Korešpondenčný seminár z biológie organizuje
Prírodovedecká fakulta
Univerzity Komenského v Bratislave
Ústav anorganickej chémie
Slovenskej akadémie vied
Korešpondenčný seminár z biológie podporuje
Milí priatelia biológovia!
Aj v tomto školskom roku vám ponúkame možnosť zapojiť sa do riešenia úloh Korešpondenčného
seminára z biológie. Keďže úlohy riešite doma, sú zostavené aj z oblastí, ktoré sa bežne na stredných školách
nevyučujú a môžu vyzerať na prvý pohľad ťažké. Ale ak porozmýšľate, pohľadáte v literatúre, na internete,
poradíte sa s vyučujúcimi, zistíte, že sa dajú ľahko vyriešiť. Okrem toho na úspešný postup v súťaži nie je ani
zďaleka potrebné mať správne vyriešené všetky úlohy, preto sa nebojte zapojiť do seminára vyriešením len
časti zadaných úloh.
Cenou pre najlepších študentov je letné sústredenie, ktorého náplňou sú prednášky, cvičenia, exkurzie,
múzeá, turistika. Tam spoznáte nových kamarátov, v budúcnosti možno spolužiakov na vysokej škole. Úspešní
riešitelia získajú aj certifikát, ktorý ich oprávňuje k štúdiu odboru biológia na Prírodovedeckej fakulte UK bez
prijímacích skúšok.
Koncepcia súťaže v princípe umožňuje opisovanie. Chceme poprosiť, aby ste boli čestní. Podľa vašich
riešení je úplne jasne vidieť, kto opisoval. Pritom je normálne, ak riešia seminár viacerí študenti z jednej školy,
hľadajú informácie spolu, problematiku rozkonzultujú. Ale aj keď problematiku rozoberáte spoločne, čo je
dobre, tak samotné úlohy už vyriešte samostatne. Verte, že aj keď ste informácie hľadali spolu, riešenia budú
odlišné, aj keď budú viesť k rovnakému výsledku. Takto je to správne, len tak môžete mat úprimnú radosť z
výsledku súťaže.
Aj v tomto ročníku kvôli zrýchleniu opravy úloh používame elektronickú registráciu. Preto sa najneskôr
v deň, kedy odošlete svoje riešenia 1. kola, zaregistrujte na internetovej stránke bio.korsem.sk. Ak riešite aj
korešpondenčný seminár z chémie, zaregistrujte sa pre každú súťaž zvlášť.
Pravidlá korešpondenčného seminára:
1. Úlohy sú rozdelené do dvoch kategórií:
• Juniori pre 1. a 2. ročník stredných škôl
• Seniori pre 3. a 4. ročník stredných škôl
2. Za každú správne vyriešenú oblasť úloh (napr. ekológia) získava riešiteľ 10 bodov, za neúplné, alebo
čiastočne správne riešenie primerane menej.
3. Riešenia úloh musia byť odoslané najneskôr v deň, ktorý je uvedený pri zadaniach úloh daného kola.
4. Súťaž pozostáva z 3 kôl, v ktorých študenti vyriešia zadané úlohy a svoje riešenia zašlú na opravu.
Jednotlivé kolá nie sú postupové, teda úlohy vyšších kôl rieši študent bez ohľadu na výsledok
predchádzajúcich kôl. Poradie sa určuje až na záver súťaže.
Pokyny pre riešiteľov:
1. Úlohy riešte samostatne!
2. Riešenia píšte výhradne na odpoveďové hárky, ktoré si stiahnete z bio.korsem.sk.
3. Riešenie každej oblasti úloh opravuje vždy ich autor, preto netlačte odpoveďové hárky rôznych oblastí
úloh obojstranne na jeden list.
4. Spolu s riešením prvého kola sa zaregistrujte na internetovej stránke bio.korsem.sk.
5. Zadania úloh 2. a 3. kola budú uverejnené v elektronickej verzii na bio.korsem.sk najneskôr v posledný
deň odovzdania riešení predchádzajúceho kola. Zadania sa nebudú rozosielať v tlačenej forme.
6. Pokiaľ máte nejaké nejasnosti v zadaniach úloh, reklamácie k opravám, otázky k
riešeniam, neváhajte sa nás opýtať. Kontaktujte nás na telefónnom čísle
02/59 410 487 alebo napíšte na [email protected]
Vyriešené úlohy posielajte do 3.12.2012 na adresu:
Korešp. seminár z biológie
Prírodovedecká fakulta UK
Mlynská dolina
842 15 Bratislava 4
Veľa úspechov Vám prajú autori a organizátori
J1 - Ekológia
1. Gény sú podstatou hmotnej existencie každého jedinca. V génoch je ukrytá aj najstaršia a
najsilnejšia túžba každého živého organizmu - túžba po večnom živote, po nesmrteľnosti. Realizáciou
tejto túžby na úrovni hmotného indivídua je tvorba potomstva, ktoré má minimálne polovicu génov
rodičovského organizmu a preto uhynutím jedinca jeho biologická existencia úplne nekončí. Gény sú
prítomné v každej bunke rastliny. Na rozdiel od človeka a väčšiny živočíchov, rastliny nedokážu
aktívne migrovať z miesta na miesto. Namiesto toho využívajú rafinované stratégie na prežitie
nepriaznivých podmienok, akými sú prírodné katastrofy, náhodné nepriaznivé disturbancie alebo
praobyčajná zima.
Zoznámte sa s vybranými majstrami prežitia z rastlinnej ríše, ktorých je na Slovensku niekoľko
tisíc a odhaľte ich stratégiu na realizáciu zachovania génov. K uvedeným druhom rastlín, ktoré sa vám
predstavujú latinskými názvami, priraďte slovenský názov a životnú formu podľa Raunkiaera. Na
základe zistených informácií bude pre vás hračkou určiť, ktorý z uvedených grafov vystihuje tento
súbor druhov:
Petasites hybridus, Petasites albus, Aconitum variegatum, Aegopodium podagraria, Elymus
caninus, Chaerophyllum aromaticum, Heracleum sphondylium, Poa trivialis, Dactylis glomerata,
Primula elatior, Orobanche flava, Geranium phaeum, Populus nigra, Salix alba, Telekia speciosa,
Viscum album.
