Zadania maturalne z biologii

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Należy przeanalizować dane zawarte w tabeli oraz porównać, czy udział genów poszczególnych samic i samców założycieli w populacji wolno żyjącej żubra jest taki sam. Zwróć uwagę na to, że w populacji wolno żyjącej dominują geny 1 pary założycieli i na tej podstawie sformułuj wniosek.

b)
Aby odpowiedzieć na pytanie dotyczące przyczyny niskiej zmienności genetycznej współczesnej populacji żubra, odczytaj w tekście źródłowym lub tabeli, ile zwierząt wykorzystano jako założycieli linii białowieskiej żubra (efekt wąskiego gardła). Efekt wąskiego gardła ujawnia się w sytuacji gwałtownego zmniejszenia liczebności istniejącej populacji, kiedy w odtwarzaniu populacji bierze udział mała liczba osobników pozostałych przy życiu (następuje zawężenie puli genowej populacji). W drugiej części odpowiedzi dotyczącej zagrożeń zastanów się, jakie są skutki kojarzenia w kolejnych pokoleniach osobników blisko spokrewnionych i podaj przykład zagrożenia dla całej populacji wynikającego z bliskiego pokrewieństwa osobników w populacji (uwzględniając sposób reagowania na zmiany czynników środowiskowych, występowanie chorób w populacji, wpływ na płodność osobników dorosłych lub śmiertelność młodych osobników).

c)
Realizacja polecenia wymaga rozumienia pojęcia restytucja gatunku, czyli odbudowy populacji określonego gatunku, którego liczebność została drastycznie ograniczona na skutek działalności człowieka. Na podstawie analizy tekstu źródłowego wybierz odpowiedź, która prawidłowo opisuje cel restytucji gatunku.

d)
W tekście źródłowym do zadania odczytaj, na czym polegały etapy restytucji żubra. Pamiętaj, że w drugim etapie restytucji gatunki wprowadza się na obszary ich naturalnego występowania, na których wcześniej zostały wytępione. Analizując tekst źródłowy do zadania, zwróć uwagę na liczebność oraz miejsca występowania wolno żyjących współczesnych populacji żubra białowieskiego. Na tej podstawie zastanów się, czy i w jakim stopniu został osiągnięty główny cel restytucji tego gatunku.

Przykłady poprawnej odpowiedzi

a)
– Dominującą parą założycieli populacji wolno żyjącej żubra białowieskiego była samica Planta i samiec Plebejer, gdyż od nich pochodzi ok. 80 % genów w puli genowej (geny tej pary dominują w populacji).
– Udział genów założycieli w puli genowej populacji wolno żyjącej żubra białowieskiego jest nierównomierny.

b)

Przyczyna: mała liczba założycieli (tylko 7 osobników).

Przykład zagrożenia:
– bliskie pokrewieństwo osobników w populacji może obniżyć żywotność (zwiększyć śmiertelność) potomstwa lub obniżyć płodność, co wpłynie na zmniejszenie liczebności populacji,
– większe prawdopodobieństwo ujawnienia się alleli recesywnych niekorzystnych lub letalnych (śmiertelnych) w populacji,
– zmniejszony potencjał adaptacyjny całej populacji, ponieważ mała zmienność genetyczna populacji (mała liczba alleli poszczególnych genów, wysoka homozygotyczność) powoduje, że populacja może nie przystosować się do zmieniającego się środowiska.

c) B

d)
Restytucja żubra w Polsce zakończyła się (względnym) sukcesem. Świadczy o tym znaczny wzrost liczebności oraz istnienie populacji wolno żyjących (żyjących w naturalnym środowisku), jednak przy małej różnorodności genetycznej populacji.

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Skorzystaj ze schematu, porównaj rozmieszczenie i szerokość stref klimatycznych w glacjale i interglacjale. Następnie przedstaw własną opinię na temat wpływu glacjału na przesuwanie się granic stref roślinności.

b)
Połącz własną wiedzę z faktami przedstawionymi na schemacie: przemieszczanie się w glacjale stref cieplejszych, z przesuwaniem się na południe roślinności strefy arktycznej (niezaznaczonej na schemacie), która w interglacjale mogła w niższych szerokościach geograficznych przetrwać tylko na niektórych „zimnych” terenach, ponieważ do takich warunków była przystosowana. Przypomnij sobie również, jakie organizmy zalicza się do reliktów.

