Korešpondenčný seminár
z biológie
Zaujímavévideo pre zvedavcov:
http://www.youtube.com/watch?v=j5kKoBOfPJk
2012/2013
2. Kolo
Korešpondenčný seminár z biológie organizuje
Prírodovedecká fakulta
Univerzity Komenského v Bratislave
Ú stav anorganickej chémie
Slovenskej akadémie vied
Korešpondenčný seminár z biológie podporuje
Milípriatelia biológovia!
Ďakujeme Vám za zapojenie sa do korešpondenčného seminára z biológie. Výsledkové listiny
prvého kola budú uverejnené na webovej stránke http://bio.korsem.sk. Skontrolujte si pridelený
počet bodov a prípade námietok nás kontaktujte.
Chceme Vás poprosiť, aby ste neodpisovali. Podľa Vašich riešení je vidieť, kto opisoval. V
týchto prípadoch sa záverečného sústredenia bude môcť zúčastniť len jede student zo školy, na
ktorej sa opisovalo.
Pripomíname, že kategória juniori je určená pre študentov 1. a 2. ročníka stredných škôl,
resp. zodpovedajúcim ročníkom študentov viacročných gymnázií. V prípade, že úlohy tejto kategórie
budú riešiť starší študenti, ich riešenia nebudú akceptované.
Riešenie úloh píšte výhradne na odpoveďové hárky, ktorých predtlač nájdete na
http://bio.korsem.sk.
Podrobnejšie pravidlá boli uvedené v brožúre 1. kola, ktorú nájdete na http://bio.korsem.sk.
V prípade nejasností ohľadom organizácie korešpodenčného seminára alebo otázok k
riešeniam úloh, neváhajte nás kontakovať na tel. čísle 02/59 410 487 alebo mailom na
[email protected] Podprobnejšie informácie tiež môžte nájsť na stránke
http://bio.korsem.sk.
Skontrolujte si pridelený počet bodov a v prípade námietok nás neváhajte kontaktovať na
uvedenom tel. čísle.
Vyriešené úlohy posielajte do 4.2.2012 na adresu:
Korešp. seminár z biológie
Prírodovedecká fakulta UK
Mlynská dolina
842 15 Bratislava 4
Veľa úspechov Vám prajú autori a organizátori
Juniori
J1- Molekulárna biológia
Určite ste sa už s molekulou DNA niekedy stretli, takže pár otázok na rozbeh by ste mali
zvládnuť:
1. Čo je základnou stavebnou zložkou DNA?
2. V DNA sa nachádzajú dusíkaté bázy. Ktoré sú to?
3. Ak má jedno vlákno sekvenciu ATCTACGGTACGGTC, akú sekvenciu bude mať druhé vlákno?
Aká sila je zodpovedná za správne párovanie báz v DNA?
V tejto úlohe si povieme o tom, ako sa s ňou dá pracovať a ako sa dá analyzovať. Jedna z
častých metód je elektroforéza. O tom, že je táto metóda veľmi dôležitá svedčí aj to, že v roku 1948
dostal švédsky chemik Arne Tiselius Nobelovu cenu za zostavenie aparatúry separujúcej proteíny
krvnej plazmy na základe ich elektroforetických mobilít. Pri elektroforéze DNA sú fragmenty rôznej
dĺžky nanesené do gélu a umiestnené do elektrického poľa. Gél predstavuje pre molekuly DNA
prekážku, preto fragmenty rôznej dĺžky sa pohybujú rôznou rýchlosťou.
4. Zaznačte, ktoré molekuly DNA sú dlhšie a ktoré kratšie (A, B), a napíšte náboje elektród (C,
D).
DNA má schopnosť replikovať sa. V bunkách je za to bežne zodpovedný enzým DNApolymeráza. Ten však vždy na začatie reakcie potrebuje malý oligonukleotidový reťazec, ktorý sa
nazýva primer. Keď sa nám DNA polymerázu podarí izolovať môžeme ju použiť k replikácií DNA in
vitro. Toto sa môže využit k určeniu sekvencie DNA.
Do každej zo štyroch skúmaviek sme dali vzorku DNA ktorej sekvenciu chceme určiť, DNApolymerázu, primery, deoxyribonukleozidtrifosfáty(dNTP) a navyše sme pridali vždy jeden
dideoxyribonukleozidtrifosfát (ddNTP). Do tej prvej to bol ddATP(skúmavka č. 1), do druhej
ddTTP(skúmavka č. 2), do tretej ddCTP(skúmavka č. 3) a do štvrtej ddGTP(skúmavka č. 4).