A
B
geofyty
terofyty
hemikryptofyty
chamerofyty
epifyty
epifyty
fanerofyty
fanerofyty
C
D
kryptof yty
geofyty
fanerof yty
hemikryptofyty
hemikryptof yty
epifyty
epifyty
fanerofyty
2. Zadívali ste sa už niekedy zblízka do jazera, rybníka alebo dočasnej mláky v brázde? Ak to
niekedy urobíte, už po pár minútach objavíte zaujímavý svet. Stojatá voda sa hemží životom. Pokojná
hladina prikrýva búrlivé útoky krvi(alebo inej telesnej tekutiny)lačných dravcov. Väčšina tvorov, ktoré
potešia vaše oko, bude pravdepodobne z ríše hmyzu. Títo (pre nás, biologicky orientovaných)
krásavci nie sú produktami nejakého stroja, ktorý pracuje podľa nemeniteľného programu a robí tak
ich život jednotvárnym a nudným. Naopak, medzi tu žijúcimi organizmami existujú určité vzťahy a
živočíchy sa navzájom viac či menej ovplyvňujú. (Nezanedbateľným faktom je, že tak isto ich
ovplyvňuje aj ich životné prostredie.)
2.1 Vodný svet našich zemepisných šírok obývajú aj dafnie a šidlá. Ktoré z nich patrí/alebo
patria medzi hmyz?
Počet jedincov skonzumovaných
desiatym instarom šidla za deň
2.2 Ako jednoducho rozoznáme vážku od šidla, keď nelieta, ale pokojne sedí na rastline?
2.3 Pozrite sa na graf a vyberte správnu odpoveď:
A. Šidlo za deň skonzumovalo rovnaký počet dafnií bez ohľadu na to, aká bola ich hustota.
B. Z grafu vyplýva, že čím väčšia bola hustota dafnií, tým menej ich za deň šidlo
skonzumovalo (Možno dôvodom bolo, že pri väčšej hustote ich bolo ťažšie uloviť, alebo že pri
väčšej hustote dosahovali väčšie rozmery a teda šidlu stačilo skonzumovať menej kusov.).
C. Čím viac dafnií malo šidlo k dispozícii, tým viac ich skonzumovalo.
30
25
20
15
10
5
0
0
20
40
60
80
100
Počiatočná hustota dafnií (počet jedincov.m-3)
3. Praktická úloha:
Máločo poteší srdce botanika viac, ako keď objaví novú lokalitu chránených rastlín. Podobne
sa cíti človek, ktorý pri prechádze prírodou natrafí na veľkú populáciu atraktívneho rastlinného
druhu, pútavého svojimi kvetmi, plodmi alebo listami. Štúdiom populácií jednotlivých druhov rastlín
alebo živočíchov sa zaoberá populačný výskum. Je dôležitý pre posúdenie vývoja a správania sa druhu
v rôznych podmienkach a odlišnom prostredí ako aj pre tvorby prognóz vývoja populácií. Pri
populačnom výskume silný emocionálny zážitok v teréne strieda monotónna analýza rastlín v
interiéri, ktorá napokon prechádza do vyhodnotenia údajov a tvorby dôležitých záverov. Poznáte
prírodu vo svojom okolí? Čo takto vyskúšať si pod vlastnou réžiou (vlastný výber územia a rastlinných
druhov) populačný výskum?
Urobte si prechádzku do prírody a na lokalite, ktorá sa nenachádza na chránenom území si
vytýčte štvorec 5 m x 5 m. Hranice štvorca si vyznačte napr. špagátom. Určite rastlinu, ktorá vo
štvorci dominuje a odtrhnite 30 ks tejto rastliny na štvorci (napr. ak bola dominantou margaréta,
odtrhnite všetky margaréty). Rastliny zberajte bez koreňa, no odtrhnite/odrežte ich tesne pri povrchu
pôdy.
V interiéri rastlinu určte (na jeseň sa bude krásne určovať aj pomocou plodov). Morfologicky
opíšte listy. Jedince očíslujte od 1 do 30. Na každom jedincovi spočítajte listy, zmerajte maximálnu
dĺžku listovej čepele, maximálnu šírku listovej čepele a dĺžku listovej stopky (ak je prítomná). Údaje
zapíšte do tabuľky.
Na základe meraní doplňte priemer, minimum a maximum pre každú charakteristiku.
Uveďte dátum realizácie terénnej úlohy.
Nájdite si opis vášho druhu v niektorom botanickom atlase - uveďte literárny zdroj.
Porovnajte, či listy na vašej lokalite boli v priemere menšie alebo väčšie, ako udáva autor opisu v
atlase. Pouvažujte, čo môže byť dôvodom tohto vami zisteného javu - opíšte pozitívne alebo
negatívne faktory na vašej lokalite, ktoré mohli ovplyvniť vývin rastlín.
Rastliny, s ktorými ste pracovali - 30 ks - odfotografujte a fotografiu priložte k odpoveďovým
hárkom alebo pošlite na emailovú adresu: [email protected]
Upozornenie: v prípade, že na jednej škole riešite korsem viacerí, každý riešiteľ musí
spracovať INÝ rastlinný druh!
J2 - Genetika
(riešenie na vlastné,
najmä duševné, riziko ☺)
Hlboko v mori, v pradávnych hĺbkach oceánu, ukryté
pred zrakmi všetkých zvedavých oceanológov a podmorských
sond ukrývajú sa teoretické organizmy nazývané mimohy.
