1. Många insektsarter är viktiga pollinerare i naturen. Deras verksamhet är avgörande för skörden av många viktiga näringsväxter.

Transkript

1 Biologi Många insektsarter är viktiga pollinerare i naturen. Deras verksamhet är avgörande för skörden av många viktiga näringsväxter. a) Hur sker insektpollination? b) På vilka andra sätt kan pollinering ske? c) På bilderna (se bifogat prov) nämns nektarsamlande steklar som viktiga pollinerare. Ange två nektarsamlande steklar. a. Pollenkorn fastnar på en insekt (i pälsen t.ex.) från en blommas ståndare. Då insekten flyger till nästa blomma av samma art (för att suga nektar eller äta pollenkorn) kan kornen fastna på pistillen i denna. Detta är pollineringen. Själva befruktningen sker så att en slang från pollenkornet växer in i pistillen där cellkärnorna möts. b. Ett annat vanligt sätt är vindpollination (många träd, gräs m.m.). I vissa fall är vatten transportör. Nektarsugande fåglar (och kanske fladdermöss) kan transportera pollenkorn. Självpollination förekommer också. (Alla sätt behövs inte för ett bra svar). c. Bi och humla, dessa samlar (och noggrannare artnamngivning behövs inte). Getingar, fjärilar, vissa flugor m.m. äter nektar men samlar inte! 2. Hur bildar följande celler det ATP de behöver? a) en muskelcell b) en cell i ett björkblad c) en cell i en tallört (saprofyt som saknar klorofyll) d) lavens grönalgskomponent e) lavens svampkomponent f) en kolibakterie a. Muskelcellen använder socker som den får via blodet. I mitokondrierna sker cellandning som leder till uppkomsten av ATP-molekyler (också mjölksyrajäsning, men bara i cytoplasmat). b. Björkbladets celler innehåller kloroplaster. Dessa kan med hjälp av sitt klorofyll binda solljuset i ATP. Här bildas också socker (glukos) som i cellens mitokondrier genom cellandning bildar ATP (se ovan). Båda delarna bör nämnas.

2 c. Tallörten är en växt som saknar klorofyll. Den måste alltså få sitt socker från någon annan (är heterotrof) och bildar ATP genom cellandning. Den är en saprofyt, får sockret genom nedbrytning. Den tar upp näring genom rötterna, bildar mykorrhiza med s.k. svamprot. (Har åtminstone tidigare också ansetts vara en parasit). d. En lav består av en svampkomponent och en grönalgskomponent i symbios. Grönalgskomponenten producerar ATP genom att binda solljus och i mitokondrierna genom cellandning (se b.). e. Svampkomponenten bildar ATP i mitokondrierna genom cellandning, av sockret den får av algkomponenten. f. Kolibakterien är heterotrof och en prokaryot. Den har inga mitokondrier utan oxiderar det socker den tar från omgivningen (cellandning eller jäsning) i cellandningsmembranen. 3. Jättepandan, tigern och flera valarter är globalt välkända hotade djur. Hur skyddas de och varför är det svårt att skydda dem? Internationella avtal, bl.a. om handel med sällsynta, utrotningshotade arter (CITES) kan nämnas i samtliga fall. Jättepandan: Skydd: Förbjuda/ förhindra jakt och handel med dem, upplysning och penninginsamlig för vidare skydd, skyddsområden, uppfödning i djurparker, t.o.m. konstgjord befruktning. Problem: Närningsspecialist (äter bara bambuskott av viss ålder), litet naturligt och splittrat bestånd (kan leda till inavel), svårt att plantera ut uppfödda djur då de vant sig vid mänskan. Tigern: Skydd: skyddsområden, förbjudning av handel, uppfödning i djurparker. Problem: tjuvjakt och handel, kan vara farlig för människor och husdjur, splittrad i många små underarter och små populationer, livsmiljöerna minskar. Valar: Skydd: Fridlysning och/eller fångstkvoter, medborgaraktivitet via t.ex. Greenpeace och bojkottning av produkter/ valfångande länder. Problem: Miljöproblem (förorening m.m.) i haven, rör sig över stora havsområden vinter- och sommarkvarter, mindre arter fastnar och drunknar i fisknät, annan störning, valfångst en kulturfråga

