E U S O D A N M A R K Den Europæiske Unions Science Olympiade DM i Science Task 1 Et liv i skal Finale 2018 Mandag 26. februar 14-17 Opgave 1 Opgave 2 Opgave 3 31 point 29 point 40 point
Opgave 1. Point: 31 Kalk i krebs Indledning: De fleste organismer i dyreriget har udviklet hårde strukturer som en del af deres legemes opbygning. Nogle har et hårdt indre skelet med bløde dele udenpå, mens andre omgiver sig med en hård skal som beskyttelse af de indvendige bløddele. Et bestemt stof, som i alle tilfælde er en vigtig bestanddel af disse hårde strukturer, kaldes populært kalk og har den kemiske betegnelse calciumcarbonat med formlen CaCO 3. Opgaven: Krebs har et ydre skelet med et højt indhold af kalk. Opgaven går ud på at finde ud af, hvor højt. En jomfruhummer (Nephrops norwegica) har skaller ligesom krebsdyr generelt. Kalkindholdet i krebsens haleskjold skal bestemmes på to forskellige måder. Indledningsvis sættes et overskud af saltsyre til en portion af findelt materiale, og kolben står derefter med omrøring i en times tid. Calciumcarbonaten og syren vil nu reagere, hvorved der dannes både gasformige og vandopløselige produkter. Andre indholdsstoffer som fosfater, silikater og store organiske molekyler vil ikke reagere. Derefter filtreres reaktionsblandingen. De faste rester på filteret vejes, hvorefter kalkindholdet kan bestemmes. Filtratet (væsken) indeholder overskuddet af saltsyren, som kan bestemmes ved titrering. Dette kaldes en tilbagetitrering, og også heraf kan kalkindholdet bestemmes. Tilbage til reaktionen mellem kalk og saltsyre. Når kalk bringes sammen med syre, sker der i første omgang følgende reaktion: 2
CaCO 3 (s) + HCl (aq) CaCl 2 (aq) + H 2CO 3 (aq) (ikke afstemt) Skema I Afstem reaktionsskemaet i boks 1.1. Reaktionsskemaet kan også skrives på ionform. Skriv et reaktionsskema for den samme reaktion, hvor tilskuerioner udelades, og syren skrives som oxoniumioner. Skriv det afstemte ion-reaktionsskema i boks 1.2. Kulsyre (også kaldet carbonsyre) H 2CO 3 er et ustabilt molekyle, som straks går i stykker til vand og carbondioxid. Skriv reaktionsskemaet for denne proces. Husk tilstandsbetegnelser (s, l, g eller aq). Dette skema kaldes Skema II. Skriv det afstemte reaktionsskema i boks 1.3. Materialer: Hårde dele fra krebsehale 100 ml 1,00 M HCl 1 stk kraftig saks 1 stk vægt 2 stk konisk kolbe, 100 ml 1 stk magnetomrører med magnet 1 stk målekolbe, 50 ml 1 stk urglas 150 ml 0,10 M NaOH 5 ml methylorange-opløsning 1 stk filtrerpapir 1 stk varmeskab 50 C 1 stk burette + tragt 1 stk 250 ml bægerglas til affald 1 stk stativ med muffe og klemme 1 stk fuldpipette 10 ml 1 stk pipettepumpe 1 stk plastikpipette Fremgangsmåde: Klip hale-delene i stykker til stumper, som er ca. stumperne med tre betydende cifre. cm på den længste led. Afvej mellem 3,8 og 4,2 g af Noter masserne i svararkets boks 1.4. 3
Overfør halestumperne til en konisk kolbe. Afmål 50,0 ml 1,00 M HCl i en målekolbe og hæld det over i kolben. Tilføj magneten, læg urglasset løst over mundingen og sæt kolben til omrøring på magnetomrøreren i ca. 90 minutter. Beregn stofmængden af tilsat HCl på de 50,0 ml. Angiv udregning og svar i boks 1.5. Filtrerpapiret lægges i varmeskabet ved 50 C i 10 minutter. Derefter tages det ud og vejes. Noter resultatet i boks 1.6. Filtrerpapiret foldes og anbringes i en tragt, som sættes op i et stativ. En konisk kolbe anbringes under tragten. Efter at blandingen med krebseprøve og syre har stået ca. 60 minutter, skal den filtreres. Gem filtratet (væsken fra filtreringen). Filtrerpapiret med indhold lægges i varmeskabet til det er helt tørt, ca. 10 minutter. Tages ud og vejes. Noter resultatet i boks 