Naše mimohy, hoci by našincovi mohli pripomínať ryby, medzi ne prekvapivo nepatria. Po rokoch
intenzívneho štúdia, PVNP (príliš veľa na počítanie) šedivých vlasov, obhrýzaných nechtov
oceanológov a zoológov a samozrejme aj ich nespočetných hádok, podarilo sa vyčleniť samostatný
kmeň mimohovcov.
Hlavnou schopnosťou mimohov je imitácia rýb a istému vedcovi sa dokonca podarilo objasniť
gény zodpovedné za zmenu fenotypu, resp. ich krycieho výzoru. Mimohy majú iba 3 páry
chromozómov a z toho ten tretí je pohlavný, a tak bola identifikácia jednotlivých fenotypov jasná ako
slnko. Ako to vo výskume chodí, úspech treba poriadne zapiť (samozrejme nealkoholickými nápojmi),
no a tak sa ľahko mohlo stať, že pri toľkej radosti si genetici zabudli označiť, kombináciou ktorých
génov vznikajú jednotlivé fenotypy mimohov.
Ešte šťastie, že po zahanbujúcom vytriezvení sa mohli obrátiť na riešiteľov Korsem-u, aby im
pomohli v genetickej analýze mimohov.
1. Veľmi neochotne nám poskytli svoje poznatky o typoch dedičnosti a zatiaľ spozorovaných
fenotypov mimohov. Vedia, že vždy je menej
hladkých mimohov ako ostnatých, menej
mimohov s hypnotizujúcim okom ako tých
s normálnym. Za ich výsledný fenotyp sú
zodpovedné 2 gény uložené na autozómoch:
mimA (na 1. chromozóme) a mimB (na 2.
chromozóme). Tiež je známe, že gén mimA je zodpovedný za tvorbu ostňov a mimB za formu očí.
Navrhnite typ dedičnosti (autozomálna/gonozomálna, a ktorá alela je dominantná a ktorá
recesívna) a genotypy (kombinácie alel génov mimA a mimB) pre 4 uvedené fenotypy mimohov.
Našepkanie staršieho mimoha: Ako už možno viete, všetky genetické informácie =genóm sú uložené na
zvláštnych útvaroch =chromozómoch. Na chromozómoch sú uložené jednotlivé gény, v rôznych častiach chromozómu, teda
lokusoch. Každý gén je zodpovedný za tvorbu nejakého znaku, napr. jeden gén má na starosti tvorbu ostňov, iný zas
hypnotizujúceho oka.
Sú dva typy chromozómov: pohlavné (gonozómy) a nepohlavné (autozómy). Z toho vyplýva, že autozomálna
dedičnosť sa uplatňuje pri génoch umiestnených na autozómoch, zatiaľ čo pri gonozomálnom type dedičnosti sú gény
lokalizované na pohlavných chromozómoch (tu si treba uvedomiť že samce keďže sú XY, budú mať pri dedičnosti viazanej na
X chromozóm iba jednu kópiu génu).
Alela je konkrétna verzia génu. Každý mimoh bude mať gén pre tvorbu oka, ale až konkrétna alela určí, či bude
normálne alebo hypnotizujúce. Dominantná alela (značí sa veľkým písmenom) je tá, ktorá potláča prejav recesívnej (tá sa
značí malým písmenom). Keďže mimohy sú diploidné, vždy majú dve verzie génu, jednu od matky a jednu od otca. Ich
konkrétna kombinácia je genotyp, napr. aA (heterozygot), aa (recesívny homozygot), AA (dominantný homozygot). To, ako
sa táto kombinácia prejaví navonok, je fenotyp. Aby sa teda fenotyp, ktorý recesívna alela podmieňuje, prejavil, musí byť
jedinec recesívny homozygot.
2. V topoľčianskej zoo sa po anonymnom darovaní 2 mimohov (netušíme, ako prežili cestu do
vnútrozemia) očakáva narodenie mladého mimoha. Viete, že rodičovské fenotypy sú:
hladký mimoh s hypnotizujúcim okom
mimoh s ostňami a s normálnym okom
Keďže mimoh s hypnotizujúcim okom dokáže zhypnotizovať ostatné ryby v akváriu, aby mu
naskákali do papule, predstavuje pre spomenutú zoo s obmedzeným rozpočtom, isté ekonomické
riziko. Aká je pravdepodobnosť, že vzniknutý mimoh bude mať hypnotizujúce oko?
3. V istej geograficky izolovanej populácii mimohov, sa ich po dosť vyčerpávajúcich pokusoch,
podarilo spočítať. Zistilo sa, že zo 4 000 jedincov je 40 hladkých a 3 060 s ostňami.
Vypočítajte frekvenciu alely zodpovednej za hladký fenotyp a alely zodpovednej za fenotyp
s ostňami (nezabudnite že naše mimohy sú diploidné, t.j. vždy majú 2 alely – jednu od mamy a druhú
od otca).
Ak by sme predpokladali, že populácia neposlušných mimohov je v Hardy-Weinbergovej
rovnováhe, aký by bol absolútny počet heterozygotov v spomínanej populácii?
4. Predstavme si populáciu heterozygotov pre obe alely - ostnatých mimohov s normálnym
okom. Keďže už sme spomínali, že chov normálnych mimohov je ekonomicky výhodnejší (a okrem
toho hladkých mimohov sa viac napchá do akvária), aký postup by ste navrhli na získanie čistej línie
hladkých mimohov s normálnym okom?
5. Prečo sme v úvode 1. úlohy zdôraznili, že gény mimA a mimB sú na dvoch rôznych
chromozómoch? Čo by sa stalo v prípade, keby by boli obidva lokalizované na tom istom
chromozóme?
Hoci ešte stále ostáva otázne, ako sa mimohy rozmnožujú a koluje okolo nich veľa teórií (z
ktorých najbizarnejšie sú, že mimohy sú mimozemského pôvodu, slúžia ako špehovia a prevteľujú sa
do tiel iných rýb), jedno ostáva isté: samček je vždy XY a samička XX.
