Biologická olympiáda

Česká zemědělská univerzita v Praze Ústřední komise biologické olympiády

Biologická olympiáda 2009–2010 44. ročník

Krajské kolo kategorie A

Zadání soutěžních úloh

Praha 2010 www.biologickaolympiada.cz

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A

číslo soutěžícího ....

Testové otázky U každé otázky označte správnou odpověď (mohou být i dvě správné odpovědi).

1. Embryo savců neprochází stádiem a) moruly b) gastruly c) neuruly d) blastocysty e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 2. Život na Zemi je vázaný na vodu. Co umožňuje přežití ryb v zamrzajícím rybníce? a) modrá barva vody b) vysoká míra světelné odrazivosti ledu (vysoké albedo) c) nižší hustota vody v pevném skupenství oproti kapalnému d) teplotní anomálie vody e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 3. Vyberte pravdivé(á) tvrzení o úloze jednotlivých RNA v buňce a) rRNA plní strukturní funkci v prokaryotickém bičíku a podílí se na jeho pohybu b) tRNA připojuje specifickou aminokyselinu do rostoucího peptidového řetězce při translaci c) mRNA vzniká reverzní transkripcí z proteinů a iniciuje rozklad těchto proteinů d) rRNA spolu se specifickými proteiny tvoří ribosom e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 4. Epifyty a) jsou pomocí haustorií napojeny na hostitelské rostliny b) jsou synonymum pro rostlinné parazity c) jsou díky své růstové formě zvýhodněny v konkurenci o světlo d) jsou nejrozšířenější v opadavém lese mírného pásma e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 5. V cytoplasmě eukaryotické buňky a) nenajdeme váčky Golgiho komplexu b) je kyselé pH, podle druhu organismu a okamžitého stavu buňky kolísá okolo pH=3 c) nejsou téměř žádné proteiny, většina jich je uložena uvnitř organel a v cytoplasmatické membráně d) nalezneme meziprodukty glykolysy e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 6. Vyberte parazitární onemocnění, proti němuž (nimž) je u lidí zavedeno očkování a) proti zimničce (Plasmodium sp.) způsobující malárii b) proti trypanosomě spavičné (Trypanosoma brucei) způsobující spavou nemoc c) proti krevničce močové (Schistosoma haematobium) způsobující schistosomosu d) proti toxoplasmě (Toxoplasma gondii) způsobující toxoplasmosu e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná

1

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 7. Mohl se člověk rozumný dnešního typu (Homo sapiens sapiens) setkat v Evropě s neandrtálci (H. neanderthalensis)? a) mohl, neandrtálci osídlovali před naším příchodem velkou část evropského kontinentu a s nově příchozími H. s. sapiens se potkávali na mnoha místech b) nemohl, H. s. sapiens se vyvinul z neandrtálců, jednalo se o postupnou přeměnu, a nemá proto smysl mluvit o potkávání dvou druhů c) nemohl, neandrtálci vyhynuli desítky tisíc let před jejich příchodem d) nemohl, původní areál výskytu neandrtálců se nacházel východně od Uralu a v Evropě se vůbec nevyskytovali e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 8. Vyberte nepravdivé(á) tvrzení o buněčném cyklu lidských buněk a) v S fázi dojde k replikaci jaderné DNA b) v G1 fázi se může buňka diferencovat a uniknout z cyklu dělení a replikace DNA c) rakovinné buňky se mohou neomezeně dlouho opakovaně dělit d) po většinu buněčného cyklu je buňka diploidní, po mitose je haploidní e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 9. V jeskyni byl nalezen koprolit (trus starý několik tisíc let). Molekulární analýza v něm prokázala přítomnost lidské DNA. Které(á) z následujících vysvětlení situace můžeme zamítnout? a) jednalo se o lidský exkrement b) byl to trus zvířete, které žralo lidi c) trus původně žádnou lidskou DNA neobsahoval, jednalo se o kontaminaci při odběru vzorku d) trus zde zanechal nějaký mrchožrout e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 10. Vyberte pravdivé(á) tvrzení o protein kódujících genech v eukaryotické buňce a) z jednoho protein kódujícího genu vzniká v buňce vždy jeden protein b) z jednoho protein kódujícího genu vznikají v buňce vždy dva proteiny, jeden na ribosomech v cytoplasmě a jeden na ribosomech na endoplasmatickém retikulu c) z jednoho protein kódujícího genu může v buňce vzniknout jeden, ale i více proteinů např. díky alternativnímu sestřihu mRNA d) člověk má v genomu přibližně sto tisíc protein kódujících genů, tj. největší množství ze všech obratlovců e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 11. Plavuně (Lycopodiophyta) a) jsou nejbližšími příbuznými krytosemenných rostlin b) se podílely na vzniku černého uhlí c) zahrnují i vodní zástupce – např. šídlatku (Isoetes sp.) d) recentně mají centrum druhové bohatosti v chladné (boreální) oblasti e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 12. Vyberte pravdivé(á) tvrzení a) nejvíce zastoupeným kationtem v buňce je draselný ion b) sodné ionty jsou v buňkách aktivně kumulovány ve vysokých koncentracích pomocí Na+/ K+ ATPasy c) transport iontů do buňky probíhá vždy za spotřeby energie d) na stahu svalu se podílí kationty vápníku Ca2+ e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná

