10 Ιουνίου 2016 ΒΙΟΛΟΓΙΑ ΓΕΝΙΚΗΣ ΠΑΙΔΕΙΑΣ Απαντήσεις Θεμάτων Επαναληπτικών Πανελλαδικών Εξετάσεων Ημερησίων Γενικών Λυκείων (Παλιό Σύστημα) ΘΕΜΑ Α Α.1 β Α.2 α Α.3 α Α.4 β Α.5 γ ΘΕΜΑ Β B.1 B.2 Β.2 1. Β 2. Α 3. Β 4. Β 5. Α 6. Α Οι τροφικές πυραμίδες αποτελούν απεικονίσεις των ποσοτικών σχέσεων που υπάρχουν μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος. Μια τροφική πυραμίδα αποτελείται από τροφικά επίπεδα (επάλληλα ορθογώνια), σε καθένα από τα οποία περιλαμβάνονται όλοι οι οργανισμοί που τρέφονται απέχοντας «ίδιο αριθμό βημάτων» από τον ήλιο. Η κατάταξη των καταναλωτών στα τροφικά επίπεδα δεν είναι πάντοτε εύκολη, επειδή: Υπάρχουν οργανισμοί που είναι ταυτόχρονα φυτοφάγοι και σαρκοφάγοι (π.χ. άνθρωπος). 1
B.3 Υπάρχουν οργανισμοί που μπορούν να αλλάζουν τις διατροφικές τους συνήθειες ανάλογα με την εποχή (π.χ. αλεπού). Οι διατροφικές προτιμήσεις κάποιων οργανισμών αλλάζουν ανάλογα με το στάδιο της ζωής τους. Για παράδειγμα, ο βάτραχος στο στάδιο του γυρίνου είναι φυτοφάγος, ενώ, όταν μεταμορφωθεί σε ώριμο βάτραχο, γίνεται εντομοφάγος. Ο ιός HIV είναι ο ρετροϊός (ιός RNA) που προκαλεί τη νόσο του AIDS ή Συνδρομο Επίκτητης Ανοσολογικής Ανεπάρκειας. Ο ιός προσβάλλει κυρίως τα βοηθητικά Τ-λεμφοκύτταρα, καθώς και άλλα είδη κυττάρων, όπως είναι τα κυτταροτοξικά Τ-λεμφοκύτταρα και τα νευρικά κύτταρα. Ο ιός εισβάλλει στα κύτταρα αυτά, αφού προσδεθεί στους ειδικούς υποδοχείς που υπάρχουν στην επιφάνειά τους. Β.4 α. Λάθος β. Λάθος γ. Σωστό δ. Λάθος ε. Λάθος στ. Σωστό Β.5 Τα κύτταρα που απαρτίζουν το ανοσοβιολογικό σύστημα είναι κυρίως τα λεμφοκύτταρα, τα οποία ανήκουν στα λευκά αιμοσφαίρια. Τα λεμφοκύτταρα είναι κύτταρα μικρά, στρογγυλά, με σφαιρικό πυρήνα. Διακρίνονται σε δύο κύριες κατηγορίες, τα Τ-λεμφοκύτταρα και τα Β- λεμφοκύτταρα. Τα Β-λεμφοκύτταρα διαφοροποιούνται και ωριμάζουν στο μυελό των οστών. Τα Τ-λεμφοκύτταρα διαφοροποιούνται και ωριμάζουν στο θύμο αδένα. ΘΕΜΑ Γ Γ.1 α. Λάθος. Τα φυλογενετικά δένδρα αποτελούν διαγραμματικές αναπαραστάσεις των εξελικτικών σχέσεων των οργανισμών. Κάθε κλάδος αναπαριστά μία εξελικτική γραμμή, ενώ τα σημεία σύγκλισης των κλάδων αναπαριστούν των κοινό πρόγονο των δύο εξελικτικών γραμμών. Το πάνω μέρος του δένδρου αναπαριστά το παρόν, ενώ όσο πιο κάτω κινούμαστε, πηγαίνουμε πιο πίσω στο χρόνο. Με βάση τα παραπάνω καθώς και τα δεδομένα της Εικόνας 1, βλέπουμε ότι ο κοινός πρόγονος του ποντικού και της κότας έζησε πριν από 320 εκατομμύρια χρόνια, ενώ ο κοινός πρόγονος του ποντικού και του βατράχου 340 εκατομμύρια χρόνια πριν. 2
