Zadania maturalne z biologii

Prątek gruźlicy (Mycobacterium tuberculosis) to bakteria wywołująca gruźlicę. Do zakażenia prątkami gruźlicy najczęściej dochodzi drogą kropelkową. Jedna czwarta ludzkości – około dwóch miliardów osób – jest zakażona prątkiem gruźlicy. U większości z tych osób mamy do czynienia z zakażeniem uśpionym – nie ma objawów choroby i nie dochodzi do zakażenia kolejnych osób. U 5%–15% osób z zakażeniem uśpionym dojdzie jednak w przyszłości do rozwoju choroby. Prawdopodobieństwo rozwoju gruźlicy u osób chorych na AIDS znacznie wzrasta. Rocznie na gruźlicę umiera 1,5 miliona osób na świecie.

Leczenie gruźlicy polega na podawaniu co najmniej dwóch leków jednocześnie: rifampicyny i izoniazydu. Podawanie tylko jednego leku prowadzi początkowo do prawie całkowitego wyleczenia choroby, ale po pewnym czasie dochodzi do jej nawrotu, mimo ciągłego podawania leku.

Na podstawie: www.igichp.edu.pl; K. Kruczak i E. Niżankowska-Mogilnicka, Gruźlica wielolekooporna – współczesne problemy, „Pneumonologia i Alergologia Polska” 77(3), 2009; E. Rowińska-Zakrzewska, Gruźlica i HIV na świecie, w Europie i w Polsce, „Pneumonologia i Alergologia Polska” 81(6), 2013.

Wyjaśnij, dlaczego u osób chorych na AIDS znacznie wzrasta ryzyko rozwoju gruźlicy w przypadku dotychczas uśpionego zakażenia prątkiem gruźlicy.

Wyjaśnij, dlaczego podawanie tylko jednego leku prowadzi najpierw do prawie całkowitego wyleczenia gruźlicy, a następnie – do jej nawrotu. W odpowiedzi uwzględnij mechanizm działania doboru naturalnego.

Grupę krwi w układach ABO i Rh można określić dzięki reakcji immunochemicznej. Najpierw na płytkę nanosi się próbkę badanej krwi, a potem dodaje się odpowiednie przeciwciała. Na pierwszej fotografii przedstawiono wynik testu dla grupy A Rh+, a na kolejnych dwóch – dla nieznanych grup krwi.

Na podstawie: E.C. Amerman, Exploring Anatomy & Physiology in the Laboratory, Englewood 2017.

Określ wyniki testów przedstawionych na fotografiach I i II – podaj grupy krwi w układach ABO i Rh.

Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące grup krwi człowieka w układzie ABO są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.

Poniżej zamieszczono drzewo filogenetyczne kręgowców, przedstawiające relacje pokrewieństwa między rybami a czworonogami.

Na podstawie: C.T. Bergstrom i L.A. Dugatkin, Evolution, New York, 2012.

Na podstawie przedstawionego drzewa filogenetycznego oceń, czy poniższe stwierdzenia są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.

Wykaż, że tradycyjna klasyfikacja kręgowców wyróżniająca gromady ryb, płazów, gadów, ptaków i ssaków nie w pełni odzwierciedla ewolucyjne pokrewieństwo tych zwierząt.

Na poniższym wykresie przedstawiono rozkład masy urodzeniowej noworodków człowieka oraz zależność ich umieralności od masy urodzeniowej.

Na podstawie: E.P. Solomon i in., Biologia, Warszawa 2014.

Uzupełnij poniższe zdania tak, aby w poprawny sposób opisywały ewolucję masy urodzeniowej noworodków człowieka. W każdym nawiasie podkreśl właściwe określenie.

Rozkład masy urodzeniowej noworodków człowieka, przedstawiony na wykresie, jest kształtowany przez dobór naturalny (stabilizujący / kierunkowy). Ten rodzaj doboru faworyzuje noworodki o masie zbliżonej do (przeciętnych / skrajnych) wartości ich masy urodzeniowej.

Mukopolisacharydoza typu II (MPS II) to rzadka genetyczna choroba metaboliczna. Ta choroba jest dziedziczona w sposób recesywny, sprzężony z płcią. Przyczyną MPS II jest niedobór aktywności sulfatazy-L-iduronianu, jednego z enzymów lizosomalnych. Prowadzi to do zaburzenia rozkładu mukopolisacharydów i do gromadzenia się nierozłożonych substratów, czego konsekwencją stają się patologiczne zmiany w obrębie komórek i tkanek.
Choroba ma charakter postępujący i znacznie skraca długość życia. Na MPS II chorują prawie wyłącznie chłopcy. Na poniższym rodowodzie przedstawiono historię rodziny, w której zdiagnozowano MPS II.

Osoby chore na MPS II mogą być leczone za pomocą idursulfazy, która jest otrzymywana z hodowli genetycznie zmodyfikowanych komórek ludzkich. Idursulfaza jest substytutem naturalnego enzymu. Terapia polega na dożylnym podawaniu pacjentom idursulfazy, co prowadzi do spowolnienia rozwoju choroby i do złagodzenia jej objawów.

