
ten Begriffen: Chromosom (geben Sie an, ob repliziert oder unrepliziert), Centromer,

Kinetochor, Schwesterchromatide/n, Nichtschwesterchromatiden, homologes Chromo-
somenpaar, Homologon, Chiasma, Schwesterchromatidkohäsion.

Verbindung zur Evolution

9. Zahlreiche Arten vermögen sich sowohl ungeschlechtlich zu vermehren wie ge-
schlechtlich fortzupflanzen. Worin könnte die evolutive Bedeutung des Übergangs von
der ungeschlechtlichen zur geschlechtlichen Fortpflanzung liegen, die bei manchen

Lebensformen auftritt, wenn sich die Umweltbedingungen verschlechtern?

Wissenschaftliche Forschung

10. Die zu den Aufgaben 6–8 gehörende Schemazeichnung stellt eine Zelle eines be-
liebigen Individuums dar, die sich in der Meiose befindet. Eine in der Vergangenheit
durchgeführte Untersuchung kam zu dem Ergebnis, dass sich ein Gen für „Sommer-
sprossen“ an einem Genort F, ein weiteres Gen für die Haarfarbe an einem Genort H
befindet. Beide Genorte befinden sich auf dem gekennzeichneten Modellchromosom
der Zeichnung. Das Individuum, aus dem die Zelle entnommen wurde, besitzt für jedes
der in Frage stehenden Gene unterschiedliche Allele auf den sich entsprechenden Gen-

44

13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung
orten der homologen Chromosomen. Das Individuum ist bezüglich beider Merkmale
heterozygot („Sommersprossen“ und „schwarzhaarig“ auf dem einen der Chromo-

Übungsaufgaben
somen, „keine Sommersprossen“ und „blond“ auf dem anderen). Sagen Sie die mög-
lichen Allelkombinationen in den Gameten dieser Person voraus, die sich durch den
in der obigen Zeichnung angegebenen Meioseverlauf ergeben können. Zeichnen Sie
gegebenenfalls den weiteren Verlauf der meiotischen Ereignisse auf und benennen Sie
die Allele (F/f für die beiden Allele am Genort F; H/h am Genort H). Listen Sie andere
denkbare Kombinationen dieser Allele in den Gameten dieses Individuums auf.

45

Kapitel 14

Übungsaufgaben

Mendel und das Genkonzept

Hinweise zur Lösung der Übungsaufgaben zur Genetik

1. Verwenden Sie Symbole für die infrage stehenden Allele. (Diese sind manchmal bei den Aufgaben vorgegeben.) Bei Einzelbuchstaben kennzeichnet ein Großbuchstabe ein
dominantes Allel, ein Kleinbuchstabe ein rezessives.

2. Schreiben Sie die möglichen Genotypen auf, die sich aus den Phänotypen ableiten lassen.

a.

Falls der Phänotyp ein dominantes Merkmal erkennen lässt (zum Beispiel vio-
lette Blütenfarbe bei Erbsenpflanzen), folgt daraus, dass der zugrunde liegen-
de Genotyp entweder homozygot-dominant oder heterozygot sein muss ( PP
oder Pp im Beispiel der Blütenfarbe).

b.

Falls der Phänotyp ein rezessives Merkmal erkennen lässt, folgt daraus, dass
der zugrunde liegende Genotyp immer homozygot-rezessiv sein muss (pp).

c.

Wenn im Text von „reinerbig“ die Rede ist, handelt es sich um einen homo-
zygoten Genotyp (bezüglich des betrachteten Gens).

3. Finden Sie heraus, wonach bei der Übung genau gefragt wird. Falls es sich um
eine Kreuzung handelt, beschreiben Sie diese in der Form [Genotyp 1] × [Genotyp 2].

Verwenden Sie dabei die vorher festgelegten Allelsymbole.

4.

Legen Sie, um die Ergebnisse einer Kreuzung vorherzusagen, ein Punnett-

Quadrat an.

a.

Schreiben Sie die Gameten eines Elternteils an den oberen Rand, die des an-
deren an den linken Rand. Gehen Sie bei der Auflistung der Allele in den ein-
zelnen Gameten systematisch vor und stellen Sie sicher, dass Sie alle Möglich-
keiten berücksichtigt haben. (Denken Sie daran, dass jeder Gamet nur ein

Allel pro Genort enthält.) Beachten Sie, dass es 2n mögliche Gametenzustän-
de gibt (n = Anzahl der heterozygoten Genorte). Ein Individuum des Genotyps

AaBbCc würde daher 23 = 8 Sorten von Keimzellen erzeugen. Schreiben Sie
die Genotypen der Gameten in Kreise über die Spalten und links neben die

Zeilen des Quadrats.

b.

Füllen Sie das Punnett-Quadrat aus, indem Sie alle möglichen Kombinationen
der seitlich und oben angegebenen Genotypen an den entsprechenden Stellen
eintragen. Bei einer Kreuzung des allgemeinen Typs AaBbCc × AaBbCc hätte das Quadrat 8 × 8 = 64 Felder mit 64 möglichen, genetisch verschiedenen

Nachkommen. Daraus könnten Sie die Genotypen und die entsprechenden

47

14 Mendel und das Genkonzept

Phänotypen ablesen. Zählen Sie die verschiedenen, sich ergebenden Geno-
typen und Phänotypen aus und ermitteln Sie, mit welchen Häufigkeiten sie
vorkommen.

5.

Sie können die dargelegten Wahrscheinlichkeitsregeln anwenden, wenn ein

Punnett-Quadrat zu umfangreich wäre oder Sie über eine ausreichende Sicherheit
bei der abstrakteren, rein mathematischen Behandlung verfügen. (Siehe zum Beispiel

Genetikübung Nr. 4.) Sie können jedes der Gene einzeln abhandeln.

Übungsaufgaben

6. Falls die Übung Ihnen die Verhältnisse der Phänotypen unter den Nachkommen
angibt, nicht aber die Genotypen der Elternorganismen einer Kreuzung, können diese

Ihnen dabei helfen, die unbekannten Genotypen der Eltern abzuleiten.

a.

Weisen beispielsweise die Hälfte der Nachkommen den rezessiven Phänotyp
und die andere Hälfte den dominanten Phänotyp auf, so wissen Sie, dass die

Kreuzung zwischen einem homozygot-rezessiven und einem heterozygoten

Organismus erfolgt sein muss.

b.

Ist das Verhältnis der Phänotypen 3:1, erfolgte die Kreuzung zwischen zwei

Heterozygoten.

c.

Falls zwei Gene beteiligt sind und wir eine 9:3:3:1-Aufspaltung unter den

Nachkommen der Folgegeneration sehen, so wissen wir, dass jeder Elternteil
heterozygot für beide Gene war. Vorsicht: Erwarten Sie nicht, dass die tat-
sächlichen, experimentellen Zahlenwerte genau den Werten der Vorhersage
der Theorie entsprechen. Falls etwa 13 Nachkommen den dominanten Merk-
malszustand zeigen und elf den rezessiven, ergibt sich bei der Division ein

Verhältnis nahe bei eins, das auf den nächstliegenden ganzzahligen Wert auf-
oder abgerundet wird.

Übungen zur Genetik

1. Verbinden Sie jeden Begriff der linken Spalte mit einer Aussage der rechten Spalte.

Begriff

Aussage

– Gen
a. Hat bei Heterozygoten keinen Effekt auf den Phänotyp

– Allel
b. Eine Merkmalsvariante

– Merkmal
c. Besitzt zwei identische Allele eines Gens

– Merkmalszustand d. Kreuzung von Individuen, (Merkmalsausprägung) die hetero-
zygot für ein einzelnes Merkmal sind

– Dominantes Allel e. Alternative Version (Variante) eines Gens

– Rezessives Allel
f. Besitzt zwei verschiedene Allele eines Gens

– Genotyp
g. Ein erbliches Merkmal, das von Individuum zu Individuum va-
riiert

– Phänotyp
h. Erscheinungsbild beziehungsweise beobachtbare Merkmals-
ausprägungen eines Lebewesens

48

14 Mendel und das Genkonzept

– Homozygot
i. Kreuzung zwischen einem Individuum unbekannten Geno-
typs mit einem homozygot-rezessiven Individuum

Übungsaufgaben

– Heterozygot
j. Bestimmt den Phänotyp eines heterozygoten Wesens

– Rückkreuzung
k. Die genetische Konstitution eines Individuums

– Einfaktorkreuzung l. Eine Vererbungseinheit, die ein Merkmal festlegt; sie kann in
unterschiedlichen Formen vorkommen.

2.

Zeichenübung Zwei, für die Merkmale der Hülsenfarbe und -form, hetero-
zygote Erbsenpflanzen (Pisum sativum) werden miteinander gekreuzt. Zeichnen Sie ein Punnett-Quadrat, um die Mengenverhältnisse der Phänotypen unter den Nachkommen
zu ermitteln.

3. Bei manchen Pflanzen ergibt eine reinerbig rot blühende Sorte bei der Kreuzung mit einer weiß blühenden Sorte ausnahmslos rosa blühende Nachkommen: C R C R (rot) ×

C W C W (weiß) −→ C R C W (rosa). Welche Verhältnisse der Genotypen und der Phänotypen werden sich in der F1-Generation für die Kreuzung achselständig/rotblütig (reiner-
big) × endständig/weißblütig ergeben, wenn die Stellung der Blüten an den Sprossach-
sen (achselständig oder endständig) wie bei den Erbsen vererbt werden (Tabelle 14.1)?

Wie sind die Verhältnisse für die F2-Generation?

4. Die Stellung der Blüten, die Länge der Sprossachse und die Form der Samenkörner sind drei der von Mendel untersuchten Merkmale. Jedes wird von einem anderen, von
den übrigen unabhängig vererbten Gen gesteuert und besitzt einen dominanten und
einen rezessiven Merkmalszustand:

Merkmal

Dominanter Phänotyp

Rezessiver Phänotyp

Stellung der Blüten

Achselständig (A)

Endständig (terminal) (a)

Länge der Sprossachse

Hochwüchsig (T)

Zwergwüchsig (t)

(Wuchshöhe)

Form der Samenkörner

Rund (R)

Runzelig (r)

Welcher Anteil der Nachkommen wird mutmaßlich jeweils die folgenden Bedingun-
gen erfüllen, falls eine bezüglich aller drei Merkmale heterozygote Pflanze der Selbst-
bestäubung unterzogen wird? (Anmerkung: Benutzen Sie zur Ermittlung der Werte die

Wahrscheinlichkeitsregeln anstelle eines großen Punnett-Quadrates.)

a.

homozygot für die drei dominanten Merkmalszustände
b.

homozygot für die drei rezessiven Merkmalszustände
c.

heterozygot für alle drei Merkmale
d.

homozygot für achselständige Blüten und Hochwüchsigkeit, heterozygot be-
züglich der Form der Samenkörner.

5. Ein schwarzes Meerschweinchen wird mit einem Albinopartner gekreuzt. Es er-
geben sich zwölf schwarze Nachkommen. Wenn das Albinotier mit einem zweiten
schwarzen Exemplar gekreuzt wird, werden sieben schwarze und fünf Albinonach-

49

14 Mendel und das Genkonzept
kommen geboren. Welches ist die beste genetische Erklärung für diesen Ausgang der

Kreuzungen? Schreiben Sie die Genotypen der Elterntiere, der Gameten und der Nach-
kommen nieder.

6. Bei Sesampflanzen ( Sesamum indicum; Familie der Sesamgewächse [Pedaliaceae]) ist eine Form mit einhülsigen Früchten ( P) dominant über eine andere mit dreihülsigen Fruchtständen ( p). Normale Blätter ( L) sind dominant über schrumpelige ( l). Frucht-hülsenform und Blattgestalt werden unabhängig voneinander vererbt. Ermitteln Sie

Übungsaufgaben
die Genotypen der beiden Elternpflanzen für alle möglichen Paarungen, die zu den
folgenden Verhältnissen bei den Nachkommen geführt haben können:

a.

318 einhülsige mit normalen Blättern zu 98 einhülsigen mit schrumpeligen

Blättern
b.

323 dreihülsige mit normalen Blättern zu 106 dreihülsigen mit schrumpeligen

Blättern
c.

401 einhülsige mit normalen Blättern
d.

150 einhülsige mit normalen Blättern, 147 einhülsige mit schrumpeligen Blät-
tern, 51 dreihülsige mit normalen Blättern und 48 dreihülsige mit schrumpe-
ligen Blättern
e.

223 einhülsige mit normalen Blättern, 72 einhülsige mit schrumpeligen Blät-
tern, 76 dreihülsige mit normalen Blättern und 27 dreihülsige mit schrumpe-
ligen Blättern.

7. Phenylketonurie (PKU) ist eine Erbkrankheit, die von einem rezessiven Allel hervorgerufen wird. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit für die folgenden vier Szenarien, falls eine Frau und ihr Partner, die beide gesunde Träger des betreffenden Allels sind, drei

Kinder haben?

a.

Alle drei Kinder zeigen den normalen (gesunden) Phänotyp.

b.

Eines oder mehr der drei Kinder haben die Krankheit.

c.

Alle drei Kinder haben die Krankheit.

d.

Wenigstens eines der Kinder ist phänotypisch gesund.

(Hinweis: Die Summe aller Teilwahrscheinlichkeiten beträgt stets 1.)

8. Der Genotyp eines F1-Individuums einer Vierfaktorkreuzung lautet AaBbCcDd. Setzen Sie eine unabhängige Vererbung aller vier Genorte voraus. Wie groß sind die Wahr-
scheinlichkeiten dafür, dass ein Nachkomme der F2-Generation den folgenden Genotyp
hat?

a.

aabbccdd
b.

AaBbCcDd
c.

AABBCCDD
d.

AaBBccDd
e.

AaBBCCdd

50

14 Mendel und das Genkonzept

9. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass die folgenden Elternpaare jeweils einen Nachkommen des bezeichneten Genotyps hervorbringen? (Setzen Sie jeweils

Übungsaufgaben
unabhängige Vererbung aller Allelpaarungen voraus.)

a.

AABBCC × aabbcc −→ AaBbCc
b.

AABbCc × AaBbCc −→ AAbbCC
c.

AaBBCc × AaBbCc −→ AaBbCc
d.

aaBbCC × AABbcc −→ AaBbCc

10. Karin und Stefan haben beide ein Geschwister, das an Sichelzellenanämie leidet.

Weder Karin noch Stefan, noch ihre Eltern leiden an der Krankheit und keiner wurde
auf das Vorliegen von Sichelzellen untersucht. Berechnen Sie auf der Grundlage dieser
unvollständigen Informationen die Wahrscheinlichkeit dafür, dass dieses Paar (Karin
und Stefan) ein Kind bekommen wird, das an Sichelzellenanämie leiden wird.

11. Im Jahr 1981 ist einer Familie in Kalifornien (USA) eine streunende schwarze Katze mit ungewöhnlich runden, nach hinten gebogenen Ohren zugelaufen. Von dieser Katze sind in der Zwischenzeit hunderte von Nachkommen auf die Welt gekommen und
es wird versucht, diese Mutante zu einer Rasse für Zuchtschauen weiterzuentwickeln.

Nehmen Sie an, Sie seien der Besitzer der Ursprungskatze und wollten eine reinerbige

Rasse erzeugen. Wie würden Sie ermitteln, ob das Allel für die verdrehten Ohren do-
minant oder rezessiv ist? Wie ließen sich reinrassige Katzen mit Drehohren züchten?

Wie ließe sich sicherstellen, dass sie tatsächlich reinrassig sind?

12. Stellen Sie sich eine neuentdeckte, rezessiv vererbte Krankheit vor, die nur bei Individuen mit der Blutgruppe 0 auftritt, obgleich die Krankheit und die Blutgruppe
unabhängig voneinander vererbt werden. Ein gesunder Mann mit Blutgruppe A und
eine gesunde Frau mit Blutgruppe B haben bereits ein Kind mit der Krankheit. Die Frau
ist nun ein zweites Mal schwanger. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass das
zweite Kind ebenfalls an der mysteriösen Krankheit leiden wird? Nehmen Sie an, dass
beide Eltern heterozygot für das die Krankheit verursachende Gen sind.

13. Bei Tigern (Panthera tigris) führt ein rezessives Allel eines Gens zum Ausfall der Fellpigmentierung (es entsteht ein weißer Tiger) bei gleichzeitigem Schielen. Wie hoch
ist der Anteil schielender Nachkommen, falls zwei phänotypisch normale Tiger, die
bezüglich dieses Genortes heterozygot sind, sich miteinander paaren und fortpflanzen?

Welcher Anteil der schielenden Tiger wird ein weißes Fell besitzen?

51

14 Mendel und das Genkonzept

14. Bei Maispflanzen (Zea mays) hemmt ein dominantes Allel I die Ausbildung der Farbe in den Maiskörnern. Das rezessive Allel i erlaubt im homozygoten Zustand die Einfärbung der Samenschale. An einem anderen Genort sitzt ein dominantes Allel P, das eine violette Färbung der Maiskörner verursacht; der homozygot-rezessive Genotyp
an diesem Locus führt zu roten Maiskörnern. Wie wird das Phänotypverhältnis unter
den Nachkommen aussehen, falls Pflanzen miteinander gekreuzt werden, die bezüglich
beider Genorte heterozygot sind?

Übungsaufgaben

15. Der nachfolgend dargestellte Stammbaum zeichnet die Vererbung der Stoffwech-
selstörung Alkaptonurie nach (eine Störung des Stoffwechsels der Aminosäure Tyrosin).

Betroffene Individuen (hier durch farblich ausgefüllte Kreise und Quadrate symbolisiert)

sind nicht in der Lage, ein Stoffwechselprodukt namens Alkapton weiterzuverarbeiten.

Es sammelt sich im Harn und färbt diesen und andere Körperflüssigkeiten schwärzlich-
braun. Deutet der Stammbaum darauf hin, dass die Alkaptonurie von einem rezessiven
oder einem dominanten Allel verursacht wird? Geben Sie die Genotypen der Personen
an, für die dies möglich ist. Welche Genotypen sind für die verbleibenden Personen
möglich und denkbar?

George

Arlene

Sandra

Tom

Sam

Wilma

Ann

Michael

Carla

Daniel

Alan

Tina

Christopher

16. Ein Mann hat sechs Finger an jeder Hand und sechs Zehen an jedem Fuß. Seine Frau und seine Tochter haben die normale Zahl von Fingern/Zehen. Überzählige Gliedmaßen
sind ein dominanter Merkmalszustand. Welcher Anteil der Kinder dieses Paares sollte
der Erwartung nach überzählige Finger aufweisen?

17. Stellen Sie sich vor, Sie sollten das folgende Paar in seiner Familienplanung bera-ten. Karl war vorher schon einmal verheiratet und hat mit seiner ersten Frau ein Kind,
das an Mukoviszidose leidet. Der Bruder seiner jetzigen Frau Ellie ist an Mukoviszidose
gestorben. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Karl und Ellie ein Kind be-
kommen werden, das ebenfalls an Mukoviszidose leiden wird? (Weder Karl noch Ellie
leiden selbst an der Krankheit.)

18. Bei Mäusen ist die Farbe schwarz (B) dominant über weiß (b). An einem anderen Genort liegt ein Gen, dessen dominantes Allel (A) bei Mäusen mit schwarzem Fell an der Spitze der Haare einen gelben Streifen erzeugt. Dies führt zu einem gesprenkelten

Erscheinungsbild, das als Agouti bezeichnet wird. Die Expression eines rezessiven Allels

52

14 Mendel und das Genkonzept

(a) führt zu einer durchgehenden Fellfärbung ohne Streifen. Kreuzt man Mäuse, die bezüglich beider Genorte (Loci) heterozygot sind, erhält man bei den Nachkommen

Übungsaufgaben
welches Phänotypverhältnis?

Verbindung zur Evolution

19. Im Verlauf des letzten halben Jahrhunderts gab es in den Industriestaaten eine Tendenz, später eine Familie zu gründen als es zur Zeit der Eltern und Großeltern der

Fall war. Welche Auswirkungen könnte dies auf die Häufigkeit des Auftretens dominant
letaler Allele mit spät einsetzender Wirkung in der Population haben?

Wissenschaftliche Forschung

20. Ihnen wird eine geheimnisvolle Erbsenpflanze übergeben, die hochwüchsig ist
und die achselständige Blüten aufweist. Sie werden gebeten, so schnell es geht, den

Genotyp der Pflanze zu ermitteln. Sie wissen, dass das Allel für Hochwüchsigkeit ( T ) dominant über das für Zwergwüchsigkeit ( t) ist, und dass das Allel für achselständige Blüten ( A) dominant gegenüber dem für endständige Blüten ist ( a).

a.

Wie sehen alle denkbaren Genotypen der uncharakterisierten Pflanze aus?

b.

Beschreiben Sie die eine Kreuzung, die Sie in Ihrem Versuchsgarten ausführen
würden, um den genauen Genotyp der zu untersuchenden Pflanze festzustel-
len.

c.

Während Sie noch auf das Ergebnis Ihrer Kreuzung warten, sagen Sie die theo-
retischen Ergebnisse für jeden der unter (a.) aufgelisteten Genotypen voraus.

Wie bewerkstelligen Sie dies? Warum spricht man hier nicht von der „Durch-
führung einer Kreuzung“?

d.

Erklären Sie, wie die Ergebnisse Ihrer Kreuzung und Ihrer Vorhersagen Ihnen
dabei behilflich sind, den Genotyp des Untersuchungsobjektes zu bestimmen.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

21. Stellen Sie sich vor, einer Ihrer Eltern litte an der Huntington’schen Krankheit.

Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass Sie ebenfalls eines Tages die Krankheit
entwickeln werden? Es gibt keine Heilung für die Huntington’sche Krankheit. Würden

Sie eine Untersuchung durchführen lassen, um festzustellen, ob Sie das Mutantenallel
für die Krankheit in sich tragen? Warum? Warum nicht?

53

Kapitel 15

Übungsaufgaben

Chromosomen bilden die Grundlage
der Vererbung

1. Ein Mann mit Hämophilie (Bluterkrankheit), einem rezessiven, geschlechtsgebundenen Leiden, hat eine gesunde Tochter. Diese hat Kinder mit einem Mann, der ebenfalls
gesund ist. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass eine aus der Verbindung hervor-
gehende Tochter an Hämophilie leiden wird? Mit welcher Wahrscheinlichkeit würde
ein Sohn an Hämophilie erkranken? Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass alle

Kinder an Hämophilie leiden werden, falls das Paar vier Söhne bekäme?

2. Pseudohypertrophe Muskeldystrophie ist eine Erbkrankheit, die zu einem langsa-
men Muskelschwund führt. Man findet sie fast ausschließlich bei Jungen, die als Söhne
offenbar normaler (phänotypisch gesunder) Eltern geboren werden. Der Tod tritt meist
im frühen Jugendalter ein. Wird diese Krankheit durch ein dominantes oder ein re-
zessives Allel verursacht? Erfolgt die Vererbung geschlechtsgebunden oder autosomal?

Woher wissen Sie das? Versuchen Sie zu erklären, warum diese Krankheit praktisch nie

bei Mädchen auftritt.

3. Rotgrün-Blindheit wird von einem geschlechtsgebundenen rezessiven Allel verur-
sacht. Ein rotgrün-blinder Mann hat Kinder mit einer Frau, die normal sieht, deren Va-
ter aber auch rotgrün-blind ist. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit, dass das Paar eine
rotgrün-blinde Tochter haben wird? Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass ihr
erster Sohn rotgrün-blind sein wird? (Beachten Sie die unterschiedliche Fragestellung.)

4. Welcher Erbgang würde einen Genetiker zu der Annahme veranlassen, dass eine
den Zellstoffwechsel betreffende Erbkrankheit auf einem Defekt eines mitochondrialen

Gens beruht?

5. Frauen, die mit einem überzähligen X-Chromosom (XXX) geboren werden, sind
gesund und von einer normalen Frau (XX) nicht zu unterscheiden. Erklären Sie diesen

Befund. Wie ließe sich diese Erklärung überprüfen?

6. Bestimmen Sie anhand der nachfolgenden Daten über die Rekombinationshäufig-
keiten die Abfolge der Gene auf dem Chromosom: A-B, 8 cM; A-C, 28 cM; A-D, 25
cM; B-C, 20 cM; B-D, 33 cM.

7. Nehmen Sie an, die Gene A und B seien gekoppelt und 50cM voneinander ent-
fernt. Ein Tier, das bezüglich beider Genorte heterozygot ist, wird mit einem gekreuzt,

55

15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung
dass bezüglich beider Genorte homozygot rezessiv ist. Welcher prozentuale Anteil der

Nachkommen wird einen Phänotyp zeigen, der auf Crossing-over-Ereignisse zurückzu-
führen ist? Wie würden Sie die Ergebnisse dieser Kreuzung interpretieren, falls Sie nicht wüssten, dass die Gene A und B gekoppelt sind?

8. Eine Weltraumsonde entdeckt einen Planeten, der von Lebewesen bewohnt wird,
deren Erbgänge denen des Menschen gleichen. Drei phänotypische Merkmale sind die

Körpergröße ( T = hochwüchsig, t = zwergwüchsig), Antenne am Kopf ( A = Antennen Übungsaufgaben
vorhanden, a = keine Antennen) und die Nasenform ( S = nach oben gebogen, s = nach unten gebogen). Da die Lebewesen nicht intelligent sind, können die von der Erde stam-menden Wissenschaftler kontrollierte Kreuzungen durchführen und dabei verschiedene

Heterozygote für weitere Kreuzungen heranziehen. Für hochgewachsene Heterozygo-
te mit Antennen zeigen die Nachkommen folgende Häufigkeiten: hochgewachsen mit

Antennen, 46; zwergwüchsig mit Antennen, 7; zwergwüchsig ohne Antennen, 42;
hochgewachsen ohne Antennen, 5. Für Heterozygote mit Antennen und nach oben
gebogener Nase ergeben sich folgende Werte: Antennen und nach oben gebogene

Nase, 47; Antennen und nach unten gebogene Nase, 2; keine Antennen und nach un-
ten gebogene Nase, 48; keine Antennen und nach oben gebogene Nase, 3. Berechnen

Sie die Rekombinationsfrequenzen für beide Experimente.

9. Unter Verwendung der Daten, die aus dem Experiment hervorgingen, das in der

Übung 8 beschrieben wurde, führen die Wissenschaftler eine weitere Kreuzung durch
und verwenden dabei einen für die Wuchshöhe und die Nasenform Heterozygoten.

Die Nachfahren sind wie folgt: hochgewachsen mit nach oben gebogener Nase, 40;
zwergwüchsig mit nach oben gebogener Nase, 9; zwergwüchsig mit nach unten ge-
bogener Nase, 42; hochgewachsen mit nach unten gebogener Nase, 9. Berechnen Sie
die Rekombinationshäufigkeit. Verwenden Sie dann die Antworten der Übung 8, um
die Reihenfolge der drei gekoppelten Gene zu ermitteln.

10. Zwei Gene einer Blütenpflanze sind gekoppelt und liegen 10cM auseinander. Eines steuert die Farbe der Petalen (Blütenkronblätter) und hat die Allele B für blaue Kronblätter und b für weiße. Das andere Gen legt fest, ob runde (R) oder ovale ( r) Staubblätter (Stamina) ausgebildet werden. Sie kreuzen eine homozygot blau/ovale Pflanze mit einer homozygot weiß/runden. Die F1-Nachkommen werden mit weiß/ovalen Pflanzen
gekreuzt und es werden 1000 F2-Nachkommen untersucht. Wie viele Pflanzen der

F2-Generation jedes der vier möglichen Phänotypen erwarten Sie?

Verbindung zur Evolution

11. Sie haben erfahren, dass das Crossing-over (Rekombination) von Vorteil für die Evolution ist, weil es zu einer beständigen Durchmischung des Allelbestandes unter Bildung immer neuer Allelkombinationen führt, was den Evolutionsprozess vorantreibt.

Bis vor Kurzem hatte man angenommen, dass die Gene des Y-Chromosoms einem
genetischen Verfall unterliegen, weil Homologe auf dem X-Chromosom fehlen und
so eine Rekombination ausgeschlossen ist. Als man im Rahmen des Humangenom-

56

15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung
projektes das Y-Chromosom sequenzierte, fanden sich jedoch acht große Bereich mit

Homologie innerhalb des Y-Chromosoms, sowie eine ganze Reihe von Verdopplungen

Übungsaufgaben
innerhalb der 78 identifizierten Gene. Der Genetiker David Page hat dieses Chromo-
som ein „Spiegelkabinett“ genannt. Welchen positiven Effekt könnten Sie sich für diese

Bereiche vorstellen?

Wissenschaftliche Forschung

12. Schmetterlinge besitzen ein X/Y-System zur Geschlechtsfestlegung, das verschieden von dem von Fliegen und dem der Säugetiere ist. Weibliche Schmetterlinge können
die Konstitution XY oder X0 haben; Schmetterlinge mit zwei oder mehr X-Chromo-
somen sind Männchen. Das Foto zeigt einen gynandromorphen Schwalbenschwanz

(Papilio) (gr. gyne, Frau; andros, Mann; morphos, Gestalt). Das ungewöhnliche Individuum ist zur Hälfte männlich (linke Körperseite) und zur Hälfte weiblich (rech-
te Körperseite). Versuchen Sie eine Hypothese aufzustellen, wie eine Fehlverteilung
der Chromosomen diesen ungewöhnlichen Schmetterling (Halbseitenzwitter) hervor-
gebracht haben könnte. Berücksichtigen Sie dabei, dass die erste Zellteilung (Furchung)

der Zygote die Längenachse und damit die Körperhälften des Embryos festlegt.

57

Kapitel 16

Übungsaufgaben

Die molekularen Grundlagen der

Vererbung

1. Escherichia coli-Zellen, die in einem 15N-haltigen Medium angezüchtet wurden, werden in ein 14N-haltiges Medium umgesetzt und für zwei Generationszeiten weiter
bebrütet (zwei Replikationsrunden der DNA). Aus diesen Zellen extrahierte DNA wird
einer Dichtezentrifugation unterzogen. Welche Dichteverteilung(en) würden Sie für die

DNA bei einem solchen Experiment erwarten?

a.

eine Bande mit hoher und eine mit niedrigerer Dichte
b.

eine Bande mittlerer Dichte
c.

eine Bande hoher und eine mittlerer Dichte
d.

eine Bande niederer und eine mittlerer Dichte
e.

eine Bande niederer Dichte

2. Was verursacht den Unterschied zwischen der Bildung des führenden Stranges und
der Synthese des Folgestranges eines DNA-Moleküls?

a.

Die Replikationsursprünge liegen immer am 5’-Ende.

b.

Helicasen und einzelstrangbindende Proteine wirken am 5’-Ende.

c.

Die DNA-Polymerase kann neue Nucleotide nur am 3’-Ende eines sich bilden-
den Stranges anfügen.

d.

Die DNA-Ligase arbeitet nur in 5’ −→ 3’-Richtung.

e.

Die Polymerase kann nur auf jeweils einem Strang arbeiten.

3. Welches Ergebnis würden Sie bei der Analyse der Anzahl verschiedener Basen in
einer DNA-Probe nach der Basenpaarungsregel erwarten?

a.

A = G
b.

A + G = C + T
c.

A + T = G + T
d.

A = C
e.

G = T

4. Die Verlängerung (Elongation) des führenden Stranges während der DNA-Synthese
a.

setzt sich entgegen der Richtung der Replikationsgabel fort
b.

verläuft in 5’ −→ 3’-Richtung
c.

führt zur Produktion von Okazaki-Fragmenten
d.

ist abhängig von der Wirkung einer DNA-Polymerase
e.

erfordert keinen Matrizenstrang

59

16 Die molekularen Grundlagen der Vererbung

5. Der spontane Verlust der Aminogruppe an einem Adeninrest führt zu einem Hypo-
xanthinrest, einer außergewöhnlichen Nucleobase. Sie liegt in einem doppelsträngigen

DNA-Molekül einem Thyminrest gegenüber. Welche Kombination von Molekülen könn-
te einen solchen Schaden reparieren?

a.

Nuclease, DNA-Polymerase, DNA-Ligase
b.

Telomerase, Primase, DNA-Polymerase
c.

Telomerase, Helicase, einzelstrangbindendes Protein

Übungsaufgaben
d.

DNA-Ligase, Replikationsgabelprotein, Adenylylcyclase
e.

Nuclease, Telomerase, Primase

6. In einem Nucleosom wickelt sich die DNA um
a.

Polymerasemoleküle
b.

Ribosomen
c.

Histone
d.

ein Thymindimer
e.

Satelliten-DNA

Verbindung zur Evolution

7. Einige Bakterien sind nach einer umstrittenen Hypothese in der Lage, als Reaktion auf Umweltstress die Mutationsrate bei der Replikation zu erhöhen. Wie könnte dieser

Effekt zustande kommen? Könnte es einen Vorteil für die Entwicklung einer solchen

Fähigkeit geben? Erläutern Sie Ihre Meinung.

Wissenschaftliche Forschung

8. Zeichenübung Das Erstellen von Modellen kann ein wichtiger Teil des wissen-
schaftlichen Forschungsprozesses sein. Die unten stehende Abbildung zeigt eine Com-
putergrafik eines DNA-Replikationskomplexes. Die Ausgangsstränge der DNA und die
neugebildeten Stränge sind in unterschiedlichen Farben dargestellt. Gleiches gilt für die folgenden Proteine: DNA-Polymerase III (DNA-Pol III), die „Schlauchklemme“ und das
einzelstrangbindende Protein. Zeigen Sie, was Sie in diesem Kapitel gelernt haben und
beschriften Sie die einzelnen DNA-Stränge, die eingezeichneten Proteine und geben

Sie die Gesamtrichtung der Replikation an.

60

Kapitel 17

Übungsaufgaben

Vom Gen zum Protein

1. In eukaryotischen Zellen kann die Transkription nicht einsetzen, bevor
a.

die beiden DNA-Stränge sich vollständig getrennt und den Promotor frei-
gegeben haben
b.

mehrere Transkriptionsfaktoren an den Promotor gebunden haben
c.

die 5’-Cap-Struktur von der mRNA abgelöst worden ist
d.

die Introns aus der DNA-Matrize entfernt worden sind
e.

DNA-Nucleasen die Transkriptionseinheit isoliert haben

2. Welche der folgenden Aussagen über ein Codon trifft nicht zu?

a.

Es besteht aus drei Nucleotiden.

b.

Es kann den gleichen Aminosäurerest codieren wie ein anderes Codon.

c.

Es codiert nie für mehr als eine Aminosäure.

d.

Es liegt an einem Ende eines tRNA-Moleküls.

e.

Es ist die grundlegende Einheit des genetischen Codes.

3. Das Anticodon einer bestimmten tRNA ist
a.

komplementär zum entsprechenden Codon einer mRNA
b.

komplementär zum entsprechenden Codon einer rRNA
c.

der Teil einer tRNA, der einen bestimmten Aminosäurerest bindet
d.

in Abhängigkeit von dem an die tRNA gebundenen Aminosäurerest veränder-
lich
e.

katalytisch aktiv und macht die tRNA zu einem Ribozym

4. Welche der folgenden Aussagen über die mRNA-Prozessierung trifft nicht zu?

a.

Exons werden herausgetrennt, bevor die mRNA den Zellkern verlässt.

b.

Nucleotide können an beide Enden der RNA angefügt werden.

c.

Ribozyme können im Rahmen der RNA-Prozessierung ihre Wirkung entfalten.

d.

Das Spleißen der RNA kann von Spleißosomen katalysiert werden.

e.

Ein Primärtranskript ist vielfach viel länger als die endgültige RNA, die den

Zellkern verlässt.