3 för en del naturfolk (bedriver småskalig fångst enligt internationellt godkända principer), fångst också ekonomiskt viktigt för vissa länder = vetenskaplig fångst. Två punkter från varje kategori per art behövs. 4. Hanarna hos miljonfiskarna har prickig stjärtfena. Hos fiskar som lever i naturtillstånd varierar antalet prickar individuellt. Det har konstaterats att en stor mängd prickar ökar honornas intresse för hanarna. Figuren illustrerar experiment där man undersökte hur en rovfisk inverkar på mängden prickar hos hanliga individer av miljonfisk under 20 månader (ca. 10 fiskgenerationer). a) Redogör kortfattat för vad man observerade i experimenten. b) Vilka är de två urvalstryck som inverkar på miljonfiskhanarna, och på vilket sätt gör de det? a) I början (de första 6 mån.) ökade prickarnas antal från 10 till 12. Då rovfisken infördes minskade antalet prickar hos hanarna till knappa 10 (efter 20 mån.). I den andra populationen, som levde utan rovfiskar, ökade antalet prickar till ca.13 efter 12 mån. Under de följande 8 månaderna ökade prickarnas antal inte mera. Du skall noga beskriva antalet fläckar och tider för respektive population. b) I försöket kan observeras två olika selektionstryck (urvals-), som verkar i motsatt riktning. Urvalet fungerar ju så att de individers egenskaper, som får flest avkomlingar, ökar i populationen i framtiden (dessa gener egentligen alleler ökar i proportion). 1) Honorna föredrar hanar med flera prickar, därför ökar antalet i början av experimentet och mer än halva tiden hos populationen utan predatorer. Av genetiska orsaker kom inte antalet fläckar att överstiga 13, man kan tänka sig att generna inte förmår åstadkomma fler om situationen skulle fortsätta under en lång tid skulle kanske mutationer leda till nytt genetiskt material som skulle möjliggöra fler prickar (inte nödvändig utredning!). 2) Predatorerna kan tydligen lättare observera och fånga hanar med många prickar, så dessa hanars antal minskar i populationen. De överlevande hanarna sprider sina gener i populationen och därför har hanarna i fortsättningen färre prickar (trots att honorna föredrar hanar med många) 5. Människan är jämnvarm. Vad betyder det att vara jämnvarm, och hur sker regleringen? Hur inverkar en ökning och en minskning av kroppstemperaturen på våra livsfunktioner? Människan är egenvarm, kroppstemperaturen hålls i allmänhet strax under +37 C oberoende av omgivningens temperatur.

4 Kroppen innehåller receptorer (både huden och inre organ) som reagerar på värme respektive kyla. Informationen förs till temperaturregleringsdelarna i mellanhjärnan. Härifrån regleras blodomloppet så att det passar till temperaturbehovet (mera blodströmning för att avkyla blodet, mindre för att minska värmeförlust) genom att blodkärlen (kapillärer) utvidgas resp. sammandras. Också muskulaturen bidrar, muskelsammandragningar ökar, avslappning minskar temperaturen. Överlopps värme avlägsnas ur kroppen genom utstrålning, genom svettning (svettens avdunstning bilder energi) och t.o.m. genom andningen. Avkylning motverkas, förutom av de ovan nämnda, av underhudens fettlager, kläder (och t.o.m. hårresarmusklernas sammandragning för att öka luftlagret mellan pälsens hårstrån saknar praktisk betydelse hos människan). En förhöjd kroppstemperatur, feber, beror i allmänhet på att kroppen försöker bekämpa en infektion, mikrobernas optimitemperatur är under +37C så deras liv och förökning försvåras. Den höjda kroppstemperaturen leder till ökad aktivitet i livsfunktionerna vilket leder till påfrestningar. Proteiner och enzymer skadas och deras funktioner störs av höga temperaturer och feber på C kan t.o.m. vara dödlig. En kraftig sänkning av kroppstemperaturen (i allvarligare fall kallad hypotermi) leder till förlust av känsel i yttre organ och förfrysning (varvid celler kan frysa sönder, dö). Kroppen förlorar sin förmåga att arbeta normalt, man blir trött, slö, inaktiv, sjunker i koma och dör slutligen. 6. En viss sjukdom utvecklas av en recessiv, könsbunden allel. Med vilken sannolikhet nedärvs sjukdomen till barnen i följande fall? Motivera ditt svar. a) Fadern är sjuk och modern frisk, men morfadern lider av sjukdomen. b) Fadern är sjuk och modern frisk, men mormodern lider av sjukdomen. Välj först beteckningssätt för sjukdomen. XA eller A som index (uppe eller nere) eller X = frisk Xa eller a som index eller X = sjuk a. Fadern x modern XaY x XAXa (eftersom hennes far sjuk, XaY) Barn: XAXa, XaXa, XAY och XaY

