Česká zemědělská univerzita v Praze Ústřední komise Biologické olympiády Biologická olympiáda 46. ročník školní rok 2011-2012 Autorská řešení soutěžních úloh školní kolo kategorií A a B Praha 2011
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie A, B Informace a pokyny pro organizátory Vážení kolegové, předkládáme Vám kompletní text zadání školního kola Biologické olympiády (BiO) pro soutěžící kategorie A a kategorie B, který v tomto roce není vydán v tištěné podobě, ale pouze v podobě elektronické. Informace týkající se proběhlého 45. ročníku a o probíhajícím 46. ročníku propozice, kontakty na organizátory krajských kol a ostatní členy Ústřední komise a další informace o národní Biologické olympiádě a Mezinárodní biologické olympiádě najdete opět na www.biologickaolympiada.cz. I. Informace a pokyny k 46. ročníku BiO Téma 46. ročníku Biologické olympiády kategorie A a B je Tvar. Přibližný rozsah teoretických znalostí pro školní kola vychází z učiva středních škol. Pro úspěšné zvládnutí úloh předpokládáme širší rozhled v oblastech vymezených obsahem brožury přípravný text pro kategorie A, B Tvary v živé přírodě (Autoři: Jan Fíla, Tomáš Pánek a Juraj Sekereš), která je již od srpna zveřejněna na internetové stránce www.biologickaolympiada.cz, a v srpnu byla v tištěné podobě rozeslána příslušným odborům krajských úřadů, případně z pověření krajských úřadů organizátorům BiO. II. Určování přírodnin Určování přírodnin bude součástí všech kol. Základem pro výběr objektů je Seznam přírodnin pro poznávačku, který byl na školy rozeslán v září 2002 a obsahuje podrobné pokyny k této části. POZOR, při bodovém hodnocení se nepostupuje podle postupu uvedeného v příručce. I při chybném uvedení druhového jména se přidělí 0,5 bodu za správné určení rodu. Pro školní a krajská kola zavedeno následující zjednodušení: V případě, že po soutěžících je požadována determinace vyššího taxonu (rod, čeleď ), musí být požadovaná kategorie determinace u příslušného organismu uvedena. Tato úprava je platná od 42. ročníku BiO a nevztahuje se na ústřední kolo BiO kategorie A. III. Pokyny pro organizaci školního kola poznámky k teoretické části Testové otázky školního kola mají jedinou správnou odpověď z variant a) až d), nebo žádná z nich není správná a platná je varianta e). U otázek, kde by obtížnost byla neúměrně vysoká, je varianta e) vynechána nebo nahrazena jinou formulací. poznámky k praktické části Úloha A1 má dvě části, z nichž první probíhá běžným způsobem ve škole. Druhá část vyžaduje práci s počítačem, kterou mohou soutěžící vykonat doma s využitím běžného webového prohlížeče a internetu. IV. Pomůcky pro školní kola biologické olympiády kat. A a B A2: mikroskop se zvětšením minimálně 200x, 2x krycí sklíčko, 2x podložní sklíčko, bezbarvý lak na nehty, pinzeta, list muškátu (pelargonie Pelargonium sp.), mladý list kukuřice (Zea mays) možné nechat vyrůst z obilky. Případně lze použít jinou obilninu, ale s menšími lístky se bude hůře manipulovat. B1: List muškátu (pelargonie páskatá Pelargonium zonale), krycí a podložní sklíčko, preparační jehla, ostrá žiletka, kapátko, mikroskop se zvětšením alespoň 100x, buničitá vata, pinzeta, bezová duše V. Použitá a doporučená literatura Seznam literatury je uveden v přípravném textu pro kategorie A, B Tvary v živé přírodě. 1