5. Identifizieren Sie aus der folgenden Auswahl von Basenfolgen diejenige, die in der gewohnten 5’ −→ 3’-Richtung das Tripeptid Phe-Pro-Lys codiert (Abbildung 17.5).

a.

5’-UUUGGGAAA-3’

b.

5’-GAAACCCCTT-3’

c.

5’-AAAACCTTT-3’

61

17 Vom Gen zum Protein
d.

5’-CTTCGGGAA-3’

e.

5’-AAACCCUUU-3’

6. Welche der folgenden Mutationen hätte am wahrscheinlichsten eine nachteilige

Wirkung auf den sie tragenden Organismus?

a.

eine Basenpaarsubstitution
b.

eine Deletion von drei Nucleotiden in der Mitte des offenen Leserasters eines

Gens (ORFs)

Übungsaufgaben
c.

eine Einzelnucleotiddeletion in der Mitte eines Introns
d.

eine Einzelnucleotiddeletion am Ende einer codierenden Sequenz
e.

eine Einzelnucleotidinsertion am Beginn einer codierenden Sequenz

7. Welche der folgenden molekularen Komponenten einer Zelle ist nicht unmittelbar
an der Translation beteiligt?

a.

mRNA
b.

DNA
c.

tRNA
d.

Ribosomen
e.

GTP

8. Zeichenübung Vervollständigen Sie folgende Tabelle:

RNA-Typ

Funktion/en

Boten-RNA (mRNA)

Transfer-RNA (tRNA)

Spielt eine katalytische (Ribozym) und eine
strukturelle Rolle im Ribosom

Primärtranskript
kleine RNA im Zellkern (snRNA)

62

17 Vom Gen zum Protein

Verbindung zur Evolution

9. Aus dem genetischen Code (Abbildung 17.3) lassen sich viele Rückschlüsse auf die Übungsaufgaben

Evolution ziehen. Beachten Sie beispielsweise, dass die 20 proteinbildenden Amino-
säuren nicht zufällig verteilt sind. Die meisten Aminosäuren werden von sequenz-
ähnlichen Codons codiert. Welche evolutionäre Erklärung lässt sich für diesen Umstand
als Hypothese formulieren? ( Hinweis: Es gibt einen Erklärungsansatz, der auf den his-torischen Ursprung des Codes abzielt und weitere – weniger offensichtliche – denen
eine „die Form folgt der Funktion“-Überlegung zugrunde liegt.)

Wissenschaftliche Forschung

10. Wissend, dass der genetische Code praktisch von universeller Gültigkeit ist, in-seriert ein Gentechniker das β-Globin-Gen des Menschen in Bakterienzellen. Er tut dies in der Hoffnung, dass die Bakterien das β-Globin bilden werden. Das produzierte Protein ist jedoch funktionsuntüchtig und enthält viel weniger Aminosäurereste als
das von eukaryotischen Zellen hergestellte β-Globin. Geben Sie verschiedene mögliche Erklärungen für den experimentellen Fehlschlag.

63

Kapitel 18

Übungsaufgaben

Regulation der Genexpression

1. Falls ein bestimmtes Operon Enzyme für die Herstellung einer Aminosäure codiert und in gleicher Weise wie das trp-Operon reguliert wird, dann
a.

inaktiviert die Aminosäure den Repressor
b.

werden die produzierten Enzyme als induzierbare Enzyme bezeichnet
c.

ist der Repressor in Abwesenheit der Aminosäure aktiv
d.

wirkt die Aminosäure als Co-Repressor
e.

schaltet die Aminosäure die Transkription des Operons an

2. Muskelzellen unterscheiden sich von Nervenzellen hauptsächlich darin, dass
a.

sie verschiedene Gene exprimieren
b.

sie unterschiedliche Gene enthalten
c.

sie verschiedene genetische Codes benutzen
d.

sie unterschiedliche Ribosomen enthalten
e.

sie unterschiedliche Chromosomen enthalten

3. Die Funktion eines Enhancers ist ein Beispiel für
a.

die transkriptionelle Kontrolle der Genexpression
b.

einen posttranskriptionellen Mechanismus der mRNA- Editierung
c.

die Förderung der Translation durch Initiationsfaktoren
d.

eine posttranslationale Steuerung, die bestimmte Proteine aktiviert
e.

ein eukaryotisches Äquivalent der Promotorfunktion bei Prokaryonten

4. Welche der folgenden Aussagen über die DNA in Ihren Gehirnzellen trifft zu?

a.

Der Großteil der DNA codiert Proteine.

b.

Die Mehrzahl der Gene werden wahrscheinlich transkribiert.

c.

Die Gene liegen in unmittelbarer Nachbarschaft zu einem Enhancer.

d.

Viele Gene sind zu operonartigen Gruppen zusammengefasst.

e.

Sie ist gleich der DNA in Ihren Herzzellen.

5. Welche der folgenden Aussagen stellt ein Beispiel für posttranskriptionale Steuerung der Genexpression dar?

a.

die Anfügung von Methylgruppen an Cytosinreste der DNA
b.

die Bindung von Transkriptionsfaktoren an einen Promotor
c.

die Entfernung von Introns und das Spleißen der Exons
d.

Genamplifikation während eines Entwicklungsstadiums
e.

die Faltung der DNA unter Bildung von Heterochromatin

65

18 Regulation der Genexpression

6. In einer Zelle hängt die von einer vorgegebenen Menge an mRNA gebildete Menge
an Protein teilweise ab von
a.

dem Ausmaß der DNA-Methylierung
b.

der Abbaurate der mRNA
c.

dem Vorhandensein bestimmter Transkriptionsfaktoren
d.

der Anzahl der in der mRNA enthaltenen Introns
e.

dem im Cytoplasma vorhandenen Ribosomentyp

Übungsaufgaben

7. Protoonkogene können sich zu Onkogenen umbilden, welche an der Krebsent-
stehung beteiligt sind. Welche der folgenden Aussagen ist am besten geeignet, die

Anwesenheit von Protookogenen in eukaryotischen Zellen zu erklären?

a.

Protoonkogene sind ursprünglich durch virale Infektionen entstanden.

b.

Protoonkogene sind normalerweise an der Zellzyklusregulation beteiligt.

c.

Protoonkogene sind genetischer „Müll“.

d.

Protoonkogene sind mutierte Versionen normaler Gene.

e.

Zellen erzeugen Protoonkogene, wenn sie altern.

Verbindung zur Evolution

8. DNA-Sequenzen können als Maßeinheit der Evolution dienen (siehe Kapitel 5). Die das Humangenom analysierenden Wissenschaftler waren überrascht, als sie heraus-fanden, dass einige der am höchsten konservierten Bereiche des menschlichen Genoms
nicht für Proteine codieren. Versuchen Sie, diese Beobachtung zu erklären.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9. In dem im Vietnamkrieg (1965–1975) eingesetzten, von Flugzeugen aus versprüh-
ten Entlaubungsmittel „Agent Orange“ waren Spuren von Dibenzodioxinen enthal-
ten. Tierversuche deuten darauf hin, dass Dioxine zu Missbildungen, Krebs, Leber- und

Thymusschädigungen, zur Unterdrückung des Immunsystems und manchmal zum Tod
führen. Einige dieser Tests lieferten jedoch keine eindeutigen Ergebnisse: So zeigten

Hamster bei Dosierungen, die ein Meerschweinchen töteten, kaum eine Reaktion auf
das Gift. Dioxine wirken ähnlich wie ein Steroidhormon. Sie dringen in Zellen ein und
binden an ein Rezeptorprotein, das dann an die DNA bindet. Wie vermag dieser Mecha-
nismus die verschiedenartigen Wirkungen der Dioxine auf verschiedene Organsysteme
des Körpers und auf verschiedene Tierarten zu erklären?

66

Kapitel 19

Übungsaufgaben

Viren

1. RNA-Viren sind auf eigene Enzyme angewiesen, weil
a.

die Wirtszellen die Viren rasch zerstören
b.

den Wirtszellen die Enzyme für die Replikation des Virusgenoms fehlen
c.

diese Enzyme virale mRNA in Proteine übersetzen
d.

diese Enzyme die Membran der Wirtszelle durchdringen
e.

diese Enzyme in der Wirtszelle nicht gebildet werden können

2. Welche der folgenden Merkmale, Strukturen oder Prozesse kommen sowohl bei

Bakterien wie auch Viren vor?

a.

Metabolismus (Stoffwechsel)

b.

Ribosomen
c.

genetisches Material in Form von Nucleinsäuren
d.

Zellteilung
e.

eigenständiges Dasein

3. Neue Viren entstehen durch
a.

Mutation existierender Viren
b.

Verbreitung existierender Viren unter neuen Wirtsarten
c.

stärkere Verbreitung existierender Viren in der bisherigen Wirtsart
d.

alle vorgenannten Mechanismen
e.

keinen dieser Mechanismen

4.

Um eine weltweite Pandemie unter Menschen auszulösen, muss das H5N1-

Vogelgrippevirus
a.

sich auf Primaten wie Schimpansen ausbreiten
b.

sich zu einem Virus mit neuem Wirtsspektrum entwickeln
c.

die Fähigkeit der Übertragung von Mensch zu Mensch erwerben
d.

sich unabhängig voneinander bei Hühnern in Nord- und Südamerika zeigen
e.

viel pathogener werden

5. Zeichenübung Zeichnen Sie eine neue Fassung von Abbildung 19.7, um den Ver-
mehrungszyklus eines Virus mit einem Einzelstranggenom der Klasse IV (Funktion als
mRNA) darzustellen.

67

19 Viren

Verbindung zur Evolution

6. Der Erfolg mancher Viren beruht auf ihrer Fähigkeit, sich in den Wirtszellen schnell zu verändern. Ein derartiges Virus entgeht häufig der Immunabwehr des Wirts durch
fortwährende Mutation und die dabei entstehenden Veränderungen, gegen die das

Immunsystem eine neue spezifische Abwehr (Immunität) ausbilden muss. Die im späten

Verlauf einer dauerhaften Infektion erscheinenden Viren unterscheiden sich von denen,
die ursprünglich den Befall verursachten. Erörtern Sie dies als Beispiel von Evolution in Übungsaufgaben
einem Mikrokosmos. Welche Viruslinien werden sich durchsetzen?

Wissenschaftliche Forschung

7. Wenn Bakterien ein Tier infizieren, steigt bei ausbleibender Abwehr und unbe-
grenzten Wachstumsressourcen die Bakterienzahl zunächst exponentiell an (Graph A).

Nach der Infektion mit einem virulenten Tiervirus und einem lytischen Vermehrungszy-
klus treten die Symptome einer Infektion erst verzögert auf. Dann schnellt die Zahl der

Viren plötzlich hoch und nimmt in der Folge schrittweise zu (Graph B). Versuchen Sie,
den Unterschied zwischen den beiden Kurven zu erklären.

A

B
iren

Zahl der Bakterien

Zahl der V

Zeit

Zeit

68

Kapitel 20

Übungsaufgaben

Biotechnologie

1. Welches der folgenden „Werkzeuge“ der DNA-Technologie gehört nicht zum ent-
sprechenden Vorgang?

a.

Restriktionsenzym – Erstellung von RFLPs
b.

DNA-Ligase – Enzym, das DNA unter Bildung überhängender Einzelstrangen-
den schneidet
c.

DNA-Polymerase – Einsatz bei der Polymerasekettenreaktion zur Amplifizie-
rung von DNA-Abschnitten
d.

Reverse Transkriptase – Herstellung von cDNA aus (m)RNA
e.

Elektrophorese – Trennung von DNA-Fragmenten

2. Pflanzen lassen sich gentechnisch leichter verändern als Tiere, weil
a.

Pflanzengene keine Introns enthalten
b.

mehr Vektoren für die Überführung rekombinanter DNA in Pflanzenzellen exis-
tieren
c.

eine somatische Pflanzenzelle in vielen Fällen eine vollständige Pflanze bilden
kann
d.

Gene durch Mikroinjektion in Pflanzenzellen einschleusbar sind
e.

Pflanzenzellen größere Zellkerne besitzen

3. Ein Paläontologe hat ein Stück Gewebe aus einer 400 Jahre alten Gewebeprobe des ausgestorbenen Dodos (Dronte, Raphus cucullatus) entnommen. Der Forscher möchte
eine bestimmte Region der DNA aus der Dodo-Probe mit DNA-Proben rezenter Vogel-
arten vergleichen. Welche der folgenden Methoden wäre am geeignetsten, um die

Menge der für die Analyse zur Verfügung stehenden Dodo-DNA zu vergrößern?

a.

RFLP-Analyse
b.

Polymerasekettenreaktion (PCR)

c.

Elektroporation
d.

Gelelektrophorese
e.

Southern-Blotting

4.

Die Expression eines klonierten eukaryotischen Gens in Bakterienzellen ist oft
schwierig. Die Verwendung von mRNA und der reversen Transkriptase sind Teile ei-
ner Strategie zur Lösung des Problems der
a.

posttranskriptionalen Prozessierung
b.

Elektroporation
c.

posttranslationalen Prozessierung

69

20 Biotechnologie
d.

Nucleinsäurehybridisierung
e.

Restriktionsfragmentligation

5. Die DNA-Technologie hat viele medizinische Anwendungsmöglichkeiten. Welche
der folgenden ist zum gegenwärtigen Zeitpunkt keine Routineanwendung?

a.

die Herstellung von Hormonen zur Behandlung des Zwergwuchses
b.

die Produktion vieler Proteine zur Verwendung als Impfstoffe
c.

die Einschleusung gentechnisch veränderter Gene in menschliche Keimzellen

Übungsaufgaben
d.

die vorgeburtliche Identifizierung von Allelen, die Erbkrankheiten verursachen

6. In der Molekularbiologie bezeichnet der Begriff „Vektor“
a.

ein Enzym, das DNA in Restriktionsfragmente zerlegt
b.

die überhängenden Enden eines DNA-Fragments
c.

einen RFLP-Marker
d.

ein Plasmid, um DNA in eine Zelle einzubringen
e.

eine DNA-Sonde zur Identifizierung eines bestimmten Gens

Verbindung zur Evolution

7. Vergleichen Sie die klassischen Mechanismen der Evolution, wie sie während der
letzten vier Milliarden Jahre auf der Erde abgelaufen ist, mit dem möglichen Einfluss
einer weiten Verbreitung gentechnischer Anwendungen.

Wissenschaftliche Forschung

8. Sie möchten das Gen isolieren, das für ein bestimmtes Peptid in unserem Gehirn
mit Neurotransmitter-Funktion codiert. Sie kennen die Aminosäuresequenz des Pep-
tids. Erläutern Sie, wie Sie (a) die in bestimmten Hirnzellen exprimierten Gene nachwei-
sen würden, (b) das für das gesuchte Neuropeptid codierende Gen isolieren würden,

(c) zur weiteren Untersuchung viele Kopien des Gens erhalten, und (d) eine ausreichen-
de Menge des Peptids zur Untersuchung seiner biochemischen und physiologischen

Eigenschaften herstellen würden.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9. Besteht die Gefahr einer gesellschaftlichen Diskriminierung auf der Grundlage von Tests auf „schädliche Gene“? Welche politischen Maßnahmen würden Sie vorschlagen,
um einen Missbrauch zu verhindern?

10. Die staatliche Förderung von Forschungen an embryonalen Stammzellen ist ein
strittiges Thema. Warum wird diese Debatte so hitzig geführt? Fassen Sie die Argumente
für und wider die Verwendung embryonaler Stammzellen in der Forschung zusammen
und beziehen Sie selbst Stellung zu diesem Thema.

70

Kapitel 21

Übungsaufgaben

Genome und ihre Evolution

1. Welche der folgenden Aussagen wird nicht durch die Bioinformatik abgedeckt?

a.

der Einsatz von Computerprogrammen zum Abgleich von DNA-Sequenzen
b.

die Analyse von Proteinwechselwirkungen einer Art
c.

der Einsatz molekularbiologischer Methoden zur Zusammenfügung von DNA
aus verschiedenen Quellen im Reagenzglas
d.

die Entwicklung computergestützter Methoden zur Genomanalyse
e.

der Einsatz mathematischer Methoden zur Analyse biologischer Systeme oder

Teilen davon

2. Eines der Merkmale von Retrotransposons ist
a.

die Codierung eines Enzyms, das anhand einer RNA-Matrize eine DNA syn-
thetisiert
b.

das ausschließliche Vorkommen bei Tieren
c.

das „Springen“ über einen Ausschneide/Einfügemechanismus
d.

ihr bedeutender Beitrag zur genetischen Variabilität in einer Gametenpopula-
tion
e.

die Abhängigkeit ihrer Vermehrung von einem Retrovirus

3. Homöotische Gene
a.

codieren Transkriptionsfaktoren, welche die Expression von Genen steuern,
die für die Bildung bestimmter anatomischer Strukturen verantwortlich sind
b.

finden sich nur bei Drosophila und anderen Arthropoden
c.

sind die einzigen Gene, die eine Homöoboxsequenz enthalten
d.

codieren ausschließlich Proteine, die bei Fliegen die morphologische Entwick-
lung steuern
e.

sind für die Musterbildung in der pflanzlichen Entwicklung zuständig

Verbindung zur Evolution

4. Für die Embryonalentwicklung von Tieren wichtige Gene wie die Homöoboxgene
wurden im Rahmen der Evolution vergleichsweise wenig verändert, weisen also bei
verschiedenen Arten stärkere Sequenzübereinstimmungen auf als viele andere Gene.

Warum ist das so?

71

Kapitel 22

Übungsaufgaben

Evolutionstheorie:

Die darwinistische Sicht des Lebens

1. Welche der folgenden Aussagen ist keine Beobachtung oder Schlussfolgerung, auf der die natürliche Selektion basiert?

a.

Unter Individuen einer Population gibt es eine genetische Variabilität.

b.

Schlecht angepasste Individuen produzieren niemals Nachkommen.

c.

Arten produzieren mehr Nachkommen, als es die Tragfähigkeit ihres Lebens-
raumes erlaubt.

d.

Individuen, deren Merkmale am besten an den jeweiligen Lebensraum an-
gepasst sind, haben in der Regel mehr Nachkommen als solche mit weniger
adaptiven Merkmalen.

e.

Meist überlebt nur ein Bruchteil der Nachkommenschaft eines Individuums.

2. Die Vorderextremitäten von Mensch und Fledermaus sind sich ihrer Skelettform
und Struktur recht ähnlich, während die entsprechenden Knochen bei Walen morpho-
logisch ganz anders ausgebildet und proportioniert sind. Genetische Daten sprechen
jedoch dafür, dass sich alle drei Organismengruppen etwa zur gleichen Zeit von einem
gemeinsamen Vorfahren abgespalten haben. Welche der folgenden Aussagen erklärt
die Datenlage am ehesten?

a.

Menschen und Fledermäuse haben sich durch natürliche Selektion entwickelt,

Wale hingegen durch Vererbung erworbener Eigenschaften (Lamarckismus).

b.

Die Evolution der Vorderextremitäten war bei Menschen und Fledermäusen
adaptiv, bei Walen hingegen nicht.

c.

Der natürliche Selektionsdruck, der in einem aquatischen Milieu wirksam ist,
führte zu einer signifikanten Änderung der Anatomie der Walvorderextremi-
täten.

d.

Gene mutieren bei Walen schneller als bei Menschen und Fledermäusen.

e.

Wale gehören nicht zu den Säugetieren.

3.

Welche der folgenden Beobachtungen half Darwin, sein Konzept zur Abstam-
mungstheorie zu formulieren?

a.

Die Artenvielfalt nimmt mit zunehmendem Abstand vom Äquator ab.

b.

Auf Inseln leben weniger Arten als auf dem nächstgelegenen Festland.

c.

Man kann Vogelarten auf Inseln finden, die weiter vom Festland entfernt liegen
als es der maximale Flugradius eines Vogelindividuums zulässt.

73

22 Evolutionstheorie: Die darwinistische Sicht des Lebens
d.

Fossile und rezente Pflanzenarten unterschiedlicher Lebensräume Südame-
rikas weisen eine größere Ähnlichkeit untereinander auf als Taxa dergleichen

Lebensräume verschiedener Kontinente.

e.

Erdbeben beeinflussen die Evolution von Artengruppen, da sie zu einem

Massenaussterben führen können.

4. Die DNA-Sequenzen in vielen menschlichen Genen ähneln den Sequenzen der
entsprechenden Gene bei Schimpansen. Die wahrscheinlichste Erklärung dafür ist, dass

Übungsaufgaben
a.

Menschen und Schimpansen einen gemeinsamen Vorfahren in jüngerer Ver-
gangenheit haben.

b.

Menschen sich aus Schimpansen entwickelt haben.

c.

Schimpansen sich aus Menschen entwickelt haben.

d.

eine konvergente Evolution zu DNA-Ähnlichkeiten geführt hat.

e.

Menschen und Schimpansen nicht nahe verwandt sind.

5. Bei welchem der folgenden Strukturpaare ist die Wahrscheinlichkeit am geringsten, dass es sich um eine Homologie handelt?

a.

die Flügel einer Fledermaus und die Arme eines Menschen
b.

das Hämoglobin eines Pavians und das Hämoglobin eines Gorillas
c.

die Mitochondrien einer Pflanze und diejenigen eines Tieres
d.

die Flügel eines Vogels und diejenigen eines Insekts
e.

das Gehirn einer Katze und dasjenige eines Hundes

Verbindung zur Evolution

6. Begründen Sie, warum anatomische und molekulare Homologien in der Regel dem-
selben hierarchischen Prinzip folgen.

Wissenschaftliche Forschung

7. Zeichenübung Stechmücken, die gegen das Pestizid DDT resistent sind, traten erst-mals 1959 in Indien auf, sind aber inzwischen auf der ganzen Welt verbreitet. (a) Stellen Sie die Daten in der Tabelle unten grafisch dar. (b) Stellen Sie anhand der Kurve eine

Hypothese auf, die erklärt, warum der Prozentsatz der DDT-resistenten Stechmücken
so rasch ansteigt. (c) Schlagen Sie eine Erklärung für die weltweite Ausbreitung der

DDT-Resistenz vor.

Monate

Prozentsatz DDT-resistenter Mücken*

0

4 Prozent

8

45 Prozent

12

77 Prozent

* Stechmücken galten als resistent, wenn sie eine Stunde nach Verabreichung einer vierprozentigen Dosis DDT noch nicht tot waren.

Quelle: C. F. Curtis et al., Selection for and against insecticide resistance and possible methods of inhibiting the evolution of resistance in mosquitoes. Ecological Entomology 3: 273–287 (1978).

74

Kapitel 23

Übungsaufgaben

Die Evolution von Populationen

1. Population 1 enthält 40 Individuen, die alle den Genotyp A1A1 aufweisen, und Population 2 verfügt über 25 Individuen, die alle den Genotyp A2A2 besitzen. Nehmen Sie an, dass diese Populationen weit voneinander entfernt vorkommen und ihre Lebensräume jedoch sehr ähnlich sind. Die beobachtete genetische Variabilität ist, wenn
man von der Datenlage ausgeht, wahrscheinlich eine Folge von
a.

genetischer Drift
b.

Genfluss
c.

disruptiver Selektion
d.

qualitativer genetischer Variabilität
e.

gerichteter Selektion

2. Die natürliche Selektion verändert die Allelfrequenz, da einige
über-
leben und sich erfolgreicher fortpflanzen als andere.

a.

Allele
b.

Genorte
c.

Genpools
d.

Arten
e.

Individuen

3. Keine zwei Menschen sind genetisch identisch, mit Ausnahme von eineiigen Zwil-
lingen. Der Hauptgrund für genetische Variabilität der Menschen ist/sind
a.

neue Mutationen, die in der vorangegangenen Generation aufgetreten sind
b.

die Neumischung von Allelen bei der sexuellen Fortpflanzung
c.

eine Gendrift aufgrund geringer Populationsgröße
d.

geografische Variabilität innerhalb der Population
e.

Umwelteinflüsse

4. Haussperlinge (Passer domesticus) mit einer durchschnittlichen Flügelspannweite überleben starke Stürme besser als solche mit längeren oder kürzeren Flügeln; das ist
ein Beispiel für
a.

den genetischen Flaschenhals
b.

stabilisierende Selektion
c.

frequenzabhängige Selektion
d.

neutrale Variabilität
e.

disruptive Selektion

75

23 Die Evolution von Populationen

Verbindung zur Evolution

5. Inwiefern spiegeln die Unvollkommenheiten der Organismen Evolutionsprozesse
wider?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

6. In welchem Maße entziehen sich Menschen, die in einer Industriegesellschaft leben, der natürlichen Selektion? Begründen Sie Ihre Antwort.

Übungsaufgaben

76

Kapitel 24

Übungsaufgaben

Die Entstehung der Arten

1. Die größte Einheit, bei der es leicht zu einem Genfluss kommen kann, ist ein/eine a.

Population
b.

Art
c.

Gattung
d.

Hybrid
e.

Stamm

2. In Vogelbestimmungsbüchern wurden der Kronenlaubsänger (Dendroica corona-
ta) und der Audubon-Laubsänger (Dendroica auduboni) früher als eigenständige Arten geführt. In neuerer Zeit werden diese Taxa jedoch als östliche und westliche Unterart einer einzigen Art angesehen (Dendroica coronata coronata und D. c. auduboni). Welche der folgenden Beobachtungen wäre, falls sie zuträfe, ein Grund für diese systematische

Einordnung?

a.

Die beiden Unterarten kreuzen sich in der Natur häufig, und ihre Nachkommen
haben gute Überlebens- und Fortpflanzungschancen.

b.

Die beiden Unterarten leben im selben Habitat.

c.

Die beiden Unterarten haben viele Gene gemeinsam.

d.

Die beiden Unterarten ernähren sich ähnlich.

e.

Die beiden Unterarten sind sehr ähnlich gefärbt.

3. Männchen verschiedener Taufliegenarten ( Drosophila), die im selben Gebiet von Hawaii leben, haben unterschiedliche Balzrituale ausgebildet, bei denen sie mit anderen

Männchen derselben Art kämpfen und Weibchen durch bestimmte Bewegungsmuster
anzulocken versuchen. Welchen Typ eines Isolationsmechanismus stellt dies dar?

a.

Habitatisolation
b.

zeitliche Isolation
c.

Verhaltensisolation
d.

gametische Isolation
e.

postzygotische Barriere

4. Welcher der folgenden Faktoren trägt nicht zur allopatrischen Artbildung bei?

a.

Eine Population wird geografisch von der Elternpopulation getrennt.

b.

Die abgetrennte Population ist klein und es kommt zur genetischen Drift.

c.

Die separierte Population ist anderen Selektionsdrucken ausgesetzt als die

Elternpopulation.

77

24 Die Entstehung der Arten
d.

Unterschiedliche Mutationen beginnen die Genpools der beiden Populationen
zu verändern.

e.

Der Genfluss zwischen den beiden Populationen ist groß.

5. Pflanzenart A hat eine Diploidzahl von 12, Pflanzenart B von 16. Über Allopolyploi-disierung von A und B entsteht eine neue Art, C, auf. Die Diploidzahl dieser Art C ist
wahrscheinlich
a.

12

Übungsaufgaben
b.

14
c.

16
d.

28
e.

58

6. Dem Modell des unterbrochenen Gleichgewichts zufolge
a.

ist die natürliche Selektion als Evolutionsmechanismus unbedeutend
b.

werden sich die meisten existierenden Arten im Lauf der Zeit allmählich in
neue Arten aufspalten
c.

akkumulieren die meisten Arten ihre spezifischen Merkmale relativ rasch nach
ihrem Entstehen und verändern sich dann für den Rest ihrer Existenz als Art
nur noch wenig
d.

tritt der größte Teil der Evolution bei sympatrischen Arten auf
e.

geht Speziation gewöhnlich auf eine einzelne Mutation zurück

Verbindung zur Evolution

7. Auf welcher biologischen Basis beruht die Annahme, dass sämtliche menschlichen

Populationen einer einzigen Art angehören? Können Sie sich ein Szenario vorstellen,
durch das in Zukunft eine zweite menschliche Art entstehen könnte?

Wissenschaftliche Untersuchung

8. Zeichenübung In diesem Kapitel haben Sie gelesen, dass Saatweizen (Triticum aestivum) ein Allohexaploid ist und zwei Chromosomensätze von jeder seiner drei verschiedenen Elternarten aufweist. Genetische Analysen sprechen dafür, dass die unten
abgebildeten drei Arten Chromosomensätze zur Bildung von T. aestivum geliefert haben. (Die Großbuchstaben hier stellen Chromosomensätze statt einzelner Gene dar.)

Die Befunde sprechen auch dafür, dass das erste Polyploidieereignis eine spontane

Hybridisierung zwischen dem Wilden Einkorn (Triticum urartu) und einer Grasart war.

Zeichnen Sie aufgrund dieser Informationen ein Diagramm, das eine mögliche Kette
von Ereignissen wiedergibt, die zum allohexaploiden T. aestivum führten.

78

Kapitel 25

Übungsaufgaben

Vergangene Welten

1. Fossilisierte Stomatolithen
a.

sind alle 2,7 Milliarden Jahre alt
b.

bilden sich rund um Tiefseeschlote
c.

ähneln Strukturen, die von Bakteriengemeinschaften gebildet worden sind,
die man heute in einigen warmen Flachmeerbereichen findet
d.

liefern Belege dafür, dass Pflanzen gemeinsam mit Pilzen vor rund 500 Millio-
nen Jahren das Land eroberten
e.

enthalten die ersten zweifelsfreien Fossilien von Eukaryonten und datieren

2,1 Milliarden Jahre zurück

2. Die Bildung einer Sauerstoffatmosphäre veränderte die Umweltbedingungen auf
der Erde von Grund auf. Welche der folgenden Anpassungen nutzte die Präsenz von
freiem Sauerstoff in den Meeren und in der Atmosphäre zu ihrem Vorteil?

a.

die Evolution der Zellatmung, die den Sauerstoff dafür einsetzte, um aus orga-
nischen Molekülen Energie zu gewinnen
b.

die Bildung von Überdauerungsstadien bei einigen Tiergruppen anaerober

Habitate
c.

die Evolution von photosynthetisch aktiven Pigmenten, die die frühen Algen
vor den negativen Auswirkungen des Sauerstoffs bewahrten
d.

die Evolution von Chloroplasten, nachdem sich frühe Protisten photosynthe-
tisch aktive Cyanobakterien inkorporiert hatten
e.

die Evolution von vielzelligen eukaryotischen Kolonien aus Prokaryonten-

Gemeinschaften

3. Wählen Sie den Faktor aus, der am ehesten dafür verantwortlich ist, dass sich die Fauna und Flora von Indien so stark von der Tier- und Pflanzenwelt im nahegelegenen

Südostasien unterscheidet.

a.

Die Arten zeichnen sich durch konvergente Evolutionsprozesse aus.

b.

Beide Regionen haben ein ähnliches Makroklima.

c.

Indien ist dabei, sich geotektonisch vom übrigen Asien zu lösen.

d.

Die Organismenwelt Indiens wurde durch Vulkanausbrüche in früher Vorzeit
vernichtet.

e.

Indien war bis vor 55 Millionen Jahren ein eigenständiger Kontinent und stand
nicht mit dem asiatischen Festland in Verbindung.

79

25 Vergangene Welten

4. Eine adaptive Radiation kann eine direkte Folge von vier der fünf unten aufgezählten Faktoren sein. Welcher Faktor passt nicht?

a.

eine nicht realisierte ökologische Nische
b.

genetische Drift
c.

Kolonisation einer geografisch isolierten Region, die geeignete Umweltbedin-
gungen und wenig konkurrierende Arten aufweist
d.

evolutionäre Neuerungen

Übungsaufgaben
e.

adaptive Radiation in einer Gruppe von Organismen (zum Beispiel Pflanzen),
die einer anderen Organismengruppe als Nahrung dienen

5. Eine genetische Veränderung, die dazu führt, dass ein bestimmtes Hox-Gen an der Spitze einer Wirbeltier-Extremitätenknospe statt weiter hinten exprimiert wird, trug zur

Evolution der Tetrapodenextremität bei. Diese Art Veränderung ist typisch für
a.

den Einfluss der Umwelt auf die Individualentwicklung
b.

Neotenie
c.

eine Veränderung in einem Entwicklungsgen oder in dessen Regulationsme-
chanismus, wodurch die Lage von Körperstrukturen verändert wurde
d.

Heterochronie
e.

Genduplikation

6. Welcher der folgenden Schritte ist von Wissenschaftlern, die die Entstehung des Lebens untersuchen, noch nicht experimentell nachvollzogen worden?

a.

Synthese kleiner RNA-Polymere durch Ribosomen
b.

abiotische Synthese von Polypeptiden
c.

Bildung von molekularen Aggregaten mit selektiv permeablen Membranen
d.

Bildung von Protobionten, die DNA verwenden, um die Polymerisation von

Aminosäuren zu lenken
e.

abiotische Synthese von organischen Molekülen

7. Eine Schwimmblase ist ein gasgefüllter Sack, der einem Fisch bei der Auftriebsregulierung hilft. Die Evolution der Schwimmblase aus Lungen einer stammesgeschichtlich
ursprünglichen Fischart ist ein Beispiel für
a.

einen großen evolutionären Trend
b.

Exaptation
c.

Veränderungen in der Hox-Genexpression
d.

Neotenie
e.

adaptive Radiation

Verbindung zur Evolution

8. Beschreiben Sie, wie Genfluss, genetische Drift und natürliche Selektion die Makro-evolution beeinflussen können.

80

25 Vergangene Welten

Wissenschaftliche Forschung

9. Bei Insekten haben sich wiederholt herbivore Formen entwickelt, deren Vorfah-

Übungsaufgaben
ren sich in der Regel von Fleisch oder Detritus ernährten (unter Detritus versteht man
pflanzliche oder tierische Zerfallsprodukte). Nacht- und Tagschmetterlinge (Lepidopte-
ra) ernähren sich zum Beispiel im Larvenstadium von Pflanzennahrung, während ihre

„Schwestergruppe“ (die Insektengruppe, mit der sie am engsten verwandt sind), die

Köcherfliegenlarven (Trichoptera), sich von Substratstoffen in Gewässern (Saprobier)

ernähren (es gibt jedoch auch eine Reihe von räuberischen Arten). Wie in dem Stamm-
baum unten dargestellt, teilen Schmetterlinge und Köcherfliegen einen gemeinsamen

Vorfahren mit Fliegen (Diptera) und Flöhen (Siphonaptera). Wie im Fall der Köcherflie-
gen nimmt man an, dass sich Fliegen und Flöhe aus Vorfahren entwickelt haben, die
keine Pflanzenfresser waren.

Es gibt 140.000 Schmetterlingsarten und 7000 Köcherfliegenarten. Stellen Sie eine

Hypothese über den Einfluss der Herbivorie auf die adaptive Radiation von Insekten
auf. Wie ließe sich diese Hypothese testen?

Fliegen und

Flöhe

Köcherfliegen

Nacht- und

Tagschmetterlinge

Herbivorie

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

10. Experten schätzen, dass durch menschliche Aktivitäten jedes Jahr hunderte von

Arten aussterben. Im Gegensatz dazu nimmt man an, dass die natürliche Aussterbe-
rate pro Jahr im Durchschnitt nur ein paar Arten fordert. Wenn wir die globale Umwelt
weiterhin derart radikal verändern, vor allem durch die Zerstörung tropischer Regen-
wälder, aber auch der der gemäßigten Breiten, und das Erdklima weiter so stark be-
einträchtigen, kommt es wahrscheinlich zu einer Aussterbewelle vergleichbar mit jener
am Ende der Kreidezeit. Angesichts der Tatsache, dass das Leben auf der Erde bereits
fünf Massenaussterben erlebt hat, sollte uns der Gedanke an ein mögliches sechstes

Massenaussterben beunruhigen. Welche Folgen könnte ein derartiges Massensterben
für die überlebenden Arten haben, einschließlich unserer eigenen Art?

