Korešpondenčný seminár
z biológie
1.kolo
2010/2011
Korešpondenčný seminár z biológie
organizuje
Prírodovedecká fakulta
Univerzity Komenského v Bratislave
Ústav anorganickej chémie
Slovenskej akadémie vied
Korešpondenčný seminár z biológie
podporuje
Milí priatelia,
dostávajú sa k Vám úlohy nového ročníka Korešpondenčného seminára z biológie.
Tento seminár je podpornou vzdelávacou aktivitou, ktorá by mala prehĺbiť Vaše vedomosti a
vzťah k prírode, popritom priniesť zábavu a plnohodnotné využitie Vášho voľného času.
Úlohy, ktoré sme Vám pripravili, sú určené širšiemu okruhu záujemcov než úlohy
predmetových olympiád. Sú postavené tak, aby boli ľahko riešiteľné, ak trochu porozmýšľate,
pohľadáte v literatúre, prípadne sa poradíte s priateľmi a s vyučujúcimi. S najlepšími z Vás
sa stretneme na letnom sústredení. Tešiť sa môžete na zaujímavo využitý voľný čas, nové
skúsenosti, zážitky, poznatky a veľa nových kamarátov.
Najlepší z Vás okrem účasti na letnom sústredení získajú certifikát, ktorý ich
oprávňuje k štúdiu odboru biológia na Prírodovedeckej fakulte UK bez prijímacich skúšok.
V tomto ročníku kvôli zrýchleniu opravy úloh zavádzame 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. Študent sa do súťaže zapojí elektronickou registráciou na internetovej stránke
bio.korsem.sk.
2. Úlohy sú rozdelené do dvoch kategórií:
• Juniori (J1-J4) pre 1. a 2. ročník stredných škôl
• Seniori (S1-S4) pre 3. a 4. ročník stredných škôl.
3. Za každú správne vyriešenú oblasť úloh získava riešiteľ 10 bodov, za neúplné, alebo
čiastočne správne riešenie primerane menej.
4. Riešenia úloh musia byť odoslané najneskôr v deň, ktorý je uvedený pri zadaniach
úloh daného kola.
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 1. kola posielajte do 10. 12. 2010 na adresu:
Korešpondenčný seminár z biológie
Prírodovedecká fakulta UK
Mlynská dolina
842 15 Bratislava 4
Veľa úspechov Vám prajú autori a organizátori
1. Tajničky
J1. Tajnička
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
8.
9.
10.
1. Umožňuje premenu fibrinogénu na fibrín.
2. Latinský názov srdca.
3. Schopnosť bielych krviniek (neutrofilné granulocyty).
4. Vedie krv zo srdca.
5. Usádzanie krvných teliesok.
6. Biele krvinky s veľkým guľatým jadrom.
7. Máme ju dýchaciu, tráviacu, obehovú, …
8. Schopnosť krvi (pri poranení).
9. Väzivo, ktoré pokrýva povrch srdca.
10. Nachádza sa na povrchu erytrocytov, určuje krvnú skupinu.
S1. Osemsmerovka
Vyčiarknite 14 slov, zostane Vám 24 písmen.
T
R
A
N
S
F
Ú
Z
I
A
S
R
E
D
N
I
R
C
E
Z
G
M
T
O
K
B
É
A
D
B
E
L
Y
E
Z
R
U
P
M
E
C
Č
U
O
P
Í
V
A
T
U
I
J
E
T
K
N
E
I
O
N
I
B
A
E
I
A
A
K
N
U
B
A
N
H
K
N
R
C
U
K
R
O
V
K
A
R
Í
D
V
I
A
H
E
P
A
R
Í
N
.
2. Zoológia plná stromov
J2. Juniori: 1, 3, 4 a-c, 5, 6
S2. Seniori: 1, 2, 3, 4 d-f, 5, 6
„Tak vy by ste chceli vypracovať bakalársku
a následne i diplomovú prácu na katedre zoológie?