2

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 13. Buňky neurální lišty a) se transplantují při úrazech míchy a s jejich pomocí se může dosáhnout úplného zotavení pacienta b) jsou odvozeny od struny hřbetní (chordy), tudíž jsou mesodermálního původu c) mají schopnost migrovat tělem vyvíjejícího se zárodku d) dají vzniknout např. pigmentovým buňkám e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 14. Bromdeoxyuridin (BrdU) je látka podobná thyminu. Pokud ji dodáme buňkám, může se začlenit místo thyminu do nově vznikajících vláken DNA a používá se ke značení dělících se buněk. V případě, že bychom dodali dostatečné množství BrdU do těla krysy a po několika dnech analyzovali její tkáně, přítomnost BrdU bychom detekovali především a) v erytrocytech b) v buňkách mozečku c) v kostní dřeni d) ve střevní sliznici e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 15. Dusík a uhlík patří k nejvíce zastoupeným prvkům v biomase, a tedy i v listech rostlin. Mladé rostoucí listy jsou méně zpevněné než staré a jsou obecně bohatší na proteiny. O sušině listů platí: a) v sušině mladých rostoucích listů je více N než C b) v sušině starých listů je více C než N c) v sušině mladých rostoucích listů je poměr N:C vyšší než v sušině starých listů d) v sušině starých listů je poměr N:C vyšší než v sušině mladých rostoucích listů e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 16. Vyberte struktury skládající se převážně z bílkovin a) cytoplasmatická membrána Schwannovy buňky b) pohybový aparát bakteriálního bičíku c) xylém d) aktinomyosinový komplex ve svalu e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 17. Čtyřhranné stonky, vstřícné listy v křižmostojném postavení a květy uspořádané v lichopřeslenech jsou typické pro čeleď a) krtičníkovité (Scrophulariaceae) b) brutnákovité (Boraginaceae) c) lilkovité (Solanaceae) d) hluchavkovité (Lamiaceae) e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 18. Glykolysa v naší svalové buňce a) je pro buňku hlavním zdrojem energie vázané ve formě ATP b) je spolu s Krebsovým cyklem a β-oxidací mastných kyselin katabolickou dráhou c) štěpí zásobní polysacharid glykogen uložený ve svalech na glukosu d) probíhá v matrix mitochondrií e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 19. Mám bodavě savé ústní ústrojí, nedokonalou přoměnu a přední pár křídel přeměněný v polokrovky. Kdo jsem? a) ploštice (Heteroptera) b) škvor (Dermaptera) c) pošvatka (Plecoptera) d) mšice (Aphidoidea) e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná

3

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 20. Ve včelstvu činí příbuznost dvou dělnic, které mají stejného otce a) 50%, jako u jakýchkoliv jiných dvou sourozenců b) 75%, protože otec je vždy haploidní c) 100%, protože otcovská DNA je zcela eliminována a jedná se tedy o královniny klony d) poměr stejných genů se mění v každém jedinci, nedá se takto jednoduše určit e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 21. CAM rostliny a) je označení pro geneticky modifikované rostliny poskytující vyšší výnosy, např. kukuřici b) je označení pro skupinu rostlin, které mají růstové meristémy na bázi listů, proto rychle dorůstají i po sečení, např. lipnicovité c) mají zpravidla průduchy přes den uzavřené a v noci otevřené d) mají buněčné dýchání (respiraci) e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 22. Chřipka a) je bakteriální onemocnění a lze ji úspěšně léčit antibiotiky b) je bakteriální onemocnění, jehož původci jsou již v dnešní době kompletně rezistentní vůči většině antibiotik c) je onemocnění virového původu a obvykle každý rok je vyvinuta vakcína proti aktuálnímu antigennímu typu d) je onemocnění virového původu, vakcína však ještě nebyla vyvinuta, kvůli extrémní proměnlivosti virových antigenů e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 23. Mezi zonální biomy patří a) severský les (tajga) b) močály a kontinentální vody c) rašeliniště d) tropický deštný les e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 24. Vyberte nepravdivé(á) tvrzení o buňce vyšších rostlin a) buněčná stěna je tvořena peptidoglykany b) na membráně thylakoidu probíhá světelná část fotosyntézy c) vakuola bývá místem skladování sekundárních metabolitů d) transkripce probíhá výhradně v jádře e) žádná z výše uvedených odpovědí není nepravdivá 25. Předpokládejme, že umístíte zdravého člověka do místnosti vytemperované na 37 °C. Co se stane s tepelnou bilancí jeho organismu? a) bude vydávat přebytečné teplo jen zářením a odpařováním b) bude vydávat přebytečné teplo jen odpařováním c) jeho organismus brzy přestane produkovat teplo d) musí zvýšit tělesnou teplotu nad 37 °C, aby mohl vydávat přebytečné teplo e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 26. Některé léky proti nádorovým onemocněním (cytostatika) ovlivňují dynamiku mikrotubulů. To má za následek a) zabránění pohybu nádorových buněk a tím vzniku metastáz (druhotných nádorů) b) specifické poškození výhradně nádorových buněk c) zastavení dělení buněk během mitózy d) zabránění replikace DNA e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná

4

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 27. Zas přichází podzim, plískanic časy a v lese javor zdobí svůj šat. Proč mění se barva listů jeho asi, otázka tato bude se ptát. a) rozkladem chlorofylu vznikají barviva (antokyany) způsobující červené a žluté zbarvení b) po odbourání chlorofylu se projeví barva dosud maskovaných látek (karotenoidů, xantofylu) c) v listech se tvoří více žlutého chlorofylu b, který umožňuje lepší využití slabého podzimního světla d) vlivem nižších teplot mění chlorofyl svou strukturu, a tím se posouvá spektrum jeho absorpce k žluté až červené e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 28. Vyberte správné(á) tvrzení o inhalaci tabákového kouře a) při inhalaci je za jeho karcinogenní účinky zodpovědný především nikotin b) pasivní kouření není zdraví škodlivé c) je nejčastější příčinou vzniku rakoviny plic d) ochromuje řasinkový epitel dýchacích cest, a tím snižuje jejich ochranu proti infekci e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 29. Jistě je vám známo, že ptáci si pravidelně promašťují peří výměškem z mazové kostrční žlázy. Tím je udržují v dobré kondici a odolné proti promáčení. Jakým způsobem však postupují ptáci, kteří mazovou kostrční žlázu nemají? a) nemají ji pouze nelétaví ptáci, kteří o své peří nepečují b) mají místo mazu tzv. drobivý prach, kterým si peří „pudrují“ c) draví ptáci si mastí peří tukem z ulovené kořisti či z mršin d) mají místo kostrční žlázy několik drobných žláz pod křídly e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná 30. Na mapce je vyznačené rozšíření jednoho živočišného taxonu (černě). Vyberte pravdivé(á) tvrzení a) alespoň někteří zástupci taxonu mají palearktické rozšíření b) taxon se endemicky vyskytuje na Madagaskaru c) taxon je endemitem neotropické zoogeografické oblasti d) taxon je rozšířen na kontinentech (území), které kdysi tvořily Gondwanu e) žádná z výše uvedených odpovědí není správná

5



Zadání soutěžních úkolů kategorie A 1. Komunikace v kolonii kvasinek Autor: Jaroslav Icha Časová náročnost: 50 minut

Hranice mezi jednobuněčností a mnohobuněčností v přírodě není ostrá. Tyto dvě škatulky vznikly spíše kvůli touze člověka přírodu roztřídit do oddělených kategorií. V přírodě nacházíme celé spektrum různých strategií, které vyplňují pomyslný prostor mezi klasicky pojímanou jednobuněčností a mnohobuněčností. Za nejjednodušší formu mnohobuněčného organismu můžeme považovat již seskupení buněk stejného druhu žijících pohromadě, kolonie. Přechodné nebo trvalé kolonie vytváří celá řada jednobuněčných organismů. Tvorba kolonií jim spolu se šířením informací v rámci kolonie pomáhá přežít v přírodě, kde je neustálý nedostatek živin a působí mnoho stresujících faktorů. Zde se zaměříme na kolonie kvasinky pivní (Saccharomyces cerevisiae), o které jste předtím určitě nepřemýšleli v souvislosti s mnohobuněčností. Kvasinky jsou jednobuněčné organismy, u kterých se předpokládá zánik mnohobuněčnosti v průběhu evoluce. Spekuluje se o tom, že předky kvasinek byly mnohobuněčné houby tvořící vláknité mycelium a že kvasinky ztratily mnoho genů pro různé proteiny účastnící se diferenciace buněk a mezibuněčné komunikace v mnohobuněčné stélce. Postupně si ale ukážeme, že i kvasinkové kolonie vykazují více rysů mnohobuněčných organismů, než by se na první pohled zdálo. 1. Nejprve se pokuste zodpovědět několik obecných otázek o biologii kvasinek. 1. a) Který z nabízených organismů je kvasinkám nejpříbuznější? Napovíme vám, že stejně jako kvasinky patří do velké skupiny eukaryotních organismů (tzv. supergroup) Opisthokonta. Zakroužkujte. xx měňavka úplavičná (Entamoeba histolytica) xx rak říční (Astacus astacus) xx smrk ztepilý (Picea abies) xx trypanosoma spavičná (Trypanosoma brucei) xx chaluha bublinatá (Fucus vesiculosus) xx vyhynulý dírkonošec penízek (Nummulites) /1 1. b) Proč je kvasinka Saccharomyces cerevisiae mezi vědci tak populární modelový organismus? Uveďte dva důvody.