Existuje gén, nazvime ho mimZ, ktorý je lokalizovaný práve na X chromozóme. U samcov
prítomnosť jeho recesívnej alely spôsobuje tvorbu pestrej chvostovej plutvy, ktorá pravdepodobne
slúži na zaujatie samičiek počas párenia. U samičiek zas prítomnosť recesívnej alely spôsobuje zmenu
sfarbenia tela. Na obrázku naľavo je samček s recesívnou alelou, napravo zas homozygotne recesívna
samička.
6. Zapíšte kríženie mimohov s nasledujúcim genotypom (označenie mim sme pred každou
alelou kvôli prehľadnosti vynechali, napr. dominantná alela mimA bude značená len ako A)
AaBBZZ
x
aabbZY
Samica
(značka kríženia)
samec
Zapíšte rodičovskú generáciu P, gaméty G ktoré môžu vznikať, prvú filiálnu generáciu F1 aj
druhú filiálnu generáciu F2 spôsobom znázorneným dole v príklade. V F2 popíšte genotypový aj
fenotypový štiepny pomer.
Napr. keby rodičia boli AA x aa (pričom A by bolo zodpovedné za hnedú farbu, a za bielu)
P:
AA
x
aa
G:
A;A
a;a
F1:
Aa
->
prvá filiálna generácia bude uniformná (jednotná) –
všetky mimohy budú
mať hnedú farbu
G:
A;a
A;a
F2:
AA, Aa, Aa, aa
->
genotypový
štiepny pomer 1:2:1 (AA:Aa:aa)
fenotypový
štiepny pomer bude 3:1 (hnedí:bieli)
TOTO BOL PRÍKLAD, PRI RIEŠENÍ SA RIAĎTE VYSVETLENÍM
GÉNOV mimA, mimB a mimZ UVEDENÝM VYŠŠIE!
Každoročne sa v Mariánskej priekope konajú preteky samcov mimohov o najrýchlejšie
získanú potravu, pričom výherná populácia samcov má šancu vybojovať si srdcia 200 najkrajších
samíc mimohov s genotypom AaBB, ktoré sú hypnotizujúce už len na pohľad. Tento rok sa
zhromaždilo 200 samcov s genotypom aaBB a 200 samcov s genotypom Aabb.
7. Čo myslíte, ktorá skupina samcov v súboji o najrýchlejšie získanie potravy zvíťazí? Pri
rozmýšľaní sa nebojte uplatniť svoju fantáziu ☺
8. V teoretickom prípade výhry samcov s genotypom Aabb títo budú mať príležitosť založiť
malú skromnú mimohiu populáciu spolu so samicami AaBB. Ak zanedbáme gén mimB, budú ich
genotypy vyzerať takto: Aa x Aa. Aký bude absolútny počet recesívnych homozygotov po skrížení, ak
veľkosť populácie zostane rovnaká? Aká bude frekvencia dominantnej alely?
9. Na záver: pozor, pozor! Jednému mimohovi sa podarilo utiecť z prenosnej nádrže
a v súčasnosti sa voľne pohybuje v chovnej stanici pre kaprov! Prosím vás, pomôžte nám zakresliť
výzor tohto vzácneho samca mimoha s genotypom aaBbZY. Ak sa ho totiž nepodarí chytiť, nastane
kolaps na trhu s kaprami, keďže sa blíži vianočné obdobie a hrozí, že namiesto kapra budete na
Vianoce jesť mimoha!
J3 - Rastliny a svetlo
Svetlo neslúži rastlinám iba ako zdroj energie v procese
fotosyntézy, ale aj ako informácia o stave okolia a signálna informácia
pre ontogenetické (vývojové) procesy, ktoré v rastlinách prebiehajú.
Tento okruh otázok bude venovaný práve svetlu, ako informácii.
Žiarenie, ktoré môže pochádzať z prírodného (napr. Slnko) alebo z
umelého zdroja je u rastlín vnímané širokou paletou receptorov,
známych ako fotoreceptory.
1. Vymenujte 3 senzorické fotoreceptory rastlín a napíšte k
nim vlnovú dĺžku, v ktorej absorbujú svetlo.
Určite sa vám niekedy stalo, že ste v pivnici našli zemiaky, z
ktorých vyrastali výhonky, ktoré sa vôbec nepodobali na bežné stonky.
Pre rastliny, u ktorých vývoj prebehol v tme sa používa pojem
etiolizované.
2a.Opíšte charakteristické vlastnosti etiolizovaných dvojklíčnolistových a jednoklíčnolistových
rastlín.
2b. Bežná krytosemenná rastlina rastúca na svetle je zelená, vo svojich bunkách obsahuje
chloroplasty plné chlorofylu, má vyvinutý fotosyntetický aparát. Ako je to v prípade, keď je
etiolizovaná? Uveďte, akú má farbu či obsahuje nejaké chloroplasty a aké plastidy sa tvoria z jej
protoplastidov.
2c. V predchádzajúcej otázke bola spomínaná krytosemenná rastlina, ako je to u ihličnanov?
Môžu byť ihličnany etiolizované?
Prechod od vegetatívneho rastu ku kvitnutiu je zásadnou zmenou pre rastlinu či už v raste
alebo v organogenéze. Nástup generatívnej fázy je regulovaný rôznymi signálmi, napríklad aj dĺžkou
dňa a noci- fotoperiodickou indukciou kvitnutia.
3. Na aké 3 skupiny klasifikujeme rastliny podľa fotoperiódy? Skúste priradiť jednotlivé druhy
ku príslušným skupinám: Arabidopsis thaliana, Hyoscyamus niger, Nicotiana sylvestris, Spinacia
oleracea, Lolium temulentum, Xanthium strumarium, Pharbitis nil, Chenopodium rubrum.
4. Ktorý rastlinný orgán prijíma signály o dĺžke trvania dňa/noci?
Vedomosti o fotoperiodickej indukcii kvitnutia môžu byť využité a zneužité na vykvitnutie
rastlín v ročnom období, pre ktoré kvitnutie nie je typické. Preto môžeme v kvetinárstvach na
začiatku leta kúpiť kvet, ktorý za bežných okolností kvitne iba na jeseň. Takéto pestovanie vyžaduje
umelé podmienky, v ktorých je kontrolovaná dĺžka dňa.