No vidím, že máte nadšenie a na skúške ste
ukázali, že viete rozpoznať lebku myši od lebky
ryšavky na dva metre a nemáte problém ani so
zubným vzorcom plcha. To sú všetko vynikajúce
predpoklady, ale správny zoológ by mal mať nejaké
to povedomie aj o genetike, molekulárnej biológii či
bioinformatike. Rozumiete stromom? Viete, ako
a z čoho sa takéto stromy tvoria? Aké významné
zmeny v systematike nám priniesla molekulárna
fylogenetika? Až sa to doučíte, porozprávame sa pri
šálke dobrého čaju.“
S týmito slovami odchádzala Dorotka od profesora Muchy a v hlave už
rozmýšľala o nejakom alternatívnom povolaní, pretože o molekulárnej fylogenetike
a dákych stromoch netušila vôbec nič. Našťastie bývala na internáte a tam veru nie
je núdza o starších skúsenejších kamarátov. Hneď za spoločnou kuchynkou bývala
doktorandka Alica, ktorá sa Dorotky ujala. „Len sa neboj, nie je to také ťažké. Dám ti
troje textov, ktoré ti všetko objasnia a k tomu tri série otázok. Až to preštuduješ
a vyriešiš otázky, môžeš smelo zájsť na ten čaj u pána profesora.“
Pomocou fylogenetických stromov (nazývaných aj kladogramy) schematicky
znázorňujeme príbuzenské vzťahy medzi kmeňmi, radmi, rodmi, druhmi či dokonca
jednotlivými populáciami organizmov. Aby sme sa nestratili medzi rôznymi
taxonomickými hladinami, budeme organizmy vykreslené na strome nazývať
jednotne – taxóny. Z takého stromu sa dozvieme, kto je s kým a do akej miery
príbuzný, či odkiaľ a kam smerovala evolúcia taxónov a ich znakov. Pritom platí, čím
príbuznejšia je dvojica taxónov, tým je medzi nimi menšia vzdialenosť na strome.
Najpríbuznejší taxón potom nazývame sesterský taxón.
Taxóny na strome vytvárajú skupiny. Tie môžu byť monofyletické,
parafyletické alebo polyfyletické. Monofyletická skupina (Obr.1) zahŕňa všetkých
potomkov posledného spoločného predka. Parafyletická skupina (Obr.2) je súbor
taxónov, ktorý zahŕňa niektorých, ale nie všetkých, potomkov posledného
spoločného predka. Jedine monofyletické skupiny sú považované systematikmi za
prirodzené. Kým parafyletické skupiny niektorí systematici tolerujú (je to menšie zlo)
a v podstate sa pomerne bežne vyskytujú v systéme organizmov, o neprirodzenosti
polyfyletických skupín nikto nepochybuje.
1. Zakreslite na fylogenetický strom (napr. na strom uvedený v príkladoch), kde sa
nachádza koreň stromu, ľubovoľná vnútorná vetva, vonkajšia vetva a uzol.
2. Na obrázkoch sú stromy zakorenené. Nakreslite príklad nezakoreneného stromu,
ktorý nám povie, kto si je s kým ako príbuzný, ale neprezradí, odkiaľ kam sa
uberala evolúcia.
3. Okrem monofyletického a parafyletického taxónu sú aj taxóny polyfyletické.
Vysvetlite pojem polyfyletický taxón a do stromu s rovnakou topológiou, ako je na
obrázkoch zakreslite príklad polyfyletického taxónu.
4. Fylogenetický strom na obrázkoch obsahuje 6 taxónov symbolicky označených
A až F. Použite ho pri riešení nasledujúcich otázok:
a) Ktoré ďalšie taxóny bude obsahovať monofyletická skupina, ak jej súčasťou je
taxón C. Možností je viac, stačí uviesť jednu.
b) Je skupina obsahujúca taxóny A, B, C, D, E monofyletická, parafyletická alebo
polyfyletická?
c) Ktorý taxón je sesterský ku taxónu E?
d) Ktoré taxóny bude obsahovať monofyletická skupina o štyroch členoch?
e) Ktorý taxón(y) by sme museli priradiť ku parafyletickej skupine A, B, D, E tak,
aby sme získali skupinu monofyletickú?
f) Ktorý taxón(y) je sesterský ku taxónu F?
5. Určite sa na hodinách biológie učíte o plazoch (Reptilia), teda o korytnačkách,
krokodíloch, hatériach, hadoch a jašteroch. V skutočnosti je však táto skupina
parafyletická, pretože v tomto zložení nezahŕňa všetkých žijúcich potomkov. Ktorú
dnes žijúcu taxonomickú skupinu by sme museli zaradiť ku plazom, aby sme
mohli povedať, že plazy sú skupina monofyletická?