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie A Autorské řešení pro kategorii A Úloha číslo 1: Proteiny 1. skupina polární, kyselé polární, zásadité polární, nenabité nepolární aminokyseliny E) kyselina glutamová R) arginin, H) histidin T) threonin A) alanin, L) leucin za každou správně zařazenou aminokyselinu 0,5 bodu Záleží na postranních řetězcích. Skupina COOH kyseliny glutamové může uvolňovat vodíkový kationt H +. Arginin a histidin obsahují atomy dusíku, které mají tendenci poutat vodíkový kationt H +. Skupina OH u threoninu obsahují polární vazbu (danou rozdílem elektronegativit). Alanin a leucin obsahují pouze uhlovodíkový řetězec, tudíž jsou nepolární. Celkem za otázku 1. 2. A 7. aminokyseliny poznáme podle skupin -COOH a -NH 2 vycházejících z centrálního atomu uhlíku B 12. peptidová vazba vazba mezi dusíkem skupiny -NH 2 a uhlíkem ze skupiny -COOH C 8. primární struktura záleží pouze na pořadí jednotlivých prvků (aminokyselin) D 1. sekundární struktura je umožněna slabými vazebnými interakcemi mezi postranními řetězci aminokyselin, nejčastější typy jsou α-šroubovice a β-skládaný list E 10. vodíkový můstek jeden z typů slabých vazebných interakcí F 3. terciární struktura uspořádání jednotek daných sekundární strukturou v prostoru za každý správně přiřazený pojem 0,5 bodu Celkem za otázku 2. 3. název obrázek funkce kolagen E 6) zpevňující vlákna, především v pojivových tkáních protilátka A 2) rozeznání specifického antigenu membránový přenašeč D 3) transport přes cytoplazmatickou membránu protein virového kapsidu B 4) ochranný obal virové nukleové kyseliny Molekuly kolagenu se skládají ze tří polypeptidických šroubovic, které jsou navzájem propletené a tvoří konečnou kvartérní strukturu vláknité molekuly. Kolagen je významně zastoupen ve šlachách, vazech, kůži, chrupavkách, kostech. Molekula protilátky je tvořena dvěma těžkými řetězci (tmavší větší části) a dvěma lehkými řetězci (světlejší menší). Především lehké řetězce jsou velmi variabilní a jsou exponovány na povrchu molekuly, aby se mohly vázat na cizorodou částici (antigen), čímž ji označí pro další složky imunitního systému. Membránové přenašeče umožňují transport iontů, proteinů nebo jiných molekul přes cytoplazmatickou membránu. Tvoří jakousi bránu, která se otevírá pouze pro danou látku. Táhnou se napříč celou membránou, čímž vytvářejí stále hydrofilní prostředí (zatímco vnitřní prostředí membrány je hydrofobní). Viry jsou vlastně jen schránky přenášející nukleovou kyselinu (DNA nebo RNA). Tato schránka je zpravidla pravidelný mnohastěn, tvořený několika stejnými molekulami proteinů. za celý řádek správně doplněný Celkem za otázku 3. 4 body 1
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie A Analýza proteinových sekvencí (domácí úkol s použitím internetu) Je třeba zkontrolovat, zda soutěžící přiřadil sekvence k proteinům správně, pokud ne, nemůže dostat body ani pokud přiřazení správně vysvětlil. Za pouhé správné přiřazení 0 bodů protein GFP 4 glycophorin A 2 histon H3 1 náhodná sekvence 3 Vysvětlení: sekvence Za správné vysvětlení se považuje to, které umožňuje jednoznačně přiřadit aminokyselinovou sekvenci k proteinu. V některých případech může být jediná informace dostatečná a v autorském řešení je označena * např. stejné zastoupení všech aminokyselin u náhodné sekvence. V jiných případech je pro zisk plného počtu bodů nutno uvést kombinaci alespoň dvou informací např. vysoký izoelektrický bod (pi) a přítomnost motivu leucinového zipu, aby bylo možné odlišit Myc od histonu H3, který má také vysoký izoelektrický bod (což je ph, při kterém má protein celkově nulový náboj zásadité proteiny mají vysoké pi a kyselé naopak nízké pi). Jako správné vysvětlení nelze uznat, pokud si soutěžící najde na internetu přímo sekvenci proteinu a odpoví např. sekvence 4 je GFP, protože se shoduje se sekvencí GFP, kterou jsem našel na internetu nebo sekvence 4 je GFP, protože GFP je dlouhé 139 aminokyselin stejně jako sekvence 4. Vysvětlení by mělo být podloženo výsledkem analýzy v nějakém programu např. v sekvenci 3 se podle programu PSIPRED střídají úseky α-helixů a β-listů, což se shoduje se strukturou GFP, kterou jsem našel