81

Kapitel 26

Übungsaufgaben

Der phylogenetische Stammbaum
der Lebewesen

1. Betrachten Sie die Abbildung 26.2: Welches ähnlich umfassende Taxon stammt von
dem gleichen Vorfahren ab wie die Canidae?

a.

Felidae
b.

Mustelidae
c.

Carnivora
d.

Canis
e.

Lutra

2. Drei heute lebende Arten X, Y und Z haben zusammen mit den ausgestorbenen

Arten U und V einen gemeinsamen Vorfahren T. Eine Gruppe, welche die Arten T, X, Y
und Z umfasst, bildet
a.

ein gültiges Taxon
b.

eine monophyletische Gruppe
c.

eine Innengruppe, wobei die Art U die Außengruppe ist
d.

eine paraphyletische Gruppe
e.

eine polyphyletische Gruppe

3. Im Vergleich von Vögeln und Säugetieren ist der Besitz von vier Extremitäten
a.

ein gemeinsames ursprüngliches Merkmal
b.

ein gemeinsames abgeleitetes Merkmal
c.

ein nützliches Merkmal für die Unterscheidung zwischen Vögeln und Säuge-
tieren
d.

eher ein Beispiel für Analogie als für Homologie
e.

ein nützliches Merkmal für die Einteilung der Vogelarten

4. Welche Aussage über den hier gezeigten Stammbaum trifft nicht zu?

Salamander

Eidechse

Ziege

Mensch

83

26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen
a.

Die Linie, die zu den Salamandern führt, hat sich als erste von den anderen

Linien abgespalten.

b.

Salamander sind eine Schwestergruppe zu der Gruppe, die Echsen, Ziegen
und Menschen umfasst.

c.

Salamander sind mit Ziegen ebenso eng verwandt wie mit Menschen.

d.

Echsen sind mit Salamandern enger verwandt als mit Menschen.

e.

Die farbig unterlegte Gruppe ist paraphyletisch.

Übungsaufgaben

5. Angenommen, Sie sollen mithilfe der Kladistik einen phylogenetischen Stammbaum
der Katzen erstellen. Welche der folgenden Arten würde sich am besten als Außen-
gruppe eignen?

a.

Löwe
b.

Hauskatze
c.

Wolf
d.

Leopard
e.

Tiger

6.

Wenn man das Parsimonieprinzip auf die Konstruktion eines phylogenetischen

Stammbaumes anwenden will,
a.

wählt man den Stammbaum, der davon ausgeht, dass alle Veränderungen in
der Evolution gleichermaßen wahrscheinlich sind
b.

wählt man den Stammbaum, dessen Verzweigungspunkte sich auf möglichst
viele gemeinsame abgeleitete Merkmale stützen
c.

stützt man sich mit dem phylogenetischen Stammbaum ausschließlich auf

Fossilien, denn diese liefern die einfachste Erklärung für die Evolution
d.

wählt man den Stammbaum, der in DNA-Sequenz oder Morphologie die
wenigsten stammesgeschichtlichen Veränderungen repräsentiert
e.

Wählt man den Stammbaum mit den wenigsten Verzweigungspunkten.

Verbindung zur Evolution

7. Darwin schlug vor, man solle die engsten Verwandten einer Art untersuchen, wenn man etwas über ihre Vorfahren erfahren wolle. Inwiefern nahm er mit diesem Gedanken moderne wissenschaftliche Methoden vorweg, zum Beispiel die Nutzung von

Außengruppen in kladistischen Analysen?

Wissenschaftliche Forschung

8. Zeichenübung
a.

Zeichnen Sie anhand der ersten fünf Merkmale in der Tabelle unten einen
phylogenetischen Stammbaum. Markieren Sie im Baum die Entstehungsorte
der sechs Merkmale.

b.

Gehen Sie davon aus, dass Thunfisch und Delfin Schwesterarten sind, und
zeichnen Sie den phylogenetischen Stammbaum entsprechend neu, wobei

Sie die übrigen Verwandtschaftsbeziehungen aus dem ersten Stammbaum

84

26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen
beibehalten. Markieren Sie im Stammbaum die Entstehungsorte der sechs

Merkmale.

Übungsaufgaben
c.

Wie viele evolutive Veränderungen sind in den beiden Bäumen erforderlich?

Welcher Stammbaum entspricht dem Parsimonieprinzip?

Art

Merkmal
d

Lanzettfischchen

(Außengruppe)

Neunauge

Thunfisch

Salamander

Schildkröte

Leopar

Delfin

Schädel

0

1

1

1

1

1

1

Kiefer

0

0

1

1

1

1

1

Vier Laufextremitäten

0

0

0

1

1

1

1*

Amniotenei

0

0

0

0

1

1

1

Milch

0

0

0

0

0

1

1

Rückenflosse

0

0

1

0

0

0

1

* Bei ausgewachsenen Delfinen sind zwar nur zwei Extremitäten sichtbar (die Flipper oder Flossen), als Embryonen bilden sie aber auch zwei Anlagen für die Hintergliedmaßen, von denen ein Rest des Beckens erhalten bleibt.

85

Kapitel 27

Übungsaufgaben

Bacteria und Archaea

1. Genetische Variabilität innerhalb einer Bakterienpopulation entsteht nicht durch a.

Transduktion
b.

Transformation
c.

Konjugation
d.

Mutation
e.

Meiose

2. Photoautotrophe Organismen nutzen
a.

Licht als Energiequelle und CO2 als Kohlenstoffquelle
b.

Licht als Energiequelle und Methan als Kohlenstoffquelle
c.

N2 als Energiequelle und CO2 als Kohlenstoffquelle
d.

CO2 als Energie- und Kohlenstoffquelle
e.

H2S als Energiequelle und CO2 als Kohlenstoffquelle

3. Welche der folgenden Aussagen trifft nicht zu?

a.

Archaea und Bacteria besitzen unterschiedliche Membranphospholipide.

b.

Archaea und Bacteria besitzen in der Regel keine membranumhüllten Orga-
nellen.

c.

Die Zellwände der Archaea enthalten kein Peptidoglycan.

d.

Nur Bakterien enthalten Histone, die mit der DNA assoziiert sind.

Verbindung zur Evolution

4. Die Gesundheitsbehörden aller Länder dieser Erde sind besorgt wegen der Antibioti-karesistenz pathogener Bakterien. Bei Patienten, die mit einem nicht resistenten Stamm
des Tuberkulosebakteriums infiziert sind, führt eine Antibiotikatherapie innerhalb weni-
ger Wochen zu einer Besserung der Symptome. Bis die Infektion zum Stillstand kommt,
dauert es jedoch viel länger und häufig setzen Patienten das Medikament ab, obwohl
noch Bakterien vorhanden sind. Wie können Bakterien sehr schnell erneut Sympto-
me hervorrufen, wenn sie nicht ausgemerzt wurden? Wie könnte dies zur Evolution
medikamentenresistenter Erreger führen?

Wissenschaftliche Forschung

5. Zeichenübung Die stickstofffixierenden Bakterien der Gattung Rhizobium infizieren die Wurzeln mancher Pflanzenarten. Dort kommt es zu einer Symbiose (Mutualis-
mus): Die Bakterien versorgen die Pflanze mit Stickstoff und die Pflanzen liefern den

87

27 Bacteria und Archaea

Bakterien Kohlenhydrate. Man hat gemessen (siehe Tabelle rechts), wie gut eine solche

Pflanze (Acacia irrorata) wächst, wenn ihre Wurzeln mit einem von sechs verschiedenen Rhizobium-Stämmen infiziert wurden.

(a) Stellen Sie die Daten grafisch dar.

(b) Interpretieren Sie das Diagramm.

Rhizobium-Stamm

Phytomasse (g) nach zwölfwöchigem Wachstum

Übungsaufgaben

1

0,91

2

0,06

3

1,56

4

1,72

5

0,14

6

1,03

Quelle: J. J. Burdon, et al., Variation in the effectiveness of symbiotic associations between native Rhizobia and temperate Australian Acacia: within species interactions, Journal of Applied Ecology, 36: 398–408

(1999).

Anmerkung: Ohne Rhizobium haben Acacia-Pflanzen nach zwölfwöchigem Wachstum eine Masse von etwa 0,1 g

88

Kapitel 28

Übungsaufgaben

Protisten

1. Dass die Mitochondrien in der Stammesgeschichte vor den Plastiden durch Endo-
symbiose entstanden sind, nimmt man unter anderem an, weil
a.

die Produkte der Photosynthese ohne die Mitochondrien nicht metabolisch
umgesetzt werden können
b.

alle Eukaryonten Mitochondrien (oder ihre Rudimente) besitzen, während Plas-
tiden bei vielen Eukaryonten fehlen
c.

Mitochondrien-DNA der DNA der Prokaryonten weniger stark ähnelt als

Plastiden-DNA
d.

Photosynthese ohne die CO2-Produktion der Mitochondrien nicht möglich
wäre
e.

die Mitochondrienproteine an Ribosomen im Cytosol produziert werden, wäh-
rend Plastiden ihre eigenen Ribosomen haben

2. Welche der folgenden Aussagen ist nach dem Stammbaum in Abbildung 28.4
richtig?

a.

Der letzte gemeinsame Vorfahre der Excavata ist älter als der der Chromalveo-
lata.

b.

Der letzte gemeinsame Vorfahre der Chromalveolata ist älter als der der Rhi-
zaria.

c.

Der letzte gemeinsame Vorfahre von Rotalgen und Landpflanzen ist älter als
der von Nucleariiden und Pilzen.

d.

Welche Übergruppe der Eukaryonten sich als erste abgespalten hat, lässt sich
nicht feststellen.

e.

Als erste Übergruppe der Eukaryonten haben sich die Excavata abgespalten.

3. Welche Protisten gehören zur gleichen Eukaryonten-Übergruppe wie die Landpflan-
zen?

a.

die Grünalgen
b.

die Dinoflagellaten
c.

die Rotalgen
d.

die Braunalgen
e.

sowohl a als auch c

89

28 Protisten

4. In einem Entwicklungszyklus mit Generationswechsel lösen sich vielzellige haploide Formen ab mit
a.

einzelligen haploiden Formen
b.

einzelligen diploiden Formen
c.

vielzelligen haploiden Formen
d.

vielzelligen diploiden Formen
e.

vielzelligen polyploiden Formen

Übungsaufgaben

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

5. Die Entwicklung eines Malariaimpfstoffs ist unter anderem deshalb so schwierig, weil der Erreger Plasmodium dem Immunsystem des Menschen immer wieder entgehen
kann. Ein anderer Grund liegt darin, dass für die Malariaforschung viel weniger Geld
aufgewendet wird als für die Erforschung anderer Krankheiten, von denen weitaus
weniger Menschen betroffen sind, zum Beispiel der Cystischen Fibrose. Welche Gründe
könnte dieses Ungleichgewicht bei den Forschungsanstrengungen haben?

90

Kapitel 29

Übungsaufgaben

Die Vielfalt der Pflanzen I:

Wie Pflanzen das Land eroberten

1. Welche der folgenden Merkmale von Landpflanzen fehlen bei ihren engsten Ver-
wandten, den Charophytina und Coleochaetophytina?

a.

Chlorophyll b
b.

Cellulose in der Zellwand
c.

sexuelle Fortpflanzung
d.

Wechsel zwischen vielzelligen Generationen

2. Welches der folgenden Merkmale haben nicht alle Entwicklungslinien der Gefäß-
pflanzen gemeinsam?

a.

Entwicklung von Samen
b.

Generationswechsel
c.

Dominanz der diploiden Generation
d.

Xylem und Phloem
e.

Einbau von Lignin in die Zellwände

3. Welche der folgenden Stadien entstehen bei Pflanzen durch Meiose?

a.

haploide Sporophyten
b.

haploide Gameten
c.

diploide Gameten
d.

haploide Sporen
e.

diploide Sporen

4. In welcher der folgenden Pflanzengruppen findet man Mikrophylle?

a.

Laubmoose
b.

Lebermoose
c.

Lycopodiophytina
d.

Farne
e.

Hornmoose

5. Welche der folgenden Gruppen sind Landpflanzen, die Spermatozoiden produ-
zieren und durch einen Lebenszyklus mit dominierendem Sporophyten charakterisiert
sind?

a.

Laubmoose
b.

Farne

91

29 Die Vielfalt der Pflanzen I: Wie Pflanzen das Land eroberten
c.

Lebermoose
d.

Charophytina und Coleochaetophytina
e.

Hornmoose

6. Geben Sie jeweils an, ob die folgenden Stadien haploid oder diploid sind.

a.

Sporophyt
b.

Spore
c.

Gametophyt

Übungsaufgaben
d.

Zygote
e.

Spermatozoide

Verbindung zur Evolution

7. Zeichenübung Zeichnen Sie einen phylogenetischen Stammbaum, der unsere der-
zeitigen Kenntnisse über die entwicklungsgeschichtlichen Verwandtschaftsbeziehun-
gen zwischen einem Moos, einem Vertreter der Lycopodiophytina, einem Farn und
einem Nacktsamer wiedergibt. Benutzen Sie dabei einen Vertreter der Charophyti-
na/Coleochaetophytina als Außengruppe. (Allgemeines über die Rekonstruktion phy-
logenetischer Stammbäume finden Sie in Kapitel 26.) Markieren Sie jeden Verzwei-
gungspunkt des Stammbaums mit mindestens einem abgeleiteten Merkmal, das aus-
schließlich für die Klade charakteristisch ist, die von dem durch den Verzweigungspunkt
repräsentierten gemeinsamen Vorfahren abstammt.

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

8. Gefäßlose Pflanzen (Bryophyten) und samenlose Gefäßpflanzen sind weit verbreitet, und manche von ihnen sind wirtschaftlich und ökologisch von großer Bedeutung. In
der Landwirtschaft spielen sie jedoch kaum eine Rolle. Warum? Welche Eigenschaften
einer typischen landwirtschaftlichen Nutzpflanze fehlen ihnen?

92

Kapitel 30

Übungsaufgaben

Die Vielfalt der Pflanzen II:

Evolution der Samenpflanzen

1. Wo würde man bei einer Angiosperme ein Megasporangium finden?

a.

im Griffel der Blüte
b.

am vorderen Ende des Pollenschlauchs
c.

eingeschlossen in die Narbe der Blüte
d.

in einer Samenanlage, die sich im Fruchtknoten der Blüte befindet
e.

in den Staubbeuteln der Antheren

2. Eine Frucht ist in der Regel
a.

ein ausgereifter Fruchtknoten
b.

ein verdickter Griffel
c.

eine vergrößerte Samenanlage
d.

eine abgewandelte Wurzel
e.

ein ausgereifter weiblicher Gametophyt

3. Welche der folgenden Zuordnungen zur Chromosomenzahl stimmt für Angiosper-
men nicht?

a.

Eizelle – n
b.

Megaspore – 2 n
c.

Mikrospore – n
d.

Zygote – 2 n
e.

Spermium – n

4. Welche der folgenden Eigenschaften ist kein Merkmal, durch das sich Gymno- und Angiospermen von anderen Pflanzen unterscheiden?

a.

Generationswechsel
b.

Samenanlagen
c.

Integumente
d.

Pollen
e.

unselbstständige Gametophyten

5. Nackt- und Bedecktsamer haben die folgenden Eigenschaften gemeinsam, ausge-
nommen
a.

Samen
b.

Pollen

93

30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen
c.

Leitgewebe
d.

Fruchtknoten
e.

Samenanlagen

6. Zeichenübung Kennzeichnen Sie mit den Buchstaben a bis d die Stellen in dem

Stammbaum unten, an denen die folgenden abgeleiteten Merkmale zum ersten Mal
auftauchen:

a.

Blüten

Übungsaufgaben
b.

Embryonen
c.

Samen
d.

Leitgewebe

Charophytina,

Coleochaetophytina

(Grünalgen II)

Bryophyten

(Moose)

Pteridophyten

(Farngewächse)

Gymnospermen

(Nacktsamer)

Angiospermen

(Bedecktsamer)

Verbindung zur Evolution

7. Die Evolution der Organismen wurde mehrmals durch Massenaussterben unterbro-
chen. So führte vermutlich ein Meteoriteneinschlag am Ende der Kreidezeit zu einem

Aussterben der meisten Dinosaurier und vieler Meeresbewohner (siehe Kapitel 25).

Fossilien lassen darauf schließen, dass Pflanzen weniger stark von diesem oder ande-
ren Massenaussterbeereignissen betroffen waren. Welche Anpassungen der Pflanzen
könnten dazu beigetragen haben, diese Katastrophen besser als Tiere zu überstehen?

Wissenschaftliche Forschung

8. Zeichenübung Wie wir in Kapitel 38 noch genauer erfahren werden, besteht der
weibliche Gametophyt der Angiospermen in der Regel aus sieben Zellen beziehungs-
weise Zellkernen. Nach der doppelten Befruchtung entwickelt sich aus den beiden

Polkernen das triploide Endosperm. Da alle Monokotyledonen, Magnoliengewächse
und Eudikotyledonen weibliche Gametophyten mit sieben Zellen und ein triploides En-
dosperm besitzen, ging man früher davon aus, dass dies der ursprüngliche Zustand der

Bedecktsamer war. Dann aber machte man mehrere neue Entdeckungen:

–

Unsere Kenntnisse über die Phylogenie der Angiospermen änderten sich, so dass
sich nun das in Abbildung 30.8 gezeigte Bild ergibt.

–

Bei Amborella bestehen die Gametophyten aus acht Zellen, und das Endosperm
ist triploid.

94

30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen

–

Seerosen und Sternanis haben weibliche Gametophyten aus nur vier Zellen und
sind durch ein diploides Endosperm gekennzeichnet.

Übungsaufgaben
a.

Zeichnen Sie einen phylogenetischen Stammbaum für die Angiospermen (Ab-
bildung 30.8) und beziehen Sie dabei die genannten Informationen über die

Zahl der Zellen im weiblichen Gametophyten sowie über die Ploidie des Endo-
sperms mit ein. Gehen Sie davon aus, dass auch alle Verwandten von Sternanis
weibliche Gametophyten mit vier Zellen und ein diploides Endosperm besitzen.

b.

Was sagt Ihr beschrifteter phylogenetischer Stammbaum über die Evolution
des weiblichen Gametophyten und des Endosperms bei den Angiospermen
aus?

95

Kapitel 31

Übungsaufgaben

Pilze

1. Welche der folgenden Merkmale haben alle Pilze gemeinsam?

a.

Sie sind Symbionten.

b.

Sie sind heterotroph.

c.

Sie besitzen Geißeln.

d.

Sie sind Krankheitserreger.

e.

Sie wirken als Destruenten.

2. Der Anpassungsvorteil, der sich mit dem filamentartigen Bau des Pilzmycels verbindet, ist vor allem zurückzuführen auf
a.

die Fähigkeit, Haustorien zu bilden und als Parasit bei anderen Organismen zu
leben
b.

die Vermeidung der geschlechtlichen Fortpflanzung, bis die Umweltverhält-
nisse sich ändern
c.

die Fähigkeit, nahezu alle terrestrischen Lebensräume zu besiedeln
d.

die höhere Wahrscheinlichkeit, dass es zum Kontakt zwischen verschiedenen

Paarungstypen kommt
e.

eine große Oberfläche, die sich gut für invasives Wachstum und die Nährstof-
faufnahme durch Absorption eignet

3. Bei dem photosynthetisch aktiven Symbionten einer Flechte handelt es sich häufig um
a.

ein Moos
b.

eine Grünalge
c.

eine Braunalge
d.

einen Ascomyceten
e.

eine kleine Gefäßpflanze

Verbindung zur Evolution

4. Die Symbiose zwischen Pilz und Alge, durch die eine Flechte entsteht, hat sich
in der Evolution nach heutiger Kenntnis mehrmals unabhängig voneinander bei ver-
schiedenen Gruppen der Pilze entwickelt. Die Flechten selbst lassen sich jedoch in drei
gut abgegrenzte Wuchsformen einteilen (Abbildung 31.6). Welche Untersuchungen
könnte man vornehmen, um die folgenden Hypothesen zu überprüfen?

Hypothese 1: Krustenflechten, Strauchflechten und Blattflechten bilden jeweils eine monophyletische Gruppe.

97

31 Pilze

Hypothese 2: Die verschiedenen Wuchsformen der Flechten sind durch konvergente

Evolution systematisch unterschiedlicher Pilze entstanden.

Wissenschaftliche Forschung

5. Zeichenübung Das Gras Dichanthelium languinosum lebt auf heißen Böden und beherbergt Pilze der Gattung Curvularia. Regina Redman von der Montana State University (USA) und ihre Kollegen untersuchten in Freilandexperimenten, wie sich Curvularia Übungsaufgaben
auf die Hitzetoleranz dieser Grasart auswirkt. Sie ließen Pflanzen ohne (E−) und mit

(E+) Curvularia-Endophyten auf Böden mit unterschiedlicher Temperatur wachsen und ermittelten jeweils die Phytomasse der Pflanzen sowie die Anzahl aller neu gebildeten

Keimlinge. Stellen Sie die Messwerte für verschiedene Temperaturen als Balkendia-
gramm dar und interpretieren Sie die Ergebnisse.

Boden-

Curvularia

Pflanzenmasse

Zahl neuer
temperatur (◦C)

vorhanden

(g)

Keimlinge

30

E−

16,2

32

E+

22,8

60

35

E−

21,7

43

E+

28,4

60

40

E−

8,8

10

E+

22,2

37

45

E−

0

0

E+

15,1

24

Quelle: R. S. Redman et al., Thermotolerance generated by plant/fungal symbiosis, Science 298:1581

(2002).

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

6. In jüngerer Zeit sind dem Pilz Discula destructiva, der in den 1980er Jahren nach Nordamerika gelangte, in manchen Regionen bis zu 80 Prozent der Blumenhartriegel-bäume (Cornus florida) zum Opfer gefallen. Warum sind Pflanzen für Pilze, die aus anderen Regionen eingeschleppt werden, besonders anfällig? Mit welchen Tätigkeiten
tragen Menschen möglicherweise zur Ausbreitung von Pflanzenkrankheiten bei? Halten

Sie es eher für wahrscheinlicher oder für unwahrscheinlicher, dass in Zukunft weitere
pflanzenpathogene Pilze eingeschleppt werden? Warum?

98

Kapitel 32

Übungsaufgaben

Eine Einführung in die Diversität und

Evolution der Metazoa

1. Zu den Merkmalen, die man nur bei Metazoa findet, gehört
a.

die Gastrulation
b.

die Vielzelligkeit
c.

die sexuelle Fortpflanzung
d.

das begeißelte Spermium
e.

die heterotrophe Ernährung

2. Die Unterscheidung zwischen Schwämmen und anderen Tierstämmen basiert vor-
wiegend auf dem Fehlen beziehungsweise auf der Präsenz
a.

einer Leibeshöhle
b.

eines vollständigen Verdauungstrakts
c.

eines Kreislaufsystems
d.

echter Gewebe
e.

von Mesoderm

3. Acoelomaten sind gekennzeichnet durch
a.

das Fehlen eines Gehirns
b.

das Fehlen von Mesoderm
c.

eine deuterostome Entwicklung
d.

eine Leibeshöhle, die nicht vollständig von Mesoderm ausgekleidet ist
e.

einen von Muskulatur und Mesenchym ausgefüllten Körper ohne eine Leibes-
höhle, die die inneren Organe umgibt

Wissenschaftliche Forschung

4. Zeichenübung Zeichnen Sie den Eumetazoenteil von Abbildung 32.5 ab. Kenn-
zeichnen Sie anhand der Information in der Tabelle unten jeden Ast, der zu einem

Tierstamm führt, je nach Furchungsmuster seiner Vertreter mit S, R oder I. Welches

Furchungsmuster ist ursprünglich? Wie oft haben sich die Furchungsmuster im Laufe
der Evolution verändert? Begründen Sie Ihre Antwort.

99

32 Eine Einführung in die Diversität und Evolution der Metazoa

Furchungsmuster

Taxon

Spiralfurchung

Mollusca, Plathelminthes, Annelida

Idiosynkratische (das heißt einzigartige)

Acoela, Arthropoda

Furchung

Radiärfurchung

Fast alle oben nicht aufgeführten

Großgruppen

Übungsaufgaben

100

Kapitel 33

Übungsaufgaben

Wirbellose Tiere

1. Welche beiden Hauptkladen zweigen von dem letzten gemeinsamen Vorfahren der

Eumetazoa ab?

a.

Calcarea und Silicea
b.

Lophotrochozoa und Ecdysozoa
c.

Cnidaria und Bilateria
d.

Rotifera und Deuterostomia
e.

Deuterostomia und Bilateria

2. Eine Landschnecke, eine Muschel und ein Krake besitzen alle
a. einen Mantel
b.

eine Radula
c.

Kiemen
d.

eine embryonale Torsion
e.

eine ausgeprägte Cephalisation

3. Für welches Taxon sind Tiere mit segmentiertem Körper typisch?

a.

Cnidaria
b.

Plathelminthes
c.

Silicea
d.

Arthropoda
e.

Mollusca

4. Welches der folgenden Merkmale ist wahrscheinlich hauptverantwortlich für die große Artenzahl der Insekten an Land?

a.

Segmentierung
b.

Antennen
c.

Augen
d.

Bilateralsymmetrie
e.

Exoskelett

5. Das Ambulacralgefäßsystem der Echinodermen
a.

fungiert als Kreislaufsystem, das die Körperzellen mit Nährstoffen versorgt
b.

spielt bei Fortbewegung, Nahrungsaufnahme und Gasaustausch eine wichtige

Rolle
c.

ist bilateralsymmetrisch organisiert, obgleich das Adulttier nicht bilateralsym-
metrisch ist

101

33 Wirbellose Tiere
d.

bewegt beim Strudeln Wasser durch den Körper
e.

ist dem Gastrovaskularraum von Plattwürmern analog

6. Welche der folgenden Kombinationen eines Taxons und einer Charakterisierung ist falsch?

a.

Echinodermata – bilateralsymmetrisch als Larve, Coelom vorhanden
b.

Nematoda – Fadenwürmer, Pseudocoelomaten
c.

Cnidaria – radiärsymmetrisch, treten in Polypen- und Medusenform auf

Übungsaufgaben
d.

Plathelminthes – Plattwürmer, Gastrovaskularraum, Acoelomaten
e.

Calcarea – Gastrovaskularraum, Coelom vorhanden

Wissenschaftliche Forschung

7. Eine Meeresbiologin hat ein unbekanntes Tier vom Meeresboden heraufgeholt.

Beschreiben Sie einige der Merkmale, nach denen sie suchen sollte, um das Tier einem
höheren Taxon zuordnen zu können.

102

Kapitel 34

Übungsaufgaben

Wirbeltiere

1. Vertebraten und Tunicaten teilen
a.

Kiefer, die an die Nahrungsaufnahme angepasst sind.

b.

eine stark ausgeprägte Cephalisation
c.

die Bildungen von Strukturen aus der Neuralleiste
d.

ein Endoskelett einschließlich eines Schädels
e.

eine Chorda dorsalis und ein dorsales Neuralrohr

2. Einige Tiere, die vor 530 Millionen Jahren lebten, ähnelten Lanzettfischchen, be-saßen aber ein Gehirn und einen Schädel. Was könnten diese Tiere repräsentieren?

a.

die ersten Chordaten
b.

ein „fehlendes Glied“ (missing link) zwischen Urochordaten und Cephalochor-
daten
c.

frühe Cranioten
d.

Beuteltiere
e.

nicht vierbeinige Gnathostomen

3. Welchen der folgenden Organismen könnte man als den letzten gemeinsamen

Vorfahren der heute lebenden Tetrapoden ansehen?

a.

einen im Flachwasser lebenden Fleischflosser mit stämmigen Flossen, des-
sen Körperanhänge skelettale Stützelemente ähnlich denjenigen landlebender

Wirbeltiere aufwiesen
b.

ein früher strahlenflossiger Fisch, der in seinen paarigen Flossen knöcherne
skelettale Stützelemente entwickelt hat
c.

ein Schwanzlurch mit Beinen, die durch ein Knochenskelett gestützt wurden,
der sich aber mit den seitlichen Schlängelbewegungen fortbewegte, wie sie
für Fische typisch sind
d.

eine frühe landlebende Blindwühle, deren Beinlosigkeit sich sekundär entwi-
ckelt hat

4. Säugetiere und heute lebende Vögel teilen sämtliche unten aufgeführten Merk-
male, außer
a.

Endothermie
b.

Abstammung von einem gemeinsamen amniotischen Vorfahr.

c.

ein dorsales Neuralrohr
d.

einen gemeinsamen Vorfahr, der ein Archosaurier war
e.

ein Amniotenei

103

34 Wirbeltiere

5. Im Gegensatz zu den Placentatieren weisen sowohl Kloakentiere als auch Beuteltiere folgendes Merkmal auf:

a.

Ihnen fehlen Zitzen.

b.

Ein Teil der Embryonalentwicklung findet außerhalb des mütterlichen Körpers
statt.

c.

Sie sind eierlegend.

d.

Man findet sie in Afrika und Australien.

Übungsaufgaben
e.

Sie umfassen nur Insektenfresser und Pflanzenfresser.

6. Welche der folgenden Kladen schließt Menschen nicht ein?

a.

Synapsiden
b.

Fleischflosser
c.

Diapsiden
d.

Cranioten
e.

Osteognathostomata

7. Welches der folgenden Merkmale trat nach der Abspaltung der Menschen von den
anderen Primaten zuerst auf?

a.

ein verkleinerter Kiefer
b.

Sprache
c.

Fortbewegung auf zwei Beinen
d.

Herstellung von Steinwerkzeugen
e.

ein vergrößertes Gehirn

Verbindung zur Evolution

8. Nennen Sie ein Merkmal, das Menschen jeweils als Angehörige der folgenden

Kladen ausweist: Eukaryonta, Metazoa, Deuterostomia, Chordata, Vertebrata, Gnatho-
stomata, Amniota, Mammalia, Primates.

Wissenschaftliche Forschung

9. Zeichenübung Allein als eine Folge ihrer Größe haben große Lebewesen in der

Regel ein größeres Gehirn als kleine Tiere. Aber selbst unter Berücksichtigung der Pro-
portionalität haben einige Tiere ein Gehirn, das bedeutend größer ist, als es bei einem

Tier ihrer Größe zu erwarten wäre. Mit der Entwicklung eines Gehirns, das im Verhält-
nis zu seiner Körpergröße größer ist, und der Aufrechterhaltung seiner Funktionen sind
hohe Kosten verbunden.

a.

Die Fossilfunde dokumentieren die kontinuierliche Entwicklung, bei denen sich
in gewissen Linien, darunter auch den Homininen, Gehirne entwickelt haben,
die im Vergleich zur Körpergröße recht groß sind. Welche Schlüsse können

Sie für solche Linien über die relative Kosten-Nutzen-Relation großer Gehirne
ziehen?

104

34 Wirbeltiere
b.

Stellen Sie eine Hypothese auf, wie die natürliche Selektion die Evolution von
großen Gehirnen trotz des hohen Aufwands, solche Gehirne in Funktion zu

Übungsaufgaben
halten, gefördert haben könnte.

c.

Tragen Sie die Daten aus der Tabelle unten grafisch auf, wobei die Abweichung
von der erwarteten Gehirngröße auf der x-Achse und die jährliche Mortalität
der Adulttiere auf der y-Achse steht. Was können Sie über die Beziehung
zwischen Gehirngröße und Mortalität der Adulttiere sagen?

Abweichung von der er-

−2,4 −2,1 −2,0 −1,8 −1,0

0,0

0,3

0,7

1,2

1,3

2,0

2,3

3,0

3,2
warteten Gehirngröße

Mortalitätsrate

0,9

0,7

0,5

0,9

0,4

0,7

0,8

0,4

0,8

0,3

0,6

0,6

0,3

0,6

Quelle: D. Sol et al., Big-brained birds survive better in Nature. Proceedings of the Royal Society B

274:763–769 (2007).

105

Kapitel 35

Übungsaufgaben

Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum,

Entwicklung

1. Welche Struktur ist einem Gewebesystem falsch zugeordnet?

a.

Stomata – Abschlussgewebe
b.

Palisadenparenchym – Grundgewebe
c.

Schließzelle – Abschlussgewebe
d.

Geleitzelle – Grundgewebe
e.

Tracheide – Leitgewebe

2. In welcher Wurzelzone schließt ein Gefäßelement seine Entwicklung ab?

a.

in der Zellteilungszone
b.

in der Streckungszone
c.

in der Differenzierungszone
d.

in der Wurzelhaube
e.

im Apikalmeristem

3. Kernholz und Splintholz bestehen aus
a.

sekundärer Rinde
b.

Periderm
c.

sekundärem Xylem
d.

sekundärem Phloem
e.

Kork

4. Welches der folgenden Gewebe ist bei einem älteren Baum nicht Teil der sekundären Rinde?

a.

Kork
b.

Korkcambium
c.

Lentizellen
d.

sekundäres Xylem
e.

sekundäres Phloem

5. Der Phasenwechsel eines Apikalmeristems von der juvenilen zur adulten vegetativen Phase ist oft zu erkennen an
a.

einem Wechsel in der Morphologie der gebildeten Blätter
b.

dem Beginn von sekundärem Dickenwachstum
c.

der Bildung von Seitenwurzeln

107

35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung
d.

einem Wechsel in der Ausrichtung der Präprophasebänder und cytoplasmati-
schen Mikrotubuli in Lateralmeristemen
e.

der Aktivierung von Blütenmeristem-Identitätsgenen

6. Welche der folgenden Strukturen entsteht durch die Aktivität eines Meristems?

a.

sekundäres Xylem
b.

Blätter
c.

Abschlussgewebe

Übungsaufgaben
d.

Sprossknollen
e.

alle oben genannten

7. Wenn man bei Löwenmäulchen die Spitze des Sprosses abschneidet, treiben die

Pflanzen wesentlich mehr Blüten als ohne diesen Eingriff. Warum führt die Entfernung
der Sprossspitze zur Bildung von mehr Blüten?

a.

Die Entfernung eines Apikalmeristems bewirkt einen Phasenwechsel von der
vegetativen Phase zur Blütenentwicklung.

b.

Die Entfernung eines Apikalmeristems führt dazu, dass die Zellteilung desor-
ganisiert verläuft, so wie bei der fass-Mutante von Arabidopsis.

c.

Die Entfernung eines Apikalmeristems ermöglicht eine bessere Nährstoffver-
sorgung des Blütenmeristems.

d.

Die Entfernung eines Apikalmeristems bewirkt das Austreiben von Seitenknos-
pen; diese bilden zusätzliche Seitenzweige, die ihrerseits schließlich Blüten
bilden.

e.

Die Entfernung eines Apikalmeristems ermöglicht dem Periderm die Bildung
von neuen Seitenzweigen.

8. Welche der folgenden Zellen werden nicht vom Cambium gebildet?

a.

Sklerenchymzellen
b.

Parenchymzellen
c.

Siebröhrenelemente
d.

Wurzelhaare
e.

Gefäßelemente (Tracheenglieder)

9. Welcher Zelltyp sich bei der Reife aus einer bestimmten embryonalen Pflanzenzelle entwickelt, hängt anscheinend vorwiegend ab von
a.

dem selektiven Verlust von Genen
b.

der endgültigen Position der Zelle im sich entwickelnden Organ
c.

der Größe der benachbarten Zellen
d.

dem Alter der Zelle
e.

der spezifischen meristematischen Abstammung dieser Zelle

108

35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung

10. Wie sähe die Struktur einer Blüte aus, bei der man das ABC-Modell zugrunde legt, wenn die Gentypen A und C normal exprimiert, Gentyp B jedoch in allen vier Wirteln Übungsaufgaben
exprimiert wäre?

a.