/1 2. Kvasinky si v kolonii signalizují nedostatek potravy (sacharidů) produkcí plynného amoniaku (NH3). Signál spustí první buňka, která začne hladovět. Stane se tak zpravidla uprostřed kolonie v její nejstarší části. Vlna amoniaku se šíří mechanismem autoindukce, což znamená, že buňka, která obdrží signál, ho začne sama také produkovat. Přitom nezáleží na tom, kolik má sama živin a jaké je její stáří. Takto přejde celá kolonie z fáze intenzivního kyslíkového metabolismu a růstu do fáze produkce amoniaku, kdy se její růst zpomalí a kvasinky využívají alternativní zdroje potravy.

7

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 2. a) Hlenka Dictyostelium discoideum je další organismus, který používá amoniak jako signální molekulu (při tvorbě plodničky). Vyskytuje se u něj i mechanismus autoindukce. V jeho případě jde o autoindukci tvorby cyklického adenosinmonofosfátu (cAMP). Z možností A až D vyberte správný chemický vzorec cAMP. Zakroužkujte.

/ 0,5

2. b) V čem tkví výhody amoniaku jako signální molekuly? Napište dvě výhody. /1 2. c) Napište, ze kterých sloučenin amoniak pravděpodobně v buňkách kvasinek vzniká. /1 2. d) Zakroužkujte vlastnost amoniaku, kterou byste využili, pokud byste jako experimentátoři chtěli jednoduše zjistit, jestli kvasinková kolonie na Petriho misce produkuje amoniak. xx NH3 přirozeně fluoreskuje, podívali bychom se na kolonii ve fluorescenčním mikroskopu xx NH3 je barevný a je vidět pouhým okem, v neprodyšně uzavřené misce bychom viděli namodralý plyn xx NH3 je oxidační činidlo, do živného média bychom přidali substrát, který by po oxidaci amoniakem změnil barvu xx NH3 je zásaditý, do živného média bychom přidali pH indikátor, který by změnil barvu xx NH3 vytváří na pevných površích drobné krystalky, které bychom viděli na víčku Petri/1 ho misky 2. e) Amoniak není jedinou plynnou signální molekulou používanou v přírodě. Uveďte název jedné malé plynné signální molekuly (hormonu) produkované rostlinami. /1 3. Kvasinky produkují amoniak, protože jim to pomáhá přežít v přírodním prostředí. Fáze rychlého růstu na počátku vývoje kolonie totiž není trvale udržitelná. Produkuje se při ní velké množství kyslíkových radikálů a kolonie časem vyčerpá dostupné živiny (může se jednat o ovocný plod v přírodě stejně jako o glukosu v živném médiu v laboratoři). Představte si, že pěstujeme za stejných podmínek dva kvasinkové kmeny. Jeden kvasinkový kmen s mutací, která mu zabraňuje produkovat NH3 (-NH3 mutant), a druhý, který normálně produkuje amoniak (+NH3). Následující schémata zobrazují vývoj počtu buněk v kolonii obou kmenů v průběhu stejně dlouhé doby. Přiřaďte správně schéma ke kmenu (jedno schéma zůstane nepřiřazeno).

8


+NH3: ___


-NH3 mutant: ___

/1

4. U stárnoucích kvasinkových kolonií byla pozorována programovaná buněčná smrt podobná apoptóze živočichů. Jejím spouštěčem je zvyšující se množství kyslíkových radikálů v průběhu vývoje kolonie. Díky NH3 signálu a přepnutí metabolismu jsou před oxidativním stresem zachráněny alespoň mladší buňky na okraji kolonie. Tato fáze produkce amoniaku není pro kolonii konečnou stanicí. Mladé buňky na okraji kolonie po průchodu fází produkce amoniaku přepnou do druhé fáze intenzivního růstu. 4. a) Buňky v kolonii jsou geneticky homogenní (tvořeny jedním nebo několika příbuznými kmeny), proto udělají pro úspěch svých genů víc, když některé zahynou a zvýší naději na přežití ostatním. Jak kvasinky umírající apoptózou prospívají ostatním buňkám? Uveďte dvě takové výhody.

/1 4. b) Jak se nazývá evoluční mechanismus, který vysvětluje možnost stabilní existence altruistického chování v tomto případě?

/1 4. c) Zakroužkujte právě dva znaky, které nemůžeme nalézt na kvasinkových buňkách v různých stádiích programované buněčné smrti. xx zlomy na DNA xx fragmentace mitochondrií a vylití cytochromu c z mitochondrií do cytoplasmy xx rozpad buněčného jádra na menší váčky /2 xx nekontrolovatelná polymerace aktinu a tvorba filopodií (panožek) xx ribosomy se shlukují do velkého útvaru v cytoplasmě, de facto krystalu xx změna složení cytoplasmatické membrány, fosfolipid fosfatidylserin se objevuje ve vnějším listu membrány 4. d) Pokud bychom chtěli zkoumat cytoplasmatickou membránu kvasinek (např. zmíněný fosfatidylserin), musíme nejprve odstranit určitou strukturu. Kterou? / 0,5

9

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 5. Kvasinkové kmeny čerstvě izolované z přírody (A) produkují mezibuněčnou hmotu a tvoří morfologicky složité, načechrané kolonie. Dlouhodobým pěstováním v optimálních laboratorních podmínkách tyto rysy ztratí a tvoří hladké kolonie. Dojde takzvaně k jejich domestikaci – žádná mezibuněčná hmota již není patrná (B). V levé části je vždy celá kolonie (měřítko odpovídá 1 mm) a v pravé části obrázku je detail ultrastruktury (měřítko odpovídá 20 μm). Obrázek přejat z Kuthan et al. 2003.

