Wojewódzki Konkurs z Biologii (łódzkie) - genetyka, ewolucja, ekologia

1.Podwójna helisa DNA - budowa i przechowywanie informacji genetycznej

DNA (kwas deoksyrybonukleinowy) zbudowany jest z nukleotydów. Każdy nukleotyd to cukier deoksyryboza, reszta kwasu fosforowego i jedna z czterech zasad azotowych: adenina (A), tymina (T), cytozyna (C) lub guanina (G). Dwie nici skręcone razem tworzą podwójną helisę. Łączą je wiązania wodorowe między zasadami zgodnie z regułą komplementarności: A z T, C z G, dlatego w DNA jest tyle samo A co T i tyle samo C co G. Informacja genetyczna jest zapisana w kolejności (sekwencji) nukleotydów. U człowieka DNA znajduje się głównie w jądrze komórkowym, niewielka ilość także w mitochondriach.

2.Replikacja semikonserwatywna DNA - przebieg i znaczenie

Replikacja to powielenie DNA; zachodzi przed podziałem komórki. Podwójna helisa rozplata się, bo pękają wiązania wodorowe między zasadami, a każda z dwóch nici służy jako matryca. Enzym polimeraza DNA dobudowuje do niej nową nić zgodnie z regułą komplementarności (naprzeciw A staje T, naprzeciw C staje G). Powstają dwie identyczne cząsteczki DNA. Każda składa się z jednej nici starej i jednej nowej - dlatego replikację nazywa się semikonserwatywną, czyli półzachowawczą. Znaczenie: obie komórki potomne otrzymują taką samą, kompletną informację genetyczną.

3.Chromosom, autosomy i chromosomy płci; komórki haploidalne i diploidalne

Chromosom to DNA związany z białkami. Po replikacji składa się z dwóch identycznych chromatyd siostrzanych połączonych w centromerze. Typowe komórki somatyczne (ciała) człowieka są diploidalne: $2n = 46$. Mają 22 pary chromosomów homologicznych (autosomy) oraz parę chromosomów płci: XX u kobiety, XY u mężczyzny. Chromosomy X i Y różnią się budową i zestawem genów. W każdej parze jeden chromosom pochodzi od matki, drugi od ojca. Gamety (komórka jajowa i plemnik) są haploidalne: $n = 23$, czyli 22 autosomy i jeden chromosom płci. Zapłodnienie odtwarza w zygocie liczbę $2n = 46$.

4.Mitoza i mejoza - znaczenie biologiczne

Mitoza to jeden podział: z komórki macierzystej powstają 2 komórki potomne o takiej samej liczbie chromosomów i tej samej informacji genetycznej (u człowieka dwie komórki $2n = 46$). Znaczenie: wzrost organizmu, gojenie ran, wymiana zużytych komórek. Mejoza to dwa kolejne podziały: z komórki diploidalnej powstają 4 komórki haploidalne ($n = 23$), różniące się genetycznie. Znaczenie: u człowieka i zwierząt prowadzi do powstania gamet, zapewnia stałą liczbę chromosomów w kolejnych pokoleniach i zwiększa zmienność genetyczną, m.in. dzięki wymianie odcinków chromosomów (crossing-over).

5.Gen, allel, genotyp, fenotyp, homozygota, heterozygota

Gen - odcinek DNA z informacją o budowie białka (lub cząsteczki RNA), warunkujący cechę. Allel - jedna z wersji tego samego genu; komórka diploidalna ma zwykle dwa allele danego genu, po jednym od każdego z rodziców. Genotyp - zestaw alleli osobnika, np. AA, Aa, aa. Fenotyp - zespół cech osobnika (wygląd, budowa, funkcjonowanie); zależy od genotypu i od środowiska. Homozygota ma dwa jednakowe allele genu: dominująca AA, recesywna aa. Heterozygota ma dwa różne allele: Aa. Przy dominacji pełnej allel dominujący (A) ujawnia się u AA i Aa, a recesywny (a) tylko u homozygoty aa.

6.Dziedziczenie jednogenowe i szachownica Punnetta

Cechę jednogenową warunkuje jeden gen. Do każdej gamety trafia tylko jeden allel z pary (I prawo Mendla, prawo czystości gamet). Szachownica Punnetta: w nagłówku wierszy wpisujemy gamety jednego rodzica, w nagłówku kolumn - drugiego, a w polach genotypy potomstwa. Aa x Aa: genotypy 1 AA : 2 Aa : 1 aa, fenotypy 3 : 1 (75% z cechą dominującą, 25% z recesywną). Aa x aa: 1 Aa : 1 aa, fenotypy 1 : 1. AA x aa: całe potomstwo Aa, z cechą dominującą. Wynik podaje prawdopodobieństwo dla każdego potomka z osobna, a nie pewny podział dzieci w jednej rodzinie.