Fruchtblatt – Kronblatt – Kronblatt – Fruchtblatt
b.

Kronblatt – Kronblatt – Staubblatt – Staubblatt
c.

Kelchblatt – Fruchtblatt – Fruchtblatt– Kelchblatt
d.

Kelchblatt – Kelchblatt – Fruchtblatt – Fruchtblatt
e.

Fruchtblatt – Fruchtblatt – Fruchtblatt – Fruchtblatt

109

Kapitel 36

Übungsaufgaben

Stoffaufnahme und Stofftransport
bei Gefäßpflanzen

1. Was würde die Wasseraufnahme einer Pflanzenzelle steigern?

a.

ein geringeres ¦ der umgebenden Lösung
b.

eine Erhöhung des durch die Zellwand ausgeübten Drucks
c.

der Verlust von gelösten Stoffen aus der Zelle
d.

eine Erhöhung des cytoplasmatischen ¦
e.

positiver Druck auf die umgebende Lösung

2. Welche Struktur oder welches Kompartiment ist nicht Teil des Apoplasten?

a.

das Lumen eines Gefäßelements (Tracheenglieds)

b.

das Lumen einer Siebröhre
c.

die Zellwand einer Mesophyllzelle
d.

ein Interzellularraum im Blatt
e.

die Zellwand eines Wurzelhaars

3. Was ist eine Anpassung, die die Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen in die

Wurzel fördert?

a.

Mykorrhizen
b.

Cavitation
c.

aktive Aufnahme durch Gefäße
d.

rhythmische Kontraktionen der Wurzelrindenzellen
e.

Pumpen durch Plasmodesmen

4. Was ist nicht Teil des Transpirations-Kohäsions-Saugspannungs-Mechanismus für das Steigen des Xylemsafts?

a.

Wasserverlust aus den Mesophyllzellen, der einen Zug auf Wassermoleküle
aus den Nachbarzellen ausübt
b.

Transfer des Transpirationssogs von einem Wassermolekül auf das nächste,
ausgelöst durch Kohäsion aufgrund von Wasserstoffbrückenbindungen
c.

hydrophile Zellwände der Tracheiden und Tracheen, die daran beteiligt sind,
dass die Wassersäule gegen die Schwerkraft erhalten bleibt
d.

aktives Pumpen des Wassers in das Xylem der Wurzel
e.

eine Erniedrigung des ¦ im Oberflächenfilm der Mesophyllzellen aufgrund der

Transpiration

111

36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen

5. Wenn Blätter welken, hört die Photosynthese vor allem deshalb auf, weil
a.

das Chlorophyll der welkenden Blätter abgebaut wird
b.

die erschlafften Mesophyllzellen nicht zur Photosynthese in der Lage sind
c.

die Stomata sich schließen, und daher kein CO2 ins Blatt gelangen kann
d.

die Photolyse des Wassers (wasserspaltender Schritt der Photosynthese) nicht
stattfinden kann, wenn ein Wasserdefizit besteht
e.

durch die CO2-Anreicherung im Blatt Enzyme gehemmt werden

Übungsaufgaben

6. Stomata öffnen sich, wenn Schließzellen
a.

eine CO2-Zunahme in den Interzellularräumen des Blattes wahrnehmen
b.

sich aufgrund von sinkendem Turgor öffnen
c.

wegen einer Zugabe von K+ turgeszenter werden, worauf ein Wassereinstrom
durch Osmose folgt
d.

die Aquaporine schließen und die Wasseraufnahme dadurch verhindern
e.

Wasser durch aktiven Transport akkumulieren

7. Was wird nicht über den Symplasten transportiert?

a.

Zucker
b.

mRNA
c.

DNA
d.

Proteine
e.

Viren

8. Zeichenübung Zeichnen Sie die Aufnahme von Wasser und Mineralstoffen von
den Wurzelhaaren bis zu den Gefäßen in einem Wurzelquerschnitt ein, indem Sie ei-
nem symplastischen und einem apoplastischen Transportweg folgen. Beschriften Sie
die Wege.

Verbindung zur Evolution

9. Große Braunalgen, der so genannte Kelp, können bis zu 25 Meter lang werden. Sie bestehen aus einem Haftorgan (Rhizoid) zur Verankerung am Meeresgrund, blattarti-gen Thalluslappen, die an der Oberfläche schwimmen und Sonnenlicht einfangen, und
einem langen Stängel, der den Thalluslappen mit dem Haftorgan verbindet. Speziali-
sierte Zellen des Stängels (jedoch keine echten Gefäße) können Zucker transportieren.

Schlagen Sie einen Grund vor, warum sich beim Kelp diese den Siebröhrengliedern
analogen Strukturen entwickelt haben könnten.

112

36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen

Übungsaufgaben

Phylloid

(blattanaloges

Organ)

Cauloid

(sprossanaloger

Stiel)

Rhizoid

(wurzelanaloges

Haftorgan)

113

Kapitel 37

Übungsaufgaben

Boden und Pflanzenernährung

1. Der größte Teil (Massenanteil) des organischen Pflanzenmaterials stammt aus
a.

Wasser
b.

Kohlendioxid
c.

Mineralstoffen des Bodens
d.

Sauerstoff aus der Luft
e.

Stickstoff

2. Zu den Problemen, die mit intensiver Bewässerung einhergehen, gehören alle bis
auf
a.

Nährstoffausschwemmung
b.

Überdüngung
c.

Bodensenkungen
d.

Übernutzung der Grundwasserleiter (Aquifere)

e.

Bodenversalzung

3. Ein Mineralstoffmangel wird ältere Blätter eher als jüngere betreffen, wenn
a.

der Mineralstoff ein Mikronährelement ist
b.

der Mineralstoff in der Pflanze sehr mobil ist
c.

der Mineralstoff zur Chlorophyllsynthese benötigt wird
d.

der Mineralstoff ein Makronährelement ist
e.

die älteren Blätter dem Sonnenlicht direkt ausgesetzt sind

4. Zwei Gruppen von Tomatenpflanzen wuchsen unter Laborbedingungen – die eine
mit Humuszusatz im Anzuchtsubstrat, die andere (Kontrolle) ohne Humus. Die Blätter
der ohne Humus angezogenen Pflanzen waren gelblich, also nicht so grün wie die

Blätter der Pflanzen, die im humusreichen Substrat wuchsen. Die beste Erklärung für
diesen Unterschied ist, dass
a.

die gesunden Pflanzen die Nahrung aus den verrottenden Blättern im Humus
nutzten, um Energie für die Chlorophyllsynthese zu gewinnen
b.

der Humus dazu führte, dass der Boden lockerer war und Wasser besser an
die Wurzeln gelangen konnte
c.

der Humus Mineralstoffe wie Magnesium und Eisen enthielt, die für die

Chlorophyllsynthese benötigt werden
d.

die durch die verrottenden Blätter im Humus freigesetzte Wärme zum schnel-
leren Wachstum und zur Chlorophyllsynthese führte
e.

die gesunden Pflanzen Chlorophyll aus dem Humus aufnahmen

115

37 Boden und Pflanzenernährung

5. Die spezifische Beziehung zwischen einer Leguminosenart und ihrem mutualisti-
schen Rhizobium-Stamm hängt wahrscheinlich davon ab, dass
a.

jede Leguminose einen chemischen „Dialog“ mit einem Pilz durchführt
b.

jeder Rhizobium-Stamm eine Form der Nitrogenase besitzt, die nur im passen-
den Leguminosenwirt aktiv ist
c.

jede Leguminose dort vorkommt, wo der Boden nur das für die Leguminose
spezifische Rhizobium enthält

Übungsaufgaben
d.

eine spezifische Erkennung zwischen den chemischen Signalstoffen und

Signalrezeptoren des Rhizobium-Stamms und der Leguminosenart existiert
e.

alle nichtverträglichen Rhizobium-Stämme durch Enzyme zerstört werden,
welche die Leguminosenwurzel abgibt

6. Zeichenübung Zeichnen Sie ein einfaches Schema des Kationenaustauschs, bei
dem ein Wurzelhaar, ein Bodenpartikel mit Anionen und ein Proton (H+) dargestellt ist,
das ein anorganisches Kation verdrängt.

Verbindung zur Evolution

7. Stellen Sie sich vor, Sie entfernen die Pflanze aus Abbildung 37.7. Schreiben Sie einen kurzen Text, in dem Sie erklären, wie Bodenbakterien den Stickstoffkreislauf vor der Evolution der Landpflanzen aufrechterhalten konnten.

Wissenschaftliche Forschung

8. Saure Niederschläge (saurer Regen) enthalten sehr hohe Protonenkonzentrationen

(H+). Eine Auswirkung des sauren Regens ist die Verarmung von Bodennährstoffen wie

Calcium (Ca2+), Kalium (K+) und Magnesium (Mg2+). Schlagen Sie eine Hypothese vor,
um zu erklären, in welcher Weise saure Niederschläge diese Mineralstoffe aus dem

Boden auswaschen. Wie könnten Sie Ihre Hypothese testen?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9.

Global ist der Wasserbedarf seit 1950 um etwa das Dreifache gestiegen. Der
jährliche Wasserbedarf für den menschlichen Gebrauch liegt derzeit global bei über

4000km3, der achtfache jährliche Wassertransport des Mississippis. Zu Beginn des

20. Jahrhunderts war es nur ein Achtel des heutigen Wertes. Der nicht kompensier-
bare Wasserverlust hat sich dabei versiebenfacht. Zurzeit beträgt der Verbrauch/Jahr
über 6000km3, da Landwirtschaft und Industrie zunehmend Wasser benötigen. Der-
zeit geht man von einer Verdopplung des Wasserbedarfs in 1. Jahren aus – mit den
größten Steigerungsraten in den Entwicklungsländern. Diskutieren Sie die möglichen

Folgen dieses Trends. Welche Möglichkeiten gibt es aus Ihrer Sicht, dieser Entwicklung
entgegenzuwirken?

116

Kapitel 38

Übungsaufgaben

Fortpflanzung und Biotechnologie
bei Angiospermen

1. Eine Pflanze mit kleinen grünen Petalen (Kronblättern) wird höchstwahrscheinlich durch
a.

Bienen bestäubt
b.

Vögel bestäubt
c.

Fledermäuse bestäubt
d.

Wind bestäubt
e.

Nachtfalter bestäubt

2. Ein Same entwickelt sich aus
a.

einer Eizelle
b.

einem Pollenkorn
c.

einer Samenanlage
d.

einem Fruchtknoten
e.

einem Embryo

3. Eine Frucht ist
a.

eine Blüte im Zustand der Samenreife
b.

eine reife Samenanlage
c.

ein Same plus seine Samenschalen
d.

ein verwachsenes Fruchtblatt
e.

ein vergrößerter Embryosack

4. Doppelte Befruchtung bedeutet, dass
a.

die Blüten zweimal bestäubt werden müssen, um Früchte und Samen zu tra-
gen
b.

jede Eizelle zwei Spermakerne empfangen muss, damit ein Embryo gebildet
wird
c.

ein Spermakern zur Befruchtung der Eizelle und ein zweiter Spermakern zur

Befruchtung der Polkerne benötigt wird
d.

die Eizelle des Embryosacks diploid ist
e.

jede Spermazelle zwei Kerne besitzt

5.

Einige diözische (zweihäusige) Pflanzenarten besitzen den XY-Genotyp für die
männlichen und den XX-Genotyp für die weiblichen Pflanzen. Welchen Genotyp be-

117

38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen
säßen der Embryo beziehungsweise die Kerne des Endosperms nach der doppelten

Befruchtung?

a.

Embryo X und Endosperm XX oder Embryo Y und Endosperm XY
b.

Embryo XX und Endosperm XX oder Embryo XY und Endosperm XY
c.

Embryo XX und Endosperm XXX oder Embryo XY und Endosperm XYY
d.

Embryo XX und Endosperm XXX oder Embryo XY und Endosperm XXY
e.

Embryo XY und Endosperm XXX oder Embryo XX und Endosperm XXY

Übungsaufgaben

6. Welche Aussage über das Veredeln (Pfropfen) ist korrekt?

a.

Veredelungsunterlage und Edelreis beziehen sich auf Zweige von zwei ver-
schiedenen Pflanzenarten.

b.

Die Veredelungsunterlage stammt von einer Kletterpflanze (Liane), doch das

Edelreis stammt von einem Baum.

c.

Die Veredlungsunterlage liefert ein Wurzelsystem zum Veredeln (Pfropfen).

d.

Durch Veredeln entstehen neue Pflanzenarten.

e.

Veredelungsunterlage und Edelreis müssen von nichtverwandten Pflanzenar-
ten stammen.

7. Die basale Zelle, die bei der ersten Teilung der Zygote entsteht, entwickelt sich a.

zum Suspensor, der den Embryo verankert und Nährstoffe überträgt
b.

zum eigentlichen Embryo
c.

zum Endosperm, das den wachsenden Embryo ernährt
d.

zur Wurzelspitze des Embryos
e.

zu zwei Keimblättern (Kotyledonen) bei den Eudikotylen und zu einem Keim-
blatt bei den Monokotylen

8. „Goldener Reis“ ist eine transgene Pflanzensorte, die
a.

gegen zahlreiche Herbizide resistent ist und damit die Unkrautbekämpfung
auf diesen Reisfeldern erleichtert
b.

gegen ein Virus resistent ist, das die Reisfelder häufig befällt
c.

bakterielle Gene besitzt, die ein Toxin bilden, das Ertragseinbußen durch

Schadinsekten verringert
d.

größere, goldfarbene Körner bildet und damit den Ernteertrag erhöht
e.

Gene aus der Osterglocke enthält, die zur Erhöhung des Vitamin-A-Gehalts
führen

9. Zeichenübung Zeichnen und beschriften Sie eine Blüte mit ihren Einzelteilen.

Verbindung zur Evolution

10. Was die sexuelle Fortpflanzung angeht, sind manche Pflanzenarten vollständig
selbstfruchtbar, andere sind vollständig selbstinkompatibel und einige weisen eine „ge-
mischte Strategie“ mit einer teilweisen Selbstinkompatibilität auf. Diese Fortpflanzungs-
strategien besitzen unterschiedliche Implikationen für das evolutionäre Potenzial. Wie
würde sich beispielsweise eine selbstinkompatible Art, die durch den Flaschenhalseffekt

118

38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen

(Kapitel 23) zu einer kleinen Gründerpopulation oder Reliktpopulation wurde, im Ver-
gleich zu einer selbstfruchtbaren Art durchsetzen?

Übungsaufgaben

Wissenschaftliche Forschung

11. Kritiker der Gentechnik argumentieren, dass fremde Gene eventuell die normale

Zellfunktion stören und dazu führen können, dass unerwartete und potenziell schädli-
che Verbindungen in der Zelle synthetisiert werden können. Toxische Zwischenproduk-
te, die normalerweise in sehr geringen Konzentrationen auftreten, könnten in höherer

Konzentration vorliegen oder neue Verbindungen könnten entstehen. Die Störung der

Zellfunktion könnte auch den Verlust von Metaboliten zur Folge haben, die an der Auf-
rechterhaltung des normalen Stoffwechsels beteiligt sind. Wie würden Sie sich zu diesen

Kritikpunkten äußern, wenn Sie der oberste wissenschaftliche Berater Ihrer Regierung
wären?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

12. Der Mensch betreibt seit Jahrtausenden genetische Manipulationen. Durch selek-
tive Zucht- und Hybridisierungsprogramme, die das Genom von Organismen signifikant
verändern, wurden diverse Pflanzensorten und Tierrassen selektiert. Können Sie sich
vorstellen, warum die moderne Gentechnik, die oft nur die Einführung von einem oder
wenigen Genen beinhaltet, auf derart heftigen öffentlichen Widerstand gestoßen ist?

Sollten einige Formen der Gentechnik eher Anlass zur Sorge geben als andere? Begrün-
den Sie Ihre Meinung.

119

Kapitel 39

Übungsaufgaben

Pflanzenreaktionen auf innere und
äußere Signale

1. Auxin fördert die Zellstreckung durch die folgenden Mechanismen, jedoch nicht durch
a.

erhöhte Aufnahme von Soluten
b.

Genaktivierung
c.

Ansäuerung der Zellwand, die zur Denaturierung von wachstumshemmenden

Zellwandproteinen führt
d.

erhöhte Aktivität der an die Plasmamembran gebundenen Protonenpumpen
e.

Zellwandlockerung

2. Charles und Francis Darwin entdeckten, dass
a.

Auxin für die phototrope Krümmung verantwortlich ist
b.

Auxin durch Agar diffundieren kann
c.

Licht das Auxin zerstört
d.

Licht von den Koleoptilenspitzen wahrgenommen wird
e.

Hellrotlicht die stärkste Wirkung als Ursache der phototropen Krümmung hat

3. Welches Phytohormon ist fälschlich mit der zutreffenden Wirkung kombiniert?

a.

Auxin – fördert Sprosswachstum durch Zellstreckung
b.

Cytokinine – leiten den programmierten Zelltod ein
c.

Gibberelline – stimulieren die Samenkeimung
d.

Abscisinsäure – fördert die Samenruhe
e.

Ethylen – hemmt die Zellstreckung

4. Das für die Blütenbildung verantwortliche Signalmolekül könnte bei einer Langtagpflanze früher als normal freigesetzt werden, die
a.

nachts mit Dunkelrotlichtblitzen bestrahlt wird
b.

nachts mit Hellrotlichtblitzen bestrahlt wird
c.

nachts mit Hellrotlichtblitzen, gefolgt von Dunkelrotlichtblitzen, bestrahlt wird
d.

tagsüber mit Dunkelrotlichtblitzen bestrahlt wird
e.

tagsüber mit Hellrotlichtblitzen bestrahlt wird

121

39 Pflanzenreaktionen auf innere und äußere Signale

5. Wenn eine Langtagpflanze eine kritische Nachtlänge von neun Stunden besitzt –
welcher 24-Stunden-Zyklus würde dann die Blühinduktion verhindern?

a.

16 Stunden Licht/acht Stunden Dunkelheit
b.

14 Stunden Licht/zehn Stunden Dunkelheit
c.

15,5 Stunden Licht/8,5 Stunden Dunkelheit
d.

vier Stunden Licht/acht Stunden Dunkelheit/vier Stunden Licht/acht Stunden

Dunkelheit

Übungsaufgaben
e.

acht Stunden Licht/acht Stunden Dunkelheit/Lichtblitz/acht Stunden Dunkel-
heit

6. Wie kann eine Pflanze auf starken Hitzestress reagieren?

a.

indem sie die Blätter so ausrichtet, dass sie stärker durch Verdunstungskälte
gekühlt wird
b.

indem sie Ethylen bildet, das einige Rindenzellen abtötet und Luftschächte zur

Belüftung schafft
c.

indem sie eine systemisch erworbene Resistenz einleitet
d.

indem sie den Anteil ungesättigter Fettsäuren in den Zellmembranen erhöht
und damit die Fluidität erniedrigt
e.

indem sie Hitzeschockproteine bildet, die die pflanzeneigenen Proteine vor der

Denaturierung schützen können

Verbindung zur Evolution

7. Coevolution wird als die Evolution von reziproken Anpassungen bei zwei Arten
definiert, wobei sich jede Art in Interaktion mit der anderen Art anpasst. Erklären Sie
in diesem Kontext die coevolutionäre Beziehung zwischen einer Pflanze und einem
avirulenten Pathogen.

Wissenschaftliche Forschung

8. Einem Botaniker fiel ein merkwürdiges Muster auf, als ein tropischer Strauch von Raupen befallen wurde. Nachdem eine Raupe ein Blatt gefressen hatte, übersprang
sie die benachbarten Blätter und kroch zu einem weiter entfernten Blatt, um dieses zu
fressen. Wenn man einfach ein Blatt entfernte, hielt dies die Raupen nicht davon ab,
benachbarte Blätter zu fressen. Der Biologe vermutete, dass ein von Insekten geschä-
digtes Blatt eine chemische Verbindung freisetzte, die als Signal für die Blätter in der

Nähe wirkte. Wie könnte der Wissenschaftler diese Hypothese testen?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9. Schildern Sie, wie unser Wissen über die Kontrollsysteme bei Pflanzen in Landwirtschaft und Gartenbau eingesetzt wird; führen Sie drei Beispiele an.

122

Kapitel 40

Übungsaufgaben

Grundprinzipien tierischer Form und

Funktion

1. Im Vergleich zu einer kleineren Zelle hat eine größere Zelle derselben Form
a.

eine kleinere Oberfläche
b.

eine kleinere Oberfläche pro Volumeneinheit
c.

dasselbe Oberflächen/Volumen-Verhältnis
d.

einen kleineren durchschnittlichen Abstand zwischen seinen Mitochondrien
und der externen Sauerstoffquelle
e.

ein kleineres Cytoplasma/Zellkern-Verhältnis

2. Das Epithel, das am besten für eine Körperoberfläche geeignet ist, die mechani-
schem Abrieb ausgesetzt ist, ist
a.

einfaches Plattenepithel
b.

einfaches kubisches Epithel
c.

einfaches prismatisches Epithel
d.

mehrschichtiges prismatisches Epithel
e.

mehrschichtiges Plattenepithel

3. Was stellt keine Anpassung zur Verringerung der Wärmeaustauschrate zwischen

Tier und Umgebung dar?

a.

Fell oder Federn
b.

Gefäßverengung
c.

zitterfreie Thermogenese
d.

Gegenstrom-Wärmeaustauscher
e.

Blubber oder Fettschicht

4. Betrachten Sie den Energiehaushalt eines Menschen, eines Elefanten, eines Pin-
guins, einer Maus und einer Schlange. Die/der
hat die höchsten jähr-
lichen Gesamt-Energiekosten, und die/der
hat die höchsten Energie-
kosten pro Masseeinheit.

a.

Elefant; Maus
b.

Elefant; Mensch
c.

Mensch; Pinguin
d.

Maus; Schlange
e.

Pinguin; Maus

123

40 Grundprinzipien tierischer Form und Funktion

5. Zeichenübung Zeichnen Sie ein Modell der Rückkopplungsschleife(n), die nötig
ist (sind), damit ein Auto auf einer hügligen Straße eine annähernd konstante Ge-
schwindigkeit beibehält. Nehmen Sie an, dass entweder der Fahrer oder ein Gerät zur

Geschwindigkeitsreglung als Kontrollzentrum fungiert, und beschriften Sie Sensor, In-
put (Eingangssignal) und Reaktion.

Verbindung zur Evolution

Übungsaufgaben

6. Der Biologe C. Bergmann hat festgestellt, dass Säuger- und Vogelarten, die in
größeren Höhenlagen leben, durchschnittlich größer und untersetzter gebaut sind als
verwandte Arten aus tiefer gelegenen Gebieten. Schlagen Sie eine evolutionäre Hypo-
these für diese Beobachtung vor.

Wissenschaftliche Forschung

7. Die Raupen des Ringelspinners Malacosoma americanum leben in großen Gruppen in Seidennestern oder „Zelten“, die sie in Bäumen bauen. Sie gehören zu den
ersten Insekten, die zu Frühlingsbeginn aktiv sind, wenn die Temperaturen zwischen
dem Gefrierpunkt und sehr warmer Witterung schwanken können. Im Lauf des Tages
zeigen sie auffällige Verhaltensveränderungen: Früh am Morgen halten sie sich eng an-
einandergedrängt auf der nach Osten weisenden Oberfläche des Zeltes auf. Am frühen

Nachmittag findet man sie auf der Unterseite, wobei jede Raupe an einigen ihrer Beine
hängt. Stellen Sie eine Hypothese auf, um dieses Verhalten zu erklären. Wie könnten

Sie Ihre Hypothese testen?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

8. Forscher in der Medizin untersuchen die Eignung künstlicher Ersatzstoffe für verschiedene menschliche Gewebe. Warum könnte künstliches Blut oder künstliche Haut
nützlich sein? Welche Eigenschaften müssten diese Ersatzstoffe aufweisen, um pro-
blemlos im Körper zu funktionieren? Warum arbeiten echte Gewebe besser? Welche
anderen künstlichen Gewebe könnten von Nutzen sein? Welche Probleme erwarten

Sie bei deren Entwicklung und Einsatz?

124

Kapitel 41

Übungsaufgaben

Hormone und das endokrine System

1. Welche der folgenden Aussagen trifft nicht zu?

a.

Hormone sind chemische Botenstoffe, die mit dem Blut zu ihren Zielzellen
gelangen.

b.

Hormone regulieren häufig durch antagonistische Wirkungen die Homöo-
stase.

c.

Hormone der gleichen chemischen Verbindungsklasse haben häufig auch die
gleiche Funktion.

d.

Hormone werden von spezialisierten Zellen abgegeben, die sich in der Regel
in endokrinen Drüsen befinden.

e.

Hormone werden häufig durch Rückkopplungsmechanismen reguliert.

2.

Ein charakteristisches Merkmal der Wirkmechanismen von Schilddrüsen- und

Steroidhormonen besteht darin, dass
a.

sie durch Rückkopplungsmechanismen reguliert werden
b.

die Zielzellen auf diese Hormone schneller reagieren als auf lokale Regulatoren
c.

die Hormone an spezifische Rezeptorproteine auf der Plasmamembran der

Zielzellen binden
d.

diese Hormone an Rezeptoren im Zellinneren binden
e.

diese Hormone sich auf den Stoffwechsel auswirken

3. Wachstumsfaktoren sind lokale Regulatoren, die
a.

vom Hypophysenvorderlappen produziert werden
b.

modifizierte Fettsäuren sind und das Wachstum von Knochen und Knorpel
stimulieren
c.

auf der Oberfläche von Krebszellen liegen und die abnormale Zellteilung an-
regen
d.

Polypeptide sind, an Zelloberflächenrezeptoren binden und sowohl das

Wachstum als auch die Entwicklung der Zielzellen anregen
e.

Nachrichten zwischen Nervenzellen übertragen

4. Welches Hormon wird hier nicht zusammen mit seiner Wirkung genannt?

a.

Oxytocin – regt bei der Entbindung die Kontraktion der Gebärmutter an
b.

Thyroxin – regt Stoffwechselprozesse an
c.

Insulin – regt in der Leber den Glycogenabbau an
d.

ACTH – regt in der Nebennierenrinde die Ausschüttung von Glucocorticoiden
an

125

41 Hormone und das endokrine System
e.

Melatonin – beeinflusst biologische Rhythmen und die jahreszeitlich gebun-
dene Fortpflanzung

5. Ein Beispiel für antagonistisches Zusammenwirken von Hormonen bei der Aufrecht-
erhaltung der Homöostase ist
a.

Tyroxin und Parathormon beim Calciumgleichgewicht
b.

Insulin und Glucagon im Glucosestoffwechsel
c.

Gestagene und Östrogene bei der Geschlechtsdifferenzierung

Übungsaufgaben
d.

Adrenalin und Noradrenalin bei der Flüchten-oder-Kämpfen-Reaktion
e.

Oxytocin und Prolactin bei der Milchproduktion

6. Welches der folgenden Phänomene ist die wahrscheinlichste Ursache der Schild-
drüsenunterfunktion bei einem Patienten mit normaler Iodversorgung?

a.

gestörte Mengenverhältnisse in der Produktion von T3 und T4
b.

zu geringe TSH-Produktion
c.

zu starke TSH-Produktion
d.

zu starke MSH-Produktion
e.

verringerte Calcitoninproduktion in der Schilddrüse

7. Die wichtigsten Zielorgane für Tropine sind
a.

Muskeln
b.

Blutgefäße
c.

endokrine Drüsen
d.

die Nieren
e.

Nerven

8. Zeichenübung Die Milchproduktion in den Brustdrüsen der Säugetiere wird durch

Prolactin und das Prolactin-Releasinghormon reguliert. Zeichnen Sie eine einfache Skiz-
ze dieses Mechanismus mit Drüsen und Geweben, Hormonen und ihren Transport-
wegen sowie mit den Wirkungen.

Wissenschaftliche Forschung

9. Ein chronisch erhöhter Glucocorticoidspiegel kann zum Cushing-Syndrom führen,
das sich unter anderem durch Übergewicht, Muskelschwäche und Depressionen be-
merkbar macht. Die Ursache ist eine Überaktivität der Hypophyse oder der Neben-
nieren. Um festzustellen, welche dieser Drüsen bei einem Patienten eine abnormale

Aktivität aufweist, bedient man sich des synthetischen Glucocorticoids Dexamethason,
das die ACTH-Ausschüttung blockiert. Welche Drüse ist nach der Grafik beim Patienten

X betroffen?

ohne

Behandlung
mit
im Blut

Dexamathason-

Cortisolspiegel

Behandlung

Normal

Patient X

126

Kapitel 42

Übungsaufgaben

Die Ernährung der Tiere

1. Menschen, deren Nahrung vorwiegend aus Mais besteht, werden wahrscheinlich
a.

übergewichtig
b.

magersüchtig
c.

überernährt
d.

unterernährt
e.

fehlernährt

2. Welches der nachfolgenden Tiere wird nicht zusammen mit seinem Fressmechanismus genannt?

a.

Löwe – Substratfresser
b.

Bartenwal – Filtrierer
c.

Blattlaus – Sauger
d.

Muschel – Filtrierer
e.

Schlange – Schlinger

3. Bei Säugetieren ist sowohl die Luftröhre als auch die Speiseröhre verbunden mit a.

dem Dickdarm
b.

dem Magen
c.

dem Schlund
d.

dem Enddarm
e.

dem Kehldeckel

4. Welches der folgenden Enzyme funktioniert sehr gut bei sehr niedrigem pH?

a.

Speichelamylase
b.

Trypsin
c.

Pepsin
d.

Pankreasamylase
e.

Pankreaslipase

5. Welches der folgenden Organe ist nicht zusammen mit seiner Funktion genannt?

a.

Magen – Proteinverdauung
b.

Mundhöhle – Stärkeverdauung
c.

Dickdarm – Produktion von Gallenflüssigkeit
d.

Dünndarm – Nährstoffresorption
e.

Pankreas – Enzymproduktion

127

42 Die Ernährung der Tiere

6. Nach der chirurgischen Entfernung einer entzündeten Gallenblase muss die be-
troffene Person darauf achten, die Aufnahme folgender Nahrungsbestandteile einzu-
schränken:

a.

Stärke
b.

Protein
c.

Zucker
d.

Fett

Übungsaufgaben
e.

Wasser

7. Die symbiontischen Mikroorganismen, die an der Ernährung der Wiederkäuer mit-
wirken, leben vor allem in spezialisierten Teilen von
a.

Dickdarm
b.

Leber
c.

Dünndarm
d.

Rachen
e.

Magen

8. Angenommen, Sie joggen nach dem Mittagessen mehrere Stunden. Welche Brenn-
stoffvorräte würden Sie dabei vorwiegend verbrauchen?

a.

Muskelproteine
b.

Glycogen aus Muskeln und Leber
c.

in der Leber gespeichertes Fett
d.

im Fettgewebe gespeichertes Fett
e.

Blutproteine

9. Zeichenübung Zeichnen Sie ein Flussdiagramm der Vorgänge, die sich abspielen,
nachdem die teilweise verdaute Nahrung den Magen verlassen hat. Benutzen Sie da-
bei folgende Begriffe: Bicarbonatausschüttung, Kreislauf, Abnahme des Säuregehalts,

Secretinausschüttung, Zunahme des Säuregehalts, Signalerkennung. Geben Sie neben
jedem dieser Begriffe an, zu welchem Kompartiment er gehört. Sie können die Begriffe
auch mehrfach verwenden.

Verbindung zur Evolution

10. Speiseröhre und Luftröhre des Menschen teilen sich den Weg, der von der Mund-
und Nasenhöhle kommt. In Kapitel 34 haben Sie sich bereits einen Überblick über
die Evolution der Wirbeltiere verschafft. Erklären Sie auf dieser Grundlage die histori-
schen (entwicklungsgeschichtlichen) Ursachen der beschriebenen „unvollkommenen“
anatomischen Verhältnisse.

128

42 Die Ernährung der Tiere

Wissenschaftliche Forschung

11. Bei der erwachsenen Bevölkerung europäischen Ursprungs führt die Krankheit

Übungsaufgaben

Hämochromatose zu übermäßiger Eisenaufnahme aus der Nahrung. Betroffen ist un-
gefähr einer unter 200 Menschen. An den Symptomen leiden Männer ungefähr zehn-
mal häufiger als Frauen. Entwickeln Sie vor dem Hintergrund, dass nur Frauen eine

Menstruation haben, eine Hypothese für die Ursachen der unterschiedlichen Erkran-
kungshäufigkeit bei den beiden Geschlechtern.

129

Kapitel 43

Übungsaufgaben

Kreislauf und Gasaustausch

1. Welches der folgenden Atmungssysteme ist nicht eng mit der Blutversorgung ver-
knüpft?

a.

die Wirbeltierlunge
b.

die Fischkiemen
c.

das Tracheensystem von Insekten
d.

die Haut von Regenwürmern

2. Blut, das durch eine Lungenvene ins Säugerherz zurückkehrt, gelangt zunächst
a.

in die Hohlvene
b.

ins linke Atrium
c.

ins rechte Atrium
d.

in den linken Ventrikel
e.

in den rechten Ventrikel

3. Der Puls ist ein direktes Maß für
a.

Blutdruck
b.

Herzschlagvolumen
c.

Herzminutenvolumen
d.

Herzschlagfrequenz
e.

Atemfrequenz

4. Die Umwandlung von Fibrinogen in Fibrin
a.

tritt auf, wenn Fibrinogen von zerbrochenen Blutplättchen freigesetzt wird
b.

findet in roten Blutzellen statt
c.

ist mit Hypertonie verknüpft und kann die Arterienwände schädigen
d.

kann bei einem Menschen mit Hämophilie zu häufig auftreten
e.

ist der letzte Schritt beim Gerinnungsprozess, an dem zahlreiche Gerinnungs-
faktoren beteiligt sind

5. Bei der Unterdruckatmung resultiert Einatmen daraus, dass
a.

Luft durch die Luftröhre in die Lunge gepresst wird
b.

das Zwerchfell sich kontrahiert
c.

die Zwischenrippenmuskeln sich entspannen
d.

die Lunge die Alveolen per Muskelkraft erweitert
e.

sich die Bauchmuskeln kontrahieren

131

43 Kreislauf und Gasaustausch

6. Wenn Sie die Luft anhalten, welche der folgenden Blutgasveränderungen führt als Erste zu dem Drang, Luft zu holen?

a.

steigendes O2
b.

sinkendes O2
c.

steigendes CO2
d.

fallendes CO2
e.

steigendes CO2 und fallendes O2

Übungsaufgaben

7. Im Vergleich zu der interstitiellen Flüssigkeit, die aktive Muskelzellen umspült, hat das Blut, das diese Zellen via Arterien erreicht,
a.

einen höheren P O 2
b.

einen höheren P CO 2
c.

eine höhere Bicarbonatkonzentration
d.

einen niedrigeren pH
e.

einen niedrigeren osmotischen Druck

8. Welche der folgenden Reaktionen herrscht in den roten Blutzellen vor, die durch die alveolären Kapillaren wandern? (Hb = Hämoglobin)

a.

Hb + 4O2 −→ Hb(O2)4
b.

Hb(O2)4 −→ Hb + 4 O2
c.

CO2 + H2O −→ H2CO3
d.

H2CO3 −→ H+ + HCO−

3
e.

Hb + 4CO2 −→ Hb(CO2)4

9. Zeichenübung Zeichnen Sie zwei einfache Diagramme, in denen die wesentlichen

Merkmale eines einfachen und eines doppelten Kreislaufsystems deutlich werden.

