W plejstocenie, podczas zlodowaceń nastąpiło silne obniżenie temperatury atmosfery oraz
zmianie uległy ilość i sezonowość opadów. Występowały wówczas okresy zimne i suche
(glacjały) oraz cieplejsze i wilgotne (interglacjały). W efekcie tych zmian następowało
przesuwanie się stref klimatycznych i związanych z nimi stref roślinności. Na schemacie
przedstawiono teoretyczny model glacjalno-interglacjalnych cykli zmian zasięgu roślinności
w niższych szerokościach geograficznych Ziemi.
Na podstawie: J. Kornaś, A. Medwecka-Kornaś, Geografia roślin, Warszawa 1986, s. 292.
a)
Korzystając z przedstawionych informacji, opisz, w jaki sposób glacjał, w stosunku do interglacjału, zmieniał rozmieszczenie i szerokość stref roślinności na Ziemi.
b)
Korzystając ze schematu i własnej wiedzy, oceń prawdziwość podanych stwierdzeń dotyczących wpływu zlodowaceń na roślinność Ziemi. Wpisz znak X w odpowiednie komórki tabeli.
Lp.
Informacja
Prawda
Fałsz
1.
Jednym ze skutków występowania zlodowaceń była migracja roślin arktycznych w niższe szerokości geograficzne.
2.
W interglacjale pewne gatunki roślin arktycznych, które po ustąpieniu glacjału znalazły się w miejscach szczególnie zimnych (północne stoki, torfowiska), tzw. ostojach, przetrwały w niższych szerokościach geograficznych do czasów współczesnych.
3.
Gatunki, które nie przetrwały zmian klimatycznych w ostojach, a ich kopalne szczątki są dowodem panujących kiedyś warunków klimatycznych, nazywane są reliktami.
Anemia sierpowata jest to rodzaj wrodzonej niedokrwistości, polegającej na nieprawidłowej
budowie łańcucha β hemoglobiny. Zmienioną hemoglobinę określa się jako hemoglobinę S (HbS)
w przeciwieństwie do normalnej, występującej u dorosłych, hemoglobiny A (HbA). Anemia
sierpowata jest chorobą śmiertelną, rozpowszechnioną w populacjach ludzi zamieszkujących
tropikalny obszar Afryki i część Bliskiego Wschodu. Przyczyną tej choroby jest mutacja. Allel
anemii sierpowatej (HbS lub S), którego częstość w puli genowej sięga 30%, jest
współdominujący (wykazuje kodominację) względem allelu niezmutowanego (HbA lub A).
Oba allele biorą taki sam udział (jednocześnie i niezależnie) w tworzeniu fenotypu. Okazuje
się, że osoby heterozygotyczne są odporne na najbardziej śmiertelną formę malarii.
Na rysunku przedstawiono fragmenty cząsteczek łańcucha β HbA i β HbS.
Na podstawie: W. Gajewski, Genetyka ogólna i molekularna, Warszawa 1980, s. 356–359;
A. Jerzmanowski, K. Staroń, C.W. Korczak, Biologia z higieną i ochroną środowiska, Warszawa 1993, s. 214, 216;
https: sites.google.com [dostęp: 25.11.2014].
a)
Na podstawie analizy porównawczej przedstawionych fragmentów cząsteczek łańcucha β HbA i β HbS ustal i podaj, skutkiem którego rodzaju mutacji (genowej czy chromosomowej) jest HbS. Odpowiedź uzasadnij.
b)
Uzupełnij tabelę, zapisując genotypy trzech osób, które mają we krwi podaną zawartość hemoglobiny S (HbS). Przyjmij podane w tekście oznaczenie alleli.
Osoba
Zawartość HbS
Genotyp
1.
100%
2.
50%
3.
0%
c)
Zastosuj równanie Hardy’ego-Weinberga do obliczenia częstości heterozygot w opisanych w tekście populacjach, przy założeniu, że populacje są w stanie równowagi genetycznej, a częstość allelu anemii sierpowatej w puli genowej wynosi 30%.
d)
Wyjaśnij, uwzględniając działanie doboru naturalnego, dlaczego w populacjach afrykańskich i bliskowschodnich utrzymuje się allel anemii sierpowatej.