Przykłady poprawnej odpowiedzi

a)
W glacjale następowało przesunięcie zasięgu wszystkich stref ku południowi (w niższe szerokości geograficzne). Zawężenie obszaru wyraźne jest w strefach lasów tropikalnych i roślinności śródziemnomorskiej, a najmniej widoczne w strefie sawann. Natomiast strefa pustyń przesuwała się na południe, ale jednocześnie znacznie zwiększała zajmowany obszar.

b) 1. P
2. P
3. F

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Porównując budowę fragmentów cząsteczek łańcuchów β HbA i HbS, zwróć uwagę na liczbę i rodzaj aminokwasów w tych cząsteczkach w celu wykrycia występującej różnicy (w miejscu występowania w HbA kwasu glutaminowego, w HbS jest walina). Następnie należy ustalić, jaka zmiana w DNA mogła spowodować występującą różnicę w budowie między HbA i HbS (skoro zmiana jednego aminokwasu, to zmiana jednego kodonu) i na tej podstawie określić rodzaj mutacji (genowa / punktowa).

b)
Analizując tekst źródłowy, zwróć uwagę na to, że allel anemii sierpowatej jest współdominujący (wykazuje kodominację). Kolejnym krokiem powinno być określenie genotypów. Gdy pamięta się o kodominacji alleli, to nie powinno sprawić trudności ustalenie, że przy 100% zawartości HbS osoba jest homozygotą (nie ma białka HbA, nie ma więc niezmutowanego drugiego allelu, ma oba allele takie same), przy 0% zawartości HbS osoba też jest homozygotą (ale ma tylko białko HbA, nie ma białka HbS, nie ma więc zmutowanego drugiego allelu). Osoba zawierająca we krwi 50% HbS musi mieć też 50% HbA, czyli jest heterozygotą (zawiera oba allele genu, zmutowany i niezmutowany).

c)
Stosując prawo Hardy’ego-Weinberga (jego treść jest zamieszczona w zestawie Wybranych wzorów i stałych fizykochemicznych na egzamin maturalny z biologii, chemii i fizyki), trzeba wiedzieć, co oznaczają symbole w zapisie równania. Jeżeli się wie, że w równaniu Hardy’ego-Weinberga częstość heterozygot określa wyrażenie 2pq, to do ustalenia jego wartości liczbowej potrzebna jest częstość obu alleli. Odszukaj podaną w tekście częstość jednego z nich, a następnie ustal częstość drugiego allelu, wiedząc, że suma częstości obu alleli wynosi 1, czyli 100%. Pozostaje więc tylko wykonanie obliczenia częstości heterozygot.

d)
Aby zrealizować polecenie, należy powiązać informacje z tekstu źródłowego dotyczące anemii sierpowatej z posiadaną wiedzą o mechanizmie działania doboru naturalnego, który w określonych warunkach faworyzuje określone fenotypy, a tym samym genotypy. Analizując tekst, zwróć uwagę na to, że heterozygoty (zawierające zmutowany allel anemii sierpowatej) są odporne na malarię. Jest to podstawa do wnioskowania o tym, które osobniki będą faworyzowane przez dobór naturalny. Dobór naturalny na tych obszarach (w tych populacjach) faworyzuje heterozygoty, które reprodukując się, przekazują potomstwu zmutowany allel.

Przykłady poprawnych odpowiedzi

a)
HbS różni się od HbA występowaniem pojedynczego aminokwasu (występowaniem waliny zamiast kwasu glutaminowego) w łańcuchu β hemoglobiny (w pozycji 6. od końca NH2 łańcucha polipeptydowego), co jest następstwem zmiany sekwencji nukleotydów w jednym kodonie, czyli mutacji genowej (punktowej).