5 50 % av barnen sjuka (50% av flickorna, 50% av pojkarna sjuka) b. Fadern x modern XAY x XAXa (eftersom hennes moder sjuk XaXa) Barn: XAXA, XAXa, XAY och XaY 25% av barnen sjuka (ingen av flickorna, 50% av pojkarna sjuka) Könsbunden nedärvning är också möjlig via Y-kromosomen, men enligt SEN:s svarsanvisningar behöver inte detta alternativ behandlas. Genotyperna måste sättas ut, också motivering till moderns typ bör nämnas. 7. Vilka är fördelarna och problemen med ekologisk växtproduktion? Ekologisk odling innebär att man inte använder för naturen främmande, konstgjorda kemikalier (gödningsmedel, bekämpningsmedel mot olika skadegörare som bakterier, svampar, insekter, ogräs), inte heller växthormoner för att påverka tillväxten, mognaden, hållbarheten och inte heller genmanipulerade organismer. Dessa ersätts med naturlig gödsel, växelbruk, bearbetning av marken, rensning av ogräs, bekämpning med naturliga fiender m.m. Fördelar kan vara: - livsmedel fria från gifter och deras eller konstgödselns nedbrytningsprodukter - smakrikare och hållbarare produkter - näringsrikare produkter - hela åkerekosystemet har en högre diversitet om man använder naturgödsel, använder växelbruk o. dyl. - som helhet en metod som representerar hållbar utveckling Nackdelar är bl.a.: - produkterna ofta dyrare då de kräver stor arbetsinsats (och myndigheternas övervakning för att få officiell eko-status)

6 - många arbetsskeden är mycket arbetsdryga och kanske ändå inte alltid leder till önskat resultat (t.ex. bekämpning) - tillgången på naturliga ämnen som behövs för odlingen kan vara begränsad - skörden per areal blir ofta mindre - hållbarhet och utseende kan vara sämre 8. Andmaten (Lemna minor) är en på ytan i sötvatten fritt flytande växt som föredrar eutrofierade livsmiljöer (bild A, göl i sydvästra Finland). Effektiv näringsupptagning med hjälp av rotlika trådar (bild B) samt effektiv fotosyntes med hjälp av de tre bladen (bild C) garanterar produktionen av en riklig biomassa, speciellt proteiner. I ett hemakvarium hindrar andmaten effektivt tillväxten av alger. (Se bifogat prov!) a) Hur visar graferna (1-4) den för andmaten typiska snabba tillväxten och proteinproduktionen? b) Varför förhindrar andmaten algernas tillväxt i ett akvarium? c) Varför kan andmaten användas som en effektiv biologisk renare av eutrofierade vatten? a) Graf 1 visar hur kvävehalten sjunker då andmaten tar upp kvävet och använder det till tillväxt, producerar biomassa (bl.a. proteiner). Graf 2 visar hur andmatens proteinhalt ökar snabbt då växterna växer och lagrar protein i sig (den relativa halten ökar). Graf 3 visar hur biomassan ökar, i början gå det rätt långsamt men då tillväxten kommer igång ökar massan kraftigt. Graf 4 visar hur fosforhalten sjunker då andmaten tar upp fosforn och använder det till tillväxt, producerar biomassa. b) Andmaten tar effektivt upp kväve och fosfor ur vattnet (deras halter minskar, se grafer 1 och 4). Bristen på dessa, också för alger viktiga närsalter, hämmar tillväxten. Andmaten bildar en tät matta på vattenytan och minskar algernas tillgång till solljus. c) Eutrofiering i vatten beror på höga halter av kväve och/ eller fosfor. Om andmaten får växa en tid, binda närsalter i sig och med jämna mellanrum rensas bort avlägsnas också stora mängder eutrofierande ämnen (på ett naturligt sätt).

