Biologi 21.3.2012 1. Bilden visar klassificeringen av organismer. a) Ange de riken dit organismerna i punkterna A-F hör. b) Vilket särdrag är gemensamt för å ena sidan rikena A-B och å andra sidan rikena C-F? c) I vilka riken förekommer det autotrofi? Motivera ditt svar. a) A bakterier B arkéer C svampar D växter E djur F protoktister b) A och B är encelliga prokaryoter. De saknar cellkärna (kärnmembran) och de flesta organeller som eukaryoterna har (t.ex. mitokondrier, kloroplaster). C F är eukaryoter. De flesta är flercelliga (men inte alla). Har mera avancerad struktur än A och B. c) A - kan vara både fotosyntetiserande och kemosyntetiserande autotrofer B - kemosyntes D - nästan alla utför fotosyntes F fotosyntes förekommer (hos t.ex. alger) 2. Förändringar i sättet att föröka sig har varit viktiga i växternas och djurens evolution. Förändringarna kan ha medfört en fördel i förhållande till konkurrenterna. Jämför följande förökningssätt med tanke på evolutionen. (Jämför två olika sätt med varandra i varje punkt). a) Frö och spor b) Inre befruktning och yttre befruktning c) Livmoder och pung som utvecklingsplats för fostret Det är viktigt att i svaret beakta evolutionen. a) Fröet är ett resultat av könlig förökning. Pollenkornet och fröämnet sammansmälter. Den nya individen som utvecklas får gener av båda föräldraindividerna, s.k. rekombination av två olika individers gener. Nya fördelaktiga kombinationer kan uppstå och evolutionen får en stor variation att jobba med. Fröna innehåller ofta mycket näring för det groende embryot. Vinden eller djur sprider ofta fröna effektivt. Fröna kan bibehålla sin grobarhet i många år. Märk att du inte får blanda ihop vindpollination och frön som sprids med vinden (t.ex. maskrosfrön)!
Sporer är ett resultat av könlös förökning. Metoden måste ha fördelar eftersom sporväxter uppstod på jorden långt före fröväxterna, och existerar fortfarande. De små och tåliga sporerna, som produceras i stora mängder, sprids lätt med vinden och ger växterna fördelar som lett till att sporväxter klarat sig. b) Fiskar och groddjur (av ryggradsdjuren) förökar sig med en yttre befruktning. Metoden innebär i princip att honorna lägger stora mängder ägg (i vatten) och hanarna befruktar den. Av ungarna överlever bara en liten andel ägg- och yngelstadiet. En stor konkurrens förekommer och den bidrar till att hålla den genetiska kvaliteten god. Kräldjur, fåglar och däggdjur har en inre befruktning. Honor och hanar kommer samman och hanen överför spermier in i honan. Däggdjuren utvecklas antingen i moderns pung eller inne i livmodern (se nästa punkt). Honan ger ungarna di och sköter om dem en varierande tid. Fåglarna ruvar sina ägg och matar aktivt ungarna, medan kräldjuren (i allmänhet) värper äggen i en varm miljö där omgivningen värmer dem. Den inre befruktningen möjliggör liv i nästan vilken livsmiljö som helst och kräver mindre insats i fråga om antalet ägg som produceras. c) Pungdjuren lever huvudsakligen i Australien för att de inte konkurrerats ut av placentadäggdjur. Hos dem sker en kort embryonalutveckling i livmodern varefter ungen tillbringar en lång tid i moderns pung fastsugen i spenen. Metoden möjliggör tydligen inte en lika effektiv förökning som de modernare djuren har. Placentadäggdjuren utvecklas långt färdiga inne i livmodern där de får närning via navelsträngen från modern. Deras överlevnad är god och därför behöver inte ett så stort antal avkomlingar produceras. 