Na podstawie: G.N. Wilson, Hunter Syndrome (Mucopolysaccharidosis II): Diagnosis, Genetic Testing, Treatment, and Referral, „Consultant 360. Multidisciplinary Medical Information Network” 14(5), 2015 (consultant360.com); M. Rachtan, Program The Hunters […], „Puls Medycyny”, 2020 (pulsmedycyny.pl).

Lizosomy to organella, w których znajduje się około 50 różnych enzymów – kwaśnych hydrolaz. Optimum działania tych enzymów jest przy pH 5. Lizosomy są otoczone pojedynczą błoną, w której znajduje się pompa protonowa (H⁺-ATPaza). Na poniższym schemacie zilustrowano działanie H⁺-ATPazy.

Na podstawie: M. Maćkowiak i A. Michalak (red.), Biologia. Jedność i różnorodność, Warszawa 2008.

Podaj oznaczenia wszystkich osób przedstawionych na powyższym rodowodzie, które są na pewno bezobjawowymi nosicielami genu warunkującego MPS II. Przyjmij założenie, że mutacje są tylko dziedziczone i nie powstają de novo.

Uzasadnij, że terapia MPS II za pomocą idursulfazy nie jest terapią genową. W odpowiedzi porównaj terapię genową do terapii idursulfazą.

Wyjaśnij, dlaczego nie ma mężczyzn będących nosicielami MPS II, mimo że allel warunkujący MPS II jest allelem recesywnym.

Wykaż, że prawidłowe funkcjonowanie enzymów lizosomalnych wymaga działania pompy protonowej (H⁺-ATPazy) w błonie lizosomu.

U owczarków australijskich występują dwie główne barwy sierści:

• czarna – warunkowana przez dominujący allel B
• czekoladowa – warunkowana przez recesywny allel b.

Dodatkowo u owczarków australijskich może:

• występować marmurkowanie, polegające na obecności cętkowanych łat na jednolitym tle – warunkowane przez dominujący allel M albo występować umaszczenie jednolite – warunkowane przez recesywny allel m
• występować podpalanie, czyli obecność w niektórych miejscach wstawek rudobrunatnej sierści – warunkowane przez dominujący allel A albo nie występować podpalanie – co jest warunkowane recesywnym allelem a.

Loci trzech genów warunkujących umaszczenie leżą na trzech różnych autosomach.

Na poniższych zdjęciach A–F przedstawiono sześć przykładowych umaszczeń owczarków australijskich.

Na podstawie: Australian Shepherd Health & Genetics Institute, Canine Coat Color Genetics, 2024. Fotografie: A. – M. King; B. – R. Esmati; C. – Naivashu; D. – thehappypuppysite.com; E. – Kelebdil. Hodowla psów rasowych FCI (kelebdil.weebly.com); F. – S. Crowder.

Skrzyżowano parę owczarków australijskich – czekoladową marmurkową samicę z czarnym jednolitym samcem. Każdy z owczarków był heterozygotą w jednym z dwóch loci warunkujących wygląd sierści: B albo M.

Na podstawie przedstawionych informacji oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące dziedziczenia umaszczenia u owczarków australijskich są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.

Podaj genotypy osobników rodzicielskich z uwzględnieniem genów B oraz M. Wykonaj krzyżówkę genetyczną i na jej podstawie określ prawdopodobieństwo, że urodzone szczenię będzie czekoladowe marmurkowe. Zastosuj oznaczenia alleli podane we wprowadzeniu do zadania.

Genotyp samicy: ………………………        Genotyp samca: ………………………

Krzyżówka genetyczna:

Prawdopodobieństwo, że szczenię będzie czekoladowe marmurkowe: ………….. %

Krępak nabrzozak (Biston betularia) to ćma występująca na pniach drzew, która ma dwie naturalne formy – jasną i ciemną, występujące w środowisku jeszcze przed rewolucją przemysłową. W Anglii na przełomie XIX i XX wieku zauważono, że populacje krępaka nabrzozaka różnią się ubarwieniem w zależności od stopnia zanieczyszczenia środowiska. Na poniższych wykresach przedstawiono wyniki obserwacji obejmujących różne formy ciem, przeprowadzonych w zanieczyszczonym środowisku i w niezanieczyszczonym środowisku.

Sformułowano hipotezę, że różnice w ubarwieniu są związane z kamuflażem. Forma, która była bardziej widoczna na tle kory drzew, częściej padała ofiarą drapieżników.

W wyniku rewolucji przemysłowej środowisko w wielu miejskich rejonach Wielkiej Brytanii i wokół nich zostało zanieczyszczone dwutlenkiem siarki, co doprowadziło do wymarcia jasno zabarwionych nadrzewnych mchów i porostów.

Na podstawie: C.J. Clegg, Biology for the IB Diploma, Londyn 2014.

Oceń, czy poniższe stwierdzenia dotyczące przeprowadzonych obserwacji są prawdziwe. Zaznacz P, jeśli stwierdzenie jest prawdziwe, albo F – jeśli jest fałszywe.

