Biologi 1.10.2010 Fråga 1: a) Svamparna är heterotrofa organismer. Förklara vad som avses med heterotrofi. (2 p.) b) Redogör för varifrån och på vilket sätt skogssvamparna (exempelvis kantarellen) kan få sin näring. (4 p.) a) Heterotrofa organismer får den energi de behöver från organiska ämnen som andra organismer har bildat. De kan inte själv binda energi (i kemo- eller fotosyntes). b) Svampar kan få organiska ämnen genom symbios (mutualism -förhållandet gynnar alltså båda parter) med assimilerande växter (träd eller ris), genom att växa samman med dessas rötter. Svampmycelet omger växtens rot (mykorrhiza) och får organiska ämnen (t.ex. socker), energi. Växterna får vatten och näring via svampens mycel. Svampmycel kan även bryta ner dött organiskt material (med hjälp av enzym som det utsöndrar). På så sätt får svampen den näring och energi som den behöver. Grundämnenas (mineralernas, närsalternas m.m.) kretslopp sköts av nedbrytarna. Tickor som parasiter och nedbrytare kan behandlas, men de krävs ej.
Fråga 2: Storskarven (Phalacrocorax carbo) har brett ut sig till våra kustvatten från de södra delarna av Östersjön. Arten häckade hos oss första gången 1996. Stammen har ökat såsom bilden visar. a) Diskutera hurudana faktorer som kan ha bidragit till stammens snabba tillväxt.(3 p.) b) Beskriv faktorer som begränsar stammens tillväxt. (2 p.) c) Vilka slutsatser kan du dra om storskarvens föda och häckning på grundval av vidstående bild och scheman? (1 p.) a) Snabb tillväxt: - hittat en egen ekologisk nisch (näring, häckning) - p.g.a. Östersjöns eutrofiering finns mycket småfisk, skarven har en mångsidig diet - få fiender (havsörnen har dock börjat utnyttja t.ex. boungar som del av sin näring) - fridlyst - kolonhäckande fåglar får bättre skydd av gruppen än arter/par som häckat enskilt. b) Begränsande faktorer - miljöns bärförmåga överskrids (förr eller senare), p.g.a. följande: - människan bekämpar arten (förstör bon, jakt m.m.) - föroreningar i havet leder till förökningsproblem - näringen börjar ta slut - sjukdomar, parasiter - konkurrens inom arten om t.ex. föda, boplatser - predatorer c) Storskarven är: - en predator (rovdjur), äter fisk - mörten är den viktigaste födan - för människan utgörs dess näringskälla främst av s.k. skräpfiskar (men också små abborrar, gösar) - kolonihäckare - smutsar ner häcknings- och rastningsskären med sin avföring. Boträden dör t.o.m. efter några år.
Fråga 3: a) Vilka är de utgångsämnen och slutprodukter som anges med siffror i nedanstående schema över skedena i fotosyntesen? (2 p.) b) Planera ett enkelt experiment, med vilket du påvisar någon faktor som hör till fotosyntesen och också undersöker effekten av denna faktor. Vad behöver du för experimentuppställningen? Du kan åskådliggöra experimentet med bilder. (4 p.) a) 1 = vatten 2 = syre 3 = väte och ATP 4 = koldioxid 5 = glukos, socker, kolhydrat b) Planera ett experiment där man kan undersöka vilket som helst ämnes (koldioxid eller vatten) eller miljöfaktors (ljus, temperatur) inverkan. Eller undersök bildandet av syre. En faktor bör kunna regleras, medan de övriga hålls oförändrade i varje prov. Observera mätbarheten! Det räcker inte att bara konstatera att en viss faktor undersöktes och det bildades det här eller det där.