3. Redogör för den normala sammansättningen av människans blod. Vad beror anemi, leukemi och hemofili på och vilka konsekvenser har de? Blodet består av plasma och blodkroppar Blodkropparna utgör ca.45 % av blodets volym och plasmat ca. 55%. Blodkropparna är av tre slag: - röda (innehåller hemoglobin, järn), utgör största delen av kropparna (= erytrocyter), transporterar syre och koldioxid. - vita (=leucocyter), flera olika typer som sköter kroppens immunförsvar (granulocyter, lymfocyter, monocyter samt deras undertyper). - plattor (= tromocyter), hjälper till vid blodets koagulation. Plasmat består huvudsakligen av vatten (ca. 90%) och i det lösta proteiner (ca. 9%) och diverse andra organiska och oorganiska ämnen som blodet transporterar (socker, salter, urinämne m.m.). Anemi innebär låg hemoglobinhalt i blodet. Detta kan bero på litet intag av järn eller brist på vissa vitaminer som bidrar till de röda blodkropparnas produktion. Personen är trött, blek, orkeslös. Leukemi är en form av cancer i de vita blodkropparna. De vita blodkropparna bildas huvudsakligen i benmärgen och cancer här orsakar störning i deras tillverkning, antalet ökar i förhållande till andra blodkroppar. Blodet blir vattnigt, patienten svag och leukemi är vanligen letal utan behandling. Hemofili kallas också blödarsjuka. Ett medfött genfel (som sitter i X-kromosomen och därför är mycket vanligare hos män än hos kvinnor) leder till att en blodkoaguleringsfaktor (A) saknas och utan behandling uppstår allvarliga problem i samband med t.o.m. små inre eller yttre blödningar.
4. a) Tabellen beskriver funktionen av ett enzym som mängden slutprodukt i olika temperaturer. Rita ett diagram utgående från de givna värdena. b) Bestäm enzymets optimala arbetstemperatur. Dra slutsatser om enzymets naturliga funktionsmiljö. c) Hur förklaras resultatet mellan +45 grader C och +55 grader C? d) Nämn andra faktorer som påverkar enzymernas funktion. a) Diagrammet bör ritas med temperatur på x-axeln och slutproduktmängden på y-axeln. Rita ett linjediagram, INTE ett stapeldiagram (bl.a. avläsningarna blir fel då!). b) Mängden slutprodukt är störst vid +37 C (OBS inte vid 35-40 C!). Av detta kan man dra slutsatsen att den naturliga funktionsmiljön är en med ungefär denna temperatur, t.ex. inne i mänskokroppen. c) Mellan +45 C och +55 C minskar enzymets verksamhet och upphör till slut helt. Detta beror på att enzymer (som ju huvudsakligen är proteiner) har stora krav på sin miljö, optimala förhållanden för temperatur, ph m.m. Detta enzym förlorar snabbt sin arbetsförmåga då temperaturen stiger över +45 C då dess struktur förändras (denatureras). d) Andra faktorer som kan påverka enzymers funktioner är låg temperatur, ph (surhet), inhibitorer (ämnen som påminner om det egentliga substratet, som fäster sig och därmed hindrar den normala verksamheten) eller andra kemikalier som stör enzymets verksamhet (t.ex. joner som har en andel i den s.k. kofaktorn som bygger upp enzymet). 5. Redogör för särdragen i de finska myrarnas ekosystem. Diskutera hur myrens ekosystem påverkas av att man bryter bränntorv. Hur kan man återställa myren eller försätta området i naturligt tillstånd efter torvbrytningen? Finland är världens sjätte myrrikaste land. En stor del av vår ursprungliga flora och fauna består av arter som har en nära anknytning till olika myrtyper. Karakteristiskt för Finland är öppna myrar av olika slag. Vegetationen består till stor del av vitmossa (som blir till torv med tiden). Myrar uppkommer främst genom försumpning av våt mark. Orsaker till detta är det platta landskapet (vattnet rinner inte bort), den korta och svala sommaren i kombination med rätt riklig nederbörd (avdunstningen är liten), låg halt närsalter i