5. Dá sa zvrátiť osud u SDP rastlín v prípade, že zamestnanec omylom zažne svetlo v strede
noci? V prípade, že áno, skúste navrhnúť, ako.
SENIORI
S1 – Ekológia
1. V prírode nič neexistuje len tak bez dôvodu. Aj tu platí známy výrok: "Všetko má svoj
zmysel, len ho treba objaviť." Rastliny z trópov a subtrópov s rúrkovitou korunou sú väčšinou
červené. Červená je totiž najatraktívnejšou farbou nielen pre človeka, ale aj pre vtáky. A uvedené
typy rúrkovitých kvetov sú opeľované práve nimi. Púštne kaktusy gigantických výšok majú väčšinou
farebne a tvarovo nie príliš zaujímavé biele kvety, umiestnené na rastlinách tak vysoko, čo človek na
ne niekedy ani nedosiahne a rozkvitajú v noci. Je to kvôli tomu, že ich opeľovačmi sú netopiere.
Hmyzovníky sú orchidey, pripomínajúce tvarom samičky hmyzu, ktoré kvôli tomu, aby prilákali
prenášača peľu, takto oklamali už veľa aj slovenských čmeľov či múch.
Rastliny a mnohé živočíchy sa navzájom potrebujú. Existujú medzi nimi veľmi úzke vzťahy.
Príkladom je vták nektárovka Nectarinia reichenowi, ktorý sa živí nektárom rastliny Leonotis
nepetifolia a je tak úzko špecializovaný, že jeho výskyt priamo súvisí s prítomnosťou tohto druhu.
Vedci skúmali vzťahy medzi veľkosťou jeho teritória a počtom kvitnúcich rastlín Leonotis nepetifolia a
došli k prekvapivým záverom. Sú vyjadrené v uvedenom grafe.
Na základe grafu označte pravdivé tvrdenia:
1.1 Čím väčšie bolo teritórium nektárovky, tým viac kvitnúcich rastlín sa v ňom vyskytovalo.
1.2 Najväčšie počty kvitnúcich rastlín boli zaznamenané na stredne veľkých teritóriách nektárovky.
1.3 Z grafu možno predpokladať, že veľkosť teritória nektárovky nezávisí len od počtu kvitnúcich
rastlín, ale aj od ďalších faktorov.
Doplňte odpoveď:
1.4 Aký bol počet kvitnúcich rastlín Leonotis pri veľkosti teritória nektárovky 30 m2?
1.5 Čo myslíte, bolo by možné nájsť teritórium nektárovky, na ktorom by nerástla ani jedna rastlina
Leonotis? Zdôvodnite.
40
2
Veľkosť teritória (m )
35
30
25
20
15
10
5
0
0
500
1000
1500
Počet kvitnúcich rastlín (ks)
2000
2500
2. Viete, čo je to Patella? Každý správny medik vám odpovie, že jabĺčko na dolnej končatine.
Keďže latinčina je krásny jazyk a v systéme vedeckých názvov neprekáža, keď sa rovnakým pojmom
označí nejaká vlastnosť pri druhoch, ktoré sú biologicky vzdialené (ako napr. Hedera helix - brečtan
popínavý a Helix pomatia - slimák záhradný), pravdepodobne bude nejaký súvis medzi jabĺčkom a
živočíchom skalnatých pobreží.
Patella je živočích, ktorý sa pohybuje len málo a preto je výborným príkladom vzájomného
ovplyvňovania sa jedincov v rámci jedného druhu. Na základe uvedeného grafu zistíte, aká je závislosť
medzi hustotou výskytu jedincov Patella a dĺžkou ich tela.
Priraďte tvrdenia k jednotlivým krivkám (a, b, c):
2.1 Pri náraste hustoty jedincov boli vo väčšine prípadov pozorované jedince s väčšou dĺžkou tela.
2.2 Čím väčšia je hustota jedincov Patella na lokalite, tým sú jedince menšie.
2.3 Dĺžka tela prílepiek sa s narastajúcou hustotou jedincov na lokalite zvyšuje takmer
priamoúmerne.
1200
1000
Hustota (m²)
800
a
600
b
c
400
200
0
1
4
7
10
13
16
19
22
25
28
31
34
37
40
43
46
49
52
55
58
61
64
67
70
Dĺžka tela (mm)
Doplňte odpoveď:
2.4 Aké konkrétne limitačné faktory určujú maximálny počet jedincov prílepiek na lokalite?
2.5 Existuje v prírode závislosť medzi rozmermi organizmov (rastlín alebo živočíchov) a ich hustotou
na lokalite? Uveďte príklad.
3. Praktická úloha:
Fytocenológia skúma rastlinné spoločenstvá (fytocenózy). Niektoré druhy rastlín sa často v
prírode vyskytujú na podobných stanovištiach, pretože majú podobné ekologické nároky. Takéto
rastlinné spoločenstvo vytvára akoby štát, v ktorom niektorý rastlinný druh dominuje a ostatné tvoria
menšiny. Výskum rastlinných spoločenstiev je dôležitý pre pochopenie vzťahov medzi rastlinnými
druhmi. Niektoré z nich majú expanzívne tendencie, iné sú vytláčané z prirodzených stanovíšť.
Vplyvom zmeny životného prostredia sa mení aj zloženie fytocenóz. Zvlášť ohrozené sú chránené
rastliny, pretože ich početnosť je nízka. To je hlavný dôvod, prečo sa im venuje mimoriadna
pozornosť.
Rastie v prírode vo vašom okolí nejaká chránená rastlina? Vašou úlohou bude nájsť, kde
konkrétne takáto rastlina rastie a urobiť tam fytocenologický zápis. Pozor, lokalita, ktorú si vyberiete,
sa nesmie nachádzať na chránenom území.