Verbindung zur Evolution

10. Das Hämoglobin eines menschlichen Fetus unterscheidet sich vom adulten Hämo-
globin. Vergleichen Sie die Sauerstoffdissoziationskurven der beiden Hämoglobine im
unten stehenden Diagramm. Schlagen Sie eine Hypothese vor, um zu erklären, welche

Funktion dieser Unterschied zwischen fetalem und maternalem Hämoglobin hat.

100

Fetus

80

Mutter

60

40

-Sättigung des 2

20

O

Hämoglobins (%)

0

0

20 40 60 80 100

PO (mm Hg)

2

132

Kapitel 44

Übungsaufgaben

Das Immunsystem

1. Welches der folgenden Phänomene ist charakteristisch für das Frühstadium einer
lokalen Entzündung?

a.

anaphylaktischer Schock
b.

Fieber
c.

Angriff cytotoxischer T-Zellen
d.

Histaminausschüttung
e.

Antikörper und Komplement vermittelte Lyse von Mikroorganismen

2. Mit welchem Teil eines Antikörpers verbindet sich ein Epitop?

a.

mit der Antikörperbindungsstelle
b.

nur mit konstanten Regionen der schweren Ketten
c.

mit den variablen Regionen jeweils einer schweren und leichten Kette
d.

nur mit den konstanten Regionen der leichten Ketten
e.

mit dem unteren Ende des Antikörpers

3. Welche der folgenden Aussagen über Helfer-T-Zellen trifft nicht zu?

a.

Sie wirken bei der humoralen und zellvermittelten Immunantwort mit.

b.

Sie werden durch Polysaccharidfragmente aktiviert.

c.

Sie tragen CD4-Moleküle auf ihrer Oberfläche.

d.

Sie sind Ziel der HIV-Infektion.

e.

Wenn sie aktiviert werden, schütten sie Cytokine aus.

4. Welche Aussage beschreibt am besten die Unterschiede in den Reaktionen von

Effektor-B-Zellen (Plasmazellen) und cytotoxischen T-Zellen?

a.

B-Zellen sorgen für aktive Immunität; cytotoxische T-Zellen verleihen passive

Immunität.

b.

B-Zellen töten Viren unmittelbar ab; cytotoxische T-Zellen töten virusinfizierte

Zellen.

c.

B-Zellen scheiden Antikörper gegen ein Virus aus; cytotoxische T-Zellen töten
virusinfizierte Zellen.

d.

B-Zellen sorgen für die zellvermittelte Immunantwort; cytotoxische T-Zellen
sind für die humorale Immunantwort verantwortlich.

e.

B-Zellen reagieren beim ersten Kontakt mit dem Eindringling; cytotoxische

T-Zellen reagieren bei späteren Gelegenheiten.

133

44 Das Immunsystem

5. Welcher der folgenden Vorgänge führt zu lang anhaltender Immunität?

a.

die Weitergabe mütterlicher Antikörper an den Fetus während der Entwick-
lung
b.

die Entzündungsreaktion nach der Verletzung durch einen Holzsplitter
c.

die Injektion des Serums von Menschen, die gegen Tollwut immun sind
d.

die Verabreichung von Kuhpockenimpfstoff
e.

die Weitergabe mütterlicher Antikörper an das Kind beim Stillen

Übungsaufgaben

6. HIV zielt auf alle im Folgenden genannten Zellen mit Ausnahme der
a.

Makrophagen
b.

cytotoxischen T-Zellen
c.

Helfer-T-Zellen
d.

CD4-tragenden Zellen
e.

Nervenzellen

7. Zeichenübung Stellen Sie sich ein bleistiftförmiges Protein mit zwei Epitopen vor: Y am „Radiergummiende“ und Z an der „Spitze“. Y wird vom Antikörper A1 erkannt,

Z+vom Antikörper A2. Zeichnen und beschriften Sie ein Bild, in dem Antikörper die

Proteinmoleküle zu einem Komplex verbinden, der dann einen Makrophagen zur Endo-
cytose anregt.

Wissenschaftliche Forschung

8. Angenommen, Sie wollen prüfen, ob ein AIDS-Patient Tuberkulose hat. Warum
würden Sie dazu nicht das gereinigte Bakterienantigen injizieren und einige Tage später
nach Anzeichen für eine Reaktion des Immunsystems suchen?

134

Kapitel 45

Übungsaufgaben

Osmoregulation und Exkretion

1. Welche der folgenden Reaktionen ist keine normale Antwort auf eine erhöhte

Blutosmolarität beim Menschen?

a.

erhöhte Wasserpermeabilität des Sammelrohrs
b.

Produktion von stärker verdünntem Urin
c.

Freisetzung von ADH durch die Hypophyse
d.

vermehrter Durst
e.

verringerte Urinproduktion

2. Die hohe Osmolarität des Nierenmarks (Abbildung 45.6b) wird von allen der fol-
genden Prozesse beziehungsweise Strukturen aufrechterhalten, mit einer Ausnahme.

Welcher?

a.

durch die Diffusion von Salzionen aus dem dünnen Segment des aufsteigen-
den Astes der Henle-Schleife
b.

durch aktiven Transport von Salzionen aus der oberen Region des aufsteigen-
den Astes
c.

durch die räumliche Anordnung der juxtamedullären Nephrone
d.

durch die Diffusion von Harnstoff aus dem Sammelrohr
e.

durch die Diffusion von Salzionen aus dem absteigenden Ast der Henle-

Schleife

3. Welcher Prozess im Nephron ist am wenigsten selektiv?

a.

Filtration
b.

Reabsorption
c.

aktiver Transport
d.

Sekretion
e.

Transport von Salzionen in der Henle-Schleife

4. Welches der folgenden Tiere produziert generell das geringste Urinvolumen?

a.

ein mariner Hai
b.

ein Lachs im Süßwasser
c.

ein mariner Knochenfisch
d.

ein Knochenfisch im Süßwasser
e.

ein Hai, der im Süßwassersee Lake Nicaragua lebt

135

45 Osmoregulation und Exkretion

5. Afrikanische Lungenfische, die oft in kleinen stehenden Süßwassertümpeln leben, produzieren Harnstoff als stickstoffhaltiges Exkretionsprodukt. Was ist der Vorteil dieser Anpassung?

a.

Zur Harnstoffsynthese braucht man nicht so viel Energie wie zur Ammoniak-
synthese.

b.

Kleine stehende Tümpel liefern nicht genug Wasser, um das toxische Ammo-
niak zu verdünnen.

Übungsaufgaben
c.

Die hochgiftige Harnsäure macht den Tümpel unbewohnbar für potenzielle

Konkurrenten.

d.

Harnstoff bildet einen unlöslichen Niederschlag.

e.

Harnstoff macht das Gewebe von Lungenfischen hypoosmotisch gegenüber
dem Tümpelwasser.

6. Zeichenübung Skizzieren Sie ähnlich dem Beispiel in Abbildung 45.2 den Aus-
tausch von Salzionen (Na+ und Cl−) zwischen einem Hai und seiner marinen Umwelt.

Wissenschaftliche Forschung

7. Sie erforschen die Nierenfunktion bei Kängururatten. Sie messen Urinvolumen und Osmolarität wie auch die Menge an Chloridionen (Cl−) und Harnstoff im Urin. Wenn die

Wasserquelle, die den Tieren zur Verfügung steht, von Leitungswasser auf eine zwei-
prozentige NaCl-Lösung umgestellt würde, welche Veränderung in der Urinosmolarität
würden Sie erwarten? Wie würden Sie entscheiden, ob diese Veränderung eher auf
eine veränderte Exkretion von Cl− oder von Harnstoff zurückzuführen ist?

136

Kapitel 46

Übungsaufgaben

Fortpflanzung der Tiere

1. Welche der folgenden Aussagen charakterisiert die Parthenogenese?

a.

Ein Individuum kann im Lauf seines Lebens sein Geschlecht wechseln.

b.

Spezialisierte Zellgruppen wachsen zu einem neuen Individuum aus.

c.

Ein Organismus ist zuerst weiblich und dann männlich.

d.

Eine Eizelle entwickelt sich ohne Befruchtung.

e.

Beide Geschlechtspartner verfügen über männliche und weibliche Geschlechts-
organe.

2. Bei männlichen Säugern teilen Exkretions- und Fortpflanzungssystem
a.

die Hoden
b.

die Harnröhre
c.

die Samenbläschen
d.

den Samenleiter
e.

die Prostata.

3. Welches der folgenden Begriffpaare passt nicht zusammen?

a.

Samenkanälchen – Cervix
b.

Sertoli-Zellen – Follikelzellen
c.

Testosteron – Östradiol
d.

große Schamlippen – Hodensack
e.

Vas deferens – Ovidukt

4. Wann erreichen LH- und FSH-Produktion Spitzenwerte?

a.

während der Menstruationsphase des Uteruszyklus
b.

zu Beginn der Follikelphase des Ovarialzyklus
c.

in der Zeitspanne direkt vor dem Eisprung
d.

gegen Ende der Lutealphase des Ovarialzyklus
e.

während der Sekretionsphase des Uteruszyklus

5. Im Lauf der menschlichen Schwangerschaft entwickeln sich die Anlagen sämtlicher Organe
a.

im ersten Trimester
b.

im zweiten Trimester
c.

im dritten Trimester
d.

während sich der Embryo im Eileiter befindet
e.

im Blastocystenstadium

137

46 Fortpflanzung der Tiere

6. Welche Aussage über die menschliche Fortpflanzung ist falsch?

a.

Die Befruchtung erfolgt im Ovidukt.

b.

Wirksame hormonelle Kontrazeptiva gibt es gegenwärtig nur für Frauen.

c.

Eine Oocyte beendet ihre Meiose erst nach Eindringen des Spermiums.

d.

Die frühesten Stadien der Spermatogenese laufen direkt am Lumen der

Samenkanälchen ab.

e.

Spermatogenese und Oogenese erfordern unterschiedliche Temperaturen.

Übungsaufgaben

7. Zeichenübung Wenn sich Stammzellen teilen, bleibt eine Tochterzelle eine Stamm-
zelle. Bei der menschlichen Spermatogenese entwickeln sich aus Stammzellen differen-
zierte Spermatogonien, aus denen sich wiederum Spermatiden entwickeln. Zeichnen

Sie vier Mitosedurchgänge für (a) eine Stammzelle und für (b) ein Spermatogonium, um
zu zeigen, warum dieser zweistufige Prozess für die Produktion vieler tausend Spermien
pro Sekunde aus einer viel geringeren Zahl von Stammzellen wichtig ist.

Verbindung zur Evolution

8. Hermaphroditismus findet man oft bei sessilen Tieren. Frei bewegliche Arten sind seltener zwittrig. Warum?

Wissenschaftliche Forschung

9. Sie entdecken eine neue eierlegende Wurmart. Sie sezieren vier adulte Tiere und finden in jedem sowohl Eier als auch Spermien. Die Zellen außerhalb der Gonaden
enthalten fünf Chromosomenpaare. Wie würden Sie entscheiden, ob diese Würmer
zur Selbstbefruchtung fähig sind, wenn genetische Varianten fehlen?

138

Kapitel 47

Übungsaufgaben

Entwicklung der Tiere

1. Das Archenteron entwickelt sich zum/zur
a.

Mund der Protostomier
b.

Blastocoel
c.

Entoderm
d.

Placenta
e.

Darm

2. Im Froschembryo ist das Blastocoel
a.

vollständig vom Dotter verdrängt
b.

während der Gastrulation mit Entoderm ausgekleidet
c.

in der animalen Hemisphäre lokalisiert
d.

die Höhlung, die zum Coelom wird
e.

die Höhlung, die später den Urdarm bildet

3. Welche strukturellen Anpassungen ermöglichen Hühnern, ihre Eier statt ins Wasser in einer trockenen Umgebung abzulegen?

a.

extraembryonale Membranen
b.

Dotter
c.

Furchung
d.

Gastrulation
e.

Entwicklung des Gehirns aus dem Ektoderm

4. Welche Aussage über die Neuralleistenzellen bei einem Amphibienembryo trifft zu?

a.

Sie rollen sich auf und bilden das Neuralrohr.

b.

Sie entwickeln sich zum Hauptabschnitt des Gehirns.

c.

Sie produzieren Zellen, die auswandern, um Zähne, Schädelknochen und an-
dere Strukturen im Embryo bilden.

d.

Sie bilden, wie experimentell gezeigt werden konnte, die Organisatorregion
des sich entwickelnden Embryos.

e.

Sie induzieren die Bildung der Chorda dorsalis.

5. In der Frühentwicklung des Amphibienembryos liegt der Spemann-„Organisator“
a.

im Neuralrohr
b.

in der Chorda dorsalis
c.

im Dach des Urdarms
d.

im dorsalen Ektoderm
e.

in der dorsalen Urmundlippe

139

47 Entwicklung der Tiere

6. Zeichenübung Beschriften Sie die abgebildete Schemazeichnung und geben Sie
durch Pfeile die Richtung an, in der sich Ektoderm, Mesoderm und Entoderm bewegen.

Übungsaufgaben

Art:

Stadium:

Verbindung zur Evolution

7. Für die Evolution von Insekten und Wirbeltieren spielt die wiederholte Duplikation von Körpersegmenten, gefolgt von der Fusion einiger Segmente und der Spezialisierung
ihrer Struktur und Funktion, eine wichtige Rolle. Welche Teile der Wirbeltieranatomie
spiegeln das Segmentierungsmuster von Wirbeltieren wider?

Wissenschaftliche Forschung

8. Die Schnauzenregion einer Frosch-Kaulquappe trägt einen Saugnapf. Eine Sala-
mander-Kaulquappe weist in derselben Region eine schnurrbartähnliche Struktur auf.

Stellen Sie sich vor, Sie führten ein Experiment durch, bei dem Sie Ektoderm aus der

Seite eines jungen Salamanderembryos in die Schnauzenregion eines Froschembryos
transplantieren. Die Kaulquappe, die sich entwickelt, trägt einen „Schnurrbart“. Wenn

Sie Ektoderm aus der Seite eines etwas älteren Salamanderembryos in die Schnauzenre-
gion eines Froschembryos transplantieren, trägt die Frosch-Kaulquappe später lediglich
einen Fleck Salamanderhaut auf der Schnauze. Formulieren Sie eine Hypothese, um
diese Ergebnisse entwicklungsbiologisch zu erklären. Wie könnten Sie Ihre Hypothese
testen?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9. Viele Wissenschaftler sind der Ansicht, fetales Gewebe biete großes Potenzial zur Behandlung von Parkinson, Epilepsie, Diabetes, Alzheimer und Rückenmarksverletzun-gen. Warum könnten fetale Gewebe besonders geeignet sein, um kranke oder geschä-
digte Zellen bei Patienten mit diesen Problemen zu ersetzen? Einige Menschen sind der

Meinung, man sollte nur Gewebe von Fehlgeburten in der fetalen Transplantations-
forschung einsetzen. Die meisten Forscher ziehen jedoch Gewebe von abgetriebenen

Feten vor. Warum? Erläutern Sie Ihre Haltung bei diesem kontrovers diskutierten Thema.

140

Kapitel 48

Übungsaufgaben

Neurone, Synapsen und Signalgebung

1. Was passiert, wenn die Membran eines Neurons depolarisiert wird?

a.

Es kommt zu einem Nettoausstrom von Na+ aus der Zelle.

b.

Das Gleichgewichtspotenzial für K+ ( E K) wird positiver.

c.

Die Membranspannung des Neurons wird positiver.

d.

Die Wahrscheinlichkeit, dass das Neuron ein Aktionspotenzial generiert,
nimmt ab.

e.

Die Innenseite des Neurons wird im Vergleich zur Außenseite negativer.

2. Warum pflanzen sich Aktionspotenziale im Axon gewöhnlich nur in eine Richtung
fort?

a.

Die Ranvier-Schnürringe können Potenziale nur in eine Richtung fortleiten.

b.

Die Refraktärzeit verhindert ein erneutes Öffnen der spannungsgesteuerten

Natriumkanäle.

c.

Der Axonhügel weist ein höheres Membranpotenzial als die axonalen Endi-
gungen auf.

d.

Ionen können im Axon nur in eine Richtung fließen.

e.

Spannungsgesteuerte Natrium- und Kaliumkanäle öffnen sich nur in eine Rich-
tung.

3. Ein gemeinsames Merkmal von Aktionspotenzialen ist, dass sie
a.

dazu führen, dass die Membran erst depolarisiert und dann hyperpolarisiert
wird
b.

zeitliche und räumliche Summation zeigen können
c.

von einer Depolarisation ausgelöst werden, die das Schwellenpotenzial er-
reicht
d.

sich mit derselben Geschwindigkeit längs aller Axone fortpflanzen
e.

aus der Diffusion von Na+ und K+ durch ligandengesteuerte Ionenkanäle re-
sultieren

4. Welche der folgenden Ereignisse ist eine direkte Folge der Depolarisation der prä-
synaptischen Membran einer synaptischen Endigung?

a.

Spannungsgesteuerte Calciumkanäle in der Membran öffnen sich.

b.

Synaptische Vesikel verschmelzen mit der Membran.

c.

Die postsynaptische Zelle produziert ein Aktionspotenzial.

d.

Ligandengesteuerte Kanäle öffnen sich und erlauben Neurotransmittern, in
den synaptischen Spalt zu diffundieren.

141

48 Neurone, Synapsen und Signalgebung
e.

In der postsynaptischen Zelle wird ein EPSP oder ein IPSP generiert.

5. Wo liegen Neurotransmitterrezeptoren?

a.

in der Kernmembran
b.

auf den Ranvier-Schnürringen
c.

in der postsynaptischen Membran
d.

in der Membran der synaptischen Vesikel
e.

in der Myelinscheide

Übungsaufgaben

6. Beteiligt an einer zeitlichen Summation sind stets
a.

erregende und hemmende Inputs
b.

Synapsen an mehr als einem Ort
c.

nichtgleichzeitige Inputs
d.

elektrische Synapsen
e.

myelinisierte Axone

7. Zeichenübung Stellen Sie sich vor, ein Forscher sticht ein Paar Elektroden an zwei verschiedenen Stellen in der Mitte eines Axons ein, das aus einem Kalmar herauspräpariert wurde. Durch einen Reiz depolarisiert er die Plasmamembran an beiden Einstich-
stellen bis zur Schwelle. Entwerfen Sie mit der Skizze unten als Ausgangspunkt ein oder
mehrere Zeichnungen, die zeigen, wo jedes Aktionspotenzial enden würde.

Elektrode

Tintenfischaxon

Verbindung zur Evolution

8. Ein Aktionspotenzial ist ein Alles-oder-Nichts-Ereignis. Diese Ein/Aus-Signalgebung ist eine evolutionäre Anpassung von Tieren, die in einer komplexen Umwelt sensorische

Informationen sammeln und dann agieren müssen. Man kann sich ein Nervensystem
vorstellen, bei dem Aktionspotenziale graduiert sind und die Amplitude von der Reiz-
stärke abhängt. Welchen Vorteil könnte eine Ein/Aus-Signalgebung gegenüber einer
graduierten (kontinuierlich veränderlichen) Form der Signalgebung haben?

Wissenschaftliche Forschung

9. Schlagen Sie aufgrund dessen, was Sie über Aktionspotenziale und Synapsen wis-
sen, zwei oder drei Hypothesen vor, die erklären könnten, wie verschiedene Narkose-
mittel das Schmerzempfinden ausschalten.

142

48 Neurone, Synapsen und Signalgebung

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

10.

Schädigungen des Nervensystems durch Unfälle oder Krankheiten können

Übungsaufgaben

Schmerz hervorrufen, der als ständiges Brennen, als Elektroschock oder als Schuss-
wunde empfunden wird. Forscher führen Untersuchungen durch, um herauszufinden,
ob Kegelschneckengifte zur Behandlung dieser Art Schmerzen eingesetzt werden kön-
nen. Wie könnten diese Toxine Ihrer Meinung nach eingesetzt werden? Welche Risiken
bestünden dabei möglicherweise für den Patienten? Könnten solche Toxine ein Risiko
für einen bioterroristischen Angriff in großem Maßstab darstellen?

143

Kapitel 49

Übungsaufgaben

Nervensysteme

1. Wachheit wird von der retikulären Formation kontrolliert. Sie liegt
a.

in den Basalganglien
b.

in der Großhirnrinde
c.

im Hirnstamm
d.

im limbischen System
e.

im Rückenmark

2. Welche der folgenden Strukturen oder Regionen ist mit der falschen Funktion gepaart?

a.

limbisches System – motorische Kontrolle der Sprache
b.

Medulla oblongata – homöostatische Kontrolle
c.

Kleinhirn – Koordination von Bewegung und Gleichgewicht
d.

Balken – Kommunikation zwischen rechter und linker Großhirnhemisphäre
e.

Hypothalamus – Regulation von Temperatur, Hunger und Durst

3. Was ist der Neocortex?

a.

eine primitive Hirnregion, die man bei Reptilien und Säugern findet
b.

eine tief im Cortex gelegene Region, die mit der Bildung von emotionalen

Erinnerungen verknüpft ist
c.

ein zentraler Teil des Cortex, der Geruchsinformation empfängt
d.

eine zusätzliche Außenschicht von Neuronen in der Großhirnrinde, die man
nur bei Säugern findet
e.

ein Assoziationsareal des Stirnlappens, das an höheren kognitiven Funktionen
beteiligt ist

4. Patienten mit einem geschädigten Wernicke-Areal fällt es schwer,
a.

die Bewegung ihrer Gliedmaßen zu koordinieren
b.

zu sprechen
c.

Gesichter zu erkennen
d.

Sprache zu verstehen
e.

Gefühle zu empfinden

5. Das sympathische System als Untereinheit des autonomen Nervensystems des PNS
bewirkt alles, was im Folgenden aufgeführt ist, außer dass es
a.

die Bronchien in der Lunge entspannt
b.

die Leerung der Harnblase hemmt

145

49 Nervensysteme
c.

die Freisetzung von Glucose fördert
d.

den Herzschlag beschleunigt
e.

die Pupillen im Auge verengt

6. Die Großhirnrinde spielt eine wichtige Rolle bei allen unten aufgeführten Funktionen, außer beim
a.

Kurzzeitgedächtnis
b.

Langzeitgedächtnis

Übungsaufgaben
c.

circadianen Rhythmus
d.

rhythmischen Fußklopfen
e.

Atemanhalten

7. Zeichenübung Zeichnen Sie einen einfachen Schaltkreis für den Rückziehreflex
bei Schmerz, der Ihre Hand zurückzieht, wenn Sie sich an einem scharfen Objekt Ihren

Finger stechen. (a) Beschriften Sie anhand eines Kreises, der das Rückenmark darstellen
soll, die Neuronentypen, die Richtung des Informationsflusses in jedem Neuron und die

Lage der Synapsen. (b) Zeichnen Sie ein einfaches Diagramm des Gehirns und geben

Sie an, wo der Schmerz schließlich wahrgenommen wird.

Wissenschaftliche Forschung

8. Stellen Sie sich eine Person vor, die die Gebärdensprache fließend beherrscht hat, bevor sie eine Schädigung der linken Hemisphäre erlitt. Nach der Verletzung konnte
die Person noch immer Zeichen verstehen, aber nur unter Schwierigkeiten Zeichen
generieren, die ihre Gedanken wiedergaben. Welche zwei Hypothesen könnten diesen

Befund erklären und wie könnten Sie zwischen beiden entscheiden?

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

9. Mit zunehmend raffinierteren Methoden zum Scannen der Gehirnaktivität entwi-
ckeln Wissenschaftler rasch die Fähigkeit, bestimmte Emotionen und Denkprozesse
eines Individuums von außen zu registrieren. Welche Vorteile und Probleme sehen Sie
voraus, wenn eine solche Technologie allgemein verfügbar wird?

146

Kapitel 50

Übungsaufgaben

Sensorische und
motorische Mechanismen

1. Welche der folgenden Paarungen von sensorischem Rezeptor und Kategorie ist
falsch?

a.

Haarzelle – Mechanorezeptor
b.

Muskelspindel – Mechanorezeptor
c.

Geschmacksknospe – Chemorezeptor
d.

Stäbchen – elektromagnetischer Rezeptor
e.

olfaktorischer Rezeptor – elektromagnetischer Rezeptor

2. Wo beziehungsweise wann findet die Umwandlung von Schallwellen in Aktions-
potenziale statt?

a.

in der Tectorialmembran, wenn sie von den Haarzellen stimuliert wird
b.

wenn die Haarzellen an der Tectorialmembran abgebogen werden, so dass
sie depolarisiert werden und Neurotransmitter ausschütten, der sensorische

Neuronen stimuliert
c.

wenn die Basilarmembran permeabler für Natriumionen wird und depolarisiert
wird, so dass in einem sensorischen Neuron ein Aktionspotenzial ausgelöst
wird
d.

wenn die Basilarmembran in Antwort auf unterschiedliche Lautstärken mit
unterschiedlichen Frequenzen schwingt
e.

Im Mittelohr, wenn die Schwingungen von Hammer, Amboss und Steigbügel
verstärkt werden

3. Welche der folgenden Aussagen über das Wirbeltierauge ist falsch?

a.

Der Glaskörper reguliert die Lichtmenge, die ins Auge fällt.

b.

Die transparente Cornea ist eine Fortsetzung der Sclera.

c.

Die Fovea ist das Zentrum des Gesichtsfelds und enthält nur Zapfen.

d.

Die Ciliarmuskeln sorgen für die Akkomodation.

e.

Die Retina liegt der Chorioidea von innen auf und enthält die Photorezeptoren.

4. Wenn Licht auf das Rhodopsin in einem Stäbchen fällt, isomerisiert das Retinal und setzt einen Signaltransduktionsweg in Gang, der
a.

die benachbarten Bipolarzellen depolarisiert und ein Aktionspotenzial in einer

Ganglienzelle auslöst

147

50 Sensorische und motorische Mechanismen
b.

das Stäbchen depolarisiert und es dadurch veranlasst, den Neurotransmitter

Glutamat freizusetzen, der die Bipolarzellen erregt
c.

das Stäbchen hyperpolarisiert und dadurch dessen Glutamatausschüttung re-
duziert, wodurch einige Bipolarzellen erregt und andere gehemmt werden
d.

das Stäbchen hyperpolarisiert und dessen Glutamatausschüttung erhöht, wo-
durch Amakrinzellen erregt, Horizontalzellen hingegen gehemmt werden
e.

cGMP in GMP umwandelt, woraufhin sich Natriumkanäle öffnen und die

Übungsaufgaben

Membran hyperpolarisiert wird, wodurch Rhodopsin gebleicht wird

5. Welche Rolle spielen Calciumionen bei der Kontraktion einer Wirbeltier-Skelett-
muskelfaser?

a.

Sie brechen die Querbrücken auf, indem sie bei der Hydrolyse von ATP als

Cofaktoren fungieren.

b.

Sie binden an Troponin und verändern dessen Form derart, dass die Myosin-
bindungsstellen auf dem Actin freigelegt werden.

c.

Sie leiten Aktionspotenziale vom Motoneuron auf die Muskelfaser weiter.

d.

Sie sorgen für die Ausbreitung von Aktionspotenzialen durch die T-Tubuli.

e.

Sie stellen die Polarisation der Plasmamembran nach einem Aktionspotenzial
wieder her.

6. Zeichenübung Erstellen Sie aufgrund der im Text gegebenen Information die fol-
gende Grafik. Benutzen Sie eine Kurve für die Stäbchen und eine andere für die Zapfen.

Zahl der Photorezeptoren

–90°

– 45°

0°

45°

90°
blinder

Fovea Fleck

Lage auf der Retina (in Grad Abstand von der Fovea)

148

50 Sensorische und motorische Mechanismen

Verbindung zur Evolution

7. Im Allgemeinen erfordert die Fortbewegung an Land mehr Energie als die Fortbe-

Übungsaufgaben
wegung im Wasser. Diskutieren Sie vor dem Hintergrund dessen, was Sie in diesem

Kapitel gelernt haben, einige der evolutionären Adaptationen von Säugern an die ho-
hen Energieanforderungen, die die Bewegung an Land verlangt.

Wissenschaftliche Forschung

8. Zwar ermüden Skelettmuskeln in der Regel recht leicht, doch die Schließmuskeln
von Muscheln enthalten ein Protein namens Paramyosin, das ihnen erlaubt, ihren Kon-
traktionszustand bis zu einem Monat aufrechtzuerhalten. Schlagen Sie aufgrund des-
sen, was Sie über die zellulären Mechanismen der Muskelkontraktion wissen, eine

Hypothese vor, die erklärt, wie Paramyosin arbeitet.

149

Kapitel 51

Übungsaufgaben

Tierisches Verhalten

1. Welche der folgenden Aussagen über angeborenes Verhalten ist richtig?

a.

Gene haben nur einen sehr geringen Einfluss auf die Expression angeborenen

Verhaltens.

b.

Angeborenes Verhalten variiert innerhalb einer Population in der Regel be-
trächtlich.

c.

Angeborenes Verhalten kommt nur bei Wirbellosen vor.

d.

Angeborenes Verhalten wird bei den meisten Individuen in einer Population
über ein breites Spektrum von Umweltbedingungen exprimiert.

e.

Angeborenes Verhalten tritt bei Wirbellosen und manchen Wirbeltieren auf,
aber nicht bei Säugern.

2. Obwohl viele Schimpansenpopulationen in Habitaten leben, in denen es Ölpalm-
nüsse gibt, knacken nur die Mitglieder einiger weniger Populationen die Nüsse mit

Steinen. Die wahrscheinlichste Erklärung für diesen Verhaltensunterschied zwischen

Populationen ist, dass
a.

der Verhaltensunterschied von genetischen Unterschieden zwischen den

Populationen hervorgerufen wird
b.

Mitglieder unterschiedlicher Populationen unterschiedliche Nahrungsanforde-
rungen haben
c.

sich die kulturelle Tradition, Nüsse mithilfe von Steinen zu öffnen, nur in eini-
gen Populationen entwickelt hat
d.

Vertreter verschiedener Populationen über ein unterschiedliches Lernvermö-
gen verfügen
e.

sich Vertreter verschiedener Populationen in ihrer manuellen Geschicklichkeit
unterscheiden

3. Was von dem im Folgenden Aufgeführten ist nicht erforderlich, damit sich ein Verhaltensmerkmal durch natürliche Selektion entwickelt?

a.

Bei jedem Individuum wird die Form des Verhaltens vollständig durch Gene
bestimmt.

b.

Das Verhalten variiert zwischen Individuen.

c.

Der Fortpflanzungserfolg eines Individuums hängt teilweise davon ab, wie das

Verhalten durchgeführt wird.

d.

Einige Komponenten des Verhaltens sind erblich.

e.

Der Genotyp eines Individuums beeinflusst seinen Verhaltensphänotyp.

151

51 Tierisches Verhalten

4. Weibliche Drosseluferläufer werben aggressiv um Männchen und legen nach der

Paarung ein Gelege, das vom Männchen bebrütet wird. Diese Abfolge kann sich mehr-
mals mit jeweils anderen Männchen wiederholen, bis kein Männchen mehr verfügbar
ist, so dass das Weibchen sein letztes Gelege selbst bebrüten muss. Welcher der fol-
genden Begriffe beschreibt dieses Verhalten am besten?

a.

Monogamie
b.

Polygynie

Übungsaufgaben
c.

Polyandrie
d.

Promiskuität
e.

Vaterschaftssicherheit

5. Der Hamilton-Regel zufolge
a.

begünstigt natürliche Selektion altruistisches Verhalten nicht, das den Tod des

Altruisten nach sich zieht
b.

begünstigt natürliche Selektion altruistisches Verhalten, wenn der Nutzen für
den Nutznießer, korrigiert um den Verwandtschaftsgrad, die Kosten für den

Altruisten übersteigt
c.

begünstigt natürliche Selektion eher altruistisches Verhalten, das einem Nach-
kommen nutzt, als solches, das einem Geschwister nutzt
d.

sind die Auswirkungen von Verwandtenselektion größer als die Effekte von
direkter natürlicher Selektion auf Individuen.

e.

ist Altruismus stets reziprok.

6. Zeichenübung Sie betrachten zwei optimale Nahrungserwerbsmodelle für einen
muschelfressenden Küstenvogel, den Austernfischer. In Modell A steigt der energeti-
sche Gewinn allein mit der Muschelgröße. In Modell B berücksichtigen Sie, dass größe-
re Muscheln schwieriger zu öffnen sind. Zeichnen Sie eine Kurve für Modell A und für

Modell B, wobei Sie den Energiegewinn (auf einer Skala von null bis zehn) gegen die

Muschellänge (Skala von 0–70mm) auftragen. Nehmen Sie an, dass Muscheln unter

10mm Länge keinen Energiegewinn bringen und von den Vögeln ignoriert werden.

Nehmen Sie darüber hinaus an, dass Muscheln ab einer Länge von 40mm schwieriger
zu öffnen sind, und dass sich 70mm lange Muscheln gar nicht mehr öffnen lassen.

Wenn Sie sich die beiden Kurven ansehen, die Sie gezeichnet haben, wie könnten Sie
durch Beobachtungen und Messungen im Lebensraum der Austernfischer zwischen
beiden Modellen unterscheiden?

Wissenschaftliche Forschung

7. Wissenschaftler haben bei ihrer Beobachtung von Buschhähern festgestellt, dass

Brutpaare bei der Aufzucht ihrer Jungen häufig von „Helfern“ unterstützt wurden.

Die Helfer haben kein eigenes Revier und keinen Partner. Stattdessen helfen sie dem

Revierbesitzer, Futter für die Nachkommen zu sammeln. Entwickeln Sie eine Hypothese,
die erklärt, welchen Vorteil es den Helfern bringen könnte, sich so zu verhalten, statt
nach einem eigenen Revier und einem eigenen Partner zu suchen. Wie würden Sie Ihre

152

51 Tierisches Verhalten

Hypothese testen? Wenn sie korrekt ist, welche Ergebnisse würden Sie bei Ihrem Test
erwarten?

Übungsaufgaben

Wissenschaft, Technik und Gesellschaft

8. Forscher interessieren sich sehr für das Studium eineiiger Zwillinge, die bei der Geburt getrennt wurden und getrennt aufwuchsen. Die bisherigen Daten sprechen dafür,
dass solche Zwillinge sich ähnlicher sind, als die Forscher vorhergesagt haben; häufig
haben sie ähnliche Persönlichkeiten, Eigenarten, Gewohnheiten und Interessen. Welche
generelle Frage hoffen Forscher Ihrer Meinung nach mit dem Studium solcher Zwillinge
zu beantworten? Warum sind eineiige Zwillinge für diese Art Forschung besonders gut
geeignet?

153

Kapitel 52

Übungsaufgaben

Ökologie und
die Biosphäre: Eine Einführung

1. Welches der folgenden Forschungsgebiete beschäftigt sich mit den funktionellen

Prozessen des Stoff- und Energietransfers zwischen den Organismen und ihrer abioti-
schen Umwelt?

a.

die Populationsökologie
b.

die Ökologie des Einzelorganismus (Autökologie)

c.

die Landschaftsökologie
d.

die Ökosystemforschung
e.

die Ökologie der Lebensgemeinschaften (Biozönologie)

2. Was wäre, wenn? Angenommen, die Erdachse würde im rechten Winkel zur

Ebene ihrer Umlaufbahn stehen. Der Effekt, den man am ehesten voraussehen könnte,
wäre
a.

kein Tag- und Nachtwechsel
b.

eine starke Veränderung der Jahreslänge
c.

eine Abkühlung am Äquator
d.

ein Verlust der jahreszeitlichen Schwankungen in den hohen Breitengraden
e.

das Verschwinden der Meeresströmungen

3. Wenn man auf einen Berg steigt, stellt man einen Wechsel in der Zusammensetzung der Lebensgemeinschaften fest; dieser ist analog der Veränderung
a.

der Biome auf unterschiedlichen geografischen Breiten
b.

der Biozönosen in verschiedenen Tiefen der Meere
c.

innerhalb einer Lebensgemeinschaft zu verschiedenen Jahreszeiten
d.

innerhalb eines Ökosystems, das sich im Laufe der Zeit weiterentwickelt
e.

der Biozönosen in Europa von Osten nach Westen

4. Die Ozeane wirken sich in allen nachfolgend genannten Aspekten auf die Biosphäre aus, mit Ausnahme
a.

der Produktion eines beträchtlichen Anteils des Sauerstoffs in der Biosphäre
b.

der Aufnahme von Kohlendioxid aus der Atmosphäre
c.

der Abpufferung des Klimas in meeresnahen terrestrischen Biomen
d.

der Regulation des pH-Wertes in Süßwasserbiomen und im terrestrischen

Grundwasser
e.

der Tatsache, dass sie die Quelle für den größten Teil der globalen Niederschlä-
ge darstellen

155

52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung

5. Welche Zone würde in einem sehr flachen See fehlen?

a.

die benthische Zone
b.

die aphotische Zone
c.

die pelagische Zone
d.

das Litoral
e.

die Uferzone

6. Welche der folgenden Aussagen über oligotrophe und eutrophe Seen trifft zu?

Übungsaufgaben
a.