5. a) Výhody, které poskytuje mezibuněčná hmota kvasinkám, musí vyvážit to, že její tvorba je velmi energeticky náročná. Zamyslete se a popište funkce mezibuněčné hmoty v kvasinkové kolonii. Uveďte dvě funkce.

/1 5. b) Fakt, že kvasinky v laboratoři přestanou tuto energeticky náročnou strukturu produkovat, ukazuje na to, že v umělých podmínkách je hlavním selekčním faktorem něco jiného než v přirozeném prostředí. Jaká vlastnost kvasinky je nejdůležitější pro její úspěch in vitro, kde je stálé prostředí a dostatek živin?

/1 5. c) Porovnejte odolnost vůči stresu (např. vysoké teplotě, vysychání) u kmene kvasinek čerstvě izolovaného z přírody a u domestikovaného kmene. Bude míra odolnosti přibližně shodná, případně který z kmenů bude odolnější?

/1 5. d) O přesném složení mezibuněčné hmoty kvasinek toho ještě není příliš známo, ale patrně se skládá z podobných tříd molekul jako mezibuněčná hmota živočichů. Zakroužkujte v seznamu právě dvě třídy molekul, které netvoří mezibuněčnou hmotu živočichů. Za špatně zakroužkovanou možnost se body nestrhávají. xx lipopolysacharidy xx vláknité (fibrilární) proteiny xx sulfatované cukry xx peptidoglykany xx proteoglykany /1 xx glykoproteiny xx glykosaminoglykany

10

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 6. Jednu ze základních vlastností mnohobuněčných organismů – schopnost buněk diferencovat se do specializovaných variant – pozorujeme i u kvasinek. Následující seznam obsahuje čtyři buněčné typy, které byly v kvasinkových koloniích opravdu nalezeny, a tři další, které jsou vymyšlené. Zakroužkujte právě čtyři buněčné typy, o kterých si myslíte, že jsou skutečné. Za špatně zakroužkovanou možnost se body nestrhávají. xx ochranné buňky na povrchu kolonie se ztloustlou buněčnou stěnou a velkými vakuolami xx imunitní buňky schopné fagocytózy podobné neutrofilním granulocytům xx světločivné buňky xx klidová stádia xx buňky specializované na signalizaci a příjem signálu xx buňky určené ke kolonizaci nových prostředí xx buňky vojáci, kteří při mezibuněčném kontaktu s jiným kmenem kvasinky vydají povel k programované buněčné smrti cizorodé buňky /2 7. Pro pozorování kvasinek se používají různé mikroskopické metody. Přiřaďte obrázky A až D k metodám ze seznamu (obrázky se liší měřítkem). Dvěma metodám žádný obrázek nepřiřadíte.

xx xx xx xx xx xx

transmisní elektronová mikroskopie: ___ mikroskopie atomárních sil: ___ fluorescenční mikroskopie: ___ optická mikroskopie s použitím Nomarského diferenciálního interferenčního kontrastu: ___ skenovací elektronová mikroskopie: ___ / 1,5 magnetická rezonance: ___

8. Generační doba kvasinky jsou tři hodiny. Pokud do živného roztoku naočkujeme jednu kvasinkovou buňku, kolik kvasinek bude v roztoku po 24 hodinách? (Vyjádřete jako mocninu čísla 2.) / 0,5