Opíšte vybranú lokalitu: najbližšie mesto, fytogeografický celok, nadmorská výška, názov
lokality, opis lokality. Ktorú chránenú rastlinu ste si zvolili na výskum?
Urobte si prechádzku do prírody a na lokalite, ktorá sa nenachádza na chránenom území si
vytýčte štvorec 5 m x 5 m. Hranice štvorca si vyznačte napr. špagátom. Určite názov rastliny, ktorá vo
štvorci dominuje (dominovať nemusí vami zvolený chránený druh) a ďalších 10 druhov. Jedným z nich
musí byť chránená rastlina, ktorú ste si zvolili. Mená rastlín uveďte v tvare slovenský aj latinský
rodový a druhový názov. Ku každému druhu priraďte na základe Braun-Blanquetovej stupnice
početnosi čísla 1-5, + alebo R.
Uveďte dátum realizácie terénnej úlohy.
Odfotografujte štvorec, ktorý ste analyzovali (5m x 5m) a fotografiu priložte k odpoveďovým
hárkom alebo pošlite na emailovú adresu: [email protected]
Upozornenie: v prípade, že na jednej škole riešite korsem viacerí, každý riešiteľ si musí zvoliť
INÝ chránený rastlinný druh!
S2 – Chronobiológia – biorytmy rastlín
„Na počiatku bol prvotný
oceán prikrytý temnotou - z neho
vyrástol modrý lotos so žltým
stredom, v ktorom sa ukrýval boh
slnka. Keď sa kvet otvoril, jeho svetlo
zahnalo temnotu. Na konci dňa sa
kvet zavrel a nastala noc, dokým ráno
opäť nerozkvitol...“ Tak sa píše v
staroegyptskom mýte o vzniku sveta.
Pre biológov je však v ňom skrytá
správa o jednom veľmi zaujímavom botanickom pozorovaní. Už starí Egypťania si všimli, že tzv.
modrý lotos, alebo botanicky lekno modré (Nymphaea caerulea) ráno otvára svoje kvety a večer ich
znovu zatvorí. Neskôr si ľudia všimli podobné rytmy aj u iných rastlín a živočíchov. Napokon v 19. a
20. storočí začali fyziológovia zisťovať, že biorytmy existujú aj na molekulárnej úrovni, čo položilo
základy chronobiológie (z gr. chronos = čas) – odboru, ktorý sa zaoberá biologickými rytmami.
Biorytmy sú pravidelné zmeny (oscilácie) v hodnotách určitého parametru (napr. poloha kališných a
korunných lupienkov spomínaného lekna). Podľa toho, ako dlho trvá jedno opakovanie rytmu
(perióda) môžeme hovoriť o rytmoch cirkadiánnych (približne 24h), ultradiánnych (menej ako 24h),
infradiánnych (viac ako 24h). K najviac preštudovaným patria cirkadiánne rytmy. Jednak preto, že
majú nie príliš dlhú periódu, ale najmä preto, že riadia dôležité procesy počas dňa. Ďalšia ich dôležitá
vlastnosť je, že sú endogénne – vznikajú vo vnútri organizmu. Čiže organizmy majú niečo ako
„vnútorné hodiny“ (odborne nazývané cirkadiánny oscilátor), ktoré riadia biorytmy. V tejto úlohe sa
budeme venovať cirkadiánnym biorytmom všeobecne a biorytmom rastlín.
1. Ako sme už spomenuli biorytmy vznikajú vo vnútri organizmu vďaka „vnútorným
hodinám“. Ako to však dokázať? Napr. naše modré lekno by sa teoreticky mohlo orientovať podľa
intenzity svetla a efekt by bol ten istý – pri rozodnení by sa kvety otvorili a večer zavreli. Skúste
navrhnúť experiment na otestovanie, či pohyby kvetu závisia od svetla. Pomôcka: nemusíte vymýšľať
nič zložité, tento dôkaz bol urobený už v 18. storočí.
2. To, že cirkadiánne (a všetky ostatné) rytmy sú endogénne však neznamená, že sú úplne
nezávislé od prostredia. Hoci cirkadiánny oscilátor (vnútorné hodiny) je zodpovedný za vznik
samotného rytmu, bez možnosti „napraviť hodinky“ podľa striedania svetla a tmy je perióda rytmu
len približne rovná jednému dňu (lat. circa diem – približne deň). Každý druh má teda aj tzv. vnútronú
periódu (pre cirkadiánne rytmy sa pohybuje medzi 22 a 26h), ktorá je druhovo špecifická. napr. u
fazule (,ktorá na noc sklápa listy) je to 26 hodín. Čiže, ak by organizmus nemal možnosť
synchronizovať svoje biorytmy s podnetmi z prostredia, boli by mu v podstate nanič, podobne ako
nám náramkové hodinky ukazujúce zlý čas. Vypočítajte koľko dní bude trvať kým listy fazule zaujmú
poludňajšiu polohy o polnoci, ak rastlina nemá možnosť synchronizovať svoje rytmy podľa striedania
svetla a tmy (predpokladáme, že rytmus nevyhasína a že rastlina hneď prejde na vnútornú periódu).
3. Jeden z hlavných biochemických procesov v tele rastliny je samozrejme fotosyntéza a
preto nás neprekvapí, že je sama regulovaná cirkadiánnym rytmom. Všetky ostatné rytmy, ktoré
súvisia s fotosyntézou musia byť s ňou určitým spôsobom koordinované. Príkladom môže byť rytmus
transportu vody z koreňa. V nasledujúcom grafe máte čiarkovane vyznačené zmeny koncentrácie
(rytmus) proteínov potrebných pre fotosyntézu počas dňa (čierny obdĺžnik pod grafom znamená noc,
biely deň). Dokreslite, ako bude podľa vás vyzerať rytmus v intenzite transportu vody z koreňa a
vysvetlite. Pomôcka: kľúčové sú prieduchy.
