Współcześnie dominującą metodą szacowania relacji pokrewieństwa między gatunkami jest
analiza porównawcza sekwencji DNA. Na tej podstawie wyciągnięto wniosek, że najbliższym
krewnym człowieka jest szympans. Poniżej przedstawiono niedokończone drzewo rodowe
(filogenetyczne) naczelnych.
Wpisz w wyznaczone miejsca nazwy gatunków człowiekowatych tak, aby otrzymać drzewo rodowe zgodnie z wynikami analizy sekwencji DNA. Wybierz nazwy spośród wymienionych.
Poniżej zilustrowano mutację, która jest przyczyną mukowiscydozy – choroby genetycznej
autosomalnej recesywnej, upośledzającej funkcjonowanie płuc, trzustki i innych narządów.
Ocenia się, że w populacji europejskiej choruje 1 na 2500 osób.
ALLEL PRAWIDŁOWY Numer kodonu Łańcuch DNA Aminokwasy
503 ATC Ile
507 ATC Ile
508 TTT Phe
509 GGT Gly
510 GTT Val
ALLEL ZMUTOWANY Numer kodonu Łańcuch DNA Aminokwasy
506 ATC Ile
507 AT- Ile
508 --T
509 GGT Gly
510 GTT Val
Na podstawie: K.M. Charon, M. Świtoński, Genetyka zwierząt, Warszawa 2000, s. 121.
a)
Korzystając z tabeli kodu genetycznego określ, czy przedstawiony fragment łańcucha DNA jest nicią kodującą, czy matrycową. Uzasadnij odpowiedź.
b)
Uzasadnij na podstawie podanej informacji, że kod genetyczny jest zdegenerowany.
c)
Podaj nazwę przedstawionego rodzaju mutacji genowej i określ skutek tej mutacji dla struktury I-rzędowej powstającego białka.
d)
Oblicz, korzystając z równań Hardy’ego-Weinberga, częstość występowania nosicieli allelu mukowiscydozy w populacji europejskiej.
W lasach deszczowych Ekwadoru i Kostaryki występują rośliny z rodzaju Axinaea, które
wytwarzają zmodyfikowane, rozdęte pręciki, z rurkowato wydłużonym zakończeniem.
Rozdęte pręciki, dzięki kontrastowemu zabarwieniu, rzucają się w oczy i przypominają
ptakom jagody. Rośliny wydatkują dużo energii na wyprodukowanie zjadanych przez ptaki,
słodkich i pożywnych pręcików, których 100 g ma wartość 360 kcal. 40% objętości pręcików
stanowi powietrze, więc gdy zostaną naciśnięte, wypchnięty gaz gwałtownie wyrzuca pyłek
z wydłużonej części pręcika na zewnątrz, obsypując nim ptaka.
Na podstawie: O. Orzyłowska-Śliwińska, Ptaki-zapylacze, „Wiedza i Życie”, 2014 nr 9, s. 11.
a)
Wykaż związek między budową pręcików roślin z rodzaju Axinaea a sposobem ich zapylania, podając dwie cechy budowy pręcików i znaczenie adaptacyjne każdej z nich.
b)
Określ, czy relacje między ptakami i roślinami są dla obu stron korzystne. Uzasadnij odpowiedź.
c)
Opisane zjawisko jest przykładem koewolucji. Wyjaśnij, na czym polega to zjawisko.
Gwałtowny spadek liczebności żubra w Puszczy Białowieskiej nastąpił podczas I wojny
światowej wskutek masowego zabijania tych zwierząt przez żołnierzy i kłusowników.
W 1919 r. w Puszczy Białowieskiej nie znaleziono już żywych żubrów. Proces restytucji
żubra przebiegał w dwóch etapach: pierwszy polegał na rozmnażaniu żubra w ogrodach
zoologicznych i rezerwatach leśnych. W drugim etapie restytucji żubry wypuszczono
na wolność. Obecnie w Polsce żyje 1170 żubrów, z czego 991 na wolności i 179
w hodowlach zamkniętych (stan z 2009 r.). Na terenie Polski istnieje 5 wolno żyjących
populacji tych zwierząt. Wśród współczesnych żubrów wyróżnia się dwie linie genetyczne:
nizinną, zwaną białowieską, i nizinno-kaukaską. Pierwsza wywodzi się od 7 założycieli
i obejmuje zwierzęta czystego podgatunku Bison bonasus bonasus. Linia nizinno-kaukaska
powstała w wyniku skrzyżowania jednego byka podgatunku Bison bonasus caucasicus
z samicami podgatunku nizinnego. Współczesna populacja żubra białowieskiego wykazuje małe
zróżnicowanie genetyczne, każdy żubr ma ok. 50% par genów w postaci homozygotycznej.
W tabeli przedstawiono wykaz założycieli linii białowieskiej żubra oraz udział ich genów
w populacji zamkniętej i wolno żyjącej w momencie ich utworzenia.
Lp.
Płeć i imię założyciela
Udział genów założyciela (%)
populacja zamknięta
populacja wolno żyjąca
1.
F - Planta
29,4
36,3
2.
F - Bilma
2,6
5,1
3.
F – Plavia
5,5
4,6
4.
M - Plebejer
54,5
44,8
5.
M – Bill
2,6
5,2
6.
M - Bismarc
2,7
2,4
7.
M - Bergrunder
2,7
2,6
F – samice, M – samce
Na podstawie: R. Kowalczyk, D. Ławreszuk, J.M. Wójcik, Ochrona żubra w Puszczy Białowieskiej. Zagrożenia i perspektywy rozwoju populacji, Białowieża, 2010, s. 35, 75–78.
a)
Na podstawie danych przedstawionych w tabeli sformułuj wniosek dotyczący wpływu poszczególnych założycieli na skład puli genowej populacji wolno żyjącej żubra białowieskiego.
b)
Na podstawie podanych informacji podaj przyczynę niskiej zmienności genetycznej współczesnej populacji żubra białowieskiego oraz przykład zagrożenia wynikającego z małego zróżnicowania genetycznego tej populacji.
c)
Na przykładzie populacji żubra zaznacz odpowiedź, która prawidłowo opisuje proces restytucji gatunku.
Wprowadzenie do danego ekosystemu gatunku, który w warunkach naturalnych w nim nie występował.
Ogół zabiegów mających na celu przywrócenie (odnowienie) w ekosystemie gatunku zagrożonego wyginięciem.
Zabiegi mające na celu rozmnażanie w hodowlach zamkniętych gatunku zagrożonego wyginięciem.
Działania ochronne mające na celu zapewnienie przetrwania dziko występujących gatunków oraz ich siedlisk.
d)
Na podstawie tekstu oceń, czy restytucja żubra białowieskiego w Polsce zakończyła się sukcesem. Odpowiedź uzasadnij, podając dwa argumenty.
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.