6. Aj kostnaté ryby (Osteichthyes) sú parafylum, pretože zahŕňajú predstaviteľov
lúčoplutvovcov
(Actinopterygii)
aj násadcoplutvovcov
(Sarcopterygii).
Násadcoplutvovce sú však v skutočnosti príbuznejšie ku suchozemským
štvornožcom než ku lúčoplutvovcom. Napíšte názvy dvoch skupín, ktoré sa bežne
označujú (a aj na prvý pohľad vyzerajú) ako ryby (Osteichthyes), no patria medzi
násadcoplutvovce.
A
B
C
Obr. 1
D
E
F
A
B
C
Obr. 2
D
E
F
3. Genetika
J3. Juniori: 1, 2, 3, 5
S3. Seniori: 2, 4, 5, 6
Píše sa rok 1850. Revolúcie v Európe dohasli a ľudia sa pomaly vracajú späť
ku každodenným starostiam. Pozrime sa bližšie na C u. K Königsstadt Brunn (C a K
kráľovské mesto Brno). Atmosféru zaspatého mestečka príliš nerozvírili ani tie
nedávne nepokoje. Najväčšou udalosťou bolo otvorenie železnice, ktorá ide až do
Viedne (či Prešporka). Okolo trate na predmestí Judenstadt (Židenice) utekajú veselé
postavičky. To sú žiaci, čo sa vracajú do lavíc ľudových škôl, aby sa podučili v čítaní,
písaní, počítaní a hlavne v katechizme. Učitelia s nadšením vyťahujú trstenice, keď
niekto z nich nevie otčenáš po nemecky. Na výchovný proces sa dobrotivo díva
z obrazu cisár. Hneď vedľa školy je záhrada sedliaka Jiřího. Jirka sa rozhodol zarobiť
predajom zeleniny a ovocia pre panstvo až v ďalekej Viedni. Práve však zápasí
z veľkým problémom – jeho paradajky nedávajú takú úrodu, ako by si želal. Nech
robí, čo robí, ale každé leto mu okrem pekných, vysokých rastlín rastú aj trpasličie,
neduživé kúsky, ktorých úrodu veru vo Viedni nepredá. Keď už všetky pozemské
metódy zlyhali, tak sa Jirka rozhodol hľadať pomoc vo vyšších sférach – a odchádza
sa pomodliť za svoje paradajky do kostola. Neviem, či to už bolo riadením osudu,
alebo či boli jeho modlitby vyslyšané, ale na tvrdej lavici v chráme si vedľa neho
sadol mladý mních. Vidiac utrápenú tvár sedliaka Jiřího, ho mních pozýva do blízkej
kláštornej záhrady, nech spolu vyriešia tie jeho problémy. Asi už tušíte, že tomu
mladému mníchovi hovoria brat Gregor.
1. Keď Jirka zasvätil Gregora do jeho ťažkostí, tomu zasvietili očká. Bol to predsa
veľký záhradkár a botanik – amatér. Aby si spolu s Jirkom rozumeli, musel mu
vysvetliť najprv niekoľko odborných výrazov. Viete ich vysvetliť aj vy? Čo
znamená: alela, gén, genotyp, fenotyp a heterozygot?
2. Po tom, čo mladý Gregor vysvetlil Jirkovi svoju teóriu, poradil mu, čo by spravil
s tými paradajkami, aby mu potom rástli už len pekné, veľké kusy. Aká by bola
vaša rada, keby ste boli na Gregorovom mieste?
Jiří urobil, ako mu Gregor kázal a čuduj sa svete –
zabralo to! Za niekoľko rokov sa z nášho Jirku stal bohatý
a zámožný pán. Úplne však nezabudol na Gregora a ešte
ho sem tam chodil navštevovať v kláštornej záhrade, kde
sa nad pohárikom (či dvoma) kláštorného vínka dohadovali
o botanike. Gregor bol z úspechu svojej metódy tiež
celkom unesený a rozhodol sa, že musí sám pokračovať
v pokusoch s paradajkami. Ak uspeje, tak by ho snáď mohli
prijať aj do Brnenskej prírodovednej spoločnosti, kam sa
vždy chcel dostať!