Zięby w pewnej populacji miały dzioby o różnym kształcie i wielkości. Ograniczone zasoby
pożywienia podczas suszy spowodowały, że jedynym dostępnym pokarmem dla tych ptaków
stały się owady żyjące pod korą drzew i nasiona w owocach kaktusa. Wskutek tego suszę
przeżyły tylko zięby o najdłuższych dziobach, którymi mogły otwierać owoce kaktusa oraz
zięby o najszerszych dziobach, którymi mogły odłupywać korę drzew.
Na podstawie: E.P. Solomon, D.W. Martin, L.R. Berg, C.A. Villee, Biologia, Warszawa 1996, s. 422.
Określ rodzaj doboru naturalnego (A–C) działającego na opisane w tekście zięby oraz wybierz schemat (1–3), który ilustruje ten rodzaj doboru.
Cechy charakterystyczne dla budowy współczesnego człowieka pojawiały się stopniowo
u naszych przodków przez miliony lat. Wydaje się, że wiele z tych cech sprzyjało umacnianiu
się dwóch najistotniejszych tendencji w naszej ewolucji: utrzymania pionowej postawy
i stosowania narzędzi. Niektórzy naukowcy uważają, że nasi przodkowie przyjęli dwunożną
postawę, gdy z powodu zmian klimatycznych zostali zmuszeni do życia na sawannie.
Wybrane cechy budowy człowieka:
duży mózg,
krótka i szeroka miednica,
zredukowane owłosienie,
bródka,
długi, przeciwstawny kciuk,
przesunięty ku przodowi otwór dla rdzenia kręgowego w czaszce.
Na podstawie: F. de Waal, G. Stix, Dlaczego jesteśmy wyjątkowi, „Świat Nauki”, 2014 nr 10, s. 45.
a)
Spośród wymienionych cech wybierz dwie takie, które mają bezpośredni związek z utrzymaniem pionowej postawy ciała i dwie takie, które wiążą się ze stosowaniem narzędzi przez przedstawicieli rodzaju Homo. Wpisz ich oznaczenia cyfrowe w odpowiednie miejsca tabeli.
Oznaczenia cyfrowe cech związanych z:
pionową postawą
stosowaniem narzędzi
b)
Podając dwa argumenty, uzasadnij, że pionowa postawa hominidów żyjących na sawannie miała pewne zalety w porównaniu z sytuacją zwierząt czworonożnych.
Występujący u ludzi gen DARC odpowiada za produkcję cząsteczek DARC, występujących
na powierzchni erytrocytów. Cząsteczki te wiążą nadmiar krążących we krwi białek układu
odpornościowego zwanych chemokinami. Około 45 tys. lat temu zaszła mutacja genu DARC,
która przyczyniła się do powstania odporności na jednego z zarodźców malarii (Plasmodium
vivax). Zarodźce te wnikają do erytrocytów za pośrednictwem cząsteczek kodowanych przez
gen DARC, więc zmniejszenie ekspresji tego genu zakłóca cykl życiowy zarodźca.
Jednocześnie mniejsza liczba cząsteczek DARC zwiększa stężenie krążących we krwi
chemokin, wywołujących zapalenia, co z kolei może się wiązać ze wzrostem częstości raka
prostaty obserwowanym u Afroamerykanów. Dziś mutację genu DARC notuje się u 95%
ludzi mieszkających w środkowej i południowej Afryce, ale tylko u 5% Europejczyków.
Na podstawie: J. Hawks, Ewolucja trwa, „Świat Nauki”, 2014 nr 10, s. 68.
a)
Uzupełnij schemat tak, aby przedstawiał opisaną w tekście zależność między mutacją genu DARC a rakiem prostaty.
b)
Wyjaśnij, dlaczego Afroamerykanie częściej chorują na raka prostaty niż Europejczycy.
c)
Wyjaśnij, dlaczego mutacja genu DARC utrwaliła się w populacji mieszkańców Afryki, a wśród Europejczyków występuje rzadko.
d)
Zaznacz odpowiedź A, B, C lub D i jej uzasadnienie 1, 2 lub 3 tak, aby powstało poprawne dokończenie zdania.
Opisane zjawisko występowania odporności na malarię i podatności na raka prostaty
u mężczyzn mających zmutowany gen DARC to
A
plejotropia,
ponieważ
1.
wystąpiło tylko u 5% Europejczyków.
B
sprzężenie genów,
2.
choroba sprzężona jest z inną, korzystną cechą fenotypową.