jorden (p.g.a. den sura bergrunden, långsam nedbrytarverksamhet) och syrebrist i vattnet. Detta leder till att vitmossan snart blir den dominerande växttypen på sådana ställen. Då man vill bryta bränntorv (som kan finnas i 10 meter tjocka lager) måste våtmarken först utdikas. Då de översta lagren av vegetationen avlägsnas försvinner så gott som all levande växtlighet och livsmöjligheterna för de flesta djur. Dikena har visat sig vara dödsfällor för många djur och deras ungar (dalripan har nästan helt försvunnit från landets södra halva av denna orsak). Då torvbrytningen upphör är området inte egentligen en myr mera. Om man täcker igen diken kan de våta förhållandena återskapas och ett nytt vitmossetäcke kan kanske uppstå (man har gjort experiment med att flytta vitmossa till sådana platser och det har visat sig vara ett sätt att påskynda dess återkomst). En utgrävd myr kan också ställas i naturligt tillstånd genom att man låter skog ta över de nu uttorkade markerna (mycket vanligt i Finland med uttorkade myrar som växer till skog men då ofta utan torvtäkt och med ganska dåligt resultat). Myren kan också bli till ett träsk om grundvattnet är tillräckligt högt. I svaret skall gärna ingå omnämnande av olika myrtyper, ekosystem och organismer som lever på myrarna.
6. Rita korsningsscheman (Se bifogat prov!) I en dihybrid korsning, som vi här har, kan generna/allelparen antingen ligga i två olika kromosomer (fall a) (det är det sannolikaste), eller i samma kromosom (fallen b och c). Korsningsschema och förklaringar a) AaBb x aabb => avkomlingar AaBb, Aabb, aabb, aabb - alla lika mycket, 25 %. Köncellerna måste vara: AB, Ab, ab, ab x ab. Generna/allelparen ligger i olika kromosomer och grupperas slumpvis vid meiosen (som bildar gameterna/ köncellerna) b) AaCc x aacc => AaCc och aacc (lika mycket av vardera). Köncellerna är bara: AC, ac x ac. Generna ligger i samma kromosom, så nära varandra att ingen överkorsning (crossing over) sker mellan dem i meiosen, alltså bildas bara 2 typer av gameter hos honan. De är starkt kopplade. c) AaDd x aadd => AaDd, aadd 92% och Aadd, aadd 8%. Gameterna: AD, ad 92%, Ad, ad 8% x ad. Generna ligger i samma kromosom men är så svagt kopplade att det ibland sker en överkorsning (kiasmor bildas) och då uppstår det rekombinationstyper (men alltså ett mycket mindre antal än de 25 % som skulle uppstå vid fri rekombination generna i skilda kromosomer). 7. En del nervgifter som går ut i blodomloppet från ett ormbett, som till exempel kobrans, hindrar acetylkolinets normala funktion, vilket leder till förlamning av den tvärstrimmiga skelettmuskulaturen. I synnerhet mellangärdet förlamas snabbt. a) Namnge de markerade strukturerna 1-6 i bilden nedan (Se bifogat prov!) b) Varför leder en förlamning av mellangärdet till en snabb död? c) På vilket sätt skiljer sig hjärtmuskelns sammandragning från skelettmuskelns sammandragning? a) 1. Myelinskida, gliacell 2. Mitokondrie 3. En blåsa med transmittorämne (acetylkolin) 4. Nervens ända, ändplatta 5. En receptor för transmittorämnet (acetylkolinreceptor) 6. Motorisk muskelcell (tvärstrimmig) b) Mellangärdesmuskeln är (tillsammans med musklerna mellan revbenen) en viktig inandningsmuskel. Om den förlamas kan mänskan inte andas utan kvävs. c) Hjärtmuskel sammandras oberoende av viljan, självständigt. Sammandragningarna styrs av det autonoma nervsystemets retningar. Sinusknutan reglerar rytmen. Först kontraheras förmaken, strax efteråt kamrarna. Adrenalin påverkar också aktiviteten. Musklerna har en viss återhämtningstid vilket leder till en kort paus mellan sammandragningarna.