3. Gregor poprosil Jirku, aby mu na tie pokusy daroval paradajkové semeno, ktoré
vyradili ako nevyhovujúce. Už zistili, že 30 % z tohto semena poskytne trpasličie
rastliny a 70 % síce poskytne normálne paradajky, ale v ďalších generáciách sa
znovu vyskytnú trpaslíci. Gregor nechal všetko semeno vyklíčiť a vyrásť a dospelé
rastliny nechal tak, aby sa mohli voľne opeľovať medzi sebou. Koľko normálnych
a trpasličích rastlín očakáva Gregor v novej generácii?
4. Po počiatočných úspechoch sa Gregor pokúsil o zložitejší experiment. Sledoval
dve vlastnosti: veľkosť rastlín a ich odolnosť voči mrazu. Výsledky boli
nejednoznačné. Gregor v tom čase samozrejme nevedel nič o chromozómoch.
Ako mohlo jeho experimenty ovplyvniť, keď sú gény na veľkosť rastlín a gény na
odolnosť voči mrazu na rovnakých / rôznych chromozómoch? Gregor navyše
nebol žiaden hlupák – takýto jednoduchý problém by asi prekukol. Ale niektoré
dvojice génov sa správajú akoby neboli ani na rovnakom chromozóme, ani na
dvoch rôznych chromozómoch, ale niečo medzi tým – a to už bolo na Gregora
trochu veľa. Ako je možné, že sa môže pár génov správať takto záhadne? Dá sa
tento jav nejak využiť na mapovanie genómu?
Toto paradajkové sklamanie viedlo Gregora k tomu, aby sa znovu vrátil
k bočnému projektu – hrachu. Experimenty s hrachom úplne potvrdili jeho domnienky
a svoju teóriu aj s dôkazmi prezentoval na stretnutí prírodovednej spoločnosti.
Nezožal veľký úspech – niekoľko prírodovedcov na jeho prednáške zaspalo a jeho
žiadosť o členstvo zamietli ...
5. Ubehli desiatky rokov a paradajkový problém padá na plecia kolchozníka Ivana
Ivanoviča v ZSSR. Treba vyšľachtiť sortu poriadnych paradajok (žiadnych
trpaslíkov!), čo budú rásť aj v studenej tajge! Chudákovi Ivanovi však neradí náš
známy Gregor, ale akademik Trofim Lysenko. Zistite a napíšte kto to bol. Akú
metódu by asi poradil Ivanovi Ivanovičovi? Fungovala by?
6. Ani Gregor, ani Trofim nevedeli nič o molekulárnej podstate genetiky. Preto
nevedeli, že ich experimenty môžu niekedy ovplyvniť mutácie. Mutácie vznikajú aj
pri bežných podmienkach - pod mutantom si netreba predstavovať práve
Černobyľskú polmetrovú púpavu. Čo sa môže stať DNA Gregorovho hrášku, keď
naň bude intenzívne pražiť slniečko? Nukleové bázy podliehajú keto-enol
tautomérii. Nakreslite ako sa bude párovať tymín, keď je vo forme svojho
minoritného tautoméru. Keď si dáte na raňajky porciu Bratislavských párkov,
užijete s nimi slušnú dávku dusitanov. Aká reakcia nastane, keď dusitan zreaguje
s cytozínom? Ako sa bude potom párovať?
4. Botanika
Botanika je fascinujúca veda, ktorá prináša
veľa radosti každému, kto sa začne zaujímať o
rastliny. Na Slovensku v súčasnosti prebieha
rozsiahly, niekoľkoročný monitoring rastlinných
druhov vzhľadom na rôzne aspekty ako inváznosť,
nadmorská výška, stupeň ohrozenia, tvorba
vybraných metabolitov, spôsoby rozširovania,
reakcie na antropogénne vplyvy. Pri tomto výskume
je dôležité poznať rozšírenie jednotlivých rastlinných
druhov v rámci Slovenska, ich výskyt v konkrétnych
oblastiach a v konkrétnych lokalitách. Preto by sme
boli veľmi radi, keby ste sa do tohto výskumného
projektu zapojili a svojimi pozorovaniami rastlín
prispeli k poznaniu súčasného stavu flóry na území
Slovenska. Úlohy, ktoré sme pre vás pripravili, vám
preto predkladáme s nádejou, že pri ich napĺňaní
strávite v prírode pekné chvíle, ktoré vám prinesú
radosť a nové poznatky.