Fråga 4: Komplettera ställena 1-12 med ett ord. Anteckna på ditt eget svarspapper numren och de biologiska strukturer eller begrepp som hör till de ställen som anges med respektive nummer. 1) är människans största organ. Dess viktigaste uppgift är att skydda kroppen mot utifrån kommande skadliga faktorer. En annan viktig uppgift är att fungera som temperaturreglerare. Detta organs översta skikt heter 2). Dess översta del kallas 3). Det sistnämnda består av döda celler som genomgått programmerad celldöd som också kallas 4). Under det yttersta skiktet finns 5), med 6), bildad av kollagenfibrer och elastiska fibrer, blodkärl, lymfkärl och sinnesceller. 7) skyddar vår kropp mot UV-strålningens skadeverkningar och kan så avvärja bland annat 8). Genom solljusets inverkan bildas i detta organ 9) -vitamin. Då det är hett producerar 10) ett sekret som innehåller vatten, ammoniak, urea och salter och som kyler vår kropp då vattnet avdunstar. Sekret från 11) smörjer ytan på vår kropp så att den hålls smidig och vattenavstötande. Hår och naglar är av 12). 1. huden 2. överhuden 3. hornlager, döda celler 4. apoptos 5. läderhuden 6. bindväv 7. melanocyter (pigmentkorn, -celler) 8. hudcancer, melanom 9. D 10. svettkörtel 11. talgkörtel 12. delar av överhuden, hornämne (keratin).
Fråga 5: a) Albinism orsakas av en mutation, som förhindrar att det pigment, melanin, som ger huden färg bildas. Vidstående släktträd visar hur albinism nedärvs i en viss släkt. Dra av det din slutsats om albinismen orsakas av en dominant eller av en recessiv allel och motivera din slutsats. (2 p.) a) Hur har människopopulationernas hudfärg utvecklats som resultat av det naturliga urvalet inom zoner med olika stark solstrålning? (3 p.) b) Albinism förekommer också hos människopopulationer som lever vid ekvatorn. Varför har evolutionen inte lett till att egenskapen helt har gallrats ut där? (1 p.) a) Albinoallelen är recessiv. Föräldrar som är normala till färgen (6 och 7) får ett albinobarn. Föräldrarna måste vara heterozygoter, barnet (8) är recessivt och homozygot. b) Människans hudfärg är en polygen egenskap (påverkas av 4 olika gener/ 8 alleler). Därför finns det en stor variation i hudfärgen (från riktigt ljust till mycket mörkt). I människopopulationer som lever i sydliga trakter med mycket solljus (UV) har evolutionen gynnat individer med mörk hud, melaninet skyddar mot solens UV-strålning. Huden är ljusare ju närmare polerna man kommer. Den ringa mängden melanin ger en fördel i områden med lite strålning, eftersom det annars skulle bli problem att producera tillräckligt D-vitamin. c) Skadliga recessiva egenskaper gallras inte helt ut från populationer eftersom de finns i heterozygot form hos många individer (fast den recessiva allelen inte syns!).