Polymerizačná reakcia prebieha až kým nie je do novovznikajúceho reťazca zabudovaný
dideoxyribonukleotid. Vtedy polymerizačná reakcia končí. Z toho je jasné, že v skúmavke s ddGTP
bude vždy posledný naviazaný nukleotid guanín, v ddATP adenín, atď...
5. S týmito poznatkami a s tým čo ste sa predchvíľou dozvedeli o elektroforéze, určte akú
sekvenciu má vlákno DNA, ak takto vyzerá gél po elektroforéze:
J2 - Imunológia
Dni sa skracujú, teplota vzduchu klesá a zmutované mikroorganizmy sa veselo šíria prúdiacim
vzduchom. Viki stojí vo vykúrenej izbe a cez okno hľadí na zababušené ľudské stvory, ktoré spotrebou
papierových vreckoviek istia chod výroby papierenského priemyslu. Viki tuho rozmýšľa, nie však nad
pochabosťami typu akú sukňu si dá na piatkovú diskotéku alebo ktorý rúž pristane viac k jej
porcelánovej pleti. Trápi ju seriózna otázka života a smrti: "Akým silným bojovníkom je náš imunitný
systém? A čo to ten imunitný systém vlastne je?"
Takéto myšlienky začali víriť vo Vikinej hlave len nedávno. Zistila, že existujú tzv. primárne a
sekundárne orgány imunitného systému.
1. Vieš, aký je medzi nimi rozdiel?
2. Priraď k primárnym a sekundárnym orgánom: a) lymfatické uzliny, b) kostnú dreň, c)
apendix a c) týmus.
Viki tuho premýšľa pri okne a úplne zabudla, že mama ju pred polhodinou poslala kúpiť
mlieko na koláč. Obchod je už zavretý. Čo už. Pečená dobrota dnes nebude, pretože slečna Viktória
má filozofickú náladu, alebo, ako jej pred chvíľou povedala mama, deravú pamäť. No nie je jediná...
3. Uveď príklad imunitného mechanizmu, ktorý nedisponuje imunologickou pamäťou. Čo
toto slovné spojenie znamená?
Do obchodu sa teda pôjde zajtra ráno a namiesto mlieka sa kúpia hotové sušienky. Ten koláč
mal byť totiž pôvodne pre strýka Imra, ktorý je v nemocnici. Vlastne práve kvôli nemu napádajú Viki
takéto úvahy. Čaká ho operácia, pri ktorej mu bude transplantovaný štep neznámeho darcu.
4. Aký je to štep?
a) syngénny
b) alogénny
c) xenogénny d) biogénny
Nejde teda o autolognú transplantáciu, pri ktorej je donorom tkanív
5. a) recipient b) príbuzný človek
c) nepríbuzný človek d) zviera
Hneď po nástupe do nemocnice spravili Imrovi cross-match test, ktorý bol negatívny.
6. V prípade, že je cross-match pozitívny, k čomu dochádza pri leukocytoch darcu?
Imro dostane orgán, ktorý sa v klinickej praxi označuje ako imunologicky privilegovaný.
7. Ktorý to je?
a) oblička
b) srdcec) rohovka
d) krv
Nový Imrov známy, spolupacient odvedľa, trpí nejakým druhom primárnej imunodeficiencie,
spôsobenej absenciou T lymfocytov v periférnej krvi. Je to mladý muž a uvažuje o dieťati, no nevie, či
je pravdepodobné, že by po ňom túto chorobu zdedilo.
8. Toto ochorenie je z hľadiska dedičnosti
a) autozomálne dominantné
b) autozomálne recesívne
z čoho vyplýva, že dieťa spomínaného muža bude
c) pravdepodobne choré
d) pravdepodobne zdravé.
Strýko Imro operáciu úspešne absolvoval. Štep sa prijal bez komplikácií. Počas pobytu v
lazarete sa zoznámil so všelijakými neduhmi a povedal si, že si vstúpi do svedomia a upraví svoj
životný štýl.