1.6. Beregn a) massen af ikke opløst stof efter syrebehandling, b) krebsedelens indhold af kalk samt c) kalkens masseprocent. Noter resultaterne i boks 1.7. Nu til titreringen: Fra filtratet udtages 10,0 ml med pipetten og overføres til en anden konisk kolbe. Tilsæt 4 dråber methylorange-opløsning som indikator. Sæt buretten op i stativet og fyld den med 0,100 M NaOH. Titrer nu indtil farveskift fra rød til gul. Gentag, til to målinger er passende tæt på hinanden. Noter volumenet i boks 1.8. Skriv reaktionsskemaet for titreringsreaktionen. Skriv i boks 1.9. Beregn følgende ud fra gennemsnittet af titreringsresultaterne: a) Stofmængden af tilsat NaOH; 4
b) Stofmængden af dertil svarende HCl; c) Stofmængden af HCl, som er gået til opløsning af kalk i den oprindelige krebseprøve; d) Stofmængden af calciumcarbonat, som er opløst af HCl; e) Massen af calciumcarbonat, som er opløst af HCl; f) Masseprocenten af calciumcarbonat i krebsehalen. Skriv udregninger og svar i boks 1.10. Beregn de relative afvigelser af titreringsforsøgets masseprocent i forhold til vejeanalysens. Skriv beregning og svar i Boks 1.11. Hvor stor en stofmængde syre ville der være gået til reaktionen med kalk, hvis vi havde anvendt svovlsyre i stedet for saltsyre? Skriv svar og begrundelse i svararkets boks 1.12. En god grund til ikke at bruge svovlsyre er, at der vil dannes et tungtopløseligt salt med trivialnavnet gips. Skriv reaktionsskemaet for denne fældningsreaktion. Skriv reaktionsskemaet i svararkets boks 1.13. Dette afslutter opgave 1. 5
Opgave 2. Densitet af saltvand 29 point Krebs kan ikke leve i saltvand. Nogle kan leve i såkaldt brakvand dvs. vand med et beskedent saltindhold. Det er derfor vigtigt at kende til et vandområdes saltholdighed, hvis man vil lede efter krebs. Saltvand har pga. det opløste salt en højere densitet end ferskvand. Når man skal bestemme densiteten af f.eks. saltvand, kan man benytte et såkaldt hydrometer. Et hydrometer udnytter Archimedes princip om, at et legeme der er nedsænket i en væske er påvirket af en opadrettet kraft, der er lig med tyngdekraften af den fortrængte væske. Den opadrettede kraft kaldes opdriften. I skal i denne opgave konstruere et hydrometer, der kan måle densiteten af saltvand. Konstruktion af hydrometeret. På næste side vises en figur af et hydrometer. Når hydrometeret nedsænkes i en væske vil det flyde. Væskens densitet bestemmer ifølge Archimedes lov, hvor dybt hydrometeret flyder i væsken. Materialer: Reagensglas Gummiprop med glasrør med måleskala Små haglkugler 1 stk vægt 1 stk 500 ml måleglas 1 stk målebånd 800 ml saltvand med densiteten 1027 kg/m 3 400 ml vandprøve med ukendt densitet 1 stk millimeterpapir For at konstruere et brugbart hydrometer skal I først finde ud af, hvor meget ekstra masse i form af haglkugler der skal tilføres reagensglasset. Hydrometeret skal konstrueres således, at når det nedsænkes i rent vand, så skal kun et par få cm af glasrørets øverste ende stikke op over vandoverfladen. Postevand antages at have densiteten 1000 kg/m 3. Af hensyn til den selvklæbende måleskala på glasrøret er det vigtigt, at I ikke lader hydrometeret være i de forskellige væsker længere tid end højst nødvendigt. Fremgangsmåde: Vej gummiprop med glasrør med måleskala og reagensglasset. Skriv resultatet i boks 2.1 på svararket. 6
Beregn tyngdekraften på hydrometeret. Skriv beregning i boks 2.2 på svararket. Bestem rumfanget af hydrometeret. Skriv resultatet i boks 2.3 på svararket. Bestem opdriften på hydrometeret, når det er nedsænket i rent vand. Skriv beregning i boks 2.4 på svararket. Beregn hvor meget ekstra masse der skal tilføres reagensglasset i form af små haglkugler. Skriv beregninger og resultatet i boks 2.5 på svararket. Fyld 400 ml postevand i 500 ml måleglasset og nedsænk hydrometeret med det beregnede antal haglkugler i vandet. Hvis det er nødvendigt, må I tilføre eller fjerne haglkugler fra reagensglasset, således at hydrometeret flyder korrekt. 7