Έτσι, δεδομένου ότι οι εξελικτικές γραμμές του ποντικού και της κότας απέκλιναν πιο πρόσφατα εξελικτικά από ότι του ποντικού και του βατράχου, συμπεραίνουμε ότι ο ποντικός και η κότα είναι πιο συγγενικά είδη, από ότι ο ποντικός και ο βάτραχος. β. Λάθος. Με βάση το τυπολογικό κριτήριο, δύο οργανισμοί κατατάσσονται στο ίδιο είδος όταν έχουν κοινά μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά. Με βάση αυτό το κριτήριο, που αποτελεί επινόηση του Σουηδού φυσιοδίφη Λινναίου, έχει ταξινομηθεί το σύνολο των διαφορετικών οργανισμών του πλανήτη και έχει γίνει δυνατή η συγκρότηση ευρύτερων ταξινομικών βαθμίδων πέρα από το είδος. Έτσι τα είδη που μοιάζουν μεταξύ τους περισσότερο από ό,τι άλλα συνιστούν ένα γένος, τα γένη που μοιάζουν περισσότερο μεταξύ τους από ό,τι άλλα συνιστούν μια οικογένεια, οι οικογένειες μια τάξη, οι τάξεις μια κλάση, οι κλάσεις ένα φύλο. Η ταξινόμηση των οργανισμών με βάση το τυπολογικό κριτήριο, εκτός του ότι διευκολύνει τη μελέτη τους, αντανακλά και τον τρόπο με τον οποίο αυτοί έχουν εξελιχθεί, αφού οργανισμοί οι οποίοι απέκλιναν μεταξύ τους πιο πρόσφατα κατά την εξέλιξη, αναμένεται να είναι περισσότερο όμοιοι μορφολογικά και βιοχημικά, αφού θα έχουν συσσωρεύσει κατά την εξέλιξή τους από τη στιγμή της απόκλισης και μετά, λιγότερα διαφορετικά χαρακτηριστικά, από ότι δύο οργανισμοί που απέκλιναν εξελικτικά πολύ παλαιότερα. Με βάση την επεξήγηση στο υποερώτημα Γ1.α, η κότα είναι εξελικτικά πιο συγγενική με το βάτραχο παρά με τη σαρδέλα, αφού ο κοινός πρόγονος βατράχου και κότας έζησε πριν 340 εκατομμύρια χρόνια, ενώ ο κοινός πρόγονος σαρδέλας και κότας έζησε πριν από 414 εκατομμύρια χρόνια. Έτσι, αφού η κότα με το βάτραχο είναι πιο συγγενικά είδη από ότι η κότα με τη σαρδέλα, αναμένεται η κότα να μοιάζει και περισσότερο με το βάτραχο, να έχουν δηλαδή περισσότερα κοινά μορφολογικά και βιοχημικά χαρακτηριστικά. Γ.2 Το μικρόβιο 1 διαθέτει πλασμίδιο, άρα πρόκειται για βακτήριο. Το μικρόβιο 2 διαθέτει ψευδοπόδια, άρα πρόκειται για πρωτόζωο. Το μικρόβιο 3 διαθέτει εκβλαστήμα (και φαίνεται να φτιάχνει πολυκύτταρες δομές), άρα πρόκειται για μύκητα. Το μικρόβιο 4 διαθέτει έλυτρο, άρα πρόκειται για ιό. Γ.3 Τα μικρόβια που δεν διαθέτουν πυρήνα θα είναι το μικρόβιο 1, δεδομένου ότι είναι βακτήριο, άρα προκαρυωτικός οργανισμός, και το μικρόβιο 4, δεδομένου ότι είναι ιός, άρα δεν διαθέτει κυτταρική οργάνωση. Το γενετικό υλικό των βακτηρίων αποτελείται από ένα κύριο μόριο DNA, το οποίο βρίσκεται κατά κανόνα σε μια συγκεκριμένη περιοχή, που ονομάζεται πυρηνική περιοχή (πυρηνοειδές). Συχνά διαθέτουν, επιπλέον, μικρότερα μόρια γενετικού υλικού, τα 3