b)
1. Hb^S Hb^S lub SS
2. Hb^S Hb^A lub AS
3. Hb^AHb^A lub AA

c)
Równanie Hardy’ego-Weinberga: p²+ 2pq + q² =1 (dotyczy częstości genotypów); p + q = 1 (dotyczy częstości alleli)
Częstość heterozygot = 2pq;
Jeżeli częstość p = 0,30, to częstość q = 0,70;
Częstość heterozygot = 2pq = 2 · 0,30 · 0,70 = 0,42 = 42%

d)
Allel anemii sierpowatej utrzymuje się w populacjach (afrykańskich i bliskowschodnich), ponieważ osoby heterozygotyczne (posiadające jeden zmutowany allel) są odporne na śmiertelną formę malarii. Dobór na tych obszarach (w tych populacjach) faworyzuje więc heterozygoty, które reprodukując się, przekazują potomstwu zmutowany allel.

Wskazówki do rozwiązania zadania

Należy zwrócić uwagę na efekty działania doboru. W tekście zwróć uwagę, jakie ptaki przeżyły suszę – o cechach skrajnych, czy o przeciętnych. Zastanów się, które cechy były w trakcie suszy preferowane przez dobór. Zauważ, że efektem działania doboru w tej populacji było rozdzielenie jej na dwie grupy osobników różniących się kształtem i wielkością dziobów. Na tej podstawie rozpoznaj schemat, który przedstawia taki rodzaj doboru.

Poprawna odpowiedź
C. 1.

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Wybierając spośród podanych cech budowy człowieka te, które bezpośrednio związane są ze zdolnością do utrzymania pionowej postawy, łatwo wyeliminujesz bródkę, kciuk i owłosienie. Zwróć uwagę na przesunięty ku przodowi otwór dla rdzenia kręgowego w czaszce, umożliwiający podparcie głowy przez kręgosłup, krótką i szeroką miednicę, która musi utrzymać duży ciężar ciała oraz duży mózg i zadecyduj, które z tych cech mają bezpośredni związek z utrzymaniem pionowej pozycji ciała. Aby posługiwać się narzędziami, trzeba pomyśleć, jak je wykonać i użyć, do czego przydaje się duży mózg i chwytne dłonie.

b)
Odpowiedź wymaga przypomnienia sobie, jak wygląda sawanna i na jakie niebezpieczeństwa narażone były (są) organizmy na otwartym terenie oraz jakie mają potrzeby. Pomyśl, jakie cechy budowy, związane np. z obroną i zdobywaniem pokarmu, ułatwiają im przeżycie w takich warunkach.

Przykłady poprawnych odpowiedzi

a)

b)
Pionowa postawa:
– ułatwiała daleką obserwację na otwartym terenie (wśród traw) i wypatrywanie wrogów (zwierzyny / sępów krążących nad padliną i wskazujących tym samym jej położenie),
– spowodowała uwolnienie rąk podczas chodzenia (biegania), dzięki czemu człowiek mógł konstruować narzędzia (broń) i posługiwać się nimi (sięgać po wyżej znajdujące się owoce i nasiona),
– chroniła przed przegrzaniem na otwartym terenie, ponieważ mniejsza powierzchnia ciała była wystawiona na działanie promieni słonecznych.

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Dokładna analiza tekstu pozwoli Ci uzupełnić schemat tak, aby stworzył ciąg zależności (przyczyna – skutek) między mutacją genu DARC a rakiem prostaty. Czytając tekst, zwróć uwagę właśnie na ten 1 efekt działania genu – podatność na zachorowanie na raka prostaty, a nie na uzyskanie odporności na zarodźca malarii.

b)
Najpierw trzeba uważnie przeczytać zamieszczony tekst, z którego wynika, że mutacja genu występuje najczęściej w Afryce. W wyjaśnieniu należy uwzględnić pochodzenie Afroamerykanów i powiązać częstości zachorowania na raka prostaty z występowaniem mutacji.

c)
Przypomnij sobie mechanizm działania doboru naturalnego, który utrwala cechy korzystne, dające większe szanse na przeżycie. W odpowiedzi uwzględnij związek między mutacją genu a odpornością na malarię na terenach, na których występuje. Mutacja ta zwiększa szansę przeżycia na terenach narażonych na malarię, ale na innych nie daje żadnych korzyści – wręcz przeciwnie.