Fråga 6: Växterna utsätts för många stressfaktorer, såsom låga temperaturer. Hos växter som tål frost fordrar anpassningen till kölden, så kallad köldacklimatisering, en köldperiod av en viss längd. Köldegenskap är en polygen egenskap. a) Vad avses med en polygen egenskap? Nämn något annat exempel på växternas polygena egenskaper. b) Hurdana metoder har utvecklats hos växterna för att de skall klara sig genom vintern? c) Diskutera följder som klimatuppvärmningen kan ha för växtligheten i vårt land. a) Polygena egenskaper / (kvantitativa) bestäms av flera olika samverkande gener (olika locus). Allelerna samverkar, deras effekter adderas,(verkan av flera olika allelpar). Ingen allel är dominant i förhållande till de andra. T.ex. växters längdtillväxt, skörd och motståndskraft mot sjukdomar/ parasiter och köld. b) Cellernas cytoplasma och cellsaft får starkare koncentration av socker m.m., den koncentreras, fryspunkten sjunker. Cellerna får inte frysa, iskristallerna i celler skulle söndra dem. För övervintringen (vilotillstånd) tappas bladen och klorofyll lagras i rötterna. Trädens och buskarnas stammar och knoppar tål kyla. Ris övervintrar under snön i skydd från hård köld. Andra övervintringsmetoder: knoppar i jorden/ i skydd av snön, som jordstockar, lökar, stamknölar, som frön. c) Längre tillväxtperiod (längre skördeperiod). Nya, sydliga arter kan sprida sig till Finland (de kan vara köldkänsliga, en köldperiod kan förstöra dem). Skogsgränsen flyttas norrut; en del av arterna försvinner i f.d. arktiska förhållanden. Den nordliga barrskogszonens arter kan breda ut sig norrut; granen kan tränga ut tallen. Fjällbjörkskogarna flyttas ytterligare norrut eller försvinner helt ut i Ishavet. Mellaneuropeiska lövträd/ädla lövträd blir allmännare och tränger ut barrträden. Varmare klimat kan göra att olika växtskadegörare (skadeinsekter, svampsjukdomar) blir vanligare.
Fråga 7: Vad är ett genbibliotek? Hur skapas det, och hur kan man få ut en gen därifrån för forskning? - En organisms/ cells DNA (genom), delar av det eller enskilda gener som isoleras kan lagras i ett genbibliotek, oftast en bakterieodling. - DNA isoleras, klipps med restriktionsenzym. En bakteries plasmid-dna behandlas med samma restriktionsenzym. Dessa blandas och med ligas-enzymer klistras de klippta bitarna ihop. Då bildas också bitar med DNA från de olika organismerna i olika kombinationer (rekombinant-dna). - Bakterier tar lätt upp plasmider, om man använt sådana tas rekombinantplasmiderna upp. Med hjälp av vektorer (ett virus) kan också andra rekombinant-dna versioner flyttas in i genbiblioteksbakterien som en del av dess genom. - Förutom i bakterier kan gener/dna-bitar även förvaras i virus och jäst. - Man letar efter DNA från en bakterieodling med hjälp av en sond. Sonden är en ensträngad DNA-bit, som innehåller åtminstone en del av den eftersökta genens baser (komplementära, så att de kan fästas enligt den s.k. basparningsprincipen). Sonden innehåller ett ämne (t.ex. radioaktiv isotop) eller någon annan egenskap så att bakteriekolonin i vilken sonden och den eftersökta genen är belägna går att hitta vid undersökning. - Bakteriens DNA splittras, flyttas till en gelelektrofores efter klippning med restriktionenzymer. - På basen av sondens egenskaper kan nu genen lokaliseras till ett visst elektroforesband. Detta tas tillvara för vidare undersökning. - Med hjälp av PCR mångfaldigas DNA:t och så får man tillräckligt med DNA för forskning.
Fråga 8: Vad avses med ekologisk effektivitet i samband med näringspyramiden? Om en mätarfjärils larv under sin livstid äter 10 g gröna blad, hur mycket ökar då en sparvhöks biomassa när näringskedjan löper från larven via en talgmes till sparvhöken? Den ekologiska effektiviteten räknad som biomassa är i varje steg 10%. Med näringspyramidens ekologiska effektivitet avses den andel av energin som flyttas från en trofinivå i pyramiden till nästa nivås organisms biomassa. Alltså förhållandet mellan hur mycket individen intar energi och hur mycket blir kvar i individen som energi i ny form. En stor del av biomassans energi försvinner till organismens vanliga livsprocesser (cellandning, rörelse och utsöndring), som värme i luften eller som avfall och endast en liten del går vidare till nästa nivå. Den ekologiska effektiviteten är 10 % (i verkligheten är den sällan nära detta), d.v.s. 90 % går till spillo. När mätarfjärilens larv äter 10 g blad, går en stor del av bladens biomassa till larvens livsfunktioner och som biomassa blir 10 %, d.v.s. 1 g kvar. När talgoxen äter larver, blir av det ena grammet bara 0,1 g talgoxebiomassa. När sparvhöken äter talgoxen så förvandlas igen bara 10 % av 0,1 g dvs. 0,01 g till sparvhöksbiomassa.