J4. Juniori
1. Systém klasifikácie rastlín podľa životných foriem vypracoval:
a) Raunkiaer
b) Linné
c) Darwin
2. Ktoré z uvedených životných foriem sa v rámci druhov vyšších rastlín vyskytujú na
území Slovenska v najväčšej miere?
a) terofyty
b) epifyty
c) chamaefyty
3. Doplňte životnú formu pri nasledovných druhoch:
a) Citrus sinensis
b) Papaver rhoeas
c) Viscum album
d) Hyacinthus orientalis
e) Poa pratensis
4. K akej životnej forme patrí prevažná väčšina hydrochórnych inváznych rastlín
Slovenska? Uveďte 5 druhov rastlín, ktoré sa na Slovensku považujú za invázne
(slovenský a latinský názov) a patria k uvedenej životnej forme.
5. Uveďte ľubovoľný monotypický druh rastliny, ktorý sa voľne vyskytuje alebo
pestuje na území Slovenska, patriaci k fanerofytom.
6. Terénna úloha
Na základe pozorovania flóry na území Slovenska uveďte 10 rastlín, ktoré sa
zaraďujú medzi fanerofyty a 10 rastlín, ktoré sa zaraďujú medzi terofyty. Pri každej
rastline uveďte slovenský názov (rodové a druhové meno), latinský názov (rodové
a druhové meno) a charakteristiku lokality, v ktorej ste rastlinu zaznamenali (názov
obce, opis lokality - les, lúka, okraj cesty, sídlisko, záhrada, breh rieky... - a dátum
pozorovania rastliny v lokalite).
S4. Seniori
1. Uveďte 5 druhov rastlín našej flóry, ktorých plody sú smrteľne jedovaté. Pri
každom druhu uveďte účinný sekundárny metabolit, spôsobujúci toxicitu.
2. Ktorý sekundárny metabolit sa podieľa na sfarbení papriky a kapusty a súčasne sa
vyskytuje vo vaječnom žĺtku a v očiach?
3. Vymenujte 3 druhy rastlín segetálnych a ruderálnych spoločenstiev, ktoré
obsahujú horčiny. Každej rastline priraďte čeľaď.
4. Najväčšie množstvá silíc produkujú rastliny:
a) myrmekochórne
b) ornitochórne
c) entomochórne
5. Uveďte 5 druhov rastlín, vyskytujúcich sa na území Slovenska, patriacich k jednej
ľubovoľnej čeľadi, ktoré sa využívajú ako koreniny. Pri každom druhu uveďte
účinné sekundárne metabolity.
6. Terénna úloha
Sekundárne metabolity rastlín majú rôzny vplyv na človeka - pôsobia ako jedy,
majú liečivé účinky, sú zodpovedné za farbu kvetov, chuť, ... Na základe
pozorovania flóry uveďte 20 ľubovoľných rastlín, vyskytujúcich sa na území
Slovenska, ktoré sú zaujímavé produkciou sekundárnych metabolitov. Pri každej
rastline uveďte jeden typ sekundárnych metabolitov, ktorý rastlina produkuje a
charakteristiku lokality, v ktorej ste rastlinu zaznamenali (názov obce, opis lokality les, lúka, okraj cesty, sídlisko, záhrada, breh rieky... - a dátum pozorovania rastliny
v lokalite).
Korešpondenčný seminár z biológie 2010/2011
6. ročník
Vydala Prírodovedecká fakulta UK, Mlynská dolina, 842 15 Bratislava 4
Autori: Dominika Benčová, Michaela Dörnhöferová, Zuzana Kochanová,
Michal Májek, Petra Uhrová, Zuzana Varadínová
Táto práca bola podporovaná Agentúrou na podporu výskumu a vývoja
na základe zmluvy č. LPP-0277-09.
http://bio.korsem.sk
Náklad 400 ks
Vyšlo 13. októbra 2010
Download

Zadania - Korešpondenčný seminár z biológie