d)
Realizacja polecenia wymaga znajomości pojęcia plejotropia i rozumienia, na czym to zjawisko polega. Z tekstu wynika, że zmutowany allel genu DARC daje odporność na malarię i jednocześnie zwiększa ryzyko zachorowania na raka prostaty. Cechy te są pozornie niezwiązane ze sobą, ale dziedziczą się wspólnie, jakby jedna była efektem ubocznym drugiej. Trzeba uważać, żeby nie pomylić tego zjawiska ze sprzężeniem genów, które również polega na tym, że cechy dziedziczą się wspólnie, ale każda z nich jest skutkiem działania innego genu (pod warunkiem, że leżą one blisko siebie w tym samym chromosomie), a nie jednego genu. Zjawisko crossing-over nie ma tu nic do rzeczy, ponieważ chodzi o działanie pojedynczego allelu, a nie o zmienność rekombinacyjną. Odróżnienie efektu plejotropowego od dominacji niezupełnej nie powinno być trudne, gdyż w tekście nie ma mowy o cechach dominującej, recesywnej i pośredniej.

Przykłady poprawnych odpowiedzi

a)

b) – Afroamerykanie wywodzą się z Afryki, gdzie zmutowany gen (allel) DARC obecnie występuje częściej niż w Europie, więc większość z nich posiada ten wariant genu (allel), który zwiększa ryzyko zachorowania na raka prostaty.
– Mutacja genu DARC utrwaliła się w populacji afrykańskich przodków Afroamerykanów. Afroamerykanie do niedawna (przez wiele pokoleń) krzyżowali się tylko miedzy sobą (z powodu segregacji rasowej), dlatego większość z nich posiada zmutowany gen DARC.

c) – Mutacja genu DARC daje odporność na malarię, dlatego utrwaliła się w populacji narażonej na tę chorobę – zwiększa szansę przeżycia, pomimo szkód dla zdrowia wynikających z częstszego występowania raka prostaty (ale pojawiających się zazwyczaj w późniejszym wieku, którego wielu Afrykanów nie dożywa). W Europie nie występuje malaria, więc mutacja nie daje tu żadnych korzyści przystosowawczych (nie zwiększa przeżywalności ludzi, którzy ją mają) i nie utrwaliła się, gdyż przynosiła tylko skutek negatywny, w postaci wzrostu szans na raka prostaty.
– Mutacja genu DARC chroniła przed wnikaniem zarodźca do erytrocytów, więc Afrykanie posiadający zmutowany allel nie byli narażeni na malarię, przeżywali i rozmnażali się – mutacja utrwaliła się pomimo szkód dla zdrowia wynikających z częstszego występowania raka prostaty. W Europie, gdzie malaria nie występuje, mutacja genu DARK nie utrwaliła się, gdyż nie dawała żadnych korzyści osobnikom, a dodatkowo zwiększała u nich ryzyko zachorowania na raka prostaty.

d) A. 3.

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Aby poprawnie ocenić prawdziwość zdań, należy je z uwagą przeczytać, dokładnie przeanalizować tekst oraz rozumieć, jak działa dobór naturalny, i jaka jest rola zmienności mutacyjnej w procesie ewolucji. Trzeba również pamiętać, że jeżeli osobniki populacji różnią się od siebie pod względem przeżywalności, to niektóre genotypy (i allele) będą częściej eliminowane lub będą zostawiały mniej potomstwa niż inne, co wpłynie na zmianę frekwencji alleli i genotypów w następnych pokoleniach.

b)
W tekście znajdziesz wskazówkę, że tolerancja laktozy u dorosłych ludzi wyewoluowała niezależnie w różnych  populacjach. Konwergencja (ewolucja zbieżna) to proces powstawania morfologicznie i funkcjonalnie podobnych, czyli analogicznych cech, niezależnie w różnych liniach ewolucyjnych, w odpowiedzi na podobne lub takie same wymagania środowiskowe, np. podobny typ pokarmu. Źródłem konwergencji jest występowanie tych samych czynników doboru naturalnego wpływających na proces ewolucji różnych populacji.

c)
Pamiętaj, że poprawnie wykonany wykres musi mieć prawidłowo opisane i wyskalowane osie oraz właściwą wysokość słupków. Wcześniej jednak należy wybrać populacje zgodnie z treścią polecenia (jedną z trzech z Europy, Aborygenów z Australii, Chińczyków z Azji, Indian z Ameryki Północnej).