πλασμίδια, τα οποία εντοπίζονται στο κυτταρόπλασμα, εκτός της πυρηνικής περιοχής. Οι ιοί έχουν σχετικά απλή δομή και το γενετικό υλικό τους (DNA ή RNA), προφυλάσσεται μέσα σε ένα πρωτεϊνικό περίβλημα με χαρακτηριστική γεωμετρία, το καψίδιο. Γ.4 Το μικρόβιο 4 είναι ιός, άρα κατά συνέπεια θα είναι υποχρεωτικό ενδοκυτταρικό παράσιτο, που θα εισέλθει σε συγκεκριμένα κύτταρα-ξενιστές της ερευνήτριας. Τα κύτταρα που απαρτίζουν το ανοσοβιολογικό σύστημα είναι κυρίως τα λεμφοκύτταρα, τα οποία ανήκουν στα λευκά αιμοσφαίρια, καθώς και τα φαγοκύτταρα της μη ειδικής άμυνας, μια κατηγορία εκ των οποίων (τα αντιγονοπαρουσιαστικά μακροφάγα κύτταρα) ενεργοποιούν μάλιστα τα Τ- βοηθητικά λεμφοκύτταρα, ενεργοποιώντας την ειδική ανοσοβιολογική απόκριση). Έτσι, τα κύτταρα του ανοσοβιολογικού συστήματος που θα ενεργοποιηθούν μετά την είσοδο του μικροβίου 4 στον οργανισμό της ερευνήτριας θα είναι τα εξής: 1. Φαγοκύτταρα (που μία κατηγορία τους, τα μονοκύτταρα διαφοροποιούνται σε μακροφάγα αντιγονοπαρουσιαστικά κύτταρα) 2. Βοηθητικά Τ- λεμφοκύτταρα 3. Κυτταροτοξικά Τ-λεμφοκύτταρα (έναντι των μολυσμένων από ιό κυττάρων) 4. Β-λεμφοκύτταρα (που πολλαπλασιάζονται και διαφοροποιούνται σε πλασματοκύτταρα και Β-κύτταρα μνήμης). 5. Κατασταλτικά Τ-λεμφοκύτταρα Κατά την πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση που θα πραγματοποιηθεί εξαιτίας της εισόδου του μικροβίου 4 για πρώτη φορά στον οργανισμό της ερευνήτριας θα παραχθούν επίσης δύο ακόμα κατηγορίες λεμφοκυττάρων τα Τ-λεμφοκύτταρα μνήμης και τα Β-λεμφοκύτταρα μνήμης. Αυτά θα ενεργοποιηθούν εάν το μικρόβιο 4 εισέλθει για δεύτερη φορά στον οργανισμό της ερευνήτριας, παράγοντας μεγάλες ποσότητες αντισωμάτων (Β-λεμφοκύτταρα μνήμης) και αντιμετωπίζοντας πάρα πολύ αποτελεσματικά το μικρόβιο 4 (ιός), χωρίς να εμφανιστούν συμπτώματα. ΘΕΜΑ Δ Δ.1 Τα οικοσυστήματα που υπάρχουν στον πλανήτη μας, στην πλειονότητά τους, εισάγουν την ενέργεια που είναι απαραίτητη για τη διατήρηση της δομής τους με τη μορφή της ηλιακής ακτινοβολίας. Τα οικοσυστήματα αυτά χαρακτηρίζονται ως αυτότροφα και διακρίνονται από τα ετερότροφα, στα οποία η εισαγωγή ενέργειας γίνεται με τη μορφή χημικών ενώσεων. Με βάση τα δεδομένα της Εικόνας 3 βλέπουμε ότι το οικοσύστημα Α δέχεται ηλιακή ακτιβολία, αφού εκτείνεται σε τέτοιο βάθος όπου φτάνει το ηλιακό φώς. Άρα, πιθανότατα το οικοσύστημα αυτό θα διαθέτει υδρόβιους αυτότροφους οργανισμούς (παραγωγούς), οι οποίοι θα δεσμεύουν την ηλιακή ακτινοβολία για την παραγωγή γλυκόζης και άλλων απαραίτητων χημικών 4