4. Biorytmy slúžia
organizmom napríklad aj na
to, aby sa mohli pripraviť na
pravidelne sa opakujúce
nepriaznivé
podmienky.
Napríklad
riasa
Chlamydomonas reinhartii
sa delí iba v noci. Na obranu
proti čomu jej môže slúžiť
tento rytmus? Pomôcka –
uvažujte, že počas dňa sa
zdržuje pri hladine aby
zachytila maximum svetla
pre fotosyntézu a pred
delením musí replikovať
DNA.q
5. V predchádzajúcom grafe si všimnite, že fotosyntetické proteíny sa začínajú vytvárať už
počas tmy. Skúste navrhnúť vysvetlenie, prečo je to pre rastlinu výhodné. Pomôcka, rastlina sa snaží
vytvoriť čo najviac cukrov.
S3 – Parazitológia
Z terénneho denníku – prvý mesiac:
Deň 1: Pristávame v Douala, najväčšom meste africkej republiky Kamerun. Tu sa na najbližšie tri
mesiace pripojím ku terénnej práci prof. Ježka a jeho kolegov. Kto by nepoznal tohto fenomenálneho
termitológa s dvoma publikáciami vo vychýrenom internacionálnom týždenníku „Na túre“? Ešte stále
nechápem, prečo si takáto kapacita povolala práve mňa – mladého postdoktoranta (zatiaľ
neexistujúceho) Ústavu Entomológie SAV – a navyše ešte k tomu hymenopterológa. Jedinou indíciou
mi je profesorov odkaz z elektronickej pošty:“ Sme na stope doposiaľ nepopísaného behaviorálneho
úkazu hlboko v kamerunskom pralese.“
Deň 3: Po krátkej dvojdňovej ceste miestnym autobusom a päť hodín kráčania som dorazil do
výskumného tábora. Cestou ma už niečo poštípalo. Ešteže užívam chlorochin, aby som sa nenakazil
tým parazitom, čo spôsobuje maláriu.
Deň 4: Identifikácia rozpľasknutého hmyzu pod binolupou potvrdila, že ma naozaj poštípali komáre
prenášajúce maláriu.
Deň 7: Po dvoch dňoch dažďov sa to tu len rojí komármi. Ani nechcem pomyslieť, čo všetko môžu
prenášať. V moskytiére nad posteľou som našiel dieru. Nečudo, že mám toľko štípancov.
Deň 9: Do neďalekej osady ideme nakúpiť potravinové zásoby. Stretávame postaršieho muža, ktorý si
na konárik namotáva parazitického hlístovca – vlasovca medinského (Dracunculus medinensis).
Jedinečný zážitok.
Deň 13: Mikroskopické vyšetrenie krvného rozteru je jasné – malária jak vyšitá. Pravidelne si
zaznamenávam telesnú teplotu. Profesor Ježko bedáka nad užívaním chlorochinu a nasadzuje mi
liečbu pomocou artemisinu v kombinácii s meflochinonom.
Deň 14: A je to jasné – Plasmodium falciparum. Snáď za niekoľko týždňov sa budem môcť opäť
pripojiť ku terénnej práci. Som nesmierne zvedavý na ten nepopísaný úkaz z pralesa.
1) Parazit? Čo je parazitizmus? Vzťah medzi organizmami, kde jeden aktér vzťahu (parazit) má
prospech a druhý škodu.
a) Obdobne priraďte v tabuľke kladné (+), záporné (-), či neutrálne (0) znamienka ku ďalším
vzťahom medzi organizmami.
b) Uveďte na ľubovoľné štyri vzťahy konkrétny príklad (aj trochu vymyslený môže byť)
z prostredia školy (takže aktéri ste VY, vaši spolužiaci, učitelia, školník, či vrátnička).
Vzťah
Zisk jedného aktéra
Zisk druhého aktéra Príklad
Parazitizmus
+
Predácia
Kompetícia
Mutualizmus
Komenzalizmus
Amenzalizmus
Neutralizmus
0
0
2) Výlučne ktorý rod komára je vektorom rodu Plasmodium?
3) Keďže si náš hymenopterológ priniesol čiastočne (tlakom ruky) poškodené vzorky štípajúceho
hmyzu, určoval ich najmä na základe tvaru a znakov ústneho ústrojenstva.
a) Ktorý zo štyroch
B
A
obrázkov
A-D
mohol vidieť náš
mladý výskumník
pod binolupou?
Ako sa nazýva
tento typ ústneho
ústrojenstva?
b) Ako sa nazývajú
zvyšné tri typy
D
C
ústnych
ústrojenstiev
z obrázkov?
Uveďte
ku
každému jeden
konkrétny
druhový príklad
(slovenský
aj
latinský názov),
kde by ste predpokladali prítomnosť daného ústrojenstva.
4) Aké ďalšie parazitárne, či virálne ochorenia prenášané komármi v temných kútoch Afriky mohol
mať na mysli náš bezmenný výskumník?
a) Napr. ďalšieho hlístovca – Wuchereria bancrofti. Aké ochorenie spôsobuje? Ako sa navonok
prejavuje ochorenie v chronickej fáze infekcie?
5)
6)
b) Voči ktorému virálnemu ochoreniu určite museli byť všetci výskumníci očkovaný pred
vstupom do Kamerunu?
Možno sa Vám zdá podivné miešať komáre a hlístovce do jedného príbehu. Možno by Vám prišlo
prirodzenejšie spojenie s meter dlhými obrúčkavcami žijúcich v pôde kamerunských pralesov. Ale
omyl, hlístovce (Nematoda, Cycloneuralia) a článkonožce (Arthropoda) sú si príbuznejšie, než si
voľakedy vedci mysleli. Naopak, obrúčkavce (Annelida) majú toho len pramálo homologicky
spoločného s článkonožcami, zväčša vznikli tieto spoločné znaky nezávisle.
a) Nasledujúci zoznam znakov roztrieďte na tie, ktoré majú článkonožce spoločné s hlístovcami
a na tie, ktoré zdieľajú naopak s obrúčkavcami: embryonálna expresia génu engrailed,
zvliekajúca sa kutikula, žiadne primárne voľne žijúce larválne štádium, párové teľné prívesky,
telesná segmentácia, chitín v kutikule, absencia pohybových bičíkov.
b) Ako sa volá monofyletická skupina, ktorá zahŕňa kmene hlístovcov aj článkonožcov? Stačí
uviesť latinský názov.