7.Dziedziczenie płci i choroby sprzężone z płcią: daltonizm, hemofilia, dystrofia mięśniowa

Prawidłowa komórka jajowa ma chromosom X, a plemnik - X albo Y. O płci dziecka decyduje więc plemnik: XX to dziewczynka, XY to chłopiec; prawdopodobieństwo każdej płci wynosi 50%. Choroby sprzężone z płcią warunkują geny z chromosomu X. Daltonizm (zaburzenie rozróżniania barw), hemofilia (zaburzenie krzepnięcia krwi) i dystrofia mięśniowa Duchenne'a (postępujący zanik mięśni) są recesywne. Mężczyzna ma jeden chromosom X, więc choruje już przy jednym allelu recesywnym ($X^hY$). Kobieta $X^HX^h$ jest zdrową nosicielką; choruje dopiero $X^hX^h$. Syn dostaje chromosom X od matki, a Y od ojca.

8.Drzewa rodowe i choroby autosomalne recesywne: mukowiscydoza, fenyloketonuria

Drzewo rodowe pokazuje dziedziczenie cechy w rodzinie: kwadrat to mężczyzna, koło to kobieta, symbol zamalowany - osoba chora. Gdy zdrowi rodzice mają chore dziecko, choroba jest recesywna. Jeśli jest autosomalna, oboje rodzice są nosicielami (Aa), a każde ich dziecko ma 25% ryzyka choroby (aa). Tak dziedziczą się mukowiscydoza (gęsty, lepki śluz w płucach i trzustce) i fenyloketonuria (organizm nie przetwarza fenyloalaniny; konieczna dieta ustalona przez lekarza). Przy chorobie sprzężonej z płcią nosicielką jest zwykle tylko matka, a chorują głównie synowie.

9.Grupy krwi ABO i Rh - dziedziczenie

Układ ABO warunkuje jeden gen o trzech allelach: $I^A$, $I^B$ oraz $i$. Allele $I^A$ i $I^B$ dominują nad $i$, a wobec siebie są równorzędne (kodominacja). Grupa A: $I^A I^A$ lub $I^A i$; grupa B: $I^B I^B$ lub $I^B i$; grupa AB: $I^A I^B$; grupa 0: $ii$. Układ Rh: allel D (antygen D na krwinkach czerwonych, krew Rh+) dominuje nad allelem d. Krew Rh+ mają osoby DD i Dd, krew Rh- osoby dd. Dwoje rodziców Rh+ może mieć dziecko Rh-, jeśli oboje są heterozygotami Dd (prawdopodobieństwo 25%). Rodzice z grupą 0 mają dzieci z grupą 0.

10.Mutacje genowe i chromosomowe (liczbowe i strukturalne), czynniki mutagenne

Mutacja to nagła, trwała zmiana materiału genetycznego. Mutacja genowa zmienia sekwencję nukleotydów w genie (zamiana, utrata lub wstawienie nukleotydu); skutkiem są np. mukowiscydoza i fenyloketonuria. Mutacja chromosomowa strukturalna zmienia budowę chromosomu (utrata, podwojenie, odwrócenie lub przeniesienie fragmentu). Mutacja chromosomowa liczbowa zmienia liczbę chromosomów, np. trisomia 21. Czynniki mutagenne: fizyczne (promieniowanie UV, rentgenowskie), chemiczne (składniki dymu tytoniowego), biologiczne (niektóre wirusy). Dziedziczone są mutacje obecne w gametach.

11.Nowotwory - niekontrolowane podziały komórek i czynniki ryzyka

Nowotwór powstaje, gdy w komórce nagromadzą się mutacje genów kontrolujących podziały - komórki dzielą się wtedy w sposób niekontrolowany. Nowotwór łagodny rośnie zwykle wolno i nie daje przerzutów. Nowotwór złośliwy nacieka sąsiednie tkanki i może tworzyć przerzuty, czyli ogniska w odległych narządach. Nowotworom sprzyjają: palenie tytoniu, alkohol, nadmierne opalanie i solaria, niektóre wirusy (HPV, HBV), niewłaściwa dieta, otyłość, brak ruchu. Profilaktyka: unikanie tych czynników, ochrona skóry przed słońcem, szczepienia (HPV, WZW typu B), badania kontrolne zalecane przez lekarza.