d)
Laktaza katalizuje hydrolityczny rozkład laktozy. Aby zrealizować polecenie, należy wykorzystać wiadomości z chemii komórki na temat budowy laktozy. W wyniku hydrolizy powstaną 2 cukry proste, z których składa się ten disacharyd.

e)
Jak wiesz, przed strawieniem tłuszcze ulegają emulgacji przez żółć w dwunastnicy. Emulgacja polega na rozbiciu dużych cząsteczek tłuszczów na mniejsze. Enzymy są rozpuszczalne w wodzie, więc lipaza działa tylko w fazie wodnej, nie wnikając do tłuszczu. Jeśli tłuszcz jest zemulgowany, to enzym działa na powierzchni wielu drobnych kuleczek i może go szybciej strawić (zhydrolizować). Tłuszcz zawarty w słoninie musi przejść te etapy kolejno – najpierw emulgacja przez żółć w dwunastnicy, potem hydroliza z udziałem lipazy trzustkowej, też w dwunastnicy. Gdy spożywamy już zemulgowany tłuszcz (np. w mleku, śmietanie), nie musi on być poddawany działaniu żółci w dwunastnicy, więc może być trawiony wcześniej – w żołądku, w którym znajduje się lipaza żołądkowa. W odpowiedzi należy uwzględnić konieczność emulgacji tłuszczów przed trawieniem i miejsce, w którym ten proces zachodzi.

Przykłady poprawnej odpowiedzi

a) 1. P
2. F
3. P

b) A

c)
Na wykresie 4 słupki: Aborygeni, Chińczycy, Indianie i jedna z trzech populacji w Europie (Szwedzi lub Szwajcarzy lub Finowie)

d) glukoza i galaktoza

e)
Tłuszcz zawarty w mleku jest zemulgowany i już nie wymaga emulgacji przez żółć. Tłuszcz w słoninie nie jest zemulgowany i musi trafić do dwunastnicy, gdzie ulega emulgacji, a dopiero potem trawieniu.

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
W tym poleceniu dane zawarte w tabeli, dotyczące liczby barwnych plamek w przeliczeniu na osobnika, przedstaw w formie diagramu słupkowego. Aby dobrze wykonać to zadanie, opisz oś Y (zamieszczając w opisach informacje z kolumny I tabeli) i prawidłowo ją wyskaluj (analizując dane liczbowe zawarte w tabeli). Osi X nie skaluj, ale ją opisz zgodnie z opisem nagłówków kolumny II i III tabeli.

b)
Aby zrealizować to polecenie zauważ, że w wyniku zmiany drapieżnika nastąpiła zmiana ubarwienia gupików – pojawiły się liczniejsze plamki barwne i większa była ich całkowita powierzchnia w stosunku do gupików z populacji źródłowej (częstszy stał się jaskrawy wzór ubarwienia). Drapieżnik wywierał presję selekcyjną na populację gupików, polując na młode osobniki, o niepełnej ekspresji genów ubarwienia i dlatego mutacja warunkująca jaskrawe ubarwienie (wcześniej niekorzystna), stała się dla gupików korzystna, zaś powstały w jej wyniku allel uległ upowszechnieniu w populacji.

c)
Znając mechanizmy ewolucji rozpoznaj, że mechanizmem, który spowodował zauważalną zmianę ubarwienia w przemieszczonej populacji gupików, był dobór naturalny, czyli proces, w którym organizmy z pewnymi cechami dziedzicznymi, żyjące w określonych warunkach, mają większe szanse na przeżycie i rozród niż organizmy z innymi cechami.

d)
Ponieważ już po 22 miesiącach obserwacji, w wyniku zmiany drapieżnika, wystąpiła zauważalna ewolucyjna zmiana (zmiana ubarwienia) w populacji gupików, możesz przypuszczać, że powrót do zbiornika, z którego gupiki zostały  przemieszczone, czyli powrót do presji pierwotnego drapieżnika, spowoduje, ze gupiki staną się ponownie mniej jaskrawe (drapieżnik ten bowiem poluje głównie na jaskrawo ubarwione, dorosłe gupiki).