Kalibrering af hydrometeret. Hydrometeret skal kalibreres inden det kan benyttes til at bestemme densiteten af saltvand. Data til kalibreringskurven fås ved at nedsænke hydrometeret i væsker med kendt densitet. Væskerne med kendt densitet opnås ved at blande væsken med densiteten 1027 kg/m 3 med postevand. Udled en formel til bestemmelse af densiteten af blandingen af to væsker med kendt densitet. Den ene væske har volumen V 1 og densiteten r 1 og den anden væske volumen V 2 og densiteten r 2. Skriv formlen på svararket i boks 2.6 på svararket. Inden målingerne skal I overveje, hvordan I laver jeres blandinger. Det samlede volumen skal være 400 ml, og I kan bruge ubegrænsede mængder af postevand, men I har kun 800 ml væske med densiteten 1027 kg/m 3 til jeres rådighed. Udover de to densiteter 1000 kg/m 3 og 1027 kg/m 3 skal der være minimum fire densiteter mere til at tegne kalibreringskurven. Udregn densiteterne af jeres blandinger. Skriv resultaterne i tabellen i boks 2.7 på svararket. Nedsænk hydrometeret i rent vand og aflæs værdien på skalaen. Skriv resultatet i tabellen i boks 2.7 på svararket. Nedsænk hydrometeret i væsken med densiteten 1027 kg/m 3 og aflæs værdien på skalaen. Skriv resultatet i tabellen i boks 2.7 på svararket. Lav dernæst de forskellige blandinger i 500 ml måleglasset og nedsænk hydrometeret og aflæs værdien på skalaen. Skriv resultaterne tabellen i boks 2.7 på svararket. Indtegn målepunkterne på det vedlagte millimeterpapir og tegn en kalibreringskurve. Kalibreringskurven kaldes graf 2.1. Husk at vedlægge graf 2.1 til svararket 8
Bestemmelse af densiteten af vandprøve med ukendt densitet Nedsænk hydrometeret i 400 ml af den ukendte vandprøve og aflæs værdien på måleskalaen. Noter resultatet i boks 2.8 på svararket. Benyt jeres kalibreringskurve til at bestemme densiteten af den ukendte vandprøve. Noter resultatet i boks 2.9 på svararket. Ville flodkrebs kunne leve i det vand, hvorfra den ukendte prøve stammer? Noter resultatet i boks 2.10 på svararket. Dette afslutter opgave 2. 9
Opgave 3. Undersøgelse af krebsdyr 40 point Mange dyr, både i havet og på land, har i modsætning til pattedyr, krybdyr og fugle et ydre skelet. Det gælder for bl.a. insekter, muslinger og krebsdyr. I denne opgave undersøges opbygning og funktioner hos dyr med ydre skelet. Opgaven: Første del beskæftiger sig med krebsdyrs anatomi og økologi. Denne del af opgaven (A) udleveres særskilt, og I får først anden del (opgave B, C og D), når I har afleveret svarene til del A. Materialer: Del A: Ekstremiteter (lemmer) fra en flodkrebs (venstre eller højre halvdel af en flodkrebs!) 1 stk flodkrebsfigur med formen på en flodkrebs Lim 1 stk pincet Polystyren-æske 1 stk lup/forstørrelsesglas 1 stk millimeterpapir 1 stk lineal A. Den europæiske flodkrebs (Astacus astacus) økologi Definitioner af de økologiske begreber: Biotop, habitat og økologisk niche I naturen er organismerne aldrig tilfældigt fordelt; de foretrækker artsspecifikke, afgrænsede områder. Har man behov for at beskrive deres ikke-tilfældige fordeling i miljøet har man brug for fagbegreberne biotop, habitat og økologisk niche. 10