ενώσεων που τους εξασφαλίζουν ενέργεια. Η ενέργεια αυτή μέσω του τροφικού πλέγματος θα περνά στους υπόλοιπους οργανισμούς του οικοσυστήματος. Έτσι, το οικοσύστημα Α θα χαρακτηρίζεται ως αυτότροφο. Εν αντιθέσει, στο οικοσύστημα Β δεν φθάνει ηλιακή ακτινοβολία, λόγω του μεγάλου βάθους του. Άρα, το οικοσύστημα Β, δεν είναι δυνατόν να διαθέτει παραγωγούς, αφού η φωτοσύνθεση θα είναι αδύνατη. Έτσι, θα πρέπει η απαιτούμενη ενέργεια να εισάγεται στο οικοσύστημα με τη μορφή χημικών ενώσεων, πιθανότατα με τη μορφή οργανικής ύλης από το υπερκείμενο Οικοσύστημα Α. Έτσι, το οικοσύστημα Β θα χαρακτηρίζεται ως ετερότροφο. Δ.2 Το οικοσύστημα Α είναι αυτότροφο, δηλαδή εξασφαλίζει την απαιτούμενη ενέργεια για τη διατήρηση της δομής τους μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας που δεσμεύεται κατά τη φωτοσύνθεση από τους παραγωγούς. Ένα παράδειγμα αντίστοιχου χερσαίου οικοσυστήματος, μπορεί να αποτελεί ένα δάσος. Το οικοσύστημα Β είναι ετερότροφο, δηλαδή η απαιτούμενη ενέργεια εισάγεται σε αυτό με τη μορφή χημικών ενώσεων. Ένα αντίστοιχο οικοσύστημα μπορεί να είναι μία πόλη, η οποία εισάγει την ενέργεια που χρειάζεται για την επιβίωση των κατοίκων της με τη μορφή των τροφίμων που δεν έχουν παραχθεί σ' αυτήν αλλά σε άλλα αυτότροφα οικοσυστήματα. Δ.3 Η συγκέντρωση διαλυμένου στο νερό οξυγόνου θα είναι μεγαλύτερη στο οικοσύστημα Α, ενώ η συγκέντρωση διοξειδίου του άνθρακα θα είναι μεγαλύτερη στο οικοσύστημα Β. Αυτό θα συμβαίνει για τους εξής λόγους: Κατά την διαδικασία της φωτοσύνθεσης, η οποία πραγματοποιείται μόνο από τους αυτότροφους οργανισμούς (παραγωγούς) δεσμεύεται διοξείδιο του άνθρακα, σε συνδυασμό με νερό, ηλιακή ενέργεια και ανόργανες ενώσεις, για την παραγωγή γλυκόζης, ενώ παράλληλα παράγεται και οξυγόνο, το οποίο αποβάλλεται από τους παραγωγούς. Επιπλέον, όλοι οι οργανισμοί ενός οικοσυστήματος, πραγματοποιούν για την κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών την διαδικασία της κυτταρικής αναπνοής, όπου η γλυκόζης και άλλες ενώσεις οξειδώνονται για την παραγωγή ενέργειας, με παράλληλη παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα. Έτσι, κατά τη φωτοσύνθεση καταναλώνεται διοξείδιο του άνθρακα και παράγεται οξυγόνο, ενώ κατά την κυτταρική αναπνοή καταναλώνεται οξυγόνο και παράγεται διοξείδιο. Καθώς το οικοσύστημα Α διαθέτει παραγωγούς αφού είναι αυτότροφο, ενώ το οικοσύστημα Β δεν διαθέτει παραγωγούς αφού είναι ετερότροφο, οι παραγωγοί αυτοί φωτοσυνθέτωντας θα εμπλουτίζουν το νερό του οικοσυστήματος Α σε οξυγόνο. Επιπλεόν, επειδή το οικοσύστημα Α συνορεύει με τον ατμοσφαιρικό αέρα, οξυγόνο μπορεί να διαλύεται στο νερό του, από την ατμόσφαιρα. Για τους λόγους αυτούς το οικοσύστημα Α θα διαθέτει μεγαλύτερες ποσότητες οξυγόνου από το οικοσύστημα Β, το οποίο θα λαμβάνει ένα μέρος του οξυγόνου που εισάγεται 5