tam a tam. Dále se v úloze vyskytují pojmy N-konec a C-konec proteinu. N-konec (podle NH 2 skupiny první aminokyseliny) znamená začátek proteinu a C-konec (podle COOH skupiny poslední aminokyseliny) je konec proteinu. Proteiny mají většinou na N-konci aminokyselinu methionin, protože jako methionin je překládán START kodon v mrna. GFP, zelený fluorescenční protein složen převážně z β-listů * glycophorin A, transmembránový protein červených krvinek přítomnost transmembránového α-helixu* histon H3 nejvyšší pi*, nestrukturovaný N-konec, vysoké zastoupení argininu a lysinu na N-konci*, převážně tvořen α-helixy sekvence aminokyselin náhodně vygenerovaná počítačem rovnoměrné zastoupení všech aminokyselin*, tvořena mnoha krátkými α-helixy a β-listy, které ale nemají vysokou pravděpodobnost výskytu (náhodné sekvence mají tendenci pro nestrukturované chování), nemá na začátku methionin Za každé správné vysvětlení 2,5 bodu Celkem za otázku Celkem za úlohu 1 10 bodů 20 bodů 2
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie A Úloha číslo 2: Různorodost tvarů na pokožce rostlin 1. a) Nákres: hodnotí se věcná správnost a úplnost obrázku (je zobrazeno, co má být vidět, a pokud možno ve správných proporcích): obrázky pokožek listu muškátu a kukuřice, na nichž jsou patrné dva typy buněk, pokožkové a svěrací buňky průduchů (viz přiložené nákresy) za výstižnost obrázků celkem 2 body Rozdíly v uměleckém dojmu se nehodnotí! Po 0,5 bodu strhnout za hrubé technické prohřešky (obrázek není tužkou, chybí zvětšení/měřítko, není dostatečně velký). strhnout za nakreslení struktur, které soutěžící nemohl za daných podmínek vidět (například organely buněk jádro, chloroplasty atp.). Body se odečítají pouze do hranice 0 bodů, nelze dát záporný počet bodů. Popisky: hodnotí se správnost a úplnost popisků svěrací buňky průduchů pokožkové buňky na listu kukuřice jsou vidět také vedlejší buňky průduchů (viz obrázek) v některých preparátech je možné pozorovat také trichomy Za každý správně popsaný typ buňky 0,5 bodu, nejvýše však za popisky k jednomu obrázku. Za správně znějící popisku vedoucí ke špatné struktuře 0 bodů (body ale nestrhávat) Celkem 2 body Tedy: za věcnou správnost a úplnost obrázku (tj. zobrazeno, co má být vidět a zhruba ve správných proporcích) a za správné popsání pozorovaných struktur max 4 body Celkem za otázku 1. a) 4 body Otiskový preparát spodní pokožky listu muškátu, zvětšení 200x 3 Otiskový preparát spodní pokožky listu kukuřice, zvětšení 200x 1. b) Pletivo je díky tvaru buněk mechanicky odolnější ve spojích. Za se uznávají odpovědi, které zmiňují zvýšení mechanické odolnosti. Celkem za otázku 1. b) 1. c) Graminoidní průduch se otevírá zvětšením nestejně ztlustlých koncových částí, průduch typu Amaryllis ohybem celých jednostranně ztlustlých svěracích buněk. Za každou správně zvolenou možnost. Celkem za otázku 1. c) 1. d) voda ven, kyslík ven, oxid uhličitý dovnitř. Za každou správnou odpověď 0,5 bodu. Celkem za otázku 1. d) 1. e) xylemem, podtlakem vzniklým ve vodivém pletivu při odpařování vody z listů. Za každou správně zvolenou možnost 0,5 bodu. Celkem za otázku 1. e) 1. f) Vrby jsou většinou vázány na prostředí, kde netrpí nedostatkem vody (břehy vodních ploch a toků, podmáčená stanoviště atd.). Černýše si berou vodu od svého hostitele, mohou s ní plýtvat. za zmínění 2 body 1,5 bodu