C
crossing-over,
D
dominacja niezupełna,
3.
jeden gen wpływa na więcej niż jedną cechę fenotypową.
Laktaza jest enzymem wytwarzanym w rąbku szczoteczkowym nabłonka jelita cienkiego
człowieka. Niedobór tego enzymu powoduje zespół objawów określanych jako nietolerancja
laktozy, która objawia się nudnościami, bólem, wzdęciami oraz biegunką. Większość dorosłej
populacji na świecie nie jet zdolna do tolerancji laktozy. W ciągu ostatnich 10 000 lat
w różnych populacjach zaszły jednak co najmniej 5 razy mutacje, które wydłużyły okres
produkcji laktazy aż do wieku dojrzałego. Jedna z mutacji pojawiła się wśród hodowców
bydła w Europie, inne na Bliskim Wschodzie i w północnej Afryce wśród hodowców owiec,
kóz i wielbłądów. Badacze sugerują, że tolerancja laktozy u dorosłych ludzi wyewoluowała
niezależnie w różnych populacjach.
W tabeli podano odsetek osób z nietolerancją laktozy w wybranych populacjach.
Populacje
Udział osób z nietolerancją laktozy (%)
Szwedzi
2
Szwajcarzy
10
Finowie
18
Aborygeni
85
Chińczycy
95
Indianie
70
Na podstawie: J. Hawks, Ewolucja trwa „Świat Nauki”, 2014 nr 10, s. 68;
http://pl.wikipedia.org/wiki/Nietolerancja_laktozy [dostęp: 24.11.2014].
a)
Oceń prawdziwość poniższych stwierdzeń dotyczących przyczyn utrwalenia się mutacji ułatwiającej trawienie laktozy. Wpisz znak X w odpowiednie komórki tabeli.
Lp.
Informacja
Prawda
Fałsz
1.
Dobór naturalny faworyzował osobniki posiadające allel odpowiedzialny za wytwarzanie laktazy, ponieważ były one lepiej dostosowane do dostępnej diety.
2.
Dorośli hodowcy bydła przystosowali się do trawienia laktozy, gdyż mleko jest wartościowym pożywieniem zawierającym witaminy rozpuszczalne w tłuszczach, wapń i przyswajalne białka.
3.
Częstość alleli odpowiedzialnych za tolerancję laktozy wzrastała u hodowców bydła, gdyż osoby tolerujące laktozę nie chorowały przy mlecznej diecie i często przekazywały potomstwu allel tolerancji laktozy.
b)
Zaznacz poprawne dokończenie zdania.
Pojawienie się tolerancji na laktozę w różnych populacjach ludzkich na świecie jest przykładem
konwergencji.
dywergencji.
radiacji adaptacyjnej.
dryfu genetycznego.
c)
Na podstawie danych z tabeli narysuj diagram słupkowy przedstawiający procentowy udział osób z nietolerancją laktozy w czterech wybranych populacjach, z których każda pochodzi z innego kontynentu.
d)
Podaj nazwy produktów reakcji katalizowanej przez laktazę.
e)
Uzasadnij, dlaczego tłuszcz zawarty w mleku może być trawiony w żołądku (przez lipazę żołądkową), a tłuszcz ze słoniny – nie może.
Naukowcy, badający gupiki dziko żyjące w dorzeczu Aripo na karaibskiej wyspie Trynidad,
przemieścili 200 gupików ze zbiorników wodnych, w których występowały intensywnie
polujące na nie pielęgnice szczupakowate, do zbiorników wodnych, w których żyły
strumieniaki, polujące na gupiki mniej aktywnie. Pielęgnice szczupakowate polują głównie
na gupiki dorosłe, preferując osobniki jaskrawo ubarwione, a strumieniaki – na młode gupiki,
o niepełnej ekspresji ubarwienia. W kolejnych pokoleniach rejestrowano liczbę jaskrawo
ubarwionych plamek na ciele dorosłych samców gupików i określano ich łączną powierzchnię.
Uzyskane po 22 miesiącach obserwacji wyniki porównano w tabeli z tymi uzyskanymi
w populacji źródłowej.