Fråga 9: Vad avses med en bioindikator (indikatorart)? Redogör för två exempel där man har kunnat utreda ekologiska miljöproblem med hjälp av en bioindikator. Med bioindikatorart avses relativt allmänna arter, som lätt reagerar på förändringar i miljön och som har en smal tolerans. De ökar eller minskar i antal som en följd av förändringar miljön. Därför kan man med hjälp av dem dra slutsatser om (förändringar i) miljöns tillstånd. Exempel: - Vattnets tillstånd - Många fiskarter och musslor (t.ex. flodpärlmusslan) är känsliga för ökad försurning av vatten - Många mörtfiskar trivs bäst i övergödda, eutrofierade vattendrag. Stor mängd växter är ett tecken på eutrofiering. Vissa arter trivs speciellt bra: vattenpest, tarmtång m.m. - Vissa arter trivs i näringsfattiga och/ eller syrerika vatten (vattenmossor och notblomster tyder på näringsfattigt vatten, laxfiskar dito) Luftens tillstånd: - Många lavar är speciellt känsliga för luftföroreningar, t. ex skägglavar (Usnea-arter) och tagellavar (Bryoria-arter) försvinner helt med ökad förorening (de är känsliga för svaveldioxid). - Blåslav (Hypogymnia physodes) klarar en liten förorening men försvinner ändå till slut vid kraftig föroreningen. - Grönalger trivs i det ökade kvävenedfallet och ökar i antal. Indikatorarter kan också vara arter som föredrar kalk eller andra specialfall, men dessa är exempel på bl.a. geologiska fenomen, och här frågades efter ekologiska problem!
Fråga 10: Hökblomsternätfjärilen (Melitaea cinxia) lever i Finland på Åland. De röda prickarna på kartan är fyndplatser för arten, de vita prickarna visar platser där arten skulle kunna förekomma men inte finns. Med metapopulation avses en helhet som bildas av små lokala, särskilda populationer. Behandla metapopulationens särdrag, dess uppkomst och evolutionära betydelse. Metapopulationer: - Lokala populationer som är i kontakt med varandra, migration kan förekomma och möjliggöra genflöde inom arten, mellan lokala delpopulationer. - Om en delpopulation försvinner, kan den ersättas av nya individer från andra populationer. - En ny lokalpopulation kan någon gång erövra en ny ekologisk nisch. - Arter som har höga krav på sin miljö, näring o. dyl., alltså en snäv ekologisk nisch. Metapopulationers uppkomst: - P.g.a. miljöns naturliga splittrade struktur (mosaikartad) förekommer lämpliga livsmiljöer sparsamt. - Människans inverkan på naturen leder till ytterligare splittring av biotoper: skogsbruk, jordbruk, förändringar i odlingslandskapet, bebyggelse m.m. kan förändra eller utarma biotoper så mycket att krävande arter försvinner. Evolutionär betydelse: - Tillräckligt stor genetisk diversitet tryggar artens fortbestånd. - Inavel förhindras genom migration av individer/ genflöde. - Om kontakterna mellan olika populationer bryts, kan den genetiska variationen minska och stammen kan försvinna. Populationerna kan utvecklas i olika riktningar och anpassas till lokala förhållanden. - Om en ny population utvecklas från bara några individer kan man tala om flaskhalsfenomenet, vilket innebär att de få individerna inte har med sig alla baspopulationens gener/ alleler. - Inom olika små populationer kan det ske olika mutationer och naturligt urval kan leda till att de utvecklas åt olika håll, arten förändras, kan t.o.m. leda till artbildning.