Przykłady poprawnych odpowiedzi

a)

b)
– Czynnikiem, który spowodował zmiany ubarwienia w populacji gupików, była presja drapieżnika (strumieniaka), który polował na młode osobniki, o niepełnej ekspresji ubarwienia i dlatego, wobec braku zagrożenia, jaskrawo ubarwione dorosłe osobniki przeżywały, więc allel warunkujący to ubarwienie uległ upowszechnieniu w populacji.
– W wyniku presji drapieżnika (strumieniaka) mutacja warunkująca jaskrawe ubarwienie (wcześniej niekorzystna) stała się korzystna, a powstały w jej wyniku allel uległ upowszechnieniu w populacji.
– Po zmianie polującego na gupiki drapieżnika, dzięki zmianie kierunku presji drapieżnika, częstość allelu warunkującego ubarwienie jaskrawe w puli genowej populacji przemieszczonej wzrosła i dlatego w puli genowej tej populacji pojawiło się więcej osobników jaskrawo ubarwionych niż w populacji źródłowej.

c) B

d)
– W zbiorniku, z którego pochodziła przemieszczona populacja gupików, żyją pielęgnice szczupakowate, polujące na dorosłe osobniki. Jest więc prawdopodobne, że osobniki o jaskrawych barwach, gdy znajdą się powtórnie w tym zbiorniku, będą zagrożone i wzory barwne w populacji gupików po kilku pokoleniach staną się ponownie mniej jaskrawe (preferowane będzie mniej jaskrawe ubarwienie).
– W zbiorniku, z którego pochodziła przemieszczona populacja gupików, żyją pielęgnice szczupakowate, polujące na jaskrawo wybarwione, dorosłe osobniki. Jest więc prawdopodobne, że ich drapieżnictwo, poprzez dobór naturalny, wpłynie na ubarwienie gupików, które staną się ponownie mniej jaskrawe, ponieważ preferowane przez drapieżniki będzie jaskrawe ubarwienie.

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Odczytaj z tekstu, czym różnią się mechanizmy izolacji prezygotycznej i postzygotycznej. Zastanów się, co wymaga większego nakładu energii – zapobieganie zapłodnieniu, czy reprodukcja.

b)
W pierwszej kolumnie tabeli odczytaj, jakie są rodzaje izolacji prezygotycznej i zastanów się, na czym one polegają. Wymienione rodzaje izolacji uniemożliwiają zapłodnienie, ponieważ osobniki różnych gatunków rozmnażają się w odmiennych siedliskach (izolacja siedliskowa), różnych porach dnia lub roku (izolacja sezonowa). Różnice te wynikają także z odmiennych sposobów zachowania godowego (izolacja behawioralna) lub innej budowy narządów (izolacja mechaniczna) lub komórek rozrodczych (izolacja gametyczna). Zastanów się, która z wymienionych różnic jest przyczyną izolacji w podanych przykładach.

Przykłady poprawnej odpowiedzi

a)
Korzystniejsze są mechanizmy izolacji prezygotycznej, ponieważ organizmy nie zużywają niepotrzebnie energii i zasobów na rozmnażanie się, nie zachodzi reprodukcja.

b) 1. mechaniczna
2. behawioralna
3. sezonowa

Wskazówki do rozwiązania zadania

a)
Przeanalizuj oba rysunki i zastanów się nad użyciem trafnych określeń opisujących kształt każdego z kręgosłupów. Pamiętaj, że przy porównywaniu cechę jednego organizmu należy przeciwstawić cesze drugiego organizmu.

b)
Przypomnij sobie, jakie zmiany w budowie ciała różniące człowieka od małp człekokształtnych, miały miejsce u kolejnych form człowiekowatych. Następnie ustal, która z tych zmian ma związek z kształtem kręgosłupa współcześnie żyjącego człowieka.

Przykłady poprawnych odpowiedzi

a) Kręgosłup goryla jest łukowato wygięty, natomiast kręgosłup człowieka jest wygięty w kształcie podwójnej litery S.

b) Na kształt kręgosłupa współcześnie żyjącego człowieka wpływ miała dwunożność (pionizacja ciała).