Biotop: Et større område i naturen med mere eller mindre ensartede miljømæssige forhold, som rummer et karakteristisk, såkaldt samfund, af levende organismer. Habitat: Den del af en biotop, som anvendes af en given art på et tidspunkt af artens liv. Eksempelvis kan man tale om en arts ynglehabitat, fødehabitat osv. Kan beskrives som artens adresse på biotopen. Økologisk niche: Repræsenterer interaktionerne mellem habitatens rumlige beskrivelse de anvendte ressourcer (ernæring, lys, vand, saltholdighed osv.) og artens reaktion på miljøfaktorer Kan beskrives som artens funktion eller erhverv i naturen. (Fra: Sinsch, U. ( 2004). Studienbrief 1: Konzepte der Autökologie.) Universität Koblenz-Landau. Videnskabelig information: Den europæiske flodkrebs, Astacus astacus, økologiske krav stemmer stort set overens med invasive flodkrebs økologiske krav. Alle lever udelukkende i ferskvand. Om sommeren koloniserer de floder, vandløb, varme søer og damme med stejle brinker/kanter. Imidlertid foretrækker Astacus astacus en minimumsvanddybde på 40 cm. En forudsætning for at den europæiske flodkrebs kan kolonisere et givent vandløb, er en stærk opdeling af bunden. Der skal være tilstrækkeligt med skjulesteder og hvilesteder (store sten, banker med trærødder og huler i brinkerne/kanterne). Ligesom mange andre flodkrebsarter er Astacus astacus aktiv i tusmørke og om natten. Om dagen trækker den sig tilbage til hvileområderne. De unge krebs kan ses på lavt vand, hvor de kan skjule sig mellem planter. Astacus astacus er omnivor/altædende. Dens føde består af alger, vandplanter, insektlarver, muslinger, snegle og ådsler. Kombiner definitionerne (venstre søjle) med de korrekte økologiske fagudtryk (biotop, habitat, økologisk niche) ved at krydse af i den korrekte boks i svararkets boks 3.1. Afkryds svarene i svararkets boks 3.1. Flodkrebs overlevelsesevne i forhold til vandtemperaturen om sommeren. Astacus astacus kræver, at vandtemperaturen om sommeren er mindst 11 C, og dens optimale temperaturinterval er mellem 19 C og 21 C. Den øvre grænse begynder ved 24 C, og ved 25 C dør denne flodkrebs. Temperaturfaldet i efteråret markerer begyndelsen på parringstiden. Det optimale iltindhold i vandet er mellem 6 og 12 mg O 2/L. Ved mindre end 2,5 mg O 2/L kan Astacus astacus ikke overleve. Om sommeren (fra begyndelsen af juni til midten af september) er vandtemperaturen en betydende faktor og derfor også vigtig for, om Astacus astacus kan leve der. Tegn en graf (klokkeformet kurve) som viser sammenhængen mellem de oplyste vandtemperaturer (minimum, optimum, maksimum) og artens trivsel/overlevelse på det udleverede millimeterpapir. Skraver det optimale område, og angiv minimum- og maksimumværdier. Benævn grafen Graf 3.1. Bemærk: Artens trivsel/overlevelse (y-aksen) skal have værdier fra 0 (ingen individer overlever) til 100 (optimal habitat-udnyttelse). 11
Vedlæg Graf 3.1. Placer de udleverede flodkrebs-ekstremiteter korrekt på den udleverede skitse af en flodkrebs-krop. Vælg den korrekte flodkrebs-figur, venstre eller højre! NB: Alle ekstremiteter skal limes på flodkrebs-figuren. Tip: Figuren viser krebsen fra undersiden/ventralt. Nogle lemmer er svære at skelne fra hinanden. Hvis det ikke er muligt for jer at placere dem alle i korrekt rækkefølge, så anbring dem som en gruppe. Når I mener at have placeret lemmerne korrekt, skal I kalde på laboratorieassistenten, som vil tage et foto af figuren. Tilkald laboratorieassistenten! Boks 3.2. Aflever figuren med de opklæbede ekstremiteter. 12
Del B. og C. B. Sammenhæng mellem struktur og funktion for flodkrebs. Opgaven: Flodkrebs opbygning skal beskrives i forbindelse med en dissektion af det udleverede eksemplar, og i forlængelse heraf skal struktur/form og funktion klarlægges gennem besvarelse af en række spørgsmål. Materialer til del B og C: 1 stk flodkrebs til dissektion 1 stk dissektionssaks 1 stk skalpel 1 stk lup Køkkenrulle 1 stk bestemmelsesnøgle til krebsdyr 1 stk tegnepapir 1 stk blyant Nedenfor er vist en skematisk gengivelse af en flodkrebs. Noter de korrekte numre/bogstaver ud for det enkelte navn og nummer i svararkets boks 3.3. Noter svarene i svararkets boks 3.3. Figur 3.1 Nummerering af en flodkrebs legemsdele (til brug ved boks 3.3) 13