Oligotrophe Seen neigen stärker zu Sauerstoffmangel.

b.

Die Photosyntheserate ist in eutrophen Seen niedriger.

c.

Das Wasser eutropher Seen enthält Nährstoffe in geringerer Konzentration.

d.

Eutrophe Seen sind nährstoffreicher.

e.

Die Sedimente oligotropher Seen enthalten größere Mengen an abbaubarem
organischen Material.

7. Welche der folgenden Eigenschaften ist für die meisten terrestrischen Biome charakteristisch?

a.

durchschnittlicher Jahresniederschlag von mehr als 2500 Millimeter
b.

eine Verbreitung, die sich fast ausschließlich anhand der geophysikalischen

Eigenschaften des Ausgangsgesteins und des Bodens vorhersagen lässt
c.

scharfe Grenzen zwischen benachbarten Biomen
d.

eine Vegetation mit vertikaler Schichtung
e.

kalte Wintermonate

8. Welches der folgenden Biome steht neben der richtigen Beschreibung seines Kli-
mas?

a.

Savanne – niedrige Temperaturen, das ganze Jahr über gleichmäßiger Nieder-
schlag
b.

Tundra – lange Sommer, milde Winter
c.

Laubwald der gemäßigten Breiten – relativ kurze Vegetationsperiode, milde

Winter
d.

Graslandschaft gemäßigter Breiten – relativ warme Winter, Niederschläge
schwerpunktmäßig im Sommer
e.

tropische Wälder – nahezu konstante Tageslänge und Temperatur

9. Angenommen, die Anzahl der Vogelarten ist vorwiegend von der Anzahl der verti-
kalen Schichten eines Lebensraumes abhängig. In welchem der folgenden Biome würde
man dann die größte Anzahl von Vogelarten vorfinden?

a.

im tropischen Regenwald
b.

in der Savanne
c.

in der Wüste
d.

im Laubwald gemäßigter Breiten
e.

in Graslandschaften gemäßigter Breiten

156

52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung

10. Zeichenübung Sie haben etwas über das in Abbildung 52.8 beschriebene Experi-
ment von W. J. Fletcher gelesen und entschließen sich, selbst die Nahrungsbeziehungen

Übungsaufgaben
zwischen Meerottern, Seeigeln und Seetang zu untersuchen. Sie wissen, dass Meerot-
ter sich von Seeigeln und Seeigel sich von Seetang ernähren. An vier Stellen an der

Küste ermitteln Sie die Dichte des Seetangs. Dann halten Sie sich an jeder Stelle einen

Tag auf und halten bei Tagbedingungen alle fünf Minuten fest, wie viele Meerotter
an der Stelle vorhanden sind oder nicht. Stellen Sie anhand der unten wiedergegebe-
nen Messwerte in einer Grafik dar, wie die Dichte der Meerotter mit der Dichte des

Seetangbewuchses korreliert. Dann formulieren Sie eine Hypothese, mit der sich Ihre

Beobachtungen erklären lassen.

Stelle

Tangbewuchs (% Bedeckung)

Meerotterdichte (Zahl der Sichtungen/Tag)

1

75

98

2

1.

1.

3

60

85

4

25

36

Wissenschaftliche Forschung

11. Jens Clausen und seine Mitarbeiter vom Carnegie Institute in Washington (USA)

untersuchten, wie sich die Größe und das morphologisch-anatomische Erscheinungs-
bild von Individuen der Schafgarbenart Achillea lanulosa, die an den Berghängen der Sierra Nevada in unterschiedlichen Höhen über dem Meeresspiegel angepflanzt wurden, mit der Höhenlage verändern. Sie stellten dabei fest, dass Individuen in geringerer

Meereshöhe allgemein größer waren und eine höhere Vitalität zeigten als solche, die
in größeren Höhen angepflanzt wurden. Die Ergebnisse sind in folgender Abbildung
dargestellt:

100

50
mittlere
uchshöhe (cm)

W

0

3000

2000

Sierra Nevada

1000

Großes Becken

(Great Basin)

0
dem Meer (m)

Höhenlage über

Herkunft der Samen

Zur Erklärung dieser Unterschiede einer Pflanzenart schlugen Clausen und Mitarbeiter
zwei Hypothesen vor:

157

52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung

(1) Zwischen den Pflanzenpopulationen der verschiedenen Höhenlagen bestehen gene-
tische Unterschiede; (2) die Art zeigt eine morphologische Plastizität und kann je nach
abiotischen Umweltbedingungen und Standort ein unterschiedliches Erscheinungsbild
haben. Angenommen, Sie besitzen Samen dieser Schafgarbenart, die in verschiede-
nen Höhenlagen gesammelt wurden. Mit welchen Experimenten würden Sie prüfen,
welche der beiden Hypothesen zutrifft?

Übungsaufgaben

158

Kapitel 53

Übungsaufgaben

Populationsökologie

1. Die Beobachtung, dass die Individuen einer Population regelmäßig verteilt sind, lässt darauf schließen, dass
a.

die von der Population bewohnte Fläche, zunimmt
b.

die Ressourcen ungleichmäßig verteilt sind
c.

die Individuen der Population um den Zugang zu einer Ressource konkurrieren
d.

die Individuen der Population keine Interaktionen zeigen
e.

die Größe der Population gering ist

2. In der Populationsökologie verfolgt man das Schicksal von Kohorten, um
a.

die Umweltkapazität einer Population zu ermitteln
b.

festzustellen, ob eine Population von dichteabhängigen Faktoren reguliert
wird
c.

die Natalitäts- und Mortalitätsrate der einzelnen Gruppen innerhalb der Popu-
lation zu ermitteln
d.

festzustellen, welche Faktoren über die Größe einer Population bestimmen
e.

festzustellen, ob eine Population zyklisches Wachstum aufweist

3. Nach der logistischen Gleichung für das Wachstum
dN

( K − N)

= rN
dt

K
a.

ist die Anzahl der in jeder Zeiteinheit hinzukommenden Individuen am größ-
ten, wenn N nahezu 0 ist
b.

steigt die Pro-Kopf-Wachstumsrate ( r), wenn N sich an K annähert c.

ist das Populationswachstum 0, wenn N = K
d.

wächst die Population exponentiell, wenn K klein ist
e.

geht die Natalitätsrate ( b) gegen 0, wenn N gegen K geht

4. Die Umweltkapazität einer Population
a.

lässt sich mit dem logistischen Wachstumsmodell genau berechnen
b.

bleibt in der Regel über längere Zeit konstant
c.

nimmt mit abnehmender Pro-Kopf-Wachstumsrate ( r) zu
d.

kann sich mit den Umweltbedingungen verändern
e.

kann nicht überschritten werden

5. Welche Begriffspaare bilden eine zutreffende Beschreibung der Merkmale eines

Lebenszyklus in einer stabilen Wolfpopulation?

159

53 Populationsökologie
a.

semelpar; r-Selektion
b.

semelpar; K-Selektion
c.

iteropar; r-Selektion
d.

iteropar; K-Selektion
e.

iteropar; N-Selektion

6. Bei exponentiellem Wachstum
a.

wächst eine Population immer um tausende von Individuen

Übungsaufgaben
b.

wächst eine Population immer mit der maximalen Pro-Kopf-Wachstumsrate
c.

erreicht eine Population schnell die Umweltkapazität
d.

macht eine Population im Laufe der Zeit einen Zyklus durch
e.

verliert eine Population stets einige Individuen durch Abwanderung

7. Bei der Untersuchung der Populationszyklen von Schneeschuhhasen und ihrer na-
türlichen Feinde, der Luchse, hat sich herausgestellt, dass
a.

die Population der Beutetiere ausschließlich durch die Räuber kontrolliert wird
b.

Schneeschuhhasen und Luchse so voneinander abhängig sind, dass jede der
beiden Arten nicht ohne die andere überleben kann
c.

zahlreiche biotische und abiotische Faktoren zu der zyklischen Entwicklung
der Schneeschuhhasen- und Luchspopulation beitragen
d.

sowohl die Schneeschuhhasen- als auch die Luchspopulation vorwiegend
durch abiotische Faktoren beeinflusst wird
e.

die Schneeschuhhasenpopulation der r-Selektion und die Luchspopulation der

K-Selektion unterliegen

8. Welche der folgenden Aussagen über die Bevölkerung von Industrieländern trifft
nicht zu?

a.

Die durchschnittliche Familiengröße ist relativ gering.

b.

Die Bevölkerung hat den demografischen Übergang bereits hinter sich.

c.

Der Lebenszyklus unterliegt der r-Selektion.

d.

Die Überlebenskurve entspricht dem Typ I.

e.

Die Altersverteilung ist relativ einheitlich.

9. Zeichenübung Wenn man abschätzen will, welche Kohorte in einer Population
von Weibchen die meisten weiblichen Nachkommen hervorbringt, braucht man Infor-
mationen über die Anzahl der Nachkommen, die diese Kohorte pro Kopf produziert,
und die Anzahl der lebenden Mitglieder dieser Kohorte. Stellen Sie eine solche Schät-
zung für die Belding-Ziesel an; multiplizieren Sie dazu die Anzahl der Weibchen, die zu

Beginn eines Jahres am Leben waren (Spalte 2 in Tabelle 53.1) mit der durchschnitt-
lichen der pro Weibchen produzierten Anzahl weiblicher Nachkommen (Spalte 5 in

Tabelle 53.2). Zeichnen Sie ein Balkendiagramm mit dem Alter der Weibchen (0–1, 1–2
und so weiter) auf der x- und dem der Gesamtzahl weiblicher Nachkommen der ein-
zelnen Altersgruppen auf der y-Achse. Welche Kohorte der Belding-Ziesel bringt die meisten weiblichen Jungtiere hervor?

160

53 Populationsökologie

Verbindung zur Evolution

10. Stellen Sie in einem kurzen Text gegenüber, welche Umweltbedingungen die Selek-

Übungsaufgaben
tion der semelparen und der iteroparen Fortpflanzung begünstigen.

Wissenschaftliche Forschung

11. Sie haben die Hypothese aufgestellt, dass die Individuendichte einer bestimmten Pflanzenart Einfluss darauf hat, mit welcher Rate ein pathogener Pilz diese Pflanzen
infiziert. Da der Pilz an den Blättern sichtbare Schadstellen entstehen lässt, können

Sie leicht erkennen, welche Pflanzen infiziert sind und welche nicht. Entwerfen Sie
ein Experiment, mit dem Sie Ihre Hypothese überprüfen können. Beschreiben Sie die
experimentelle Vorgehensweise und die Kontrollen, den Typ der gesammelten Daten
und die Ergebnisse, mit denen Sie rechnen können, wenn Ihre Hypothese stimmt.

161

Kapitel 54

Übungsaufgaben

Ökologie der Lebensgemeinschaften

1. Die interspezifischen Nahrungsbeziehungen in einer Lebensgemeinschaft haben
einen Einfluss auf
a.

die Sekundärsukzession
b.

die ökologische Nischen
c.

die trophische Struktur
d.

die Arten-Flächen-Kurve
e.

den Artenreichtum

2. Das Konkurrenzausschlussprinzip besagt, dass
a.

zwei Arten nicht in demselben Lebensraum nebeneinander existieren können
b.

die Konkurrenz zwischen zwei Arten immer dazu führt, dass eine Art ausstirbt
oder abwandert
c.

die Konkurrenz in einer Population das Überleben der am besten angepassten

Individuen begünstigt
d.

zwei Arten, die genau die gleiche ökologische Nische besitzen, in einer Lebens-
gemeinschaft nicht nebeneinander existieren können
e.

zwei Arten die Fortpflanzung einstellen, bis eine von ihnen den Lebensraum
verlässt

3. Räuberische Schlüsselarten können die Artenvielfalt in einer Lebensgemeinschaft aufrechterhalten, wenn sie
a.

andere Räuber durch Konkurrenz ausschließen
b.

sich von der dominierenden Art der Lebensgemeinschaft ernähren
c.

die Zuwanderung anderer Arten gestatten

4. Nahrungsketten sind manchmal kurz, da
a.

jede Pflanzenart nur zur Ernährung einer einzigen Herbivorenart dient
b.

das lokale Aussterben einer Art zum Aussterben der anderen Art in ihrer Nah-
rungskette führt
c.

der größte Teil der Energie einer Trophieebene beim Übergang zur nächst
höheren Ebene verloren geht
d.

räuberisch lebende Arten in der Regel weniger artenreich sind und geringere

Individuenzahlen haben als Beutetierarten
e.

die meisten Produzenten ungenießbar sind

163

54 Ökologie der Lebensgemeinschaften

5. Welchen der folgenden Vorgänge könnte man in der Lebensgemeinschaft einer

Steppenlandschaft als top-down-Kontrolle einordnen?

a.

die Begrenzung der Phytomasse durch die Niederschlagsmenge
b.

den Einfluss der Temperatur auf die Konkurrenz zwischen den Pflanzen
c.

den Einfluss der Nährstoffe im Boden auf die Häufigkeit von Gräsern im Ver-
gleich zu Kräutern
d.

die Auswirkungen der Weideintensität des Bisons auf die Artenvielfalt der

Übungsaufgaben

Pflanzen
e.

die Auswirkung der Feuchtigkeit auf die Wachstumsrate der Pflanzen

6. Nach der Hypothese ist der größere Artenreichtum der Tropen im Vergleich zu den gemäßigten Breiten damit zu erklären, dass
a.

tropische Lebensgemeinschaften jünger sind
b.

in tropischen Regionen allgemein mehr Wasser zur Verfügung steht und die

Sonneneinstrahlung stärker ist
c.

die höheren Temperaturen für eine schnellere Artbildung sorgen
d.

die biologische Vielfalt mit sinkender Evapotranspiration zunimmt
e.

tropische Regionen eine sehr hohe Zuwanderungsrate und eine geringe Aus-
sterberate besitzen

7.

Zeichenübung Abbildung 54.13 zeigt den Teil eines Nahrungsnetzes für das

Flussmündungsgebiet der Chesapeake Bay (USA). Eine weitere wichtige Art in diesem

Gebiet ist die Blaukrabbe Callinectes sapidus. Omnivor ernährt sie sich von Seegras (Zostera marina) und anderen Primärproduzenten, aber auch von Muscheln. Außerdem sind Blaukrabben auch Kannibalen. Sie sind ihrerseits die Vorzugsnahrung der vom

Aussterben bedrohten Kemps-Bastardschildkröte (Lepidochelys kempi) und auch der

Mensch nutzt diese Blaukrabben als Delikatesse. Zeichnen Sie auf der Grundlage dieser

Informationen ein Nahrungsnetz, dem die Blaukrabben angehören. Angenommen, für
dieses System gilt das top-down-Modell: Wie würde sich die Abundanz des Seegrases
entwickeln, wenn es den Menschen verboten würde, die Krabben zu fangen?

Wissenschaftliche Forschung

8. Ein Ökologe führt im Rahmen seiner Untersuchungen an Wüstenpflanzen folgen-
des Experiment durch: Er grenzt zwei gleichgroße Untersuchungsflächen ab, auf denen
jeweils einige Wermutpflanzen (Artemisia tridentata) und zahlreiche andere Pflanzenarten vorkommen. Dabei findet er auf beiden Flächen die gleichen fünf Pflanzenarten in
ungefähr gleicher Abundanz vor. Anschließend errichtet er um eine der Flächen einen

Zaun, um Kängururatten (Dipodomys), die häufigsten Samenfresser der Region, fern-
zuhalten. Nach zwei Jahren sind vier der Pflanzenarten auf der umzäunten Fläche nicht
mehr vorhanden, eine Art dagegen hat sich explosionsartig vermehrt. Auf der Kontroll-
fläche hat sich die Artenvielfalt nicht verändert. Formulieren Sie eine Hypothese, mit
der sich diese Ergebnisse erklären lassen. Welche zusätzlichen Befunde würden für Ihre

Hypothese sprechen?

164

Kapitel 55

Übungsaufgaben

Ökosysteme

1. Welches der folgenden Organismen passt nicht zu der angeführten Trophieebene?

a.

Cyanobakterium – Primärproduzent
b.

Heuschrecke – Primärkonsument
c.

Zooplankton – Primärproduzent
d.

Adler - Tertiärkonsument
e.

Pilz – Destruent

2. Welches der folgenden Ökosysteme hat die niedrigste Nettoprimärproduktion je Quadratmeter?

a.

ein Salzrasen
b.

das offene Meer
c.

ein Korallenriff
d.

eine Steppe
e.

ein tropischer Regenwald

3. Nitrifizierende Bakterien beteiligen sich am Stickstoffkreislauf vor allem durch a.

die Umwandlung von gasförmigem Stickstoff in Ammoniak
b.

die Freisetzung von Ammonium aus organischen Verbindungen, so dass das

Ammonium dem Boden zurückgeführt werden kann
c.

die Umsetzung von Ammoniak zu gasförmigem Stickstoff, der in die Atmo-
sphäre eintritt
d.

die Umsetzung von Ammonium zu Nitrat, das von Pflanzen aufgenommen
wird
e.

den Einbau von Stickstoff in Aminosäuren und andere organische Verbindun-
gen

4. Welcher der folgenden Faktoren hat die größten Auswirkungen auf die Umsatzrate
der Stoffkreisläufe in einem Ökosystem?

a.

die Rate der Primärproduktion
b.

die Produktionseffizienz der Konsumenten
c.

die Mineralisierungsrate
d.

die trophische Effizienz des Ökosystems
e.

die Lage der Nährstoffreservoire im Ökosystem

5. Das Experiment in den Wassereinzugsgebieten von Hubbard Brook lieferte alle im

Folgenden genannten Ergebnisse, mit Ausnahme dass

165

55 Ökosysteme
a.

die meisten Mineralstoffe in einem Waldökosystem wiederverwertet werden
b.

der Abfluss der Mineralstoffe aus einem natürlichen Wassereinzugsgebiet
durch den Zustrom an Mineralstoffen ausgeglichen wird
c.

die Abholzung den Wasserabfluss verstärkt
d.

das Nitrat in Wasser, das aus dem gerodeten Gebiet abfließt, eine gefährliche
hohe Konzentration erreichen kann
e.

die Calciumkonzentration im Boden des gerodeten Gebietes hoch bleibt

Übungsaufgaben

6. Welches der folgenden Phänomene ist eine Folge der biologischen Akkumulation?

a.

Umweltgifte stellen für die Prädatoren am oberen Ende der Nahrungsketten
eine größere Gefahr dar als für Primärkonsumenten.

b.

Die Prädatorenpopulationen am oberen Ende der Nahrungskette sind in der

Regel kleiner als die Populationen der Primärkonsumenten.

c.

Die Biomasse der Primärproduzenten in einem Ökosystem ist in der Regel
größer als die Biomasse der Primärkonsumenten.

d.

Nur ein kleiner Teil der von den Primärproduzenten aufgenommenen Energie
wird an die Konsumenten weitergegeben.

e.

Die Menge der Biomasse auf der Primärproduzentenebene eines Ökosystems
nimmt ab, wenn die Umsatzrate der Primärproduzenten zunimmt.

7. Die wichtigste Ursache für die Zunahme der CO2-Konzentration in der Erdatmo-
sphäre während der letzten 150 Jahre ist
a.

die zunehmende globale Primärproduktion
b.

die globale Zunahme der Gesamtbiomasse
c.

eine Zunahme der Infrarotstrahlung, die von der Troposphäre absorbiert wird
d.

die Verbrennung immer größerer Mengen von Holz und fossilen Energieträ-
gern
e.

die zusätzliche Atmung der rapide zunehmenden Erdbevölkerung

8. Zeichenübung Gehen Sie von Abbildung 55.21 aus und verlängern Sie die x-Achse bis zum Jahr 2100. Dann verlängern Sie die Kurve für die CO2-Werte, wobei Sie von der

Hypothese ausgehen, dass die CO2-Konzentration weiterhin so schnell steigt wie zwi-
schen den Jahren 1974 und 2007. Welche ungefähre CO2-Konzentration ergibt sich für
das Jahr 2100? Welche ökologischen Faktoren und welche Entscheidungen der Men-
schen werden den tatsächlichen Anstieg der CO2-Konzentration beeinflussen? Welche
zusätzlichen wissenschaftlichen Befunde könnten der Gesellschaft helfen, diesen Wert
vorauszusagen?

Wissenschaftliche Forschung

9. Als Forschungsobjekte stehen Ihnen zwei benachbarte Seen in einem Wald zur

Verfügung. Planen Sie ein kontrolliertes Experiment, mit dem Sie die Auswirkungen
des Eintrags von Blättern auf die Primärproduktion in einem See quantitativ erfassen
können.

166

Kapitel 56

Übungsaufgaben

Naturschutz und

Renaturierungsökologie

1. Nach den Erkenntnissen der Ökologie befindet sich die biologische Vielfalt in einer Krise, da
a.

die Biophilie dazu führt, dass die Menschen ein ethisches Verantwortungsbe-
wusstsein für den Schutz von Organismenarten empfinden
b.

Wissenschaftler heute die meisten Organismenarten der Erde entdeckt, be-
schrieben und gezählt haben, so dass wir nun die Aussterberate genau be-
rechnen können
c.

die Aussterberate derzeit sehr hoch ist und viele Arten bedroht oder gefährdet
sind
d.

viele potenziell lebensrettende Arzneisubstanzen durch die Evolution der Arten
verloren gehen
e.

es zu wenige Hotspots der biologischen Vielfalt gibt

2. Welcher der folgenden Fälle ist ein Beispiel für biologische Sanierung?

a.

Zusatz stickstofffixierender Bakterien in ein geschädigtes Ökosystem mit dem

Ziel, die verfügbare Stickstoffmenge zu steigern
b.

Einebnung einer Tagebaugrube mit Bulldozern
c.

Nachweis eines neuen Hotspots der biologischen Vielfalt
d.

Umbau eines Flussbetts
e.

Ausbringen von Samen einer Pflanze, die Chrom anreichert, auf einem mit

Chrom kontaminierten Boden

3. Eine Population, die sich in einer Aussterbespirale befindet, unterscheidet sich von den meisten anderen Populationen dadurch, dass
a.

ihr Lebensraum fragmentiert ist
b.

es sich um ein seltenes Raubtier am oberen Ende der Nahrungskette handelt
c.

ihre effektive Populationsgröße viel geringer ist als die gesamte Populations-
größe
d.

ihre genetische Variabilität sehr gering ist
e.

sie nicht gut an die Bedingungen eines Lebensraumes angepasst ist

4. Die Forschungsrichtung, bei der man ökologische Gesetzmäßigkeiten anwendet,
um geschädigte Ökosysteme wieder in einen natürlicheren Zustand zu versetzen, be-
zeichnet man als

167

56 Naturschutz und Renaturierungsökologie
a.

Wissenschaft der Überlebensfähigkeit von Populationen
b.

Landschaftsökologie
c.

Artenschutzökologie
d.

Renaturierungsökologie
e.

Wissenschaft zur Ressourcenerhaltung

5. Welches ist die größte Gefahr für die biologische Vielfalt?

a.

die übermäßige Ausbeutung wirtschaftlich wichtiger Organismenarten

Übungsaufgaben
b.

eingeschleppte Arten, die mit einheimischen Arten konkurrieren oder sie als

Beute nutzen
c.

die Verschmutzung von Luft, Wasser und Boden
d.

die Störung der Trophiebeziehungen durch das Aussterben von immer mehr

Beutetierarten
e.

Veränderung, Fragmentierung und Zerstörung von Lebensräumen

6. Mit welcher der folgenden Strategien könnte man die genetische Variabilität in
einer Population, die sich in einer Aussterbespirale befindet, am schnellsten steigern?

a.

Einfangen aller verbliebenen Individuen der Population, Vermehrung in der

Gefangenschaft und anschließendes Aussetzen
b.

Einrichtung eines Schutzgebietes, in dem der Lebensraum der Art geschützt
ist
c.

Einbringen neuer Individuen aus anderen Populationen derselben Art
d.

Sterilisation der am wenigsten überlebensfähigen Individuen in der Population
e.

Verringerung von Populationen derjenigen Arten, die natürliche Feinde oder

Konkurrenten der gefährdeten Art sind

7. Welche der folgenden Aussagen über Schutzgebiete, die zur Erhaltung der biolo-
gischen Vielfalt eingerichtet wurden, trifft nicht zu?

a.

Ungefähr 25 Prozent aller Landflächen auf der Erde sind heute geschützt.

b.

Nationalparks sind einer von vielen Typen von Schutzgebieten.

c.

Die meisten Schutzgebiete sind so klein, dass die Arten dort nicht überleben
können.

d.

Das Management von Schutzgebieten und der umliegenden Regionen sollte
koordiniert werden.

e.

Es ist besonders wichtig, die Hotspots der biologischen Vielfalt zu schützen.

Wissenschaftliche Forschung

8. Zeichenübung Angenommen, Sie haben die Aufgabe, ein Waldschutzgebiet ein-
zurichten. Unter anderem sollen damit die lokalen Populationen von Waldvogelarten
gestärkt werden, die unter dem Parasitismus des Kuhstärlings leiden. Aus wissenschaft-
lichen Publikationen erfahren Sie, dass Kuhstärlingweibchen in der Regel nicht weiter
als 100 Meter ins Innere eines Waldes vordringen und dass der Brutparasitismus bei

Arten, die im dichteren inneren Wald nisten, geringer ist. Das Waldgebiet, das Ihnen
zur Verfügung steht, erstreckt sich über 6000 Meter von Osten nach Westen und über

168

56 Naturschutz und Renaturierungsökologie

1000 Meter von Norden nach Süden. Die Umgebung des Schutzgebietes besteht eben-
falls aus intakten Wäldern, nur im Westen grenzt es an offenes Weideland, und an der

Übungsaufgaben

Südwestecke schließt sich auf einer Breite von 500 Metern ein landwirtschaftlich ge-
nutztes Feld an. Ihre Planung muss ein kleines Verwaltungsgebäude einschließen, für
das Sie 100 Quadratmeter veranschlagen. Außerdem muss von der Nord- zur Südgren-
ze des Schutzgebietes eine 1000 Meter lange und zehn Meter breite Straße gebaut
werden. Entwerfen Sie eine Karte des Schutzgebietes. Zeichnen Sie ein, wo Sie die

Straße und das Gebäude vorsehen würden, damit die Kuhstärlinge an den Rändern so
wenig wie möglich eindringen können. Begründen Sie Ihre Überlegungen.

169

Teil II

Lösungen

Kapitel 1

Kapitel 1

1. b 2. d 3. a 4. c 5. c 6. c 7. d 8. b 9. Ihre Abbildung sollte Folgendes zeigen:

(1) Für den Fall der Biosphäre den Planeten Erde mit einem, von einem tropischen Meer
ausgehenden Pfeil; (2) für das Ökosystem eine Übersicht über ein Korallenriff; (3) für den Fall der Lebensgemeinschaft eine Gruppe von Korallen mit Korallenfischen und anderen

Meeresorganismen, Rot- und Braunalgen und allen sonstigen Organismenarten, die

Ihnen einfallen; (4) für die Population eine Gruppe von Anemonenfischen derselben

Art; (5) für das Individuum einen Fisch aus dieser Fischpopulation; (6) für Organe den

Magen des Fisches; für ein Organsystem seinen gesamten Verdauungstrakt (siehe ggf.

Kapitel 42 für Einzelheiten); (7) für ein Gewebe eine Gruppe gleichartiger Zellen des

Magens; (8) für eine Zelle eine Zelle aus diesem Gewebeverband, die den Zellkern und
einige weitere Organellen erkennen lässt; (9) für ein Organell den Zellkern, in dem sich
die Hauptmenge der DNA befindet; und (10) für ein Molekül die Doppelhelix der DNA.

Ihre Handzeichnungen können grobe Skizzen sein.

10. Viele dieser tausend Gene entstanden bereits in frühesten prokaryotischen Zellen.

Die Gene wurden über Millionen von Jahren während der eukaryotischen Evolution mit
wenigen Änderungen beibehalten.

Diese Gene codieren meist Proteine und RNA für lebenswichtige Funktionen in beiden

Zelltypen. Allerdings stellen neuste Arbeiten diese Annahme in Frage.

11. Wenn diese Gene, welche die Zellteilung kontrollieren, an der Produktion größerer Tomaten beteiligt sind, könnten sie ähnliche Auswirkungen haben, wenn sie auf andere Obst- und Gemüsearten übertragen werden. Krebs ist eine Folge unkontrollierter

Zellteilungen. Wenn man davon ausgeht, dass es Ähnlichkeiten zwischen Tomaten-
genen und menschlichen Genen gibt, dann ist das Wissen über die Tomatengene auch
bedeutsam für die menschliche Entwicklung und für Krankheiten. Die Kontrolle der Zell-
teilung ist ein fundamentaler Prozeß des Wachstums, der Reparatur und der asexuellen

Lösungen

Reproduktion. Das sind alles wichtige Themen der Biologie.

173

Lösungen

Kapitel 2

1. a.

2. b

3. b

4. c

5. b

6. a

7. b

8. b

9.

Diese Struktur ergibt keinen Sinn, da die

Valenzschale des Kohlenstoffs nicht ab-
geschlossen ist; Kohlenstoff kann vier

Bindungen ausbilden.

Diese Struktur ist sinnvoll, weil die

Valenzschalen aller Atome vollständig
gefüllt sind und alle Bindungen die „kor-
rekte“ Anzahl von Elektronen aufweisen.

Diese Struktur ergibt keinen Sinn,
weil H nur ein Elektron beisteuern
kann; es kann daher unter normalen

Umständen keine Bindungen zu zwei

Atomen aufbauen.

Diese Struktur ergibt aus mehreren Gründen keinen Sinn:

Die Valenzschale des Sauerstoffatoms ist nicht
abgeschlossen; Sauerstoff kann zwei Bindungen
ausbilden.

H kann nur ein Elektron beisteuern und kann
somit keine Doppelbindung ausbilden.

Stickstoff bildet für gewöhnlich drei Bindungen aus. Es
besitzt nicht genug Elektronen, um zwei Einfachbindungen
und eine Doppelbindung auszubilden und seine Valenzschale
zu vervollständigen.

10. Alle Organismen entstanden auf der Erde und sind genetisch miteinander ver-
wandt. Je ähnlicher die chemischen Bestandteile der Organismen sind, desto näher
müsste die verwandtschaftliche Beziehung sein.

11. Die komplexen Formen der Biomoleküle sind für die spezifischen Interaktionen
der Verbindungen verantwortlich.

Hypothese: Rezeptoren an den Antennen der männlichen Seidenspinner besitzen Mole-
küle auf ihrer Zelloberfläche, deren Formen komplementär zu den Pheromonmolekülen
der weiblichen Seidenspinner sind. Dies führt zu einigen überprüfbaren Vorhersagen.

1.

Die Seidenspinnerpheromone binden an spezifischen Rezeptorzellen der Antennen
der Männchen.

Lösungen

2.

Chemisch sehr ähnliche Moleküle müssten daher auch anziehend auf männliche

Seidenspinner wirken.

3.

Ändert man die Molekülstruktur der Pheromone (z.B. durch Temperatur oder che-
mische Einflüsse), so müssten diese weniger anziehend wirken.

Mit Hilfe eines Experiments könnten diese drei Vorhersagen überprüft werden. Einige
männliche Seidenspinner werden unter zwei verschiedenen Bedingungen gehalten.

Eine Kontrollgruppe wird unter Normalbedingungen gehalten; die Pheromone sind
unverändert. Die zweite Gruppe ist die Versuchsgruppe: Hier werden die Pheromone
durch Erhitzen verändert. Die Reaktion der männlichen Motten auf die Pheromone wird
in beiden Gruppen beobachtet.

174

Kapitel 2

12. Moleküle und ionische Verbindungen sind Kombinationen aus Atomen. Jedes

Molekül hat eine bestimmte Größe, Form und Ladungsverteilung, welche die Spezi-
fität der Interaktion mit anderen Molekülen bestimmen. Aus den gleichen Atomen
können verschiedene Moleküle mit deutlichen unterschiedlichen chemischen Eigen-
schaften aufgebaut sein. Steroide, die DNA, Zucker und Enzyme z.B. enthalten Kohlen-
stoff, Wasserstoff und Sauerstoffatome. Die Struktur, die Funktion und die chemischen

Eigenschaften dieser vier Moleküle sind sehr unterschiedlich.

Lösungen

175

Lösungen

Kapitel 3

1. d

2. c

3. b

4. c

5. c

6. d.

7. c.

8. c

9.

10. Bei der letzten Marsexpedition wurde gefrorenes Wasser im Boden gefunden.

Wasser ist einer der Faktoren, die für das Leben auf der Erde verantwortlich sind. Es ist die logische Schlussfolgerung, dass dasselbe auch für andere Planeten wie den Mars
gilt, wo Wasser vorhanden ist. Natürlich müsste eine ausreichende Menge Wasser in
einer nutzbaren Form vorhanden sein. Andere wichtige Faktoren für mögliches Leben
sind eine bestimmte Atmosphäre und ähnliche Temperaturverhältnisse wie auf der Erde.

11. Hypothese: Die Wachstumsrate der Wasserpest nimmt mit sinkendem pH-Wert
ab.

Versuch: Eine Reihe von Wasserbädern mit unterschiedlichen pH-Werten, ansonsten
aber gleichen Bedingungen, wird aufgestellt. Jedes Bad enthält die gleiche Biomasse
an Wasserpest. In regelmäßigen Abständen wird die Masse der Wasserpest bestimmt
und ausgewertet.

12. Aufgrund der Wasserstoffbrückenbindungen besitzt Wasser eine hohe Wärme-
kapazität. Durch die Neubildung von Wasserstoffbrückenbindungen beim Gefrieren
wird Wärme freigesetzt, die das Zellwasser in den Blättern vor dem Gefrieren schützt.

Lösungen

176

Kapitel 4

Kapitel 4

1. b

2. d

3. a

4. b

5. b

6. a

7. d

8.

Silizium hat wie Kohlenstoff vier Valenzelektronen. Aus diesem Grund könnte Silizium
mit sich selbst zu langen, verzweigten, kettenförmigen Molekülen reagieren, um so das

Grundgerüst für organische Moleküle zu bilden.

9. Das L-DOPA-Molekül passte auf ein spezifisches Rezeptorprotein von Gehirnzellen und löste somit die Folgereaktionen der Zelle aus. Das Enantiomer D-DOPA hat eine
andere Form und kann somit nicht an den Rezeptor binden.

Lösungen

177

Lösungen

Kapitel 5

1. d

2. c

3. a

4. b

5. a

6. d

7. b

8.