11



2. Cenobiální zelené řasy Autor: Josef Juráň Časová náročnost: 70 minut

Kolonie cenobiálních řas jsou tvořeny jednou generací buněk, které bývají specifickým způsobem spojené a pravidelně uspořádané. Rozmnožují se vytvářením dceřiných kolonií. Nejznámější cenobiální řasou je určitě váleč koulivý (Volvox globator), ale ne všechny kolonie cenobiálních řas vypadají jako „velká koule z malých kuliček“… 1. K dispozici máte 3 vzorky čistých kultur cenobiálních řas. Pomocí klíče určete, jaké rody jsou ve vzorcích zastoupeny a zhotovte nákresy. Určovací klíč našich běžných cenobiálních zelených řas: 1 a) Buňky s bičíky … 2 b) Buňky bez bičíků … 5 2 a) Ploché deskovité kolonie tvořené 16 buňkami, uspořádanými do čtverce … Gonium b) Kolonie oválné nebo kulovité … 3 3 a) Kolonie z 8/16/32 buněk o průměru do 100 μm … 4 b) Kolonie několika set drobných buněk, umístěných v obvodu velké, slizové koule; při pohledu z boku jsou buňky kapkovitého tvaru se 2 bičíky; při pohledu shora jsou buňky laločnaté a laloky vybíhají v plasmatické můstky … Volvox 4 a) Kolonie kulovité s 8–16 buňkami těsně nahloučenými uvnitř průzračného slizu; z buněk vyrůstají dvojice bičíků, které jsou paprsčitě uspořádány … Pandorina b) Široce oválné kolonie s 16–32 buňkami volně uloženými v průzračném slizu … Eudorina 5 a) Cenobia s plošným uspořádáním (tj. buňky jsou v jedné rovině) … 6 b) Cenobia prostorová … 10 6 a) 4–8 buněčná cenobia s buňkami v řadě nebo uspořádanými klikatě … 7 b) Cenobia jiného tvaru … 8 7 a) Na povrchu buněk jsou vytvořeny různé výběžky (např. trny, vlásky) … Desmodesmus b) Povrch buněk je hladký, buňky mohou mít různý tvar (oválný, tvar písmene „C“, s tupými nebo do špičky vybíhajícími konci apod.) … Scenedesmus 8 a) Kruhová cenobia s tvarově odlišnými obvodovými a vnitřními buňkami; obvodové buňky mají výběžky různého tvaru … Pediastrum b) Čtvercová nebo kosočtvercová cenobia s buňkami uspořádanými kolem společného středu … 9 9 a) Cenobia čtvercová ze 4 buněk s hladkou buněčnou stěnou; uvnitř cenobia obklopeného slizem je čtvercový otvor … Crucigenia b) Cenobia kosočtvercová až kosodélníková ze 4 zaobleně trojúhelníkových buněk s 4–6 ostny na povrchu … Tetrastrum 10 a) Cenobia kulovitá … 11 b) Cenobia tvořená paprsčitě uspořádanými vřetenovitými buňkami, ve středu stmelenými; nejčastěji 8-buněčná … Actinastrum 11 a) Cenobia ze 4–64 obvejčitých buněk s hladkou buněčnou stěnou bez výběžků; buňky srůstají širší spodní částí … Coelastrum b) Cenobia ze 4–8 kulovitých buněk s hladkou buněčnou stěnou, ze které vyrůstají 2–4 jemné, dlouhé ostny … Micractinium

13



Vzorek A Rod cenobiální řasy: Nákres:

Vzorek B Rod cenobiální řasy: Nákres:

Vzorek C Rod cenobiální řasy: Nákres:

/9

14

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 2. Na začátek se nabízí otázka, k čemu je vlastně mnohobuněčnost cenobiálním řasám dobrá? Uveďte alespoň jeden důvod.

/1 3. Jestliže cenobiální řasa vzniká dělením 1 buňky z mateřského cenobia, kolik buněk bude toto cenobium obsahovat po pěti děleních? / 0,5 4. I mezi řasami můžeme najít druhy, které nejsou v naší řasové flóře původní a které můžeme považovat za invazní. Příklad vidíte na obrázku. Abychom hned neprozradili, o jaký rod se jedná, pojmenujeme si tento nepůvodní druh jako XY. Tato řasa se u nás vyskytuje v eutrofních a mezotrofních stojatých, případně tekoucích vodách. Jejím původním areálem jsou však pantropické oblasti. Navíc je tento druh nalézán v paleontologických sedimentech, kde je považován za indikátor vyšší teploty. 4. a) Co znamená, když se o druhu řekne, že je rozšířen pantropicky? Zakreslete do mapy pantropický areál rozšíření.

/1 4. b) XY je mikroskopická zelená řasa, u kterých není příliš běžné, že by se zachovávaly v sedimentech. Tato řasa a jí příbuzné rody mají ve své mnohovrstevné buněčné stěně přítomnu velmi odolnou látku – sporopolenin. Tato látka je přítomna u vyšších rostlin (zakroužkujte): v kořenové čepičce – v pylových zrnech – v kutikule listů – v osemení

/ 0,5

4. c) V jednom ze vzorků je přítomna řasa, která náleží do stejného rod. Pokud jste všechny vzorky správně určili, nebude pro Vás problém napsat, o jaký rod řasy se jedná. 4. d) XY se vyskytuje v eutrofních a mezotrofních stojatých vodách, jak jste si mohli přečíst v úvodním textu. Která taxonomická skupina organismů, způsobující často problémy vodohospodářům i lidem rekreujícím se u vody, je nejčastěji spojována s eutrofizací vod?

/ 0,5

/ 0,5

15

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A 5. Obrázek ukazuje několik zástupců cenobiálních řas. Pro tyto řasy je typické, že jejich buněčná stěna není hladká, ale je pokryta různými výrůstky. 5. a) Jaké dvě hlavní výhody poskytují řasám tyto výrůstky? Svá tvrzení zdůvodněte.


