Document

Foto: Fluoreszenzmikroskopische Aufnahme von
Astrozyten (Makroglia des ZNS) von Dr. habil. Ralph
Lucius, Anatomisches Institut der Universität Kiel
Weitere Informationen von der Geschäftsführung der IBO:
Dr. Eckhard R. Lucius, IPN, Olshausenstr.62, 24098 Kiel
Internet: www.biologieolympiade.de
In Bio
voll den Durchblick!
14. Internationale
Biologieolympiade in Belarus
M i n s k
2 0 0 3
Das Auswahlverfahren wird in vier Runden durchgeführt. Die Aufgaben kommen aus allen Gebieten der Biologie.
In der 3. und 4. Runde am IPN in Kiel finden auch praktische Klausuren sowie Vorträge und Exkursionen statt.
Die Internationale Biologieolympiade wird
vom Bundesministerium für Bildung und
Forschung gefördert. Jede teilnehmende
Nation entsendet jährlich vier Schülerinnen
oder Schüler. Das deutsche Auswahlverfahren findet in vier Runden statt.
Auf der Internationalen Biologieolympiade (IBO) treten die vier Besten an,
um in Theorie und Praxis (vier
Laborteile) Gold, Silber oder Bronze
zu erringen.
Die 14. IBO findet vom 6. bis 13. Juli 2003
in Belarus/Minsk statt.
Es wird zur Zeit in der Europäischen
Kommission und beim Bundesministerium darüber nachgedacht, eine
Europäische
NaturwissenschaftsOlympiade im April 2003 durchzuführen, die sich speziell an Biologieschülerinnen und -schüler unter 18
Jahren wendet. Dies soll der Förderung des jüngeren Nachwuchses dienen. Die Auswahl soll parallel durch
diesen Wettbewerb erfolgen.
Wer kann teilnehmen?
Mitmachen können alle Jugendlichen, die
im Schuljahr 2002/2003 eine weiterführende Schule besuchen, in der Regel
Schülerinnen und Schüler der Sekundarstufe II.
Was kann man erreichen?
In jeder erreichten Runde Urkunden, in der
3. Runde Büchergutscheine oder Forschungspraktika im In- und Ausland, in der 4.
Runde Geldpreise (500 Euro) oder evtl. die
Förderung der Studienstiftung des
deutschen Volkes.
Was geschieht in der 1. Runde?
Die Aufgaben der 1. Runde auf diesem
Plakat dürfen mit Fachliteratur zu Hause
bearbeitet werden. Für die Qualifikation zur
2. Runde muss man nicht alle Aufgaben
richtig gelöst haben.
Wer prüft die Ergebnisse?
Ein Biologielehrer an der Schule korrigiert
diese Arbeit und meldet die Ergebnisse
(Name, Geschlecht, Schulanschrift,
Klassenstufe im Frühjahr 2003,
Punktzahl) an die oder den Landesbeauftragte/n (s. Rückseite).
Aufgabe 1 (Botanik/Stoffwechsel)
Der Volksmund sagt: „Keine Rose ohne
Dornen“ - keine Stachelbeere ohne
Stacheln? Pflanzenorgane zeigen vielfälti-
ge Metamorphosen.
a) Fertigen Sie korrekt beschriftete
Zeichnungen der betreffenden Strukturen
bei Rose und Stachelbeere an. Überprüfen
Sie die genannte Aussage aus evolutionärer und anatomischer Sicht.
b) Zwiebeln stellen als Blattmetamorphose
eine Anpassung an die geophytische
Lebensweise dar. Mikroskopieren und skizzieren Sie die Kristalle in den noch lebenden ältesten Blattscheiden von Allium
cepa. Ermitteln Sie experimentell, woraus
diese bestehen. Protokollieren Sie Ihre
Vorgehensweise.
Aufgabe 2 (Zellbiologie)
Man kann Makromoleküle markieren,
indem man sie mit einem fluoreszierenden
Molekül verbindet. Mit dieser Methode wurden die Membranmoleküle an der
Zelloberfläche markiert. Ein kleines Areal
der Zelloberfläche wurde dann kurz mit
einem Laserimpuls bestrahlt, welcher die
fluoreszierende Wirkung der Molekülgruppe irreversibel zerstörte, d.h. das entsprechende Areal der Zelloberfläche wurde
gebleicht. Anschließend wurde die
Fluoreszenzaktivität des betreffenden
Areals bei einer konstanten Temperatur
von 35 °C in Abhängigkeit von der Zeit
gemessen. Abbildung 1 stellt das Resultat
dieser Messung graphisch dar.