Polymer oder

Polymer oder

Monomere oder

Monomere oder

„größeres

„größeres

Bestandteile

Molekül“

Molekül“

Bindungstyp

Bindungstyp

Kohlen- Monosaccharide Polysaccharide Glycosidbindung
hydrate

Lipide

Fettsäuren u.a. Triacylglycerine Esterbindung

(manche)

Proteine

Aminosäuren

Polypeptide

Peptidbindung

Nuclein- Nucleotide

Polynucleotide

Phosphodiester-
säuren
bindung

9.

Strang
komplementärer

Strang

10.

Lösungen

Stärke ist ein Glucosepolymer. Wenn Stärke hydrolysiert entsteht ein Gemisch aus Glu-
cose, verschiedenen Di- und Trisacchariden. Keines dieser Moleküle ist so süß wie die

Saccharose (Rübenzucker), da sie aus den Monomeren Glucose und Fructose besteht.

178

Kapitel 5

Das Gleichgewicht der Stärkehydrolyse ist erreicht, wenn etwa 50% der glycosidischen

Bindungen aufgebrochen sind.

11. Die Verwendung anaboler Steroide ist bei den verschiedenen nationalen und in-
ternationalen Sportorganisationen verboten. Deswegen werden Steroide von einigen

Athleten illegal eingenommen.

Lösungen

179

Lösungen

Kapitel 6

1. c

2. b

3. d

4. d

5. b

6. e

7.

Siehe Abbildung 6.2

8. Fast alle Biomembranen sind Phospholipid-Doppelmembranen. Sie finden sich in
vielen Zellorganellen wieder (Mitochondrien, Chloroplasten etc.). Die Doppelmembra-
nen sind bei allen Zellen zu finden und müssen daher schon zu einem sehr frühen

Zeitpunkt bei der Evolution des Lebens entstanden sein.

Lösungen

180

Kapitel 7

Kapitel 7

1. b

2. c.

3. Bei in Salzwasser lebenden Protisten würde man die gegenteilige Anpassung wie
bei Paramecium (kontraktile Vakuolen zur Entfernung überschüssigen Wassers) erwarten. Es gäbe zwei Möglichkeiten: 1. Verhinderung des osmotischen Wasserverlustes,

2. Abgabe von Salz an die Umgebung. Bei Lebewesen, die unter wechselnden Salz-
konzentrationen leben, wären sowohl kontraktile Vakuolen für hypotone Verhältnisse
als auch Salzsekretpumpen für hypertone Verhältnisse denkbar.

4. Hypothese: Ein ATP-getriebener Cotransport koppelt den Saccharosetransport an
die Aufnahme von H+-Ionen in die Pflanzenzelle. Das Transportprotein transportiert

Saccharose entgegen des Konzentrationsgefälles und nimmt dabei jeweils ein H+-Ion
mit auf. Das H+-Ion diffundiert entlang eines elektrochemischen Gradienten, der von
einer ATP-getriebenen Protonenpumpe aufrecht gehalten wird.

Wenn Saccharose von der Pflanzenzelle aufgenommen wird, werden auch H+-Ionen
aufgenommen, was zu einer Erhöhung des pH-Wertes in der Lösung führt. Je mehr

Saccharose in die Zelle gelangt, desto basischer wird die Lösung. ATP wird für die Pro-
tonenpumpe benötigt. Daher stoppt der Saccharose-H+-Cotransport, sobald zu wenig

ATP zur Verfügung steht.

Überprüfung: Künstliche Umkehrung der H+-Verhältnisse an der Zellmembran.

Vorhersage: Der Saccharose-H+-Cotransport bricht ab, bis der elektrochemische Proto-
nengradient wiederhergestellt ist.

5. Wenn eine Pflanzenzelle in einer hypertonen Lösung wächst, wie in salinen Böden, diffundiert das Wasser aus der Pflanzenzelle in den Boden. Der osmotische Wasserverlust führt zum Welken der Pflanze und letztlich zum Tod.

Schadensminimierung: 1. Züchtung salztoleranter Pflanzen 2. Regelmäßige Bewässe-
rung verdünnt die Salzkonzentration des Bodens. Langfristig versalzen die Böden aller-
dings durch die Bewässerung. Dies führt zu immer höherem Wasserbedarf in ariden

Lösungen

Gebieten.

181

Lösungen

Kapitel 8

1. b

2. c

3. b

4. a

5. c

6. c

7. Man kann sich vorstellen, dass die heutige Komplexität biochemischer Stoffwech-
selwege durch die Kopplung früherer, einfacherer Stoffwechselwege sowie späterer

Modifikation entstand. Obwohl diese Stoffwechselwege einfacher waren, sicherten
sie das Überleben und die Reproduktion. Anhand unterschiedlicher Komplexitätsgrade
können evolutive Verhältnisse abgeleitet werden.

8.

A: Die Substratmoleküle werden von der Zelle aufgenommen, es entsteht noch kein

Produkt.

B:

Es gibt ausreichend Substrat, sodass die Reaktion bei maximaler Geschwindigkeit
ablaufen kann.

C: Sobald die Substratkonzentration sinkt, fällt die Umsatzrate.

D: Der Graph verläuft flach, weil es kein Subtrat mehr gibt.

Lösungen

182

Kapitel 9

Kapitel 9

1. d

2. c

3. c

4. a

5. a

6. d

7. b

8. b

9.

ferenz der beiden
pH-Dif

Membranseiten

Zeit

10. Der Sachverhalt kann durch die Endosymbiontentheorie erklärt werden. Diese be-
sagt, dass sich Mitochondrien entwickelten, indem von einer Zelle ein aerober, hetero-
tropher Prokaryont aufgenommen wurde. Chloroplasten entstanden durch die Auf-
nahme photosynthetisch lebender Prokaryonten.

Die ähnlichen Aminosäuresequenzen der ATP-Synthase bei Mitochondrien und Chloro-
plasten sowie ihren jeweiligen prokaryontischen Vorfahren belegen die Hypothese der
gemeinsamen Abstammung.

11. DNP bewirkt den Zusammenbruch des Protonengradienten während der ATP-

Synthese. Daraus folgt, dass nur sehr wenig ATP produziert werden kann. Dies bewirkt
wiederum, dass die Biosynthese organischer Moleküle zum Erliegen kommt. Die Folge
ist Gewichtsverlust.

12. Die alkoholische Gärung wurde wahrscheinlich spontan durch den Verzehr von
vergorenen Früchten entdeckt. Durch die für Mikroben toxische Alkoholkonzentration
konnte Traubensaft in Form von Wein haltbar gemacht werden.

Lösungen

183

Lösungen

Kapitel 10

1. d

2. b

3. b

4. c

5. d

6. d

7. c

Wissenschaftliche Forschung

8. Es ist zu erwarten, dass die Wildformen eine höhrer Photorespirationsrate besitzen, als die gezüchteten Formen, weil der Mensch die photosynthetischen Produkte nutzen
möchte und daher Pflanzen mit niedriger Photorespirationsrate selektierte.

9. Die Chloroplasten konnten im Dunkeln ATP produzieren, weil ein künstlicher Pro-
tonengradient anstelle des durch die Lichtreaktionen gebildeten Gradienten erzeugt
wurde.

hohe Protonenkonzentration
niedrige Protonen-
konzentration

Das ATP würde außerhalb der Thylakoide entstehen. Die Chloroplasten wären in der La-
ge, ATP im Dunkeln zu erzeugen, weil eine künstliche pH-Differenz über die Thylakoid-
membran dafür ausreicht. Die Lichtreaktionen wären also nicht notwendig, um die für
die ATP-Synthese notwendige protonenmotorische Kraft zu erzeugen.

10. Pflanzen fixieren durch die Photosynthese CO2 in Form von Biomasse. Wenn der

Baum stirbt, wird die fixierte Biomasse wieder von Mikroben abgebaut; es entsteht
wiederum CO2.

Lösungen

184

Kapitel 11

Kapitel 11

1. c

2. c

3. c

4. d

5. Kommunikation und Koordination zwischen Zellen einer Population muss auf irgend eine Weise vorteilhaft sein. Die Aggregation von Zellen zu einem Biofilm muss zu einem

Selektionsvorteil für diese Zellen führen.

6. Wenn Epinephrin an den Proteinrezeptor in der Plasmamembran der Zielzelle bindet, aktiviert das Protein die Adenylcyclase im Cytoplasma. Dieses Enzym katalysiert die

Synthese des second messenger cAMP. Danach steigt die cAMP-Konzentration auf das

20-fache. cAMP wird durch das Enzym Phosphodiesterase schnell zu AMP abgebaut.

Koffein blockiert die Aktivität der Phosphodiesterase und verhindert den Abbau von
cAMP zu AMP; die Wirkung von Epinephrin bleibt dauerhaft erhalten: erhöhte Herz-
schlagfrequenz und Wachheit sowie Abbau von Gycogen zu Glucose.

Lösungen

185

Lösungen

Kapitel 12

1. b

2. a

3. a

4. c

5. a

6. b

7. Siehe Abbildung 12.6 bezüglich einer Beschreibung der Hauptereignisse.

8.

Chromatin

Kern-
hülle

Interphase

Prophase

Mikrotubuli

Prometaphase Metaphase Anaphase
sich bildende Kernhülle

Lösungen

Telophase und Cytokinese

186

Kapitel 13

Kapitel 13

1. a

2. d

3. b

4. a

5. d

6. Diese Zelle muss eine Meiose durchlaufen, weil die homologen Chromosomen
miteinander assoziiert sind. Dies ist bei der Mitose nicht der Fall.

7. Metaphase I (Metaphase der 1. meiotischen Teilung).

8.

Schwesterchromatiden (gleiche Farbe)

Centromer

Schwester-
chromatid-

Kinetochor
kohäsion

Nichtschwester-
chromatiden (ver-
schiedene Farben)

Chiasma

Chromosom

(repliziert)

homologes Chromosomenpaar

(Paar homologer Chromosomen)

Die Chromosomen gleicher Farbe bilden einen
haploiden Chromosomensatz.

Alle roten und blauen Chromosomen bilden
zusammen den diploiden Chromosomensatz.

9. Verschlechterung der Umweltbedingungen bedeutet immer Verschlechterung für
einen bestimmten Genotyp. Unter solchen Bedingungen ist es sinnvoller, zu einem

Reproduktiontyp zu wechseln, der anders als die Mitose zu genetischer Variation der

Tochterzellen führt. Dies erhöht die Wahrscheinlichkeit, dass zumindest einige Indivi-

Lösungen
duen der nächsten Generation besser an die veränderten Bedingungen angepasst sind.

10. Folgende Genotypen sind in den Gameten möglich:

– Sommersprossen, schwarze Haare

– keine Sommersprossen, blonde Haare

– Sommersprossen, blonde Haare

– keine Sommersprossen, schwarze Haare

187

Lösungen

Kapitel 14

Übungen zur Genetik

1. Gen l, Allel e, Merkmal g, Merkmalszustand b, dominantes Allel j, rezessives Allel a, Genotyp k, Phänotyp h, homozygot c, heterozygot f, Prüfkreuzung i, Einfaktorkreuzung d.

2.

Elternorganismen

Spermien

Eizellen

9 grün/aufgebläht : 3 grün/eingeschnürt :

3 gelb/aufgebläht : 1 gelb/eingeschnürt.

3. Parentalkreuzung: AAC R C R × aaC W C W. F1-Genotyp: AaC R C W, Phänotyp: sämtlich achselständig/rosa. F 2-Genotypen: 1 AAC R C R : 2 AAC R C W : 1 AACW CW : 2 AaCRCR : 4 AaC R C W : 2 AaC W C W : 1 aaC R C R : 2 aaC R C W : 1 aaC W C W. F2-Phänotypen: 3 achselständig/rot : 6 achselständig/rosa : 3 achselständig/weiß : 1 endständig/rot : end-

Lösungen
ständig/rosa : 1 endständig/weiß.

4.

(a) 1/64

(b) 1/64

(c) 1/8

(d) 1/32

5. Das Merkmal des Albino (b) ist rezessiv; schwarz (B) ist dominant. Erste Kreuzung: Eltern BB × bb; Gameten B und b; Nachkommen sämtlich Bb (schwarzes Fell). Zweite Kreuzung: Eltern Bb × bb; Gameten ½ B und ½ b (heterozygote Elterntiere) und b; Nachkommen ½ Bb und ½ bb.

188

Kapitel 14

6.

(a) PPLl × PPLl, PPLl × PpLl oder PPLl × ppLl

(b) ppLl × ppLl

(c) PPLL × jeder der 9 möglichen Genotypen oder PPll × ppLL

(d) PpLl × Ppll

(e) PpLl × PpLl

7.

(a) ¾ × ¾ × ¾ = 27/64

(b) 1 − 27/64 = 37/64

(c) ¼ × ¼ × ¼ = 1/64

(d) 1 − 1/64 = 63/64

8.

(a) 1/256

(b) 1/16

(c) 1/256

(d) 1/64

(e) 1/128

9.

(a) 1

(b) 1/32

(c) 1/8

(d) ½

10. 1/9

11. Eine Paarung der ursprünglichen Katze mit der Mutation mit einer reinerbigen
normalen Katze wird in F1 sowohl normale Katzen als auch solche mit verdrehten Ohren
hervorbringen, falls das Mutantenallel dominant ist. Ist es rezessiv, bekommt man nur

Nachkommen mit normalen Ohren. Man könnte reinerbige Nachfahren, die homozygot
für das Mutantenallel sind, erhalten, indem man F1-Tiere untereinander kreuzt - egal, ob
das Mutantenallel rezessiv oder dominant ist. Man weiß, dass die Katzen reinerbig sind,
wenn eine Kreuzung von Mutante × Mutante wiederum nur Mutantennachkommen
erzeugt. Wie sich herausgestellt hat, ist das Allel für die deformierten Ohren dominant.

Lösungen

12. 1/16

13. 25% werden schielen; alle schielenden Nachkommen werden gleichzeitig weiß
sein.

14. Das dominante Allel I verhält sich epistatisch zum P/p-Locus. Das Verhältnis der Genotypen in der F1-Generation wird daher 9 I P (farblos) : 3 I pp (farblos) : 3 iiP

(purpur) : 1 iipp (rot) sein. Insgesamt sind die Verhältnisse der Phänotypen wie folgt: 12 farblos : 3 purpur : 1 rot.

15. Rezessiv. Alle betroffenen Individuen sind homozygot-rezessiv (aa). George ist Aa, da einige seiner Kinder mit Arlene betroffen sind. Sam, Ann, Daniel und Alan sind jeweils Aa, da sie sämtlich nichtbetroffene Kinder mit jeweils einem betroffenen Elternteil sind.

Michael ist ebenfalls Aa, da er ein betroffenes Kind (Carla) mit seiner heterozygoten 189

Lösungen

Frau Ann hat. Sandra, Tina und Christopher können entweder den Genotyp AA oder
den Genotyp Aa haben.

16. 1/2

17. 1/6

18. 9 A (agouti) : 3 B aa (schwarz) : 3 bbA (weiß) : 1 bbaa (weiß). Gesamt: 9 agouti : 3 schwarz : 4+weiß.

19. Die Frequenz der dominant letalen Allele mit spät einsetzender Wirkung wird
durch eine spätere Fortpflanzung verringert, weil die Träger des Allels sich weniger
häufig fortpflanzen werden.

20. a.

TTAA, TTAa, TtAA, TtAa
b.

Rückkreuzung mit einer homozygot rezessiven Pflanze.

c.

Man erhält eine Voraussage über den Genotyp der Nachkommen, indem man
ein Punnettquadrat (Kreuzungsschema) aufzeichnet.

d.

Wenn alle Nachkommen groß sind, muss der Genotyp der Pflanze TT sein;
wenn die Hälfte zwergwüchsig ist, muss er Tt sein. Wenn alle Nachkommen
achselständige Blüten haben, muss der Genotyp AA sein; wenn die Hälfte
endständige Blüten hat, muss er Aa sein.

21. Die Huntington‘sche Krankheit wird autosomal dominant vererbt. Ist ein Elternteil erkrankt, muss ein heterozygoter Genotyp vorliegen und die Wahrscheinlichkeit für eine

Weitervererbung liegt demnach bei 50%. Der Krankheitsverlauf sowie seine Folgen sind
ausführlich auf Seite 185 des Lehrbuches dargestellt.

Lösungen

190

Kapitel 15

Kapitel 15

1. 0; 1/; 1/16

2. Rezessiv; falls die Krankheit dominant wäre, wäre mindestens ein Elternteil eines solchen Kindes ebenfalls von der Krankheit betroffen. Die Vererbung der Krankheit
erfolgt geschlechtsgebunden, weil sie nur bei Jungen auftritt. Damit ein Mädchen er-
kranken könnte, müsste es von beiden Eltern ein rezessives Allel ererben. Dies würde
nur selten vorkommen, da männliche Individuen mit dem rezessiven Allel auf ihrem

X-Chromosom im frühen Teenageralter sterben.

3. 1/4 für jede Tochter (1/2 dass das Kind ein Mädchen ist × 1/2 für die Wahrscheinlichkeit, dass ein homozygot-rezessiver Genotyp vorliegt); 1/2 für den ersten Sohn.

4. Die Krankheit würde in jedem Fall von der Mutter weitervererbt.

5. Die Inaktivierung von zwei X-Chromosomen in XXX-Frauen würde nur ein akti-
ves X-Chromosom belassen, wie es bei Frauen mit einer normalen Chromosomenzahl
auch der Fall ist. Eine mikroskopische Untersuchung würde bei XXX-Frau zwei Barr-

Körperchen in den Zellen zeigen.

6. D-A-B-C

7. 50% der Nachkommen würden Phänotypen zeigen, die sich aus Crossing-Over-

Ereignissen ergeben. Dies wäre das Gleiche wie bei einer Kreuzung, wenn A und B
nicht gekoppelt wären. Durch weitere Kreuzungen unter Einbeziehung anderer Gene
auf demselben Chromosom (die zwischen A und B liegen) könnte die Kopplung und der Abstand der Genorte bestimmt werden.

8. Zwischen A und T.

9. Zwischen A und S, 5 %. Zwischen T und S, 18 %; Abfolge der Gene: T-A-S.

10. Jeweils 450 blau/oval und weiß/rund (Rekombinanten).

Lösungen

11. Die homologen Bereiche des Y-Chromosoms könnten sich miteinander während
der Meiose I paaren und genetische Information austauschen. Dies könnte auch ohne
echten homologen Partner zu einer längerfristigen Veränderung des Y-Chromosoms
führen.

12. Die männliche Schmetterlingszygote hat XX als Genotyp. Nach einer Nondisjunc-
tion während der ersten Zellteilung haben die beiden Tochterzellen die Genotypen X0
und XXX. Die XXX-Zelle ist für die männliche Hälfte verantwortlich und die X0-Zelle für
den weiblichen Teil.

191

Lösungen

Kapitel 16

1. d

2. c

3. b

4. d

5. a

6. c

7.

Dies könnte geschehen, indem die Bakterien die Produktion von UV-Schutz-
pigmenten verringern. Alternativ könnten sie auch die Anzahl der DNA-Reparatur-
enzyme reduzieren. Das Resultat wäre in beiden Fällen mehr Mutationen. Bei ungüns-
tigen Umweltbedingungen ist es adaptiv, neue Genotypen zu bilden, die eventuell
besser an die neuen Verhältnisse angepasst sind.

8.

neuer DNA-Strang

Ausgangsstrang

(gelb)

(lila)

"Gleitklemme" DNA-Poly-
einzelstrangbindendes
merase III Protein

Richtung des

Replikationsverlaufs

Lösungen

192

Kapitel 17

Kapitel 17

1. b

2. d.

3. a

4. a

5. d

6. e.

7. b

8.

RNA-Typ

Funktion/en
übermittelt die für die Aminosäurereste

Boten-RNA
spezifizierende Information der Proteine

(mRNA)

von der DNA zum Ribosom
dient als Adaptermolekül bei der Protein-

Transfer-
biosynthese; übersetzt mRNA-Codons

RNA (tRNA)

in Aminosäurereste
ribosomale
spielt katalytische (Ribozym) und struk-

RNA (rRNA)

turelle Rollen im Ribosom

Vorstufe der reifen mRNA, der rRNA

Primär-
oder der tRNA vor der Prozessierung.

transkript

Manche Introns haben Ribozymaktivität

(prä-mRNA)

und katalysieren ein Selbstspleißen
kleine
strukturelle und katalytische Rolle im
nukleäre RNA

Spleißosom (dem Multimolekülkomplex

(snRNA)

aus Protein und RNA, der das Spleißen
der prä-mRNA durchführt)

9. Drei m-RNA-Basen codieren eine Aminosäure. Dabei gibt es für die dritte m-RNA-

Base meist mehrere Möglichkeiten. Das bedeutet, dass nicht jede Mutation eine Än-
derung der Aminosäuresequenz bewirkt. Für das Enzym Aminoacyl-t-RNA-Synthetase
scheint die Bindestelle der 3. Base weniger bedeutsam zu sein.

10. Das β-Globin-Gen enthält Introns, welche durch die Bakterienzelle nicht gespleißt werden. Das daraus von dem Bakterium exprimierte Protein ist daher nicht funktions-fähig.

Lösungen

193

Lösungen

Kapitel 18

1. d

2. a

3. a

4. e

5. c

6. b

7. b

8. Die hoch konservierten DNA-Regionen könnten für weit verbreitete Genkontroll-
mechanismen codieren, die im Verlauf der Evolution zumindest bei manchen Arten
konserviert wurden.

9. Dioxin dringt in die Zellen ein und bindet an einen Rezeptor. Dieser Dioxin-Rezeptor-Komplex dringt in den Zellkern ein, wo er als Transkriptionsfaktor wirkt und bindet an
das spezifische Gen. Dies kann von Tier zu Tier variieren.

Lösungen

194

Kapitel 19

Kapitel 19

1. b

2. c

3. d

4. c

5. Wie nachfolgend dargelegt, würde das virale Genom sofort zu Capsidproteinen und Hüllglycoproteinen translatiert, statt in eine komplementäre RNA. Ein komplementärer

RNA-Strang würde jedoch gleichwohl erzeugt werden. Dieser würde als Matrize für die

Erzeugung vieler weiterer Kopien des Virusgenoms dienen.

Virusgenom

(RNA = mRNA)

Virusgenom

Capsid-
komplemen-
proteine
tärer

Strang
neues

Glyco-

Virus-
proteine
genom

Lösungen

6. Die Evolution in diesem „Mikrokosmos“ unterscheidet sich nicht von der Evolution in anderen Habitaten. Durch das Immunsystem wird ein Selektionsdruck auf die Viren ausgeübt, der dazu führt, dass eine hohe genetische Variabilität des Virusgenoms
adaptiv ist.

7. Jede Bakterienzelle kann sich teilen. Dadurch steigt ohne Immunantwort des Wirts die Zahl der Bakterienzellen exponentiell.

Virulente Viren, die sich ausschließlich durch einen lytischen Zyklus vermehren, binden
an Wirtszellen und injizieren ihre DNA. Die Wirtszelle produziert darauf hin die vira-
len Proteine und das Virusgenom. Zum Schluss platzen die Wirtszellen und entlassen
tausende Viren; ein sich wiederholender Vorgang.

195

Lösungen

Kapitel 20

1. b

2. c

3. b

4. a

5. c

6. d

7. Diese Technologien erlauben einen Eingriff in die natürliche Selektion der Organismen. Dabei ist die Entscheidung zum „besseren“ oder „schlechteren“ Gen stark von
der jeweiligen soziokulturellen Betrachtung abhängig.

8.

(a) Extraktion der mRNA aus den entsorechenden Gehirnzellen, in vitro-Produk-
tion von Einzelstrang-DNA durch reverse Transkriptase, Ergänzung des kom-
plementären Stranges durch DNA-Polymerase, Vergleich mit einer DNA-

Datenbank (z.B. NCBI).

(b) Sequenzierung der bei (a) erhaltenen DNA, wiederum Abgleich mit der DNA-

Datenbank.

(c) Klonierung eines Plasmids mit dem Neurotransmittergen.

(d) Die Bakterienzellen mit dem rekombinanten Plasmid produzieren den Neuro-
transmitter.

9. Diese Frage wird in Deutschland u.a. durch den Deutschen Ethikrat diskutiert.

10. Embryonale Stammzellen werden aus menschlichen Embyonen gewonnen. Es
handelt sich um pluripotente oder totipotente Zellen, deren medizinische Anwendungs-
möglichkeiten ausführlich auf Seite 264 ff. des Schulbuchs erläutert werden.

Die ethischen Aspekte des Für und Wider der Stammzellforschung sind sehr vielfältig.

Lösungen

196

Kapitel 21

Kapitel 21

1. c

2. a

3. a

4. Gene mit essentiellen (fundamentalen) Funktionen sind meist hoch konservativ, weil sie gut adaptiert sind. Mutationen in diesem Bereich führen in der Regel zur Sterilität
und im schlimmsten Fall zum Tod. Sie werden daher nicht vererbt.

Lösungen

197

Lösungen

Kapitel 22

1. b

2. c

3. d

4. a

5. d

6. Nah miteinander verwandte Organismen besitzen viele gemeinsame Merkmale; das
betrifft sowohl molekulare, als auch anatomische Merkmale.

7.

(a)

Prozentsatz
resistenter

Stechmücken

Monate

(b) Der rasche Anstieg der DDT-resistenten Stechmücken wurde höchstwahr-
scheinlich durch natürliche Selektion bewirkt, denn Stechmücken, die DDT-
resistent waren, überlebten und konnten sich fortpflanzen, andere Stech-
mücken hingegen nicht.

(c) In Indien – wo eine DDT-Resistenz zuerst auftrat – hat die natürliche Selektion
dazu geführt, dass die Häufigkeit resistenter Stechmücken im Laufe der Zeit
angestiegen ist. Wenn resistente Stechmücken dann aus Indien (zum Beispiel
mit Schiffen, Flugzeugen, Kraftfahrzeugen oder Zügen) in andere Regionen
gelangen, steigt auch dort die Zahl der DDT-resistenten Stechmücken an.

Lösungen

198

Kapitel 23

Kapitel 23

1. a

2. e

3. b

4. b

5. Die natürliche Selektion ist ein Zwischenspiel der Organismen und ihrer Umwelt.

Die Lebewesen befinden sich im ständigen Prozess der Veränderung. Alle Arten der

Selektion wirken permanent auf die Organismen. Die Adaptation stellt den gegenwär-
tigen Kompromiss des Organismus zu seiner Umwelt dar. Infolge dessen gibt es keinen
perfekten Organismus.

6. Menschen in Industriegesellschaften kompensieren die natürliche Selektion durch die soziokulturellen Errungenschaften in der Entwicklung des Menschen, wie z.B. medizinische Versorgung und verschiedene Sozialsysteme.

Lösungen

199

Lösungen

Kapitel 24

1. b

2. a

3. c

4. e

5. d

6. c

7. Alle Menschen können miteinander fortpflanzungsfähige Nachkommen hervor-
bringen. Könnte man menschliche Populationen lange genug geografisch isolieren,
wäre die Entstehung einer neuen Menschenart denkbar.

8. Ein möglicher Prozess ist

(steril)

Meiosefehler

(steril)

Meiosefehler

Lösungen

200

Kapitel 25

Kapitel 25

1. c

2. a

3. e

4. b

5. c

6. d

7. b

8. Faktoren, die (wie z.B. die Kontinentaldrift) Genfluss zwischen vielen Organismengruppen unterbinden, fördern die Entstehung neuer Arten in großem Maßstab und
beeinflussen dadurch die Diversität, die in Fossilfunden sichtbar wird. Genetische Drift
kann zur Fixierung von Allelen und damit zu reproduktiver Isolation führen, was eben-
falls Artentstehung bewirkt. Natürliche Selektion führt generell zur Evolution neuer,
adaptiver morphologischer Formen und damit letztlich auch zur Artbildung bei adap-
tiven Radiationen.

9. Es ist naheliegend, dass die Evolution von Herbivorie bei Nacht- und Tagschmet-
terlingen zu ihrer adaptiven Radiation beigetragen haben. Um diese Hypothese zu
überprüfen, müssten Vergleiche mit weiteren Insektengruppen, bei denen Herbivorie
vorkommt, und ihren Schwestergruppen, bei denen dies nicht der Fall ist, angestellt
werden.

10. Massenaussterben reduzieren die Komplexität von Ökosystemen. Diese können

Millionen von Jahren benötigen, um sich davon zu erholen, dann meist mit deutlich
veränderter Artenzusammensetzung. Auch menschliche Gesellschaften sind in vielerlei

Hinsicht von den Ökosystemen abhängig, sodass deren Veränderungen immer auch
unplanbare Konsequenzen für den Menschen haben.

Lösungen

201

Lösungen

Kapitel 26

1. b

2. d

3. a

4. d

5. c

6. d

7. Darwins Vorschlag ist dem Verfahren der Außengruppe zu Identifikation ursprüng-
licher Merkmale, die bei den gemeinsamen Vorfahren der Ingroup vorhanden sind,
ähnlich.

8.

Lanzettfischchen

(Außengruppe)

Neunauge

Thunfisch

Salamander

Schildkröte

Leopard

Delfin

Lanzettfischchen

(Außengruppe)

Neunauge

Thunfisch

Delfin

Salamander

Schildkröte

Leopard

Lösungen

(c) Der Stammbaum (a) erfordert sieben evolutive Veränderungen, beim Stammbaum

(b) sind es neun. Der Stammbaum (a) ist also am sparsamsten, denn er setzt weniger

Veränderungen voraus.

202

Kapitel 27

Kapitel 27

1. e

2. a

3. d

4. Antibiotika müssen in ausreichender Konzentration eingenommen werden, um den
gesamten Bakterienstamm konsequent zu töten. Die Herabsetzung der Konzentration
oder Einnahmedauer führt häufig zur Begünstigung antibiotikaresistenter Mutanten.

Dadurch wird die Behandlung anbtibiotikaresistenter zunehmend schwieriger; letzt-
endlich unmöglich.

5.

(a)

Phytomasse (g)

nach zwölfwöchigem Wachstum

Rhizobium-Stamm

(b) Manche Rhizobium-Stämme verstärken das Pflanzenwachstum wirksamer als
andere; die am wenigsten wirksamen Stämme haben kaum positive Auswir-
kungen (das Pflanzenwachstum mit diesen Stämmen unterscheidet sich kaum
vom Wachstum ganz ohne Rhizobium). Die unwirksamen Stämme liefern ih-
rem Wirt wahrscheinlich nur wenig Stickstoff und begrenzen damit das Pflan-

Lösungen
zenwachstum. Vermutlich sind diese Rhizobien nicht in der Lage, die Wurzeln
der Akazie zu infizieren.

203

Lösungen

Kapitel 28

1. b

2. c

3. e

4. d

5. Weltweit erkranken 350–500 Mio. Menschen an Malaria, darunter viele Kinder.

1 Mio. Menschen sterben pro Jahr an den Folgen der Krankheit. Die Methode der

Immunisierung, welche bei einer Vielzahl von bakteriellen Krankheiten angewendet
wird, ist bei dem Eukaryonten Plasmodium nicht anwendbar. Hier spielen wirtschaftliche

Interessen bei der Entwicklung eines Malariaimpfstoffes eine starke Rolle.

Lösungen

204

Kapitel 29

Kapitel 29

1. d

2. a

3. d

4. c

5. b

6. a. diploid; b. haploid; c. haploid, d. diploid; e. haploid

7. Nach unseren heutigen Kenntnissen über die Evolution der großen Landpflanzen-
gruppen hat der phylogenetische Stammbaum folgende vier Verzweigungspunkte:

Charophytina/Coleo-
chaetophytina

Moose

Bärlappgewächse

Farne

Nacktsamer

Abgeleitete Merkmale, die ausschließlich die Klade der Charophytina/Coleochaeto-
phytina und Landpflanzen (gekennzeichnet durch den Verzweigungspunkt 1) aus-
zeichnet, sind rosettenförmige Cellulosesynthase-Komplexe, Peroxisomenenzyme,

Spermatozoide und ein Phragmoplast. Abgeleitete Merkmale, die nur bei der Grup-
pe der Landpflanzen (Verzweigungspunkt 2) vorkommen, sind Apikalmeristeme, Ge-
nerationswechsel, in Sporangien produzierte Sporen mit Zellwänden und vielzellige

Gametangien. Abgeleitete Merkmale, die nur bei der Entwicklungslinie der Gefäß-
pflanzen (Verzweigungspunkt 3) vorkommen, sind Lebenszyklen mit dominierenden

Sporophyten, komplexe Gefäßsysteme (Xylem und Phloem) sowie echte Wurzeln und

Blätter. Abgeleitete Merkmale, die nur bei den Farnen, Schachtelhalm- und Gabelblatt-
gewächsen und Samenpflanzen (Verzweigungspunkt 4) vorkommen, sind Megaphylle
und das Übergipfelungswachstum von Seitensprossen.

8.

Die meisten landwirtschaftlichen Nutzpflanzen produzieren verwertbare Samen
oder Früchte, die den samenlosen Pflanzen fehlen.

Lösungen

205

Lösungen

Kapitel 30

1. d

2. a

3. b

4. a

5. d

6.

Charophytina/

Coleochaetophytina

Moose

Farngewächse

Nacktsamer

Bedecktsamer

7. Die Ausbildung widerstandsfähiger Überdauerungsstadien (Sporen, Samen, Früch-
te) tragen dazu bei, dass Pflanzen solche Katastrophen besser überleben können als

Tiere.

8. Die Ausbildung widerstandsfähiger Überdauerungsstadien (Sporen, Samen, Früch-
te) tragen dazu bei, dass Pflanzen solche Katastrophen besser überleben können als

Tiere. +

(a)

8 Zellen, triploid

Amborella

4 Zellen, diploid

Seerosengewächse

4 Zellen, diploid

Sternanis und

Verwandte

Magnoliengewächse
undVerwandte

Monokotyledonen

7 Zellen, triploid

Eudikotyledonen

(b) Der phylogenetische Stammbaum zeigt, dass die basalen Angiospermen sich
von anderen Bedecktsamern in der Zahl der Zellen in den weiblichen Gameto-
phyten und in der Ploidie des Endosperms unterscheiden. Den ursprünglichen

Zustand bei Bedecktsamern kann man allein aufgrund dieser Angaben nicht

Lösungen
angeben. Möglicherweise hatte der gemeinsame Vorfahre der Bedecktsamer
weibliche Gametophyten aus sieben Zellen und ein triploides Endosperm; so-
mit stellen die Acht-Zell- und Vier-Zell-Zustände der weiblichen Gametophyten
der basalen Angiospermen abgeleitete Merkmale für diese Abstammungsli-
nien dar. Es wäre aber auch möglich, dass der Acht-Zell- oder der Vier-Zell-

Zustand den ursprünglichen Zustand darstellt.

206

Kapitel 31

Kapitel 31

1. b

2. e

3. b

4. Die Hypothesen lassen sich durch Sequenzanalyse der DNA der Pilzpartner über-
prüfen.

5. Wie man an den Rohdaten und dem Balkendiagramm erkennt, produzieren Gräser
mit Endophyten (E+) mehr Keimlinge und haben eine größere Phytomasse als Gräser
ohne Endophyten (E−). Besonders ausgeprägt sind die Unterschiede bei hohen Boden-
temperaturen bei denen E−-Gräser keine neuen Keimlinge bilden und eine Phytomasse
von 0 haben (was bedeutet, dass sie abgestorben sind).

6.

Wirt-Pathogen-Beziehungen entwickeln sich immer wechselseitig. Wenn ein

„neuer“ Pilz auf eine Pflanze trifft, hat diese noch keinerlei Abwehrmechanismen ent-
wickelt. Durch die Globalisierung erhöht sich die Gefahr solcher Verschleppungen und
in Zukunft ist eher mit einem Anstieg zu rechnen.