/2 5. b) V jakém z vámi pozorovaných vzorků je druh, který je příbuzný druhům na obrázku? / 0,5 6. a) Vyplněním doplňovačky získáte pojem, který je velmi důležitý pro ontogenezi váleče. 1 2 3

/ 3,5

4 5 6 7

M

I

D

E

1. Cenobiální bičíkatá řasa tvořící deskovité kolonie. 2. Společenstvo stojatých vod, ve kterém najdeme v přírodě nejčastěji zástupce cenobiálních řas. 3. Rody Scenedesmus a Desmodesmus se mezi sebou liší … na buňkách 4. Buňky mladého cenobia váleče jsou spojeny cytoplasmatickými můstky, jedná se tedy o tzv. plasmodium. U jaké skupiny organismů (napovíme, že se jedná o ameboidní organismy dříve nesprávně řazené k houbám) se plasmodia běžně vyskytují? 5. Cenobia Crucigenia mají ve svém středu otvor ve tvaru … 6. Buňky v cenobiu spojuje … hmota. 7. Rozrůznění buněk mladého cenobia Volvoxu na buňky somatické a gonidia obecně říkáme … 6. b) Vysvětlete, jakou roli hraje slovo z tajenky v ontogenezi váleče (Volvox sp.). /1

16



3. Tkáňové kultury Autor: Lukáš Falteisek Časová náročnost: 50 minut

Většina dnes zkoumaných mnohobuněčných organismů se v laboratořích vyskytuje nejen v řadě kmenů či odrůd, ale také v jednobuněčné verzi. Této verzi běžně říkáme tkáňové kultury. I když mají tkáňové kultury oproti původnímu organismu řadu omezení – nemohou například trpět alergií na pyl nebo okusem jelení zvěří – jsou to cenné experimentální systémy. Některé buněčné linie žijí už několik desetiletí v tisících laboratoří, a dosáhly tak vlastně jisté formy nesmrtelnosti. V této úloze se budeme zabývat pouze kulturami živočišných, převážně savčích buněk, podíváme se na metody kultivace i kousek jejich historie. 1. a) Když budeme chtít pěstovat kulturu buněk například z myši nebo z člověka, musíme jim co nejvěrněji simulovat stálé vnitřní prostředí v organismu. Nejdůležitější je volba správného roztoku čili média, ve kterém mají buňky růst. V tabulce vlevo máte rozepsané hlavní složky živného média pro savčí tkáňové kultury. V pravé tabulce jsou funkce, které tyto látky v médiu plní. Doplňte do volných políček u funkcí odpovídající čísla látek. Může se stát, že některou látku již nepoužijete i že ji použijete dvakrát (některé funkce jsme vám napověděli, věnujte pozornost i tomu, v kolikátém políčku v řadě nápověda je). 1. aminokyseliny a nukleotidy 2. glutamin nebo glutamát 3. glukosa 4. sérum 5. voda a základní soli 6. vitaminy a stopové prvky 7. fenolová červeň 8. hydrogenuhličitany a rozpuštěný CO2

obsahuje látky podporující růst buněk kofaktory enzymů a jiných proteinů zdroj energie udržuje pH vizuálně indikuje pH stavební materiál udržuje tonicitu nutné pro transport přes membrány a udržování vnitřního prostředí buněk

5 2

4 5

9. lipidy a cholesterol 1. b) Představte si, že se do vaší tkáňové kultury dostaly vinou nesterilní práce bakterie. Napadená kultura je přitom příliš cenná na to, abyste ji vyhodili. Jak se bakteriální kontaminace nejsnáze zbavíte? Uvědomte si, že buněčné kultury pocházejí z eukaryotního organismu.

/4

/1

2. V knize Zoologická technika od Otty Jírovce z roku 1942 se dočteme, že tkáňovou kulturu nejlépe založíme tak, že vložíme malý kousek tkáně do média, jehož podstatnou složkou je krevní plasma. Médium po vložení tkáně velice rychle ztuhne a autor knihy si pochvaluje, že vysrážený protein tvoří výbornou mechanickou oporu pro buňky migrující z tkáně. 2. a) Který protein z média asi tvořil hlavní složku mechanické opory pro migrující buňky?

/1

17

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 2. b) Opora je pro růst buněk velice důležitá. Svědčí o tom i poznámka O. Jírovce, že když použijeme netuhnoucí médium, musíme buňkám poskytnout jiné lešení, například kousek odmaštěné vaty. Kterou strukturu přítomnou v živém těle pomocí vaty (nebo vysráženého proteinu) simulujeme? /1 2. c) Pokud tím kouskem tkáně, který jsme vložili do média, je zdravá kůže, nebudou z ní migrovat epiteliální buňky, ale jiné. Jaké buněčné typy to mohou být? Stačí jeden.

/1 2. d) Moderní média na tkáňové kultury se těm historickým podobají, několik rozdílů by se ale našlo. Například místo krevní plasmy dnes používáme sérum. Co musíme udělat s krevní plasmou, aby z ní bylo sérum?

/1 2. e) Současná média po přidání buněk zpravidla netuhnou (a nedává se do nich vata). Na jaké mechanické opoře, prakticky neznámé v roce 1942, ale dnes zcela běžné, pěstujeme velkou část přisedlých kultur v současnosti? Zamyslete se nad tím, z čeho se vyrábělo kultivační nádobí v minulosti (po použití se mylo a opět používalo) a z čeho se vyrábí dnes (po použití se vyhazuje).