Skelettmusklerna (tvärstrimmiga) reagerar på retningar som leds av motoriska nerver från hjärnan, styrs alltså av viljan (hjärnan). Ett undantag från detta är reflexer, som styrs från/retningen omdirigeras i ryggmärgen. 8. Mögel- till nytta och skada Definiera mögel: svampar (små, men synliga då de växer som ett tätt mycel). Avvänder dött organiskt material som näring. Behöver dessutom vatten (fukt), syre och värme för att leva. Sprider sig med sporer och det växande mycelet. Nyttiga: - i matframställning (många ostar, lufttorkat svinkött, filtaktiga täcket på fil, vissa mögliga vindruvor ger extra krydda åt viner) - penicillin och andra arter som framställer antibiotika (och dylikt) - proteinframställing i stora tankar (ger djurfoder, mänskomat i framtiden?) - nedbrytarna i naturen och komposter (mögel har en stor andel i mineralernas kretslopp) Skadliga: - nedbrytare på livsmedel - sådana som angriper livsmedel och bildar gifter som gör maten oanvändbar - nedbrytare som angriper mänskans egendom och förstör den (t.ex. träbyggnader) - allergier p.g.a. mögelangripna utrymmen då sporerna sprider sig i rummen OBS! Blanda inte in jästsvampar i detta svar. 9. Tidigare ansågs avstjälpningsplatserna vara slutplaceringsställen för avfall, men nuförtiden sorteras och återvinns avfall effektivt. Presentera funktionsprinciperna för en exemplarisk avstjälpningsplats. Alternativt kan du presentera en välfungerande avstjälpningsplats som du själv känner till. Märk att här frågas om en avstjälpningsplats funktionsprinciper, inte hur du själv sorterar. Börja med att konstatera att så litet avfall som möjligt borde produceras, och det som ändå produceras skall återanvändas så långt som möjligt. Platsens placering bör vara god, tillräckligt långt från bebyggelse (lukt m.m. olägenheter), men inte för långa transportsträckor, inte på miljömässigt värdefull plats, inte i närhet av grundvattensområden och grunden sådan att avrinning inte blir ett problem. Sortering av avfallet skall helst ske redan i hemmen och på andra ställen som producerar avfallet. Organiskt avfall komposteras (och täcks så att råttor, kråkor, måsar m.m. inte kommer åt det). Som slutresultat får mull (som bäst kan användas till grönområden, inte matproduktion). Rötning kan ge metangas. All slags användbara saker borde utnyttjas av andra mänskor som fritt får ta åt sig från en återvinningsstation. Gäller t.ex. möbler, elapparater, hela kläder.