9. Myslíš, že by to malo pre jeho imunitu nejaký význam? Vznikajú sekundárne
imunodeficiencie len v súvislosti s určitými ochoreniami, alebo aj so životnou úrovňou a životným
štýlom? Ich príčinou môže byť:
a) podvýživa b) alkohol c) stres d) drogy
Naviac, Imro sa rozhodol lepšie spoznať svoje telo. Už vie, kde má človek orgány imunitného
systému. Vieš to aj ty?
10. Na obrázku šípkami označ, kde je možné nájsť:
I. slezinu
II. Peyerove plaky
III. tonzily
A nabudúce, keď niekto v tvojej blízkosti kýchne, spomeň si na nenápadného tichého
bojovníka v tvojom tele, ktorým je tvoj imunitný systém.
J3 - Zo sveta rastlín
Najprv sa vám predstavím. Som pekná, trváca a ani náhodou nie jedovatá alebo nadutá, dutú
mám akurát tak stonku a celá táto sekcia bude o mne - teda takmer iba o mne. Som si istá, že každý z
vás ma pozná, napoviem vám. Mojou obľúbenou farbou nie je ani modrá ani červená. Na jar, keď
náhodou vypadne Internet, si zo mňa deti vijú vence a v lete sa mojimi diaspórami ofukujú.
1. Vieš, čo je to diaspóra?
2. Opíšte plody uvedených druhov a napíšte, ako sa každý z týchto druhov rastlín rozširuje:
a) repík lekársky
b) púpava lekárska
c) kyslička európska
d) machovka čerešňová
3. Definujte hydrocháziu a napíšte niektorý rastlinný druh, pre ktorý je typická.
4. Čo spôsobuje dopad dažďových kvapiek na zrelé plody netýkavky?
Môj rod zahŕňa okolo 2000 druhov po celom svete. Sme známe od stredomorských až po
arktické oblasti. Rozmnožjeme sa pohlavne alebo apomikticky (plus vegetatívne), pričom medzi nami
nájdete diploidov, triploidov aj tetraploidov.
5. Aký vplyv má polyploidita na veľkosť organizmu?
a) diploid je väčší ako tetraploid
b) tetraploid je väčší ako diploid
c) žiadny
6. Označ pravdivé tvrdenia o nepohlavnom rozmnožovaní:
a) je mitotické
b) chýba pri ňom syngamia
c) potomstvo je geneticky odlišné od rodičov
7. Napíš aspoň jednu výhodu pohlavného a aspoň jednu výhodu nepohlavného
rozmnožovania.
8. Poznáme nahosemmú rastlinu, korá by produkovala embryá iba nepohlavným procesom?
Ak áno, uveď príklad.
Rod Taraxacum pochádza pravdepodobne z Himalájí. Je zaujímavý okrem iného
usporiadaním listov a svojou schopnosťou žiť aj v nepriaznivých podmienkach.
9. Je šťava zo stoniek Taraxacum officinalis jedovatá? Aké látky obsahuje?
10. Ktorá časť T. officinalis má halucinogénne účinky?
11. Na čo sa T. officinalis využíva v ľudovom liečiteľstve?
12. Ktorá časť rastliny sa pri T. officinalis konzumuje v rámci zdravej výživy?
J4 – Metodológia
„Každá vedecká hypotéza musí byť testovatelná a musí ju byť možné vyvrátiť, čiže
falzifikovať. Ďalej z nej musia vyplývať predpovede, pre konkrétne spôsoby testovania...“ ozývalo sa
poloprázdnou aulou v jedno sychravé piatkové predpoludnie. V poslednom rade sa práve preberala
zo spánku po prehýrenej noci budúca nádej svetovej vedy – Fero, diplomant na Katedre fyziológie
živočíchov. „To som sa sem trepal len kvôli tejto somarine?“ zastonal s mučeníckym výrazom na tvári,
znovu sa zvalil a prespal zvyšok prednášky. V skutočnosti však prišiel kvôli niečomu inému – dnes mu
mali priniesť 40 gubiek, na ktorých bude robiť svoju diplomovku. Jeho úlohou je testovať, či podanie
určitej látky gubkám zlepší schopnosť zapamätať si cestu v špeciálnom bludisku, ktoré vymyslel jeho
školiteľ – profesor Tichý. Ten sa zjavil vo dverách laboratória len okamih po svojom študentovi, ktorý
sa ešte ani nestihol vynadívať na akvárium plné rybičiek. Ferovou prvou úlohou bolo rozdeliť ich do
dvoch akváriípo 20 – na kontrolnú a experimentálnu skupinu. Hneď sa s radosťou chopil sieťky, keď
ho zrazu vyviedla z miery Tichého otázka, ako bude rozdeľovať rybky. „Čo je to za somára?“ rozmýšľal
v duchu Fero, no nenapadlo mu vyjachtať nič lepšie než: „Normálne“.