Keby mali naši vedci so sebou v teréne SEM mikroskop, ktorý z obrázkov A-C by pozorovali
v roztere
maláriou
nakazeného
hymenopter
ológa? Ako
ste
to
rozpoznali
vy?
Na
troch
grafoch napravo sú znázornené teplotné priebehy
infekcie troch typov malárie. Na x-ovej ose grafov je
znázornený čas (hodiny) a na y-ovej ose telesná
teplota (°C).
a) Ako sa nazývajú tieto tri typy malárie a ktoré
druhy rodu Plasmodium sú ich príčinou? (Pozor!
Jeden typ môže byť spôsobený dvoma druhmi –
uveďte oba).
b) Ktorý z troch grafov (horný, stredný, dolný)
znázorňuje priebeh hymenopterológovej malárie
spôsobenej druhom P. falciparum? Vysvetlite, ako
ste na to prišli.
c) Čím je spôsobené typické rapídne a periodicky sa
opakujúce zvýšenie teploty pri infekcii malárie?
Čo sa deje s parazitom v ľudskom organizme
v tom čase?
Prečo profylaxia chlorochinom nebola dostačujúca a
došlo ku nákaze? Na aké životné štádium plazmódií
pôsobí chlorochin a väčšina látok používaných ku
antimalarickej profylaxii?
Aj keď sú známe i nedávne (posledný dokonca z roku
1959) doklady o autochtónnom výskyte malárie,
predovšetkým
z východoslovenských
krajov,
Slovensko je podľa WHO považované za nemalarické
územie od roku 1963. Prečo sa malária na Slovensku a iných krajinách mierneho pásma
nevyskytuje aj napriek tomu, že jeho komárí vektor je tu bežný a napriek tomu, že turisti a
cestovatelia si občas so sebou prinesú na Slovensko plazmódia v krvi? (Nápoveda: očividne tu
máme všetky organizmy pre malarický cyklus, takže sa asi plazmódiám niečo nepáči v miernom
pásme).
A
7)
8)
9)
B
C
10) Doteraz sme sa rozprávali o jednobunkových, či bezchordátových parazitoch. Poznáte nejakého
parazitického chordáta žijúceho dokonca aj na Slovensku? Aj keď neparazituje na človeku, určite
bez problémov napíšete jeho slovensky aj latinský názov a popíšete, na kom, kedy a ako
parazituje.
11) Bonusová extra otázka. Čo myslíte vylieči sa bezmenný hymenopterológ? Prečo si to myslíte?
(Nápoveda: na odpoveď prídete iba ak viete správne odpovedať na otázku 7b)
S4 – Parkinsonova choroba
Parkinsonova choroba (Pch) je známa už od
staroveku. Prvýkrát však bola popísaná až v roku 1817
anglickým
lekárom
JamesomParkinsonom.
Ide
o
neurodegeneratívne ochorenie centrálnej nervovej sústavy,
ktoré priamo súvisí s úbytkom nervových buniek
produkujúcich dopamín.
1. V ktorej časti mozgu sa tieto bunky nachádzajú?
Aký je jej latinský názov?
Dopamín má v ľudskom tele dôležitú úlohu, jeho
nedostatok sa teda určite prejaví.
2. Aké sú príznaky Pch, a ktorých ľudí najčastejšie
postihuje?
Napriek tomu, že je táto choroba známa už tak dlho,
William Richard Gowers –„A
stále neexistuje liečba, ktorá by úplne vyliečila alebo aspoň
ManualofDiseasesoftheNervousSyst
zastavila jej priebeh. Jednotlivé príznaky sa však dajú
dlhodobo a efektívne potláčať. Liečba má dve zložky: farmakologickú a nefarmakologickú.
3. Čo obnáša nefarmakologická liečba Parkinsonovej choroby?
Najjednoduchšiena farmakologickú liečbu by bolo dodať do tela čistý dopamín. Bohužiaľ
takáto liečba je neúčinná.
4. Prečo by lieky, ktoré obsahujú dopamín, nefungovali?
Namiesto toho sa najčastejšie používa látka s názvom DOPA [kyselina 2-amino-3-(3,4dihydroxyfenyl)propánová], ktorá existuje v dvoch enantiomérnych formách L-DOPA a D-DOPA.
5. Aká je účinnosť jednotlivých enantiomérov pri liečbe Pch. Ktorá je účinnejšia? Prečo je to
tak?
V liečbe iných ochorení je bežná terapia viacerými liečivami naraz, ktoré sa potencujú. Nie je
tomu inak ani u Pch. Jedným príkladom je napíklad SINEMET® (karbidopa-levodopa)
6. Prečo sa do k levodope pridáva karbidopa? Aké benefity to má pre pacienta?
Jedným z prvých liečiv na Pch boli MAO inhibítory. Pri liečbe MAOI treba dávať pozor.
7. Môže ohroziť konzumácia nasledovného počas liečby MAOI? Prečo áno, prečo nie?
Čokoláda, Alkohol, Extáza, Marihuana, SSRI antidepresíva, DMT(dimetyltryptamín),
Moderná medicína prináša nové metódy a s tým aj lepšie vyhliadky pre ľudí trpiacich Pch.
Objavujú sa nové liečivá, metóda hlbokej stimulácie mozgu je taktiež veľmi úspešná, prebehli aj prvé
pokusy s kmeňovými bunkami.
Korešpondenčný seminár z biológie 2012/2013
Úlohy prvého 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 10. septembra 2012
Download

1.kolo - Korešpondenčný seminár z biológie