Lösungen

207

Lösungen

Kapitel 32

1. a

2. d

3. e

4.

Nach der Phylogenie sieht es so aus, als sei die Radiärfurchung die ursprüngliche Form
bei Eumetazoen. Da die Beziehungen in den Lophotrochozoen jedoch noch nicht ge-
klärt sind, können wir nicht genau abschätzen, wie oft sich das Furchungsmuster im

Laufe der Evolution verändert hat. Wenn Plathelminthen, Mollusken und Anneliden
beispielsweise ein Monophylum bilden, wäre es am einfachsten, drei Veränderungen
des Furchungsmusters anzunehmen (eine bei den Acoela, eine bei dem Vorfahr die-
ser Gruppe mit Spiralfurchung und eine bei den Arthropoden). Verschiedene andere

Lösungen
mögliche Beziehungen zwischen Lophotrochozoen führen zu anderen Schätzungen.

208

Kapitel 33

Kapitel 33

1. c

2. a

3. d

4. e

5. b

6. e

7. Wichtige Merkmale beinhalten Körpersymmetrie, Körpersegmentierung, Vorhan-
densein und Art der Leibeshöhlen, Art des Verdauungstrakts, des Skeletts und der

Körperanhänge.

Lösungen

209

Lösungen

Kapitel 34

1. e

2. c

3. a

4. d

5. b

6. c

7. c

8. Eukaryonta: Zellen mit Zellkern und membranumhüllten Organellen

Metazoa: heterotrophe Ernährung

Deuterostomia: Der Urmund wird zum After

Chordata: dorsales Neuralrohr

Vetebrata: Wirbelsäule

Gnastostomia: Kiefer

Amniota: Vorhandensein eines Amnions

Mammalia: Haare und Milchproduktion

Primates: nach vorne gerichtete Augen

9.

(a) Da die Gehirngröße eine Tendenz zeigt, in solchen Linien beständig zu steigen,
können wir den Schluss ziehen, dass die natürliche Selektion die Evolution
größerer Gehirne fördert und daher der Nutzen die Kosten überwiegt.

(b) Solange der Nutzen von Gehirnen, die proportional zur Körpergröße groß
sind, größer ist als die Kosten, können sich große Gehirne entwickeln. Die
natürliche Evolution könnte die Evolution von Gehirnen fördern, die relativ
zur Körpergröße groß sind, weil solche Gehirne einen bevorzugten Zugang zu

Geschlechtspartnern und/ oder einen Überlebensvorteil mit sich bringen.

Lösungen

Mortalitätsrate der Adulttiere

Abweichen der Gehirngröße vom erwarteten Wert

(c) Die Sterblichkeit von Adulttieren ist bei Vögeln mit größeren Gehirnen ten-
denziell geringer.

210

Kapitel 35

Kapitel 35

1. d

2. c

3. c

4. d

5. a

6. e

7. d

8. d

9. b

10. b

Lösungen

211

Lösungen

Kapitel 36

1. e

2. b

3. a

4. d

5. c

6. c

7. c

8.

apoplastischer

Transportweg
symplastischer

Transportweg

9. In einer Wassertiefe von 25 m gibt es zu wenig Licht für eine ausreichende Photosynthese. Aus diesem Grund müssen die höher liegenden Photosynthese betreibenden

Pflanzenteile mit den tieferliegenden Verankerungsorganen verbunden sein, um Zucker
austauschen zu können. Ohne einen solchen Austausch würden die tieferliegenden

Teile „verhungern“.

Lösungen

212

Kapitel 37

Kapitel 37

1. b

2. b

3. b

4. c

5. d

6.

Bodenpartikel

Wurzelhaar

7. Landpflanzen produzieren abgestorbenes organisches Material, welches von den

Ammoniak bildenden Bakterien zu Ammoniak umgewandelt wird. Auch ohne diese

Abbauvorgänge sind Stickstoff fixierende Bakterien in der Lage, Ammoniak zu pro-
duzieren. Landpflanzen stellen in ihren Wurzeln Zucker für die Stickstoff fixierenden

Bakterien zur Verfügung. Bevor es Landpflanzen gab, nutzten die Stickstoff fixierenden

Bakterien andere Kohlenhydratquellen, z.B. abgestorbene Bodenbakterien, Archaea
und Protisten.

8. Hypothese: Protonen (H+) im sauren Regen verdrängen positiv geladene Minera-
lionen von den negativ geladenen Bodenpartikeln.

Überprüfung: Mehrere Filter mit jeweils gleichen Mengen trockenen Bodens füllen und
mit wässrigen Lösungen unterschiedlichen pH-Werts übergießen. Die Protonen- und

Mineralionenkonzentration der Filtrate wird gemessen. Wenn die Hypothese korrekt
ist, sollte das Filtrat der Bodenprobe mit dem geringsten pH-Wert die größte Minera-
lionenkonzentration aufweisen.

9.

Wasser ist die Ressource des 21. Jahrhunderts. Der steigende Wasserbrauch
und die ungleiche Verteilung führen schon jetzt zu Konflikten und weitreichenden
demografischen Folgen. Es muss in vielen Gegenden ein anderes Wasser-Abwasser-

Nutzungskonzept entwickelt werden. Auch hier beherrschen Konzerne und Lobbyisten
den Markt.

Lösungen

213

Lösungen

Kapitel 38

1. d

2. c

3. a

4. c

5. d

6. c

7. a

8. e

9.

10. Kleine Populationen selbstinkompatibler Arten sind gegenüber selbstfruchtbaren Arten benachteiligt. Kleine Populationen sind ständig vom Aussterben bedroht, weil
die Wahrscheinlichkeit erfolgreicher sexueller Reproduktion stark eingeschränkt sind.

11. Gentechnisch manipulierte Nahrungsmittel werden schon seit Jahren sowohl von

Menschen, als auch von landwirtschaftlichen Nutztieren verzehrt. Die verschiedenen

Länder handhaben die Risikoabwägung sehr unterschiedlich. Im Schulbuch auf Seite

502 ff. sind Nutzen und Risiken ausführlich dargestellt.

12. Im Schulbuch auf Seite 502 ff. sind Nutzen und Risiken gentechnischer Manipu-
lationen an Organismen ausführlich dargestellt.

Lösungen

214

Kapitel 39

Kapitel 39

1. c

2. d

3. b

4. b

5. b

6. e

7. Unter einem Pathogen versteht man einen Stoff oder einen Organismus, der einen
anderen Organismus schädigt. Dieser Schaden führt bei avirulenten Pathogenen nicht
zum Tod und verringert dessen Fitness nicht signifikant. Eine solche Beziehung steht
zwischen Parasitismus und Kommensalismus. Manche Pathogene haben sich im Laufe
der Evolution auf wenige Taxa spezialisiert.

8. Der Biologe könnte Blätter in unterschiedlichen Fraßstadien entfernen, um fest-
zustellen, ab wann Veränderungen benachbarter Blätter stattfinden. Die chemische

Verbindung müsste in einem zweiten Schritt isoliert und auf eine nicht geschädigte

Pflanze übertragen werden. Eine zweite Möglichkeit wäre, die Hormonausbreitung auf
benachbarte Blätter zu verhindern.

9. Beispiele der Anwendung in Landwirtschaft und Gartenbau:

– Synthetische Auxine werden als Herbizide genutzt.

– Synthetische Auxine fördern die Fruchtbildung ohne Befruchtung.

– Cytokinine künstlich auf Schnittblumen gebracht halten diese länger frisch.

– Früchte können unreif geerntet und transportiert werden und reifen anschließend
durch die Begasung mit Ethylen.

– Blütenbildung zu bestimmten Zeiten durch bestimmte Licht- und Temperaturverhält-
nisse.

Lösungen

215

Lösungen

Kapitel 40

1. b 2. e 3. c 4. a

5.

Antwort/

Bremse

Fahrzeug

Reiz:

verlangsamt
zu schnell
sich

Fahrer

Tachometer

Fahrzeugt

Reiz:

beschleunigt
zu langsam

Antwort/

Gaspedal

6. Die Bergmann‘sche Regel spiegelt die Tatsache wieder, dass größere Tiere weniger Körperwärme abstrahlen als kleinere, weil sie ein günstigeres Oberfläche-Volumen-Verhältnis aufweisen. Während der Evolution von endothermen Tieren wurden größere

Körper in kälteren Gebieten bevorzugt, weil sie ihre Körpertemperatur besser aufrecht
erhalten können. Umgekehrt sind kleinere Körper in wärmeren Gegenden adaptiv, weil
diese überschüssige Hitze schneller abgeben können.

7. Hypothese: Die Raupen wärmen sich untereinander am frühen Morgen und kühlen
sich am Nachmittag. Überprüfung: Bei künstlicher Veränderung der Temperaturverhält-
nisse müsste eine entsprechende Verhaltensänderung zu beobachten sein.

Lösungen

8. Künstliches Blut könnte schnell Verluste infolge von Verletzungen ersetzen. Ech-te Gewebe sind besser geeignet, weil sie hundertprozentig auf die Körperfunktionen
abgestimmt sind. Bei Gewebestransplantationen müssen viele Parameter übereinstim-
men; der wichtigste Parameter ist die Immunantwort, da sonst Abstoßungsgefahr be-
steht.

216

Kapitel 41

Kapitel 41

1. c

2. d

3. d

4. c

5. b

6. b

7. c

8.

Reiz

Hypothala-
mus
neurosekretorische Zelle

Hypothalamus schüttet

Prolactin-Releasinghormone ( ) aus

Blutgefäß

Hypophysenvorderlappen
schüttet Prolactin ( ) aus

Blutgefäß

Brustdrüsen

Milchproduktion

9. Die Nebenniere. Wenn die Hypophyse betroffen wäre, würde das Dexamethason
immer noch in der Lage sein, auf die gesunde Hypophyse einzuwirken, sodass die

ACTH-Ausschüttung verhindert wird.

Lösungen

217

Lösungen

Kapitel 42

1. e

2. a

3. c

4. c

5. c

6. d

7. e

8. b

9.

Zunahme des

Zwölffingerdarm

Säuregehalts

Signalerkennung

Zwölffingerdarm

Secretin-

Zwölffingerdarm,
ausschüttung
in die Blutgefäße

Kreislauf

Blutgefäße

Signalerkennung

Pankreas,
in die Blutgefäße

Bicarbonat-

Pankreas, in den
ausschüttung

Zwölffingerdarm

Abnahme

Zwölffingerdarm
des Säuregehalts

10. Die Ursache der Entwicklung dieser anatomischen Verhältnisse war die Gleichzei-tigkeit von Nahrungs- und Sauerstoffaufnahme (und nicht, Atmungs- und Nahrungs-
wege streng getrennt zu halten). Dies förderte bei den Säugetieren die Entwicklung
der Nasenhöhlen.

11. Hypothese: Frauen leiden weniger stark an den Folgen übermäßiger Eisenaufnah-
me, weil sie durch die Menstruation ständig Eisen verlieren.

Lösungen

218

Kapitel 43

Kapitel 43

1. c

2. b

3. d

4. e

5. b

6. c

7. a

8. a

9.

Kiemen

Lunge (Haut)

Herz

Herz
rechte
linke

Seite

Seite

Körpergewebe

Körpergewebe
einfacher Kreislauf
doppelter Kreislauf

10. Die Sauerstoffdissoziationskurve zeigt eine höhere Affinität des fetalen Hämoglobins zu Sauerstoff. Diese stellt die Übertragung von Sauerstoff vom mütterlichen auf
das fetale Blut sicher.

Lösungen

219

Lösungen

Kapitel 44

1. d

2. c

3. b

4. c

5. d

6. b

7.

8. Weil AIDS-Patienten eine verringerte Anzahl von T-Helfer-Zellen besitzen, können sie keine Immunantwort auf Tuberkulose-Antigene entwickeln.

Lösungen

220

Kapitel 45

Kapitel 45

1. b

2. e

3. a

4. c

5. b

6.

osmotische Wasser-
aufnahme durch Kiemen

Wasser und
und andere Oberflächen

Salz in der

Nahrung

Aufnahme von

Ionen- und

Salzausscheidung

Salzionen durch

Wasserabgabe durch Rectal-
die Kiemen
mit dem Urin
drüse

7. Zu erwarten wäre eine erhöhte Osmolarität des Urins. Um dies zu untersuchen,
könnte man die zeitliche Änderung der Osmolarität und die Änderung der Chlorid-
und Harnstoffexkretion in einem Diagramm eintragen. Wenn einer der beiden gelös-
ten Stoffe für die Veränderung der Osmolarität verantwortlich wäre, könnte man eine

Korrelation sehen.

Lösungen

221

Lösungen

Kapitel 46

1. d

2. b

3. a

4. c

5. c

6. a

7.

Stammzelle

Stammzelle

Stammzelle

Spermatogo-

Stammzelle
nium

Spermatogonium

Spermatogonium

(a)

Spermatogonium

Spermatogonium

(b)

vermehrte Spermatocytenpopulation

8. Sessile Arten haben wenig Möglichkeiten, auf Geschlechtspartner zu treffen. Daher macht es für „isolierte“ Arten Sinn – wenn sie nicht in Kolonien leben – sich durch

Lösungen

Hermaphroditismus anzupassen.

9. Es gibt mehrere Möglichkeiten, dies festzustellen: 1. Untersuchen, ob Eier und Spermien gleichzeitig reifen oder ob der Wurm Spermien speichern kann. 2. Überprüfen,
ob Würmer bei isolierter Haltung Nachkommen hervorbringen können. 3. Test auf Par-
thenogenese durch Verdopplung der Chromosomen nach der Meiose: Überprüfen, ob
die homologen Chromosomen identisch sind.

222

Kapitel 47

Kapitel 47

1. e

2. c

3. a

4. c

5. e

6.

Blastocoel
dorsale

Urmundlippe

Art:

Frosch

Stadium: frühe Gastrula

7. Wirbelkörper, Spinalnerven, Rippen, Zwischenrippenmuskeln sowie einige andere

Muskeln

8. Hypothese: Als Antwort auf ein induktives Signal wird ein Genkomplex im Ektoderm angeschaltet, der zur Gewebedifferenzierung bei Frosch und Salamander führt.

Eine Transplantation von jungem Salamandergewebe auf den Froschembryo bewirkt
beim Frosch das salamandertypische Merkmal (Schnurrbart). Junges Gewebe ist in sei-
ner Entwicklung noch nicht festgelegt (omnipotent) und kann somit in seiner cyto-
plasmatischen Determiniertheit beeinflusst werden. Zu einem späteren Zeitpunkt bildet
sich lediglich ein Fleck Salamanderhaut, da hier bereits eine Determinierung der Zelle
vorlag.

9. Embryonales Gewebe enthält omni- oder totipotente Stammzellen. Bei Geweben
aus Fehlgeburten ist der Anteil genetischer Abnormitäten wesentlich erhöht.

Lösungen

223

Lösungen

Kapitel 48

1. c

2. b

3. c

4. a

5. c

6. e

7. Wie auf diesen beiden Skizzen zu sehen ist, würden sich von beiden Elektroden zwei Aktionspotenziale in beide Richtungen wegbewegen (Aktionspotenziale sind nur dann
unidirektional, wenn sie an einem Ende des Axons beginnen). Wegen der Refraktärzeit
stoppen die zwei Aktionspotenziale zwischen den Elektroden beide, sobald sie sich
treffen. Daher erreicht nur ein Aktionspotenzial die axonale Endigung.

8. Damit ein Aktionspotenzial ausgelöst wird, muss der Reiz eine bestimmte Intensität oder Dauer aufweisen. Dadurch wird ATP eingespart, denn es erfolgt keine ständige

Antwort auch auf unterschwellige Reize.

9.

–

Hemmung der Natriumkanäle

–

Reduzierung der synaptischen Übertragung durch Rezeptorblockaden

–

Effektverstärkung von inhibitorischen Neurotransmittern

10.

Eines der Kegelschneckentoxine bindet am Calciumkanal der präsynaptischen

Membran und verhindert den Einstrom von Calciumionen. Folge: Der Neurotrans-
mitterausstrom ist blockiert, die Erregungsleitung zum Gehirn ist damit unterbrochen

(in diesem Fall Schmerz). Nebenwirkungen dieser Giftstoffe können sein: Bewegungs-
und Bewusstseinsstörungen. Es sind sowohl positive als auch negative Anwendungen
wissenschaftlicher Ergebnisse möglich.

Lösungen

224

Kapitel 49

Kapitel 49

1. c

2. a

3. d

4. d

5. e

6. c

7.

8. Hypothesen: Entweder die Unfähigkeit, „Sprache“ im Gehirn zu entwickeln, oder
der Verlust der motorischen Kontrolle der Hand.

Überprüfung: Untersuchung der Nutzung der Hände bei anderen Aktivitäten.

Lösungen

9. Gehirnscans, die Denkprozesse aufzeigen, könnten einen großen medizinischen

Fortschritt darstellen. Andererseits könnte auch dieser Nutzen missbraucht werden.

225

Lösungen

Kapitel 50

1. e

2. b

3. a

4. c

5. b

6.

Die Antwort zeigt die aktuelle Verteilung von Stäbchen und Zapfen im menschlichen

Auge. Ihre Grafik sieht möglicherweise etwas anders aus, sollte aber folgende Eigen-
schaften aufweisen: nur Zapfen in der Fovea, weniger Zapfen und mehr Stäbchen an
beiden Enden der x-Achse und keine Photorezeptoren auf der Sehnervenpapille.

7. Säugetiergewebe hat einen sehr hohen Sauerstoffbedarf, der verschiedene Anpas-
sungen mit sich bringt: Hoch effiziente Lungen mit einem großen respiratorischen Epi-
thel; bikonkave, kernlose Blutkörperchen mit großer Oberfläche für den Gasaustausch;
ein Herz mit vier Kammern.

8. Hypothese: Während lang anhaltender Kontraktionen verhindert Paramyosin die

Bindung neuer ATP-Moleküle an das Myosinköpfchen und damit die Lösung des Myo-
sins vom Actin.

Lösungen

226

Kapitel 51

Kapitel 51

1. d

2. c

3. a

4. c

5. b

6.

Energiegewinn

Muschellänge (mm)

Sie könnten die Größe der Muscheln messen, die Austernfischer erfolgreich öffnen,
und sie mit der Größenverteilung der Muscheln im Habitat vergleichen.

7. Hypothese: Der Helfer ist wahrscheinlich eng mit den Revierbesitzern verwandt.

Weil nah verwandte Vögel relativ viele Gene gemeinsam haben, verbessert der Helfer
indirekt seine eigene Fitness, indem er Verwandten hilft. Dieses Verhalten entwickelte
sich also durch Verwandtenselektion.

Überprüfung: Feststellung des Verwandtschaftsgrades mittels molekularbiologischer

Methoden.

8. Alle Unterschiede zwischen eineiigen Zwillingen sind auf Umwelteinflüsse zurückzuführen. Zwillingsstudien zielen darauf ab, Verhalten genetisch oder umweltbedingt
zu erklären.

Lösungen

227

Lösungen

Kapitel 52

1. c, d

2. d

3. a

4. d

5. b

6. d

7. d

8. e

9. a

10.

Meerotterdichte

(Zahl der Sichtungen/Tag)

Tangbewuchs (% Bedeckung)

Auf der Grundlage dessen, was Sie in Abbildung 52.8 erfahren haben, und anhand
der im Freiland beobachteten positiven Beziehung zwischen Kelpbewuchs und Mee-
rotterdichte, können Sie die Hypothese aufstellen, dass die Meerotter für eine geringere

Individuendichte der Seeigel sorgen, so dass auch weniger Seeigel das Wachstum der

Algen beeinträchtigen können.

11. Überprüfung: Aussaat in der gleichen Höhenlage. Wenn die Unterschiede rein ge-
netisch bedingt sind, müssten die Pflanzen der verschiedenen Standorte unterschiedlich
aussehen.

Lösungen

228

Kapitel 53

Kapitel 53

1. c

2. c

3. c

4. d

5. d

6. b

7. c

8. c

9.

der einzelnen Altersgruppen

Gesamtzahl weiblicher Nachkommen

Alter (Jahre)

Die Gesamtzahl der weiblichen Nachkommen ist bei ein bis zwei Jahre alten Weibchen
am größten. Beispielrechnung für Weibchen dieser Altersgruppe: 252 Individuen ×

1,07 weibliche Nachkommen/Individuum = 270 weibliche Nachkommen.

10. Ausführliche Erläuterungen zur Entwicklung von Semelparie und Iteroparie finden sich auf den Seiten 692f. im Kapitel 53.2.1 und 53.2.2.

11. Überprüfung: Anzucht der Pflanzenart in verschiedenen Populationsdichten unter Lösungen
kontrollierten Bedingungen im Gewächshaus. Impfung jeweils einer Pflanze mit Pilz-
sporen. In bestimmten zeitlichen Abständen werden die Pflanzen auf Pilzbefall kontrol-
liert. Der Prozentsatz der infizierten Pflanzen wird für jede Populationsdichte berechnet.

229

Lösungen

Kapitel 54

1. c

2. d

3. b

4. c

5. d

6. b

7.

Kemps-

Bastardschildkröte

Mensch

Blau-
krabbe

(Kannibalismus)

Muscheln

Seegras

Die Zahl der Krebse sollte steigen, wodurch die Häufigkeit des Seegrases zurückgeht.

8. Hypothese: Die Herbivorie der Kängururatte reguliert die Populationsdichte der
verschiedenen Pflanzenarten, indem sie die eine Art daran hindert, die andere zu ver-
drängen. Zusätzliche Befunde: Die Ratte frisst am liebsten Samen der dominanten Pflan-
zenart. Daher erholen sich die dominanten Arten besonders schnell von der Herbivorie.

Lösungen

230

Kapitel 55

Kapitel 55

1. c

2. b

3. d

4. c

5. e

6. a

7. d

8.

CO2-Konzentration (ppm)

Jahr

Zwischen den Jahren 1974 und 2007 nahm der CO2-Gehalt der Erde von ungefähr

330 ppm auf 385 ppm zu. Wenn sich die Zunahme mit der gleichen Geschwindigkeit
von 1,7 ppm im Jahr fortsetzt, wird der CO2-Gehalt im Jahr 2100 bei rund 540 ppm
liegen. Der tatsächliche Anstieg könnte stärker oder geringer ausfallen, je nachdem,
wie sich die Erdbevölkerung entwickelt, wie viel Energie sie pro Kopf verbraucht und
welche Maßnahmen die Gesellschaft zur Verringerung der CO2-Emissionen ergreift,
zum Beispiel indem erneuerbare Energiequellen an die Stelle der fossilen Brennstoffe
treten. Zusätzliche wissenschaftliche Untersuchungen sind aus vielen Gründen wichtig;
unter anderem muss man feststellen, wie schnell Treibhausgase wie CO2 durch die

Lösungen

Biosphäre aus der Troposphäre entfernt werden können.

9. Bei einem der beiden Teiche wird der Laubeintrag verhindert. Verschiedene Variablen, wie z.B. anfängliche Nährstoffverfügbarkeit, Lichtintensität, Temperatur werden
kontrolliert. Die Primärproduktion wird am Anfang des Experimentes und dann in regel-
mäßigen Abständen mittels der Extinktion des Chlorophylls im Teichwasser gemessen.

231

Lösungen

Kapitel 56

1. c

2. e

3. d

4. d

5. e

6. c

7. a

8.

intakter Wald 6000 m

Straße

Schutzgebiet

Weideland

Verwaltungsgebäude
intakter Wald 1000 m
landwirtschaftlich
intakter Wald
genutztes Feld

Damit die Kuhstärlinge nur in eine möglichst geringe Waldfläche vordringen können,
sollten Sie die Straße an einem Rand des Schutzgebietes vorsehen. Mit jeder ande-
ren Straßenführung wäre die Fläche der betroffenen Lebensräume größer. Auch das

Verwaltungsgebäude sollte sich am Rand des Schutzgebietes befinden, damit das für

Kuhstärlinge zugängliche Gebiet so klein wie möglich bleibt.

Lösungen

232

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Biologie Oberstufe Übungsbuch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort

Teil I Übungsaufgaben

Kapitel 1 Einführung: Schlüsselthemen der Biologie

Kapitel 2 Chemische Grundlagen der Biologie

Kapitel 3 Wasser als Grundstoff für Leben

Kapitel 4 Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens

Kapitel 5 Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle

Kapitel 6 Die Struktur von Zellen

Kapitel 7 Struktur und Funktion biologischer Membranen

Kapitel 8 Konzepte des Stoffwechsels

Kapitel 9 Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie

Kapitel 10 Photosynthese
Kapitel 11 Zelluläre Kommunikation
Kapitel 12 Der Zellzyklus

Kapitel 13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung

Kapitel 14 Mendel und das Genkonzept

Kapitel 15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung

Kapitel 16 Die molekularen Grundlagen der Vererbung

Kapitel 17 Vom Gen zum Protein
Kapitel 18 Regulation der Genexpression
Kapitel 19 Viren
Kapitel 20 Biotechnologie
Kapitel 21 Genome und ihre Evolution

Kapitel 22 Evolutionstheorie: Die darwinistische Sicht des Lebens

Kapitel 23 Die Evolution von Populationen
Kapitel 24 Die Entstehung der Arten
Kapitel 25 Vergangene Welten

Kapitel 26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen

Kapitel 27 Bacteria und Archaea

Kapitel 28 Protisten

Kapitel 29 Die Vielfalt der Pflanzen I: Wie Pflanzen das Land eroberten

Kapitel 30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen

Kapitel 31 Pilze

Kapitel 32 Eine Einführung in die Diversität und Evolution der Metazoa

Kapitel 33 Wirbellose Tiere

Kapitel 34 Wirbeltiere

Kapitel 35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung

Kapitel 36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen

Kapitel 37 Boden und Pflanzenernährung

Kapitel 38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen

Kapitel 39 Pflanzenreaktionen auf innere und äußere Signale

Kapitel 40 Grundprinzipien tierischer Form und Funktion

Kapitel 41 Hormone und das endokrine System
Kapitel 42 Die Ernährung der Tiere
Kapitel 43 Kreislauf und Gasaustausch
Kapitel 44 Das Immunsystem
Kapitel 45 Osmoregulation und Exkretion
Kapitel 46 Fortpflanzung der Tiere
Kapitel 47 Entwicklung der Tiere
Kapitel 48 Neurone, Synapsen und Signalgebung
Kapitel 49 Nervensysteme

Kapitel 50 Sensorische und motorische Mechanismen

Kapitel 51 Tierisches Verhalten

Kapitel 52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung

Kapitel 53 Populationsökologie
Kapitel 54 Ökologie der Lebensgemeinschaften
Kapitel 55 Ökosysteme

Kapitel 56 Naturschutz und Renaturierungsökologie

Teil II Lösungen

- Kapitel 1
- Kapitel 2
- Kapitel 3
- Kapitel 4
- Kapitel 5
- Kapitel 6
- Kapitel 7
- Kapitel 8
- Kapitel 9
- Kapitel 10
- Kapitel 11
- Kapitel 12
- Kapitel 13
- Kapitel 14
- Kapitel 15
- Kapitel 16
- Kapitel 17
- Kapitel 18
- Kapitel 19
- Kapitel 20
- Kapitel 21
- Kapitel 22
- Kapitel 23
- Kapitel 24
- Kapitel 25
- Kapitel 26
- Kapitel 27
- Kapitel 28
- Kapitel 29
- Kapitel 30
- Kapitel 31
- Kapitel 32
- Kapitel 33
- Kapitel 34
- Kapitel 35
- Kapitel 36
- Kapitel 37
- Kapitel 38
- Kapitel 39
- Kapitel 40
- Kapitel 41
- Kapitel 42
- Kapitel 43
- Kapitel 44
- Kapitel 45
- Kapitel 46
- Kapitel 47
- Kapitel 48
- Kapitel 49
- Kapitel 50
- Kapitel 51
- Kapitel 52
- Kapitel 53
- Kapitel 54
- Kapitel 55
- Kapitel 56

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Table of Contents

Biologie Oberstufe Übungsbuch
Inhaltsverzeichnis
Vorwort

Teil I Übungsaufgaben

- Kapitel 1 Einführung: Schlüsselthemen der Biologie

- Kapitel 2 Chemische Grundlagen der Biologie

- Kapitel 3 Wasser als Grundstoff für Leben

- Kapitel 4 Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens

- Kapitel 5 Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle

- Kapitel 6 Die Struktur von Zellen

- Kapitel 7 Struktur und Funktion biologischer Membranen

- Kapitel 8 Konzepte des Stoffwechsels

- Kapitel 9 Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie

- Kapitel 10 Photosynthese
- Kapitel 11 Zelluläre Kommunikation
- Kapitel 12 Der Zellzyklus

- Kapitel 13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung

- Kapitel 14 Mendel und das Genkonzept

- Kapitel 15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung

- Kapitel 16 Die molekularen Grundlagen der Vererbung

- Kapitel 17 Vom Gen zum Protein
- Kapitel 18 Regulation der Genexpression
- Kapitel 19 Viren
- Kapitel 20 Biotechnologie
- Kapitel 21 Genome und ihre Evolution

- Kapitel 22 Evolutionstheorie: Die darwinistische Sicht des Lebens

- Kapitel 23 Die Evolution von Populationen
- Kapitel 24 Die Entstehung der Arten
- Kapitel 25 Vergangene Welten

- Kapitel 26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen

- Kapitel 27 Bacteria und Archaea

- Kapitel 28 Protisten

- Kapitel 29 Die Vielfalt der Pflanzen I: Wie Pflanzen das Land eroberten

- Kapitel 30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen

- Kapitel 31 Pilze

- Kapitel 32 Eine Einführung in die Diversität und Evolution der Metazoa

- Kapitel 33 Wirbellose Tiere

- Kapitel 34 Wirbeltiere

- Kapitel 35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung

- Kapitel 36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen

- Kapitel 37 Boden und Pflanzenernährung

- Kapitel 38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen

- Kapitel 39 Pflanzenreaktionen auf innere und äußere Signale

- Kapitel 40 Grundprinzipien tierischer Form und Funktion

- Kapitel 41 Hormone und das endokrine System
- Kapitel 42 Die Ernährung der Tiere
- Kapitel 43 Kreislauf und Gasaustausch
- Kapitel 44 Das Immunsystem
- Kapitel 45 Osmoregulation und Exkretion
- Kapitel 46 Fortpflanzung der Tiere
- Kapitel 47 Entwicklung der Tiere

- Kapitel 48 Neurone, Synapsen und Signalgebung

- Kapitel 49 Nervensysteme

- Kapitel 50 Sensorische und motorische Mechanismen

- Kapitel 51 Tierisches Verhalten

- Kapitel 52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung

- Kapitel 53 Populationsökologie

- Kapitel 54 Ökologie der Lebensgemeinschaften

- Kapitel 55 Ökosysteme

- Kapitel 56 Naturschutz und Renaturierungsökologie

Kapitel 1 Einführung: Schlüsselthemen der Biologie

Kapitel 2 Chemische Grundlagen der Biologie

Kapitel 3 Wasser als Grundstoff für Leben

Kapitel 4 Kohlenstoff und die molekulare Vielfalt des Lebens

Kapitel 5 Struktur und Funktion biologischer Makromoleküle

Kapitel 6 Die Struktur von Zellen

Kapitel 7 Struktur und Funktion biologischer Membranen

Kapitel 8 Konzepte des Stoffwechsels

Kapitel 9 Zellatmung: Die Gewinnung chemischer Energie

Kapitel 10 Photosynthese
Kapitel 11 Zelluläre Kommunikation
Kapitel 12 Der Zellzyklus

Kapitel 13 Meiose und geschlechtliche Fortpflanzung

Kapitel 14 Mendel und das Genkonzept

Kapitel 15 Chromosomen bilden die Grundlage der Vererbung

Kapitel 16 Die molekularen Grundlagen der Vererbung

Kapitel 17 Vom Gen zum Protein
Kapitel 18 Regulation der Genexpression
Kapitel 19 Viren
Kapitel 20 Biotechnologie
Kapitel 21 Genome und ihre Evolution

Kapitel 22 Evolutionstheorie: Die darwinistische Sicht des Lebens

Kapitel 23 Die Evolution von Populationen
Kapitel 24 Die Entstehung der Arten
Kapitel 25 Vergangene Welten

Kapitel 26 Der phylogenetische Stammbaum der Lebewesen

Kapitel 27 Bacteria und Archaea

Kapitel 28 Protisten

Kapitel 29 Die Vielfalt der Pflanzen I: Wie Pflanzen das Land eroberten

Kapitel 30 Die Vielfalt der Pflanzen II: Evolution der Samenpflanzen

Kapitel 31 Pilze

Kapitel 32 Eine Einführung in die Diversität und Evolution der Metazoa

Kapitel 33 Wirbellose Tiere

Kapitel 34 Wirbeltiere

Kapitel 35 Blütenpflanzen: Struktur, Wachstum, Entwicklung

Kapitel 36 Stoffaufnahme und Stofftransport bei Gefäßpflanzen

Kapitel 37 Boden und Pflanzenernährung

Kapitel 38 Fortpflanzung und Biotechnologie bei Angiospermen

Kapitel 39 Pflanzenreaktionen auf innere und äußere Signale

Kapitel 40 Grundprinzipien tierischer Form und Funktion

Kapitel 41 Hormone und das endokrine System
Kapitel 42 Die Ernährung der Tiere
Kapitel 43 Kreislauf und Gasaustausch
Kapitel 44 Das Immunsystem
Kapitel 45 Osmoregulation und Exkretion
Kapitel 46 Fortpflanzung der Tiere
Kapitel 47 Entwicklung der Tiere
Kapitel 48 Neurone, Synapsen und Signalgebung
Kapitel 49 Nervensysteme

Kapitel 50 Sensorische und motorische Mechanismen

Kapitel 51 Tierisches Verhalten

Kapitel 52 Ökologie und die Biosphäre: Eine Einführung

Kapitel 53 Populationsökologie
Kapitel 54 Ökologie der Lebensgemeinschaften
Kapitel 55 Ökosysteme

Kapitel 56 Naturschutz und Renaturierungsökologie

Teil II Lösungen

- Kapitel 1
- Kapitel 2
- Kapitel 3
- Kapitel 4
- Kapitel 5
- Kapitel 6
- Kapitel 7
- Kapitel 8
- Kapitel 9
- Kapitel 10
- Kapitel 11
- Kapitel 12
- Kapitel 13
- Kapitel 14
- Kapitel 15
- Kapitel 16
- Kapitel 17
- Kapitel 18
- Kapitel 19
- Kapitel 20
- Kapitel 21
- Kapitel 22
- Kapitel 23
- Kapitel 24
- Kapitel 25
- Kapitel 26
- Kapitel 27
- Kapitel 28
- Kapitel 29
- Kapitel 30
- Kapitel 31
- Kapitel 32
- Kapitel 33
- Kapitel 34
- Kapitel 35
- Kapitel 36
- Kapitel 37
- Kapitel 38
- Kapitel 39
- Kapitel 40
- Kapitel 41
- Kapitel 42
- Kapitel 43
- Kapitel 44
- Kapitel 45
- Kapitel 46
- Kapitel 47
- Kapitel 48
- Kapitel 49
- Kapitel 50
- Kapitel 51
- Kapitel 52
- Kapitel 53
- Kapitel 54
- Kapitel 55
- Kapitel 56

Kapitel 1
Kapitel 2
Kapitel 3
Kapitel 4
Kapitel 5
Kapitel 6
Kapitel 7
Kapitel 8
Kapitel 9
Kapitel 10
Kapitel 11
Kapitel 12
Kapitel 13
Kapitel 14
Kapitel 15
Kapitel 16
Kapitel 17
Kapitel 18
Kapitel 19
Kapitel 20
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