„Ako normálne?“ nedal sa odradiť Tichý.
To už budúcu nádej svetovej vedy naozaj vytočilo, ale keďže sa s ním nechcel pohádať,
zahryzol si do jazyka a precedil: „Vylovím 20 gubiek a šupnem ich do jedného akvária, potom druhých
20 do druhého.“
„To teda nie“ odpovedal profesor „budete ich loviť pekne po jednej a striedavo dávať do
kontrolného alebo experimentálneho akvária“.
„Ako keby to nebolo jedno“ zamrmlal Fero, ale poslúchol školiteľa a pustil sa do práce...
1. Z odpovede profesora Tichého je jasné, že nie je jedno, akým spôsobom si Fero pripraví
kontrolnú a experimentálnu skupinu. Prečo by nemal loviť rybky povedzme po skupinkách a napĺňať
najprv jedno a potom druhé akvárium? Výsledky jeho práce by mohlo skresliť dokonca aj keby ich síce
lovil po jednom, ale dal prvých 20 do jednej skupiny a zvyšok zaradil do druhej. (Pomôcka – uvažujte,
čím sa pravdepodobne budú líšiť skôr chytené rybky od tých, ktoré budú odolávať dlhšie)
2. Fero bude svoj pokus robiť s gubkami, takže im testovanú látku pravdepodobne pridá do
potravy. Ak by však niekto chcel robiť podobný pokus s potkanmi a podať im ju injekčne, nemal by
zabudnúť, že injekciu (aj keď iba s fyziologickým roztokom) musí podať aj kontrolnej skupine. Prečo
by potkanov kontrolnej skupiny nemohol nechať jednoducho bez injekovania akejkoľvek látky?
3. Pri medicínskych štúdiách liekov na dobrovoľníkoch je dôležité aby ani lekár, ktorý
pacientovi podáva lieky a kontroluje jeho stav nevedel, či ide o testovanú látku, alebo placebo (to
môže vedieť iba vedúci štúdie). Prečo je podľa vás takýto postup dôležitý?
slepý
dvojito
pokus
slepýpokus
4. V predchádzajúcom texte sme často hovorili o kontrolných skupinách. Načo však slúžia pri
experimente? Predstavte si, že máte baktérie, ktoré
majú defekt v géne dôležitom pre syntézu
aminokyseliny alanínu, čiže nie sú schopné rásť na
médiu bez prídavku alanínu. Pokúšate sa do nich vniesť
úsek DNA, o ktorom predpokladáte, že obsahuje
funkčnú kópiu tohto génu – v prípade, že to tak je budú
bunky, do ktorých ju vnesiete, schopné rásť na médiu
bez alanínu. Okrem experimentálnych petriho misiek s
médiom bez alanínu, kam vysejete bunky s vnesenou
DNA, si pripravíte ešte aj pozitívnu a negatívnu
kontrolu.
Stuart, vyzerá to, že my sme tá
„kontrolná skupina“.
a. Z nasledujúcich možností vyberte jednu pre pozitívnu a jednu pre negatívnu kontrolu a
vysvetlite, ako vám takáto zostava pomôže pri hodnotení výsledkov pokusu.
1. Petriho miska s médiom bez alanínu, na kt. vysejete baktérie s vnesenou DNA
2. Petriho miska s alanínom, na kt. vysejete baktrie s vnesenou DNA
3. Petriho miska s médiom bez alanínu, na kt. vysejete baktérie bez vnesenej DNA
4. Petriho miska iba s médiom s alanínom
5. Petriho miska iba s médiom bez alanínu
b.Ak po vnášaní DNA do buniek nič nenarastie na experimentálnej miske, znamená to, že táto
DNA neobsahuje hľadaný gén?