Abbildung 1
Abbildung 2
a) Beschreiben und erklären Sie detailliert
den aus Abb. 1 ersichtlichen Effekt.
b) Zeichnen und begründen Sie den
Verlauf der Graphen, den man erwarten
würde, wenn man das oben beschriebene
Experiment bei 30°C bzw. 40°C durchgeführt hätte. Übernehmen Sie dazu Abb. 1
und zeichnen Sie die beiden Graphen ein.
c) Ab einer bestimmten Temperatur würde
man für das oben beschriebene Experiment den Graphen aus Abb. 2 erhalten.
Treffen Sie eine qualitative Aussage über
die Temperatur und beschreiben Sie den
physikalischen Effekt, der bei dieser
Temperatur auftritt.
Aufgabe 3 (Molekulargenetik)
Beispiele für die Regulation der
Genexpression bei Escherichia coli sind
das lac-Operon und das his-Operon, die
die Gene zum Lactose-Abbau bzw. zur
Histidinsynthese umfassen. Diese Art der
Regulation ist auch als Jacob-MonodModell bekannt.
a) Beschreiben und begründen Sie, welchen Effekt die Deletion jeweils eines der
regulatorischen Elemente (lac-Regulatorgen, lac-Promotor, his-Regulatorgen, hisPromotor) auf die Expression der
Strukturgene des lac-Operons bzw. hisOperons bei Anwesenheit und Abwesenheit von Lactose bzw. Histidin hätte.
b) Es gibt E.-coli-Stämme bei denen die
Strukturgene des lac-Operons nicht exprimiert werden, unabhängig davon ob
Lactose anwesend ist oder nicht. Zur
Untersuchung dieser Mutation wurde
durch Konjugation ein partielles Diploid
gebildet, d.h. ein Bakterienstamm, der
neben dem Bakterienchromosom des
Mutantenstamms auch ein völlig intaktes
lac-Operon (einschließlich Regulatorgen)
des Wildstamms enthält. Auch dieser partiell diploide Bakterienstamm ist nicht in der
Lage die betreffenden Strukturgene zu
exprimieren. Erklären Sie auf Grundlage
dieser Informationen den Wirkungsmechanismus dieser Mutation.
c) Ferner gibt es auch E.-coli-Stämme bei
denen die Strukturgene des lac-Operons
immer exprimiert werden, unabhängig
davon ob Lactose anwesend ist oder nicht.
Zur Klärung des Mutationsmechanismus
wurde wiederum ein partiell diploider
Stamm mit mutiertem und intaktem lacOperon (einschließlich Regulatorgen)
untersucht. Dabei wurde festgestellt, dass
dieser partiell diploide Stamm die
Strukturgene ebenfalls bei Anwesenheit
und Abwesenheit von Lactose exprimiert.
Erklären Sie auf Grundlage dieser
Informationen den Wirkungsmechanismus
dieser Mutation.
Aufgabe 4 (Neurophysiologie)
Für die Informationsverarbeitung können
Neuronen unterschiedlich verschaltet sein
und verschiedene Wirkungen haben. Die
Abb. zeigt eine Verschaltung von
Neuronen
zur
Verarbeitung
von
Schmerzreizen im Rückenmark: Das Axon
von N2 leitet Erregungen von Schmerzrezeptoren der Haut zum Rückenmark, N1
leitet diese weiter
zum Gehirn, an N3
enden vom Gehirn
kommende Fasern.
a) In Versuchen wurden am Soma des
Neurons N1 EPSPs
gemessen, die sich
nur in der Höhe der
Depolarisation unterschieden:
Versuch Reizung an Depolarisation um
A:
N2
10mV
B:
N3, kurz danach an N2
5mV
C:
N2 unter Wirkung von Morphin
2mV
Skizzieren Sie qualitativ die beschriebenen
Messkurven im zeitlichen Verlauf in einem
Diagramm.
b) Vergleichen Sie anhand der Abb. die
beiden Synapsentypen und benennen sie
diese.
c) Deuten sie die Ergebnisse der Versuche
A und B hinsichtlich der Verschaltung der
Neuronen.
d) Nennen Sie vier Erklärungsmöglichkeiten für die Wirkung des von N3 ausgeschütteten Transmitters.
e) Erklären Sie die Wirkung von Opiaten
unter Einbeziehung von Versuch C.
Markieren Sie den möglichen Ort für
Opiatrezeptoren.
mit freundlicher Unterstützung
In touch with life