Uzasadnij, że opisana obserwacja jest dowodem na działanie doboru naturalnego, a nie – doboru sztucznego.

Opisz doświadczenie pozwalające na weryfikację hipotezy, że w zanieczyszczonym środowisku jasne owady częściej padają ofiarami drapieżników niż owady ciemne. W rozwiązaniu uwzględnij plan badania oraz sposób weryfikacji hipotezy.

Efekt rozcieńczenia to hipoteza zakładająca, że w środowiskach o większej różnorodności gatunkowej jest mniejsza częstość występowania chorób pasożytniczych.

Aby przetestować hipotezę o efekcie rozcieńczenia, przeprowadzono następujące doświadczenie. Przygotowano 82 poletka, na których uprawiano rośliny łąkowe w różnych kombinacjach gatunków, a następnie zmierzono częstość infekcji roślin wybranymi grzybami pasożytniczymi.

Na poniższych wykresach przedstawiono wyniki badań dotyczące zależności między:

• wykres A – bogactwem gatunkowym roślin gospodarzy a bogactwem gatunkowym pasożytów grzybowych
• wykres B – bogactwem gatunkowym roślin gospodarzy a częstością infekcji grzybowych.

Na podstawie: F. Keesing i R.S. Ostfeld, Is Biodiversity Good for Your Health?, „Science” 349(6245), 2015; T. Rottstock i in., Higher Plant Diversity […], „Ecology” 95(7), 2014.

Rozstrzygnij, czy przedstawione wyniki badań są zgodne z hipotezą o efekcie rozcieńczenia. Odpowiedź uzasadnij.

Rozstrzygnięcie:

Na podstawie przedstawionych wyników badań sformułuj zależność między bogactwem gatunkowym roślin a bogactwem gatunkowym grzybów pasożytniczych.

Koliberki rubinobrode (Archilochus colubris) to maleńkie, wędrowne ptaki, występujące w Ameryce Północnej i w Ameryce Środkowej. Te ptaki mają od 7,5 cm do 9,0 cm długości i ważą od 3 g do 4 g. Koliberki migrują między terenami lęgowymi i zimowiskami, co wymaga pokonania nawet 1 600 km w obie strony każdego roku. Energię do tych lotów dostarczają im kwasy tłuszczowe pochodzące ze zmagazynowanych triacylogliceroli.

Przed migracją kolibry często podwajają masę ciała. Głównymi źródłami pożywienia kolibrów są nektar kwiatowy, np. orlika kanadyjskiego lub milinu amerykańskiego, oraz małe owady, np. komary i wywilżny. Podczas wysysania nektaru z kwiatów ptaki unoszą się w powietrzu obok rośliny. Owady łapią w locie. Każdego dnia spożywają pokarm o masie dwa razy większej od masy swojego ciała. Dorosłe koliberki rubinobrode są często atakowane przez drapieżniki, takie jak dzierzby, krogulce lub koty domowe.

Na poniższej fotografii przedstawiono samca koliberka rubinobrodego w locie.

Na podstawie: K. Kirschbaum i in., Archilochus colubris w: Animal Diveristy Web (animaldiversity.org). Fotografia: K. Ross.

Na podstawie przedstawionych informacji zapisz fragment sieci pokarmowej, w której są ze sobą powiązane wszystkie podane poniżej organizmy.

koliberek rubinobrody
milin amerykański
kot domowy
wywilżna karłowata
orlik kanadyjski

Uzasadnij, że gromadzenie zapasów energetycznych w postaci trójglicerydów pozwala na ograniczenie wzrostu masy ciała w porównaniu z gromadzeniem glikogenu. Podaj dwa argumenty.

Mioglobina to białko występujące w cytozolu włókien mięśniowych. Jest ono zbudowane z pojedynczego łańcucha polipeptydowego oraz z hemu. Łańcuch polipeptydowy mioglobiny zawiera 153 reszty aminokwasowe, a hem składa się z układu porfirynowego oraz ze – związanego z jego centrum – atomu pewnego pierwiastka.

Na poniższym rysunku przedstawiono przekrój przez model cząsteczki mioglobiny. Kolorem niebieskim oznaczono reszty aminokwasowe z podstawnikami niepolarnymi; kolorem czerwonym – reszty aminokwasowe z podstawnikami polarnymi; natomiast kolorem białym – pozostałe reszty aminokwasowe. Kolorem żółtym oznaczono atom związany z centrum układu porfirynowego, znajdującego się w szczelinie cząsteczki białka.

Na podstawie: J.M. Berg i in., Biochemia, Warszawa 2022.

Dokończ zdanie. Zaznacz właściwą odpowiedź spośród podanych.

Z centrum układu porfirynowego hemu jest związany atom

A. sodu.
B. fluoru.
C. jodu.
D. żelaza.

Wyjaśnij, dlaczego we wnętrzu cząsteczki mioglobiny znajdują się niemal wyłącznie reszty aminokwasowe z podstawnikami niepolarnymi. W odpowiedzi uwzględnij środowisko formowania się struktury przestrzennej tego białka.