5. Na prednáške, ktorú Fero prespal sa hovorilo aj o tom, že správna hypotéza sa musí dať
testovať a musí vytvárať predpovede, pre výsledok konkrétneho testu. Nasledujúca schéma ukazuje
experiment, kde sa testovala hypotéza, či kyslík, vznikajúci pri fotosyntéze, pochádza z vody.
a. napíšte dve predpovede výsledkov experimentu v prípade, že hypotézu zamietame, resp.
prijímame
b. napíšte, aký bude výsledok testovania
c. pokúste sa napísať jednu netestovatelnú hypotézu
SENIORI
S1 –Chronobiológia, biorytmy živočíchov a človeka
Začiatkom 20. storočia sa začali množiť dôkazy o tom, že aj živočíchy majú biorytmy. Zatiaľ však len
veľmi kusé. V 50-tych rokoch objavil mladý nemecký lekár Jürgen Aschoff, sám na sebe, biorytmus
teploty tela a napadlo mu, že biorytmy by bolo možné študovať aj na ľuďoch. Bol si však vedomý
toho, že ideálne na štúdium by boli kontrolované podmienky. Preto nechal postaviť bunker, kde
najskôr na sebe a svojich priateľoch, neskôr na dobrovoľníkoch testoval svoje hypotézy. Paralelne sa
venoval aj štúdiu biorytmov zvierat a porovnávaním zistil, že človek má podobne ako živočíchy
množstvo rôznych biorytmov. Ako lekár zároveň aplikoval tieto poznatky aj na oblasť liečby pacientov
a z jeho záverov čerpá medicína a farmakológia dodnes. Aschoff sa teda stal jedným zo zakladateľov
modernej chronobiológie.
1. Jedným z experimentov, ktoré Aschoff robil vo svojom bunkri bolo sledovanie biorytmov
ľudí pri stálom osvetlení. Zostávali podľa vás biorytmy u dobrovoľníkov zachované? Zmenila sa nejako
perióda? (pomôcka: spomeňte si na fazuľu z predchádzajúceho kola)
2. Ako už viete, biorytmy môžeme podľa trvania periódy rozdeliť na cirkadiánne, ultradiánne
a infradiánne. Napíšte aspoň jeden príklad pre každý typ biorytmu u človeka.
3. V predchádzajúcom texte sme spomenuli, že s Aschoffových poznatkov a poznatkov
vedcov, ktorí naňho nadviazali čerpá aj farmakológia. Ako by sa podľa vás dala využiť existencia
biorytmov napr. pri liečbe rakoviny, alebo iných ochorení?
4. Z minulého kola už viete, že riadiacim centrom biorytmov je tzv. cirkadiánny oscilátor
(vnútorné hodiny). Rastliny však na rozdiel od živočíchov pravdepodobne nemajú hlavný cirkadiánny
oscilátor, pretože experimenty ukázali, že je u nich možné nastaviť dva listy, či dokonca dve polovice
rovnakého listu na opačnú periódu. V priebehu evolúcie živočíchov sa však regulácia biorytmov čím
ďalej tým viac synchronizovala. Väčšina živočíchov má teda akýsi centrálny oscilátor. To súvisí aj s
tým, že rastliny sú tzv. modulárne organizmy a živočíchy sú väčšinou organizmy unitárne.
a.) Napíšte aký je rozdiel medzi unitárnym a modulárnym organizmom
b.) Prečo je teda podľa vás pre unitárne organizmy výhodné centralizovať reguláciu
biorytmov?
c.) Poznáte nejakého živočícha, ktorého môžeme označiť za modulárny organizmus? Napíšte
jeho slovenský (ak má) a vedecký názov
5. U cicavcov je hlavný oscilátor lokalizovaný v tzv. suprachiazmatických jadrách (SCN)
hypotalamu. Čo je veľmi malá časť mozgu, ktorá nie je dôležitá pre prežitie. Predstavte si hypotetický
pokus, pri ktorom vyoperujete živočíchovi SCN a potom mu ich transplantujete z iného (príbuzného
druhu) živočícha, ktorý má ale iné časovanie biorytmov. Čo sa stane s biorytmami živočícha po
vyoperovaní SCN? Čo sa stane po transplantácii?
S2 - Genetika
Baktérie sú od eukaryotov odlišné nielen z hľadiska stavby bunky, ale aj geneticky. Rozdiel je
práve v prítomnosti „nadbytočného“ genetického materiálu v podobe plazmidov.