ή παράγεται στο οικοσύστημα Α για την κάλυψη των αναγκών των οργανισμών του, μέσω διάχυσης. Εν αντιθέσει, στο ετερότροφο οικοσύστημα, οι οργανισμοί (καταναλωτές και αποικοδομητές), θα πραγματοποιούν αποκλειστικά κυτταρική αναπνοή, καταναλώνοντας οξυγόνο και παράγοντας διοξείδιο του άνθρακα. Εν αντιθέσει με το οικοσύστημα Α, το παραγόμενο διοξείδιο του άνθρακα δεν θα καταναλώνεται με τη φωτοσύνθεση, αφού δεν υπάρχουν φωτοσυνθετικοί οργανισμοί, άρα θα συσσωρεύεται. Επιπλέον, δεδομενου ότι η νεκρή οργανική ύλη και από τα δύο οικοσυστήματα, θα καταλήγει στον πυθμένα του βυθού, που είναι μέρος του οικοσυστήματος Β, αναμένεται εκεί να συναντάται πληθώρα αποικοδομητών, οι οποίοι θα καταναλώνουν μεγαλες ποσότητες οξυγόνου και θα παράγουν μεγάλες ποσότητες διοξειδίου του άνθρακα για την αποικοδόμησή της μέσω της κυτταρικής αναπνοής. Έτσι, το οικοσύστημα Β αφού παράγει περισσότερο διοξείδιο του άνθρακα από το οικοσύστημα Α, ενώ εν αντιθέσει αυτό δεν το καταναλώνει για τους σκοπούς της φωτοσύνθεσης, θα έχει μεγαλύτερες συγκεντρώσεις διοξειδίου του άνθρακα από ότι το οικοσύστημα Α. Δ.4 Το φαινόμενο του ευτροφισμού προκαλείται από τη ρίψη αστικών λύματών, αλλά και λιπασμάτων που αποπλένονται από το νερό της βροχής, στα υδάτινα οικοσυστήματα. Έτσι το νερό των οικοσυστημάτων εμπλουτίζεται με τα νιτρικά και τα φωσφορικά άλατα που αυτά περιέχουν. Επειδή όμως οι ουσίες αυτές αποτελούν θρεπτικά συστατικά για τους υδρόβιους φωτοσυνθετικούς οργανισμούς (φυτοπλαγκτόν), προκαλείται υπέρμετρη αύξηση του πληθυσμού τους. Έτσι αυξάνεται και ο πληθυσμός των μονοκύτταρων ζωικών οργανισμών (ζωοπλαγκτόν) που εξαρτώνται τροφικά από το φυτοπλαγκτόν. Με το θάνατο των πλαγκτονικών οργανισμών συσσωρεύεται νεκρή οργανική ύλη, η οποία με τη σειρά της πυροδοτεί την αύξηση των αποικοδομητών, δηλαδή των βακτηρίων που την καταναλώνουν. Με την αύξηση όμως των μικροοργανισμών ο ρυθμός κατανάλωσης οξυγόνου γίνεται πολύ μεγαλύτερος από το ρυθμό παραγωγής του. Έτσι η ποσότητα του οξυγόνου που βρίσκεται διαλυμένη στο νερό γίνεται ολοένα μικρότερη, γεγονός που πλήττει τους ανώτερους οργανισμούς του οικοσυστήματος, όπως τα ψάρια, που πεθαίνουν από ασφυξία. Εξαιτίας της υπέρμετρης αύξησης των μονοκύτταρων οργανισμών (φυτοπλαγκτόν, ζωοπλαγκτόν, αποικοδομητές) παρατηρείται θολερότητα των υδάτων κατά το φαινόμενο του ευτροφισμού, ενώ παράλληλα τα νερά πρασινίζουν από την ύπαρξη του φυτοπλαγκτού. Έτσι, η ηλιακή ακτινοβολία θα απορροφάται σε μεγαλύτερο βαθμό από το θολό και πράσινο νερό της λίμνης που θα εμφανίζει ευτροφισμό και έτσι το ηλιακό φως δεν θα μπορεί να φτάσει στο φυσιολογικό, αλλά σε μικρότερο από το κανονικό βάθος. 6