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie A prostředí s dostatkem vody v případě vrb, 0,5 bodu za zmínění, že černýš používá vodu hostitele. Celkem za otázku 1. f) 1. g) Rostliny splývající na vodní hladině, například leknín. Možno uznat i odpověď zmiňující rostliny, které mají listy přitisklé k podkladu. Za alespoň jednu z těchto dvou možností. Celkem za otázku 1. h) 1,5 bodu 1. h) Rozchodník ostrý. Celkem za otázku 1 2. a) 13 bodů A) hvězdicovitý krycí trichom ochrana před nadměrným slunečním zářením (přehřátím, nadměrnou transpirací a výparem atp.), ochrana před predací B) trichom z tilandsie získávání vody ze vzduchu, získávání živin ze vzduchu C) papily tvorba sametového vzhledu korunních lístků, usnadnění přistání opylovačů na korunní lístek, identifikace pylu bliznou D) žahavé trichomy obrana před predací E) háčkovitý trichom zoochorie (tj. šíření plodu pomocí živočichů, tady vně na těle) F) žlaznatý trichom schromažďování silice, ochrana před predací Za každou správnou funkci (stačí jedna ke každému bodu) 0,5 bodu. Trichomy nemusí pojmenovat, stačí funkce (aspoň přibližně popsaná). Celkem za otázku 2. a) 2. b) kopřiva dvoudomá D svízel přítula E divizna malokvětá A maceška zahradní F tilandsie provazovkovitá B pelargonie páskatá C Za každou správně přiřazenou rostlinu 0,5 bodu. Celkem za otázku 2. b) 2. c) Kořenové vlásky (případně vlášení), slouží k příjmu živin a vody z půdního roztoku. 0,5 bodu za pojmenování, 0,5 bodu za funkci. Celkem za úlohu číslo 2. Celkem za praktické úlohy max max 20 bodů 40 bodů Poznávání přírodnin Za úplné správné označení každého organizmu Za neúplné označení Celkem za poznávání přírodnin 0,5 bodu 30 bodů Testové otázky Bodování testu: za jednu označenou správnou možnost. Správné řešení testových otázek: 1c, 2c, 3a, 4c, 5e, 6b, 7c, 8e, 9a, 10b, 11a, 12b, 13a, 14d, 15c, 16b, 17d, 18b, 19a, 20b, 21b, 22b, 23a, 24c, 25c, 26e, 27b, 28c, 29d, 30a. Celkem za testové otázky 30 bodů Celkem za ŠKOLNÍ kolo kategorie A 100 bodů 4
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie B Autorské řešení pro kategorii B Úloha číslo 1: Pozorování listu muškátu 1. řádně zhotovený a popsaný nákres průřezu listem muškátu za výstižnost obrázku (tzn., jsou zobrazeny tři typy buněk, trichomy, viz obr. 1) celkem 2 body pokud není nákres tužkou, není uvedeno zvětšení či není obrázek dostatečně velký, tak strhnout 0,5 bodu; za každý z prohřešků, body nestrhávat do záporných hodnot strhnout za nakreslení struktur, které soutěžící nemohl za daných podmínek vidět (např. DNA, ribozomy, endoplasmatické retikulum apod.) požadované popisky: epidermis/pokožka horní a spodní (stačí epidermis/pokožka a označení horní i spodní vrstvy buněk), palisádový parenchym, houbový parenchym, žláznatý trichom, krycí trichom, případně chloroplasty; také lze zakreslit průřez žilkou (není podmínkou), pak popsány cévní svazky Za každý správně popsaný objekt, ale max. do výše 3 bodů. Za správně znějící popisku vedoucí ale ke špatné struktuře 0 bodů (body ale nestrhávat) celkem Obr. 1 Nákres průřezu listem muškátu. Tedy: za věcnou správnost a úplnost obrázku (tj. zobrazeno, co má být vidět a zhruba ve správných proporcích) a za správné popsání pozorovaných struktur celkem 5 bodů Celkem za otázku 1 2. a) palisádový parenchym 0,5 bodu, slouží k fotosyntéze 0,5 bodu 2. b) houbový parenchym 0,5 bodu, slouží především k výměně plynů a vody 0,5 bodu Celkem za otázku 2 max 5 bodů 3. buňky nasedají těsně na sebe, nejsou mezi nimi volné prostory, mají laločnatý tvar (případně jsou mezi nimi vidět průduchy) (viz obr. 2); jako správnou odpověď uznávat tu, ve které je zmíněno těsné nasedání buněk na sebe bez volných prostor mezi nimi 1bod 2 body 1