Energiavfall, brännbara, ofarliga saker kan brännas och ge energi. Behandling av avgaserna krävs givetvis. Hög värme leder till att också osorterat avfall brinner utan stora risker. Denna metod förefaller att vara stadd i ökning i vårt land idag. Problemavfall (kemikalier, oljor, målfärg, behandlat trä m.m.) bör behandlas skilt för sig. I Riihimäki behandlas idag (allt) nationellt problemavfall. Praktiska erfarenheter av avfallshantering på lokal nivå kan också gärna tas upp. 10. De potatissorter som odlas i Finland har ingen naturlig motståndskraft mot potatismopptoppvirus (RNA-virus), som sprids från jorden och förstör potatisknölarna genom att orsaka bruna missfärgningar inuti. Bilden visar hur RNA-viruset kommer in i cellen, händelserna i cellen, samt hur viruset kommer ut ur cellen. Redogör för stegen 1-6 och för de mekanismer i värdcellen som viruset använder sig av i händelseförloppet. Behandla alla steg (1-6) skilt för sig och redogör för de mekanismer i värdcellen som viruset använder sig av, detta är viktigt! 1. Viruset fastnar på cellens yta, t.ex. på ytproteiner, eller som här utnyttjar det cellens endocytos /fagocytos för att bli upptagen. 2. Viruset upplöses och nukleinsyran frigörs, cellens enzymer nedbryter virusets skal. 3. Virusets nukleinsyra (RNA) omvandlas till dubbelsträngat DNA (cellens reverstranskriptasenzym). Detta infogas i cellens eget DNA, cellens nukleotider (A, C, G, T) och ligas-enzym utnyttjas. 4. Virus-DNAt avläses till mrna. En del fastnar på cellens ribosomer och bildar virusskalproteiner, en del blir nytt virus-rna. Cellens enzymer (RNA-polymeras), trna och nukleotider utnyttjas. 5. Virusskalproteiner bildas. Se punkt 4. 6. Viruspartiklarna frigörs ur cellen, nya virus har bildats. Cellens exocytos och ytegenskaper utnyttjas. +11. Syre anses vara en förutsättning för liv, men för vissa organismer och celler är syre giftigt. I hurdana miljöer och förhållanden påträffas anaerobi? Vilken betydelse har syret haft för organismernas revolution? Definiera anaerobi: Syrefria förhållanden. Det finns anaeroba bakterier och arkéer för vilka syre är ett direkt gift, det finns sådana som är anaeroba men också tål syre. Mera avancerade organismer (de flesta eukaryoter) tål inte anaeroba förhållanden, men enstaka undantag finns (t.ex. jästsvampar). Miljöer: Djupa hav och deras bottnar saknar av naturliga skäl syre. Också nedbrytning av dött organiskt material på bottnen leder till anaerobi (ett stort miljöproblem t.ex. på Österjöns eller eutrofierade sjöars bottnar). Myrarnas torvavlagringar kan ha syrefria partier. Djurens tarmar har ofta en helt egen bakterieflora p.g.a. de anaeroba förhållandena (mänskan, kon m.fl.).
Mänskans muskulatur kan råka ut för anaeroba förhållanden (och mjölksyreproduktion) om de jobbar så hårt att blodets syretillförsel inte räcker till. Också under sjukdomstillstånd, komplikationer som infarkt (blodpropp) kan delar av kroppen bli utan blod och syretillförsel. Syrets betydelse för organismernas evolution: Uratmosfären för ca.4,5miljader år sedan innehöll inte syre. De första livsformerna (för drygt 3,5 miljarder år sedan) utvecklades alltså i anaeroba förhållanden. De första autotrofa organismerna fick sin energi genom kemosyntes. De första fotosyntetiserande organismerna (sannolikt något i stil med cyanobakterier) uppstod för ca 2,5 miljarder år sedan. De producerade snart stora mängder fritt syre (syrgas) till atmosfären genom att sönderdela vatten och koldioxid till syre och socker med hjälp av solljusets energi. Senare utvecklades eukaryota organismer. Dessa kunde vara antingen autotrofa och kon genom s.k. endosymbios att i sig uppta cyanobakterier som senare utvecklades till växternas kloroplaster. Heterotrofa eukaryoter upptog på motsvarande sätt andra bakterier som hade förmåga att med syrets hjälp oxidera socker (och kanske andra organiska ämnen), dessa blev till cellernas mitokondrier (finns också hos växterna). Nu, då atmosfärens syrehalt hade ökat, hade