/1 2. f) Další historickou přísadou, významně podporující růst buněk, je embryonální extrakt. Jeho příprava lehce připomíná čarodějnické recepty. Slepičí embryo je sterilně vyjmuto z vejce, rozetřeno s pískem a smícháno s isotonickým roztokem. Hotový extrakt vznikne odstředěním směsi a odebráním čiré kapalné frakce. Roztok nejlépe působí čerstvý, může se skladovat maximálně několik dní v chladničce. Zkuste z předložených informací odvodit, do jaké skupiny látek (řazených k biopolymerům) patří složka, která je podstatou účinku embryonálního extraktu. Jak tato substance prospívá buňkám? (stačí stručně, např.: soli – udržují osmolaritu)

/2 3. Představte si, že jste zakládali nové tkáňové kultury a podařilo se vám dokonce získat kulturu obsahující tolik opěvované kmenové buňky. Problém je, že vám odmítají růst v čisté kultuře a rostou pouze ve směsi s jiným určitým buněčným typem. Druhý buněčný typ roste v čisté kultuře bez problémů. 3. a) Možná, že kmenové buňky potřebují přímý fyzický kontakt s těmi druhými. Pak byste měli smůlu a čistou kulturu by z nich nebylo možné připravit. Jsou ale ještě další způsoby, jak může jeden buněčný typ podporovat růst druhého typu. Uveďte aspoň jeden.

/1

18

Biologická olympiáda 2009–2010, krajské kolo kategorie A číslo soutěžícího .... 3. b) Pokud vaše kmenové buňky opravdu nepotřebují dotek, ale něco jiného, můžete si při zakládání čisté kultury kmenových buněk pomoci jistým velmi primitivním postupem. Jaký postup to je? /1 3. c) Fyzický kontakt je pro mnoho buněk v kultuře překvapivě důležitý. Pokud vysejete na misku suspenzi epiteliálních buněk (např. linie HeLa), můžete za dvě hodiny pozorovat jednotlivé buňky přisedlé ke dnu. Když se však do misky podíváte druhý den ráno, zjistíte, že buňky tvoří skupinky po pěti či šesti. Co se v misce přes noc odehrálo (uvědomte si, že jedno dělení těmto buňkám trvá přibližně den)? 3. d) Které buňky v kultuře vzájemný kontakt vyhledávat nebudou? xx buňky z karcinomu xx buňky leukemické xx buňky jaterní xx buňky z jakéhokoliv nádoru

/1

/1

4. Zde máte obrázky buněk (opět známé linie HeLa) pořízené fluorescenčním mikroskopem. Na každém obrázku je zelenou či červenou fluorescencí označen jistý význačný protein. Modře jsou označena jádra, v nichž obsažená DNA je obarvena pomocí barviva DAPI. Přiřaďte obrázek k popisu lokalizace proteinu a jeho jménu. Jeden název a jeden popis jsou tu navíc, tudíž je nepoužijete. xx (α) cytoskeletární protein tvořící vlákna pomáhající udržet tvar buňky xx (β) jaderný protein, při mitose se dostává do cytoplasmy xx (γ) cytoskeletární protein tvořící vlákna sbíhající se na jedno místo xx (δ) protein zakotvený do cytoplasmatické membrány (zobrazen tenký řez) xx (ε) protein přítomný v mitochondriích xx xx xx xx xx

(1) receptor transferrinu (2) tubulin (3) flagelin (4) aktin (5) DNA helikasa Obrázek A B C D

Protein

Popis

4 /4

19



Poznávání přírodnin Poznej 15 předložených hub a rostlin a napiš jejich název:

1. _____________________________ 2. _____________________________ 3. _____________________________ 4. _____________________________ 5. _____________________________ 6. _____________________________ 7. _____________________________ 8. _____________________________ 9. _____________________________ 10. _____________________________ 11. _____________________________ 12. _____________________________ 13. _____________________________ 14. _____________________________ 15. _____________________________

21


Poznej 15 předložených živočichů a napiš jejich název:


1. _____________________________ 2. _____________________________ 3. _____________________________ 4. _____________________________ 5. _____________________________ 6. _____________________________ 7. _____________________________ 8. _____________________________ 9. _____________________________ 10. _____________________________ 11. _____________________________ 12. _____________________________ 13. _____________________________ 14. _____________________________ 15. _____________________________

23


Poznej 10 předložených objektů a napiš odpověď podle zadání:


1. _____________________________ 2. _____________________________ 3. _____________________________ 4. _____________________________ 5. _____________________________ 6. _____________________________ 7. _____________________________ 8. _____________________________ 9. _____________________________ 10. _____________________________

25

biologická olympiáda 2009–2010 44. ročník Krajské kolo kategorie A Zadání soutěžních úloh Autoři: kolektiv členů pracovní skupiny pro tvorbu úkolů BiO kategorie A, B pod vedením Mgr. Petra Jedelského Redakce: Bc. Libor Mořkovský a Mgr. Petr Jedelský Pedagogická recenzenze: Mgr. Magda Andresová a Mgr. Petr Šíma Jazyková korektura: Bc. Hana Nůsková

Biologická olympiáda

Recommend Documents