1. Akú výhodu pre baktérie predstavuje prítomnosť plazmidov? Aké typy plazmidov
poznáme?
V genetike sa plazmidy často používajú na vnesenie génov, nielen bakteriálnych, do baktérií.
Tak môžeme baktérii prikázať, čo má produkovať. Týmto spôsobom sa v súčasnosti vyrábajú aj
niektoré lieky. Predstavuje to tak obrovský pokrok oproti minulosti, kedy sa napr. hormóny museli
izolovať z tiel mŕtvych ľudí alebo zvierat.
2. Výroba istej látky pomocou baktérií zabraňuje prenosu priónových ochorení, konkrétne
Creutzfeldt-Jacobovej choroby medzi ľuďmi, kedže v minulosti sa izolovala z mozgov mŕtvych ľudí.
O akú látku ide?
Pri vnášaní génov do baktérií nemáme 100 % istotu, že baktéria gén prijala.
3. Akým spôsobom odlíšime baktérie, ktoré gén neprijali od tých, ktoré ho prijali?
Máme k dispozícii nasledovný teoretický plazmid:
Vyznačený úsek je inzertovaný gén o veľkosti 1000 bp (siahajúci od 100 bp -1 100 bp).
4. Aká je veľkosť prázdneho plazmidu?
Ak uvažujeme o 3 restrikčných endonukleázach, ktoré štiepia daný plazmid s inzertovaným
génom na rôznych miestach:
Enzým A ho štiepi v polohe 2000
Enzým B v polohe 200, 890 a 6000
Enzým C v polohe 7800
5. Aké veľké fragmenty získame po štiepení plazmidu nasledujúcimi kombináciami enzýmov?
a) A a C naraz
b) B
c) B a C
6. Ktorý enzým by bol najvhodnejší na zistenie, či bol gén do plazmidu inzertovaný alebo nie?
(uvažujte o miestach, kde dané enzýmy plazmid štiepia)
S3 - Rastliny a svetlo II.
Fotosyntéza je jedinečný proces na Zemi, ako jediná dokáže energiu fotónov transformovať
na energiu chemických väzieb. Ako všetci z fyziky vieme, svetlo ako elektormagnetické žiarenie sa
skladá z rôznych druhov žiarenia, od žiarenia γ až po rádiové vlny.
1. V procese fotosyntézy je využívaná iba časť tohto žiarenia- fotosynteticky aktívne žiarenie
(PAR). V akom rozsahu (nm) sa nachádza toto žiarenie?
2a.Žiarenie je pre fotosyntézu nevyhnutné. Závislosť účinnosti fotosyntézy na intenzite
žiarenia vyjadruje svetelná krivka fotosyntézy. Určte, ktorá krivka A/B patrí C3 rastline a ktorá
C4 rastline. Čo je to svetelný kompenzačný bod, ktorá rastlina A/B má menšiu hodnotu tohto
bodu?
2b.Vysvetlite, prečo krivka nestúpa lineárne, ale v určitom bode sa ustáli asimilácia CO2 na
konštantnej hodnote aj pri zvyšujúcom množstve žiarenia? Ako sa nazýva tento bod?
3a.Podobne ako žiarenie, aj oxid uhličitý je nevyhnutný v procese fotosyntézy. Na vyjadrenie
závislosti účinnosti fotosyntézy od koncentrácie CO2 existujú "CO2 krivky". Určte, ktorá krivka A/B
patrí C4 a ktorá C3 rastline. Ktorá rastlina má menšiu hodnotu CO2 kompenzačného bodu?
3b. Aká je v súčasnosti koncentrácia CO2 v atmosfére (µL/L)? Z grafu vyčítajte, ktorému typu
rastlín sa darí lepšie v súčasnej atmosfére.
4a.V predchádzajúcich úlohe sme spomínali C3 a C4 rastliny. Okrem týchto typov existuje
ešte jeden základný typ metabolizmu rastlín. Ako sa volá?
4b.Čím sa tieto tri typy rastlín odlišujú? Porovnajte biotopy, enzýmy fixujúce CO 2 a prvý
produkt fixácie, minimálne potreby ATP a NADPH na fixáciu 1 molekuly CO2 a optimálne teploty.