Bryst-hoved (Cephalothorax) Abdomen + Telson Antenner (Antenna) Forreste skjolddel (Anterior carapacax) Bagerste skjolddel (Posterior carapacax) Abdomen, leddelt Halevifte (Telson) Cheliped Klo-led Pandetorn (Rostrum) Postorbitale fortykkelser Pigge Midtskjoldsfordybning (Cervical fure) Farvede pletter (Areola) Tværbånd over abdomens enkelte led Figur 3.2 Flodkrebs (han) set fra dorsalsiden (tv) og ventralsiden (th). Kombiner hver nummereret legemsdel med dens primære funktion, og marker med et kryds ud for legemsdelens nummer den rigtige funktion i svararkets boks 3.4. (Flere forslag kan være mulige, men højst to kryds pr. legemsdel er tilladt). Forkerte kryds trækker fra! Se tabellen Funktion som I lige har fået udleveret. Et eksempel er fortrykt i svararket: Legemsdel nr. 1 (øje) er knyttet til funktion IV-2 (sansning) med et X i dette felt. Noter svarene i svararkets boks 3.4. 14
C. Dissektion af flodkrebs Den tynde hud i rygsiden ved skjoldets bagkant skæres/klippes forsigtigt igennem, og skjoldet klippes op på langs i to snit øverst på siden af dyret som vist med stiplet linje på skitsen herunder forsigtigt, saksens underste ben skal følge indersiden af skjoldet. Klippene føres frem til lige bag øjnene og forbindes. Derefter fjernes skjoldets dorsale del forsigtigt, idet det løsnes bagfra. Lav en tegning af dyrets indre i målestoksforhold 1:1 på det udleverede papir, og angiv hvad de enkelte strukturer er. De strukturer, der skal angives, er angivet i tekstboksen herunder. Der er angivet flere strukturnavne end der er brug for. Tegningen mærkes Bilag A og vedlægges svararket. Mave Mandibelmuskel/Tyggemuskel Arterie Fordøjelseskirtel Testikler Gæller Hjerte Sædleder Lever Lunger Spiserør Ribben Tarm Ovarier Vedlæg bilag A til svararket. 15
Angiv for hvert af udsagnene herunder, om de er korrekte eller forkerte. Udsagn Korrekt Forkert Ligevægtsorganerne hos flodkrebs kaldes statocyster. Nautilus-larver er tidlige udviklingsstadier af decapoder. Flodkrebsøjne er ganske de samme som blæksprutters (cephalopoders). Er det korrekt, at figuren viser aldersfordelingen af en flodkrebspopulation tæt på udryddelse? 3 3: Reproduktionsevne slut 2: Reproduktionsdygtige 2 1: Ikke kønsmodne 1 Konkurrencen mellem to forskellige arter er størst, hvis deres økologiske nicher i høj grad overlapper hinanden. Noter svarene i svararkets boks 3.5. 16
D. Artsbestemmelse af krebsdyr Materialer: Bestemmelsesnøgle 7 krebsdyr til bestemmelse (A-G) Brug bestemmelsesnøglen til at afgøre, hvilken art hver af de udleverede dyr tilhører. Noter de enkelte trin i bestemmelsen af de enkelte dyr, således som vist med et eksempel i svararket. Noter trinene i bestemmelsen i svararkets boks 3.6. Trin Navn Eksempel 1 2 3 7 8 Caridea A B C D E F G Hvorfor er det vigtigt at vide, om der er tale om en invasiv art? Kryds de rigtige svar af i svararket. Kryds svarene af i svararkets boks 3.7. Hvad kan være årsagen til at invasive arter kan etablere sig i et område? Kryds de rigtige svar af i svararket. Kryds svarene af i svararkets boks 3.8. Vurder følgende udsagn: Invasive arter ønskes ofte bekæmpet. Det er umuligt at forudsige, hvilke følger invasive arter kan få for de naturligt forekommende arter i økosystemerne. Dette afslutter opgave 3. Kryds svaret af i svararkets boks 3.9. 17