7 9. Bilden nedan presenterar en karteringsundersökning av en viss ärftlig sjukdom. Vilka skeden i mutationsundersökningen illustrerar punkterna A-F, och varför har de olika skedena genomförts? (Se bifogat prov!) A. Geografisk lokalisering av sjukdomens förekomst, på individ- / populationsnivå. Mutationens förekomst är mycket begränsad, lokal, och kan därför anses vara rätt ny. B. Man gör upp släktträd för att bedöma sjukdomens nedärvningssätt, allstå är det en dominant/ recessiv allel, är den autosomal/ könsbunden o.s.v.. C. Man undersöker kromosomerna hos patienter och försöker lokalisera mutationen till rätt plats, lokus (färgning av kromosomer, jämförelse med referenser, användning av markörgen, hela släktens kromosomer studeras för att hitta ett gemensamt drag = allelen). D. Den bit av kromosomen som antas innehålla den eftersökta allelen isoleras, renas och behandlas för att få fram DNA i ren form, för vidare åtgärder och undersökning. DNA klipps i bitar med restriktionsenzymer, bitarna separeras med elektrofores. E. De olika DNA-bitarna undersöks vidare. Man sekvenserar baserna i de olika fragmenten. F. Utgående från sekvenseringsresultaten och jämförelse med korrekt DNA från samma region läser man ut vilken basföljd som är ett resultat av en mutation.här finns en punktmutation. En bastriplett har bytts, så att i stället för att koden CAA skulle koda för aminosyran Leu (leucin) har det uppstått en stopp-kod TAC. 10. I naturen förekommer inte nejlikor med blå blommor. Den blå nejlikan på bilden har man lyckats framställa med hjälp av genöverföringsteknik. Med vilka gentekniska metoder kan man åstadkomma detta? Först måste man hitta en växt som tillverkar blå färg i sina blommor. Därefter måste genen (eller alla om det är flera samverkande gener) isoleras och klonas. Man har nejlikceller i odling till vilka man nu försöker överföra genen/ generna. Detta kan ske på många olika sätt. Man kan sätta in genen i en vektor. Om man använder en bakterie (då sannolikt Agrobakterieum) införlivas genen i bakteriens plasmid. Dessa bakterier infekterar växtceller och i vår nejlikcellodling hämtar de med sig genen till växtcellerna. För att det hela skall ha önskat slutresultat krävs alltså noggrann kännedom om genens funktion så att rätt delar flyttas över. Kanske också rätt regleringsgener så att färgproduktionen bara startar i blommans celler. Andra sätt att överföra gener är t.ex. att skjuta guldkulor överdragna med klonat DNA ur en genpistol, eller att behandla cellvägg och membran med kemikalier eller elektricitet, så de blir permeabla för DNA-materialet.

8 Ur det behandlade växtmaterialet söker man nu det transgena, t.ex. med hjälp av den markörgen som man tidigare insatt i DNAt. Det växtmaterial som man nu sorterat fram måste ännu odlas till hela växter, först genom att odla cellerna till plantor och sedan med andra metoder antingen klona dem eller genom befruktning få så mycket plantor att de kan utnyttjas t.ex. ekonomiskt, (men detta var ju inte frågan, utan man frågade om gentekniska metoder) Varifrån får människan proteiner? Hur sönderdelas proteinerna vid matsmältningen? Hur framställer organismen de proteiner den behöver? Fås: Proteiner fås från näringen, antingen som proteiner eller som aminosyror (proteinernas beståndsdelar). De essentiella aminosyrorna (av totalt 20 olika) måste vi få via födan, ett litet antal kan vi själva tillverka i kroppen (utgående från rätt råvaror). Allvarlig protein- (aminosyrabrist) i unga år leder till det allvarliga sjukdomstillståndet kwashiorkor. De främsta proteinkällorna är olika animaliska produkter: kött av olika slag, fisk, ägg, mjölkprodukter. Växter är rätt fattiga på proteiner, ärtväxter innehåller mest: ärter, soja- och andra bönor. Sönderdelas: I magsäcken börjar nedbrytningen av proteiner med enzymet pepsin och under inverkan av den sura miljön (ph ca.2, orsakas av saltsyra som magsäcksväggens körtlar tillverkar). Den tjocka slemhinnan skyddar magsäcksväggen från att bryta ned sig själv. Som ett resultat av denna process får vi delvis nedbrutna proteiner: oligo- och polypeptider. Efter någon timme i magsäcken fortsätter födan framåt i matsmältningskanalen. I tolvfingertarmen utmynnar bukspottskörtelns sekret: både matsmältningsenzymer och ph-höjande ämnen. Proteiner och peptider nedbryts vidare av trypsinenzymet. I tunntarmens vägg bildas ytterligare enzymer. Peptidasenzymerna nedbryter de sista peptiderna till aminosyror. Dessa sugs genom tarmluddet in i blodkärlen så de kan transporteras runt i kroppen till alla ställen där de behövs. Produktion: I varje cell sker i någon mån proteinsyntes. Vilket protein och i vilka mängder som bildas (av tusentals olika möjliga) vid varje ögonblick i en viss cell bestäms av många olika reglersystem. Cellerna har förmåga att reagera på både den inre och