S4 - Z terénneho denníku – druhý mesiac
Deň 33: Malária je definitívne zahnaná (určite ste tušili, že neznámy hymenopterológ nepodľahne)
a s Prof. Ježkom sa vyberáme do terénu. Bude to dvojdňová púť pralesom od nížiny až na úbočia hory
Nduamenquia (1965 m.n.m.), až na lokalitu, kde sa údajné našli záhadné medzidruhové kolónie.
Behom predchádzajúcich dní mi Prof. Ježko prezradil, čo také fenomenálne to uzrel pri
termitologickom výskume tejto oblasti. Náhodou si všimol, útok mravcov na kolóniu termitov druhu
Termitermes jezko Ježko, 2010. Na tom by nebolo nič podivné, súboje termitov a mravcov sú už
telenovelový príbeh. Čo však vedecká šťastena nechcela, mravčí vojaci odnášali termity so sebou. Nie
len tak ledajaké termity. Termitích vojakov sa snažili zabíjať, ale menej vyzbrojených menších
robotníkov si odnášali so sebou. Prof. Ježko tvrdí, že sa mu zdá, že mravce dočasne paralyzujú
unášané termity. No a všimol si ešte jednu , tú najpodstatnejšiu vec. Niektorítermitívojaci bojovali
proti iným termitom a nakoniec odchádzali spolu s útočiacimi mravcami späť do mraveniska. Žeby
objavil prvých medzidruhových (ba dokonca medziradových) „poturčencov“ v ríši hmyzu?
Deň 34: Celý deň GPS, kompas, mapa. Orientácia v temnom prízemí pralesa, bez výhľadu do väčšej
diaľky nie je jednoduchá. GPS nám síce ukazuje priamo cestu k cieľu, ale tá nie je možná. Stavajú sa
nám do nej prírodné zábrany, zabúdame konfrontovať s mapou, a tak sa musíme vrátiť časť cesty
späť a obísť ich. Kiež by sme mali dokonalejší systém značenia a informovania o ceste – napr., ako to
majú eusociálne blanokrídlovce. Našťastie, vo večerných hodinách už vešiame hamaky v cieľovej
horskej výskumnej stanici, naše myšlienky osviežujeme a možné parazity zabíjame troškou domácej
pálenkou.
Deň 35 až 50: Celé dni v teréne. Ráno vstávame už pred 6 hodinou. Zbierame vzorky – živé i mŕtve.
Šup ich do čistého liehu! A v noci triedime všetok nazbieraný materiál. Prof. Ježko sa nemýlil. Naozaj
niektorí termití vojaci bojujú na strane mravcov. Nie je však náhodou, že mravce unášajú isté
vývinové štádiá termitov. Mám podozrenie, že si z nich úmyselne vychovávajú vojakov. Pomravčenec
horší od mravca! Domnievam sa, že mravce napadli hormonálnu reguláciu kastovej diferenciácie
termitov a dokážu vystaviť unesené termity presnému množstvu juvenilného hormónu v kritickej fáze
vývinu a tým si zabezpečiť v ďalšom zvliekaní ich transformáciu na kastu vojakov. Ako to robia? To
bude laboratórnej práce!
1) Viete, čo je eusocialita? Prefláknutých „eusociálov“ ako mravce, včely, či termity poznáte
i osobne. Napíšte tri základné podmienky, ktoré musí organizmus splňovať, aby sme ho považovali
za eusociálneho?
2) V mnohých charakteristikách sú si prefláknutí „eusociálovia“ podobní, ale naopak v mnohých sa
výrazne líšia. Nečudo teda, že si skúsený termitológ, Prof. Ježko, prizval neznámeho
hymenopterológa na pomoc. Doplňte tabuľku s charakteristikami. Nech sú vám niektoré vyplnené
údaje nápomocné.
Termity
Rad hmyzu (latinsky)
Typ metamorfózy
(premeny)
Genetické určenie pohlaví
Mravce
Včely
Hymenoptera
Holometabolia
Diploidia pre obe
pohlavia
Pomáha kráľ svojej
kráľovnej pri zakladaní
Nie
kolónie?
Determinácia kást
Zväčša výživou
Ktoré vývinové štádium
vykonáva väčšinu práce
(Kto je pracovná kasta)?
Ktoré pohlavie vykonáva
väčšinu práce?