Fråga +11: Redogör för yttre faktorer som orsakar cancer och förändringar i cellen som kan leda till uppkomsten av cancer. Hur kan kroppen avvärja förändringar som är förknippade med begynnande cancer? Om de felaktiga cellerna ändå ger upphov till en cancertumör, hurdana terapiformer finns det då? Uppkomsten av cancer : Yttre faktorer : - Uppkomst av en cancercell kan bero på carcinogena faktorer, t.ex. joniserande strålning (UVstrålning, radioaktiv strålning, Röntgenstrålning), kemiska föreningar och virus. Generna som styr cellens delning och reglerar denna råkar ut för en mutation. Inre faktorer : - Uppkomsten av cancer beror oftast på flera genmutationer. Nästan alla celltyper kan förvandlas till cancerceller, men sannolikheten ökar med cellens ålder. Onkogener ökar, påskyndar cellernas delning. Övriga cellers förmåga att reglera cancercellerna går förlorad => cancertumör. - Vissa cancertyperna kan ha genetiskt påbrå ( släktfel ). Hur kroppen kan avvärja: - Felaktig kopiering av celler sker ständigt. Olika kontrollgener reparerar de flesta genfel som onkogenerna har orsakat med reparationsenzymer. En cancercell som bildats bekämpas av immunförsvaret. Här spelar interferoner en viktig roll. Om också deras kontroll sviker kan cancercellerna växa och börja dela sig. Terapiformer: - En tidig cancertumör kan avlägsnas genom en operation och är då ofarlig ifall den inte har hunnit göra metastaser. - Strålbehandling förstör celler som delar sig, alltså också cancerceller som håller på att dela sig. - Metastaser som spritt sig i kroppen kan vara svåra att behandla.
- Cytostatika, cellgifter, kemikalier som förhindrar cancercellerna från att dela sig kan användas. - Vid ett skede trodde man att interferonterapi skulle lösa alla problem. - Nyare metoder omfattar t.ex. användningen av stamceller, skadade celler kunde ersättas med friska. - Forskning inom branschen pågår hela tiden och nya metoder utvecklas.
Fråga +12: Vilka faktorer hindrar arter från att korsa sig med varandra? Redogör för metoder med vilkas hjälp människan kan överföra genetiskt material från en art till en annan. Diskutera vilken nytta eller skada överföringen kan medföra. Förhindrande faktorer: - isolering - lever geografisk åtskilt - skillnader i beteende, parningslekar - skillnader i färger, former, - skillnader i förökningstider - kemiska skillnader, feromoner - pollen eller spermier befruktar inte fel äggceller -genitaliernas passar inte ihop - olika kromosomuppsättningar Metoder för att flytta genetiskt material från en art till annan, användning av - mikroinjektioner (mycket fin nål under mikkroskop) - virus (bakteriofager) som överförare - bakterier- och jästsvampsplasmider, agrobakterier - elchocker ökar membraners permeabilitet - genkanon skjuter guldkulor med genetiskt material - protoplastfusion. Nytta: - man kan i djur eller odlingsväxter förbättra produktivitet, näringsinnehåll eller annan för mänskan viktig egenskap - förbättra resistens mot sjukdomar, skadeorganismer eller bättre köldtålighet - utveckla organismer som samlar upp eller nedbryter gifter o.dyl. ur jorden - framställa transgena djur som sjukdomsmodeller ( cancermöss ) för medicintest - kan producera nyttiga enzymer och andra medicinskt viktiga ämnen - proteinproduktion t.ex. i bakterier för att lösa problem med kvalitativ hunger Skada:
- om de förvildas i naturen kan de tränga undan vilda arter eller korsa sig med närbesläktade - det finns åsikter att transgena organismer kan påverka människans hälsa negativt - moraliska, etiska frågor; har människan rätt att förvandla naturen? - utvecklandet av biologiska vapen, sjukdomar resistenta mot t.ex. antibiotika.