9 den yttre miljön så att rätt protein bildas vid rätt tidpunkt, aktivering eller inhibering av gener som kodar för olika proteiner är en mycket viktig del i cellens liv. Receptet för kroppens proteiner finns i DNA (som finns i kromosomerna i cellkärnan). Budskapet finns i form av koder, ord bestående av tre baser (bastripletter). Baserna är de beståndsdelar i DNAs dubbelspiral som håller ihop strängarna. Baserna kallas A, C, G och T och bildar par: A-T och C-G. En bastriplett motsvarar en aminosyra i proteinmolekylen som skall bildas. DNA-spiralen öppnas av enzymer och den ena strängen kopieras till en ny molekyl, mrna. Denna innehåller sockret ribos (i stället för deoxiribos), basen U (i stället för T) och är enkelsträngad. mrna-molekylen transporteras ut i cytoplasmat där den fästs på en ribosom. trna-molekyler hämtar nu rätt aminosyra till den plats på mrna där motsvarande kod för aminosyran fästs på ribosomen. mrna skjuts framåt och de olika aminosyrorna fästs vid varandra och bildar en polypeptidkedja. För att få ett fungerande protein måste kedjan spiraliseras, veckas och kanske ännu kopplas ihop med andra kedjor. Man talar om proteinernas primär-, sekundär-, tertiär- och kvartärstrukturer. Denna process sker bl.a. i golgiapparat och endoplasmatiska nätverket Bilderna (A-C) visar molekyler som är viktiga för livet. De har utvecklats under den första tiden av jordens biologiska evolution och de har gemensamma drag i strukturen. En del av molekylerna bildar i cellerna stora derivat, makromolekyler. Behandla strukturen hos både de presenterade molekylerna och de makromolekyler som bildas och de uppgifter de har. I bild A finns: ATP, adenosintrifosfat. Bildar inte större helheter utan är cellens energibatteri. Levererar energi för cellens behov genom att nedbrytas till ADP och AMP (di- respektive monofosfat. Dessa laddas upp till nytt ATP genom energi från cellandningen eller i fotosyntesen. Består an tre fosfatdelar, en sockermolekyl (ribos, se C) och en bas (adenin, se B). DNA-nukleotid. Består av en fosfatdel, en sockermolekyl (monosackariden deoxiribos, se C) och en bas (antingen A, C, G eller T, se bild B). Bildar makromolekylen DNA. Denna är dubbelsträngad och består av ett mycket stort antal DNA-nukleotider efter varandra i två strängar som hålls ihop via vätebindningar mellan strängarnas baser (paren A-T och C-G). Innehåller den genetiska informationen, egentligen budskap om hur cellens proteiner skall byggas upp. DNA förekommer i kromosomerna i cellkärnan, eller hos prokaryoter som en fri kromosom i cytoplasmat och som små ringar, plasmider. DNAs uppgift är att sköta proteinsyntesen, receptet för cellens proteiner finns skrivet i DNA, i basernas ordningsföljd. Denna kopieras med DNA, t.ex. då cellen delar sig.

10 FÖR EN NOGGRANNARE BESKRIVNING AV PROTEINSYNTESEN (som nog behövs i ett perfekt svar) SE UPPGIFT 11! Bild B: Baserna som bygger upp DNA (A, C, G och T) och U som ersätter T i RNA. Dessa är s..k. puriner (C, T,U) eller pyrimidiner (A, G). Tillsammans, efter varandra hopfogade bildar de DNA (och RNA). DNA är en dubbelspiral (se ovan) och RNA en enkel sträng. Vissa virus kan ha enkelsträngat DNA. Bild C: Här ses 3 sockermolekyler, monosackarider. Ribos finns i baserna i RNA-molekylerna och i ATP (behandlade ovan). Deoxiribos (namnet kommer från att det fattas en syreatom nere till höger, som man kan se i bilden) är sockret i DNA (behandlat ovan). Glukos (druvsocker) bildas i autotrofa organismer (växter, alger, vissa bakterier) i fotosyntesen och hos en del arkeer vid kemosyntes. Glukos är cellens viktigaste energikälla. Glukosen kan bilda större molekyler som stärkelse och cellulosa i växter och glykogen i djur. Disackarider av glukos är maltos (maltsocker) och laktos (mjölksocker).