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie B Celkem za otázku 3 4. 1. žláznatý trichom 0,5 bodu např. muškát, chmel, rosnatka, máta 0,5 bodu 2. žahavý trichom 0,5 bodu např. kopřiva 0,5 bodu 3. háčkovitý/příchytný trichom 0,5 bodu např. svízel přítula, chmel, lopuch 0,5 bodu Celkem za otázku 4 5. krycí a žláznaté trichomy, za každou správnou odpověď 0,5 bodu Celkem za otázku 5 6. ze spodní strany 7. např. stulík nebo leknín, tedy rostliny s listy plovoucími na vodní hladině, protože pouze svrchní strana jejich listů přichází do styku se vzduchem (a tudíž může probíhat výměna plynů průduchy). Za uvedení zástupce 0,5 bodu, za vysvětlení 0,5 bodu Celkem za otázku 7 8. a) je tvořena cévními svazky (popř. lze uznat floém/lýková část/sítkovice a xylém/dřevní část/tracheje a tracheidy), které jsou vyztužené (sklerenchymem). Za každou správnou odpověď 0,5 bodu 8. b) chybí zde lýková část (floém), jsou zde tedy jen tracheje a tracheidy (dřevní část/xylém) 8. c) fraktály, případně soběpodobné struktury Celkem za otázku 8 9. 1. e, 2. d, 3. a, 4. b, 5. c. Za každou správnou odpověď 0,5 bodu, ale max. do výše 2 bodů Celkem za otázku 9 2 body 10. čeleď lipnicovité (Poaceae), případně trávy Celkem za úlohu číslo 1. Úloha číslo 2: Potravní specializace 1. a) Všechny odpovědi správně, za každé chybné přiřazení strhnout 0,5 bodu, nejméně však 0 bodů. ořechy E, H ryby A, F larvy pod kůrou stromů mlži D, J drobní živočichové ve vodě C, I větší obratlovci B, G 20 bodů Za 1. a) 1. b) K udržení kluzkého rybího těla. Za 1. b) 1. c) C I (filtrační lamely), B G (ostrá zahnutá struktura k trhání masa) Za každou správnou dvojici, nejvíce však 2 body. Uvedení konvergentní struktury není k získání bodů potřebné. Za 1. c) 1. d) Vývojové omezení zabraňující vzniku konkrétní struktury nebo vyvinutí jiné dostačující strategie. 2 body Za odpověď ve smyslu alespoň jedné z možností. Za 1. d) Celkem za otázku 1. 2 7 bodů
Biologická olympiáda 2011 2012, školní kolo kategorie B 2. a) Za správný výběr ze dvou možností 0,5 bodu. Darwinovy pěnkavy žijí na Galapážských ostrovech v Tichém/Indickém oceánu. Jejich populace vznikla z několika málo jedinců, kteří se na ostrovy dostali náhodou před několika tisíci/miliony let z Jižní Ameriky. Na ostrovech pravděpodobně byli / nebyli jiní ptáci živící se podobnou potravou, takže nejvíce si přistěhovalci konkurovali s původními obyvateli /mezi sebou. To vedlo k rychlému rozrůznění jejich potravních specializací / barvy peří. S tímto rozrůzněním byly svázány i změny velikosti těla a stavby zobáku. Rychlý vznik několika druhů v novém prostředí se odborně nazývá adaptivní radiace / kolektivní speciace. Za 2. a) 2. b) 1B, 2C, 3A. Za zcela správní přiřazení 1,5 bodu. Odůvodnění vysvětlující, že k rozlousknutí většího semene je potřeba větší zobák (louskáček) 1,5 bodu. Za 2. b) Celkem za otázku 2. 3. a) Za každý správně vyplněný řádek 0,5 bodu. 6 bodů 1. brhlík, 2. kolpík, 3. lelek, 4. křivka, 5. tenkozobec, 6. vlha, 7. šoupálek, 8. sýc, 9. zvonek Tajenka: koevoluce Za správné znění tajenky 0,5 bodu. Za 3. a) 3. b) Za každé vybrané správné nebo nevybrané špatné tvrzení 0,5 bodu. 5 bodů Správná tvrzení: 1., 4. Za 3. b) Celkem za otázku 3. Celkem za úlohu číslo 2. Celkem za praktické úlohy 2 body 7 bodů 20 bodů 40 bodů Poznávání přírodnin Za úplné správné označení každého organizmu Za neúplné označení Celkem za poznávání přírodnin 0,5 bodu 30 bodů Testové otázky Bodování testu: za jednu označenou správnou možnost. Správné řešení testových otázek: 1a, 2b, 3b, 4d, 5a, 6b, 7c, 8a, 9e, 10d, 11c, 12b, 13b, 14e, 15d, 16d, 17e, 18c, 19c, 20b, 21a, 22b, 23d, 24e, 25c, 26c, 27a, 28b, 29b, 30b. Celkem za testové otázky Celkem za školní kolo kategorie B 30 bodů 100 bodů 3
biologická olympiáda 2011 2012 46. ročník Školní kolo kategorií A a B Autorská řešení soutěžních úloh Autoři: Anna Elexhauserová, Jaroslav Icha, Julie Kovářová, Libor Mořkovský, Marie Pospíšková, Jan Smyčka, Petr Synek a kolektiv členů pracovní skupiny pro tvorbu úkolů BiO kategorie A, B pod vedením Filipa Koláře a Petra Jedelského Pedagogická recenze: Milan Dundr, Martin Jáč, Ivo Králíček, Petr Šíma Redakce: Petr L. Jedelský