organismerna en större mångfald av möjligheter att lösa sin energiämnesomsättning. Cellandningen är effektiv och möjliggör att kroppsstorleken ökar. Upptagning av syre ur vatten med låg syrehalt kräver att gälar bilades hos fiskar. Syrgasen ledde också till att ett lager av ozon bildades, detta skyddar effektivt mot solens UV-strålning. Denna är ju på många sätt skadlig för nutida organismer, men var kanske en viktig faktor i de tidiga livsformernas utveckling. Ozonskiktet gav också möjlighet för livet att krypa upp ur vattnet, dess skydd behövdes inte längre, landväxter och -djur utvecklades alltså. Djuren behövde då utveckla lungor eller andra andningssystem. +12. Hur klarar sig organismerna genom vintern? Hur inverkar vintertidens temperatur och snömängd på organismernas övervintring? Vintern är en svår tid för djuren. Problemet är köld i kombination med matbrist. Växter vissnar bort, djur dör, flyttar bort eller gömmer sig, vattnet täcks av is och marken av snö, den ljusa tiden på dygnet är kort och den kalla natten lång. Växterna kan inte leva i kallt och inte utan vatten Växterna löser övervintringen genom att suga in klorofyll och andra ämnen, tappa sina löv, ändra den kemiska sammansättningen i cellerna och stå i dvala (träd, vintergröna ris, blåsippa m.m.), genom att spara de underjordiska delarna (rötter, rotstockar, lökar, knölar m.m.), genom att släppa frön som gror nästa sommar. Svamparnas mycel klarar sig inaktivt i jorden. Också bakterier i jorden tål kraftig nedfrysning. Djuren har flera olika strategier. Djuren förbereder sig på många olika sätt fysiologiskt för vintern. Vissa arter kan t.o.m. ändra på sin kroppsbyggnad för att minska värmeförlust, små (ryggradslösa) djur kan minska på vattenhalten i cellerna, eller öka på halten av socker och andra ämnen som fungerar som kylvätska och hindrar att cellerna fryser sönder.
- En del (som flyttfåglar) flyttar till bättre trakter där de kan hitta mat (vissa långt bort, andra kortare sträckor), andra till platser där de hittar mat som t.ex. mänskan bjuder (utfodringsplatser, städer, hus m.m.). - Många arter sover bort vintern. Alla strävar till att fylla kroppens energilager under hösten i form av fett eller hos viss s.k. brunt fett. Vintersömnen kräver mest energi (björn, grävling, mårdhund), vinterdvala mindre då djurens kroppsfunktioner sjunket till minimum (fladdermöss, igelkott, björkmus) och de växelvarma djurens kölddvala allra minst då de i praktiken är medvetslösa (reptiler, groddjur) eller t.o.m. i köldgrader (en del insekter, spindlar). - Tjockare vinterpäls får alla egenvarma, aktiva djur och vit skyddsfärd dessutom skogsharen, fjällräven, hermelinen, småvesslan, dalripan och fjällripan. - Många djur håller till under snön, ett tjockt täcke är därför ett bra skydd för dem (sorkar, möss, näbbmöss) och t.ex. hönsfåglar gräver sig till natten ned i snön. - Vinteraktiva djur kan också under hösten ha samlat sig matförråd (ekorre, sorkar, möss, mesar, nötskrika, nötkråka). - Vissa arter övernattar i skyddade håligheter (mesar) eller bygger sig ett vinterbo (ekorre, bäver). - De som inte klarar övervintringen på annat sätt (små, ryggradslösa organismer) kan övervintra som ägg, larv, puppa eller något annat vilostadium. Temperaturen verkar på flera olika sätt. Stark köld leder till kraftigt ökad mortalitet, en sträng vinter kan 100 % av de övervintrande kungsfåglarna dö. I kombination med mycket snö blir det problem för djur som söker föda i eller under snön. Djur som håller till under snön har däremot nytta av detta som skydd. Lite snö i kombination med köld är sålunda illa för de flesta djur. Mild temperatur leder till mindre dödlighet, men blidväder, smältande snö, nyfrusen is på marken eller hård skare leder till problem för många djur. I vattnet är ett tjockt och långvarigt istäcke ett problem då det lätt kan uppstå syrebrist i frodiga sjöar. Ett litet, grunt vattendrag kan också frysa ända till bottnen. Båda medför risk för stor fiskdöd.