Stavba komplexného
Áno
hniezda
Prítomnosť trofolaxie
Áno
3) Eusociálne organizmy sú známe aj z iných radov hmyzu, ba dokonca aj z „nehmyzích“ organizmov.
a) Napíšte dve ďalšie „skupiny“ doposiaľ nespomenutých eusociálnych blanokrídlovcov, ktorí sú
známi z našej prírody.
b) Napíšte aspoň jeden ďalší rad hmyzu, z ktorého sú popísané eusociálne druhy.
c) Napíšte aspoň jeden príklad konkrétneho eusociálneho živočícha, ktorý nie je členom triedy
hmyzu (Insecta).
4) „Eusociálovia“ žiadnu GPS nepotrebujú. Majú vlastné spôsoby mapovania a navigovania ku
cieľovým miestam – napr. ku zdroju potravy. Mravce a termity zanechávajú pachové stopy, po
ktorých stopách sa ostatníčlenovia kolónie vyberajú, aby našli zdroj výdatnej potravy. Vo vzduchu
zanechať trvanlivejšie stopy však nie je jednoduché. Včely (hlavne rod Apis) si preto mapy
a smerové navigácie „zakresľujú“ jedným z dvoch druhov tancov.
a) Aj keď si už Aristoteles povšimol včelie tance, ich kód rozlúštil a popísal až v 20. storočí
významný rakúsky držiteľ Nobelovej ceny. Ako sa volal?
b) Ak sa zdroj potravy nachádza blízko úľu (<32m), včely tancujú len jednoduchý kruhový tanec,
ktorého význam je jasný. „hľadaj potravu v tesnej blízkosti úľu.“ Ak je zdroj potravy obďaleč, včely
tancuj zložitejší natriasavý, či vrtiaci tanec v tvare číslice osem. Ten popisuje nielen smer potravy,
ale i jeho vzdialenosť a kvalitu. Pri udávaní smeru je dôležitá vzájomná poloha slnka k úľu.
V obrázku s včelími tancami dokreslite polohu kvetu vzhľadom ku úľu v prípade tancov B,C a D.
Tanec A s nakreslenou polohou kvetu nech vám je nápomocným príkladom. Nezabúdajte, že
plásty v úli majú vertikálnu polohu, kým poloha slnka, úlu a kvetu je v horizontálnej rovine.
c) Ako včela, tancujúca vrtiaci tanec v tvare osmičky, vyjadruje vzdialenosť úľu od zdroju
potravy a jeho kvalitu?
5) Hladina juvenilného hormón v hemolymfe v istých (kritických) obdobiach vývinu určuje kastové
zaradenie termitov. Juvenilné hormóny hmyzu majú viacero funkcii – ovplyvňujú napr. funkciu
vaječníkov a vitellogenézu u samíc, reprodukčnú aktivitu, polyethizmus včelích robotníc, fázový
dimorfizmus sarančí, ale predovšetkým ovplyvňujú larválne (medzi larválnymi instarmi)
a imaginálne (z larvy na dospelého jedinca) zvliekanie. Okrem juvenilnéhých hormónu má na
tento proces markantný podiel ešte jedna skupina hormónov – ekdysteroidy.
a) Napíšte, v ktorej žľaze sa tvoria ekdysteroidy, a v ktorej juvenilné hormóny.
b) Na grafe je znázornená hladina dvoch hormónov, ktoré majú vplyv na larválne a imaginálne
zvliekanie hmyzu. Priraďte, ktorá krivka patrí juvenilnému hormónu a ktorá ekdysteroidu.
Svoje rozhodnutie objasnite na základe stručného popisu funkcie ekdysteroidov a juvenilných
hormónov v procese larválneho a imaginálneho zvliekania hmyzu. Aká ja relatívna hladina
týchto hormónov pri larválnom a aká pri imaginálnom zvliekaní?
Korešpondenčný seminár z biológie 2012/2013
Ú lohy druhého kola, 8. ročník
Vydal: Prírodovedecká fakulta UK, Mlynská dolina, 842 15 Bratislava 4
Autori: Jaroslav Ferenc, Silvia Hnátová, Zuzana Kochanová, Filip Nemčko, Štefan
Moravčík, Zuzana Varadínová
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja na
základe zmluvy č. LPP-0277-09.
http://bio.korsem.sk
Náklad 300 ks
Vyšlo 17. decembra 2012
Download

2. Kolo - Korešpondenčný seminár z biológie