Badana cecha
Samce gupików z populacji
źródłowej
przemieszczonej
1. liczba barwnych plamek na jednego osobnika
5
11
2. powierzchnia barwnych plamek na jednego osobnika (jednostki umowne)
8
12
Na podstawie: J.A. Endler, Natural Selection on Color Poecilia reticulata, “Evolution”, 1980 vol. 34, issue 1, s. 76–91.
a)
Porównaj liczbę barwnych plamek przypadającą na jednego osobnika w obu populacjach gupików, przedstawiając dane zawarte w tabeli na diagramie słupkowym.
b)
Określ, jaki czynnik oddziałujący na populację spowodował zmiany ubarwienia gupików w populacji przemieszczonej i wyjaśnij działanie mechanizmu, dzięki któremu allel warunkujący jaskrawy wzór ubarwienia uległ upowszechnieniu w tej populacji.
c)
Zaznacz prawidłowe dokończenie zdania.
Mechanizmem ewolucji, który spowodował zauważalną zmianę ubarwienia w przemieszczonej
populacji gupików, był
dobór sztuczny.
dobór naturalny.
dryf genetyczny.
efekt założyciela.
d)
Określ, jak zapewne mogłoby zmienić się ubarwienie ryb, gdyby po zakończeniu prowadzonej obserwacji gupiki z populacji przemieszczonej zostały przeniesione do zbiornika, z którego pochodziły, i w którym nie zmieniły się warunki życia.
Gatunki biologiczne trwają, gdyż są rozrodczo izolowane od populacji innych gatunków.
Mechanizmy izolujące zapobiegają krzyżowaniu się lub wymianie materiału genetycznego
pomiędzy osobnikami różnych gatunków nawet wtedy, gdy występują na tym samym terenie.
Mechanizmy izolacji prezygotycznej zapobiegają zapłodnieniu, natomiast mechanizmy
izolacji postzygotycznej działają wtedy, gdy dojdzie do zapłodnienia między osobnikami blisko
spokrewnionych gatunków. Mieszaniec powstały w wyniku skrzyżowania się osobników
dwóch różnych gatunków wykazuje często wiele niekorzystnych cech i zaburzeń rozwojowych.
W tabeli przedstawiono jeden z przykładów klasyfikacji mechanizmów izolacji rozrodczej.
Źródłem zmienności genetycznej, a w związku z tym – zmian ewolucyjnych, są mutacje:
genowe oraz chromosomowe strukturalne i liczbowe. Mutacje są spontaniczne, ale środki
mutagenne zwiększają prawdopodobieństwo ich zajścia. Ważną cechą mutacji jest ich
losowość, co oznacza, że są bezkierunkowe. Najczęściej termin mutacja odnosi się
do powstawania nowych alleli genów, a przyczyną tych zmian są pomyłki w działaniu
polimerazy podczas syntezy komplementarnych nici DNA. Następują wówczas drobne
stosunkowo różnice w zapisie informacji genetycznej. Część z nich prowadzi do powstania
nowych genotypów u osobników danego gatunku. Wyłonienie się nowych genotypów oraz
nowych fenotypów dostarcza materiału do zmian ewolucyjnych.
Na podstawie: Zarys mechanizmów ewolucji, red. H. Krzanowska, A. Łomnicki, Warszawa 1997, s. 34–38.
Określ kolejność przedstawionych etapów prowadzących do powstania nowego gatunku – wpisz w pierwszej kolumnie tabeli cyfry 1–5. Następnie podkreśl zdanie, które poprawnie wyjaśnia pojęcie doboru naturalnego.
Nr
Opis etapu
Mutacje zwiększają różnorodność cech osobników danego gatunku i powodują, że osobniki nie są tak samo przystosowane do warunków środowiska.
Błędy w replikacji DNA prowadzą do mutacji, a ich częstość zwiększają mutageny – promieniowanie ultrafioletowe i wysokoenergetyczne oraz liczne związki chemiczne.
Zmiany warunków życia, np. wyczerpywanie się zasobów pokarmowych, jest przyczyną współzawodnictwa między osobnikami – tym większego, im trudniejsze są warunki życia.
Stopniowo, przez wiele pokoleń, korzystne cechy kumulują się i występują u coraz większej liczby osobników – po pewnym czasie osobniki te stają się odmienne od wyjściowej formy fenotypu i krzyżują się tylko ze sobą.
W warunkach konkurencji osobniki lepiej przystosowane mają większą szansę przeżycia i rozmnażania się, a ich potomstwo dziedziczy nowe, korzystne cechy, natomiast osobniki nieprzystosowane do zmian środowiska giną.