12.Informacja genetyczna a kod genetyczny; cechy kodu genetycznego

Informacja genetyczna to zapis budowy białek w kolejności nukleotydów DNA - różna u różnych organizmów. Kod genetyczny to reguła tłumaczenia tego zapisu na kolejność aminokwasów. Cechy kodu: trójkowy (aminokwas oznaczają trzy kolejne nukleotydy - kodon), jednoznaczny (kodon oznacza tylko jeden aminokwas), zdegenerowany (większość aminokwasów ma więcej niż jeden kodon), niezachodzący (kodony nie nakładają się na siebie), bezprzecinkowy (między kodonami nie ma przerw), prawie uniwersalny (niemal taki sam u wszystkich organizmów). Kodonów jest 64: 61 oznacza aminokwasy, a 3 to kodony stop.

13.Odczyt DNA i mRNA z tabeli kodu genetycznego

Tabela kodu genetycznego podaje kodony mRNA. 1) Z nici matrycowej DNA zapisz komplementarny mRNA: naprzeciw A staje U (uracyl zastępuje w RNA tyminę), naprzeciw T - A, C - G, G - C. 2) Podziel mRNA na trójki, zaczynając od kodonu start AUG, który oznacza też metioninę. 3) Dla każdego kodonu odczytaj aminokwas z tabeli. 4) Zakończ na kodonie stop (UAA, UAG lub UGA) - nie oznacza on aminokwasu. Przykład: nić matrycowa DNA TAC AAA ATT daje mRNA AUG UUU UAA, czyli metionina - fenyloalanina - stop. Liczba nukleotydów kodujących aminokwasy to liczba aminokwasów razy 3; kodon stop to 3 kolejne.

14.Biosynteza białek: transkrypcja i translacja; mRNA, tRNA, rRNA

Biosynteza białek ma dwa etapy. Transkrypcja zachodzi w jądrze komórkowym: na matrycy jednej nici DNA powstaje mRNA (informacyjny RNA), który przenosi przepis na białko do cytoplazmy. Translacja zachodzi na rybosomach: rybosom przesuwa się po mRNA kodon po kodonie, a cząsteczki tRNA (transportujący RNA) dostarczają aminokwasy; antykodon tRNA jest komplementarny do kodonu mRNA. Aminokwasy łączą się wiązaniami peptydowymi w łańcuch białka. rRNA (rybosomowy RNA) razem z białkami buduje rybosomy. RNA jest zwykle jednoniciowy, zawiera cukier rybozę i uracyl (U) zamiast tyminy.

15.Dziedziczenie dwugenowe: drugie prawo Mendla i krzyżówki dwugenowe

Drugie prawo Mendla (prawo niezależnej segregacji): allele genów leżących na różnych parach chromosomów rozchodzą się do gamet niezależnie od siebie. Podwójna heterozygota AaBb wytwarza cztery rodzaje gamet w równych ilościach: AB, Ab, aB, ab. Krzyżówka AaBb x AaBb: szachownica Punnetta ma 16 pól, a fenotypy rozkładają się w stosunku 9 : 3 : 3 : 1 (9 z obiema cechami dominującymi, 3 + 3 z jedną dominującą, 1 z obiema recesywnymi - aabb). Krzyżówka testowa AaBb x aabb daje 1 : 1 : 1 : 1. Prawdopodobieństwa dla obu genów można mnożyć: aabb to $\frac{1}{4} \cdot \frac{1}{4} = \frac{1}{16}$.

16.Kariotyp prawidłowy i nieprawidłowy: zespół Downa, zespół Turnera, zespół Klinefeltera

Kariotyp to zestaw chromosomów komórki somatycznej, uporządkowany w pary według wielkości i kształtu. Kariotyp prawidłowy: kobieta 46,XX, mężczyzna 46,XY. Zespół Downa: 47 chromosomów, trzy chromosomy 21 (trisomia 21), np. 47,XX,+21; charakterystyczne rysy twarzy, niepełnosprawność intelektualna różnego stopnia, częste wady serca. Zespół Turnera: 45,X (inaczej X0, tylko jeden chromosom płci) - kobieta niskiego wzrostu, zwykle niepłodna. Zespół Klinefeltera: 47,XXY - mężczyzna, zwykle wysoki i niepłodny. Przyczyną jest najczęściej nieprawidłowe rozejście się chromosomów podczas mejozy.

17.PCR (łańcuchowa reakcja polimerazy) - powielanie DNA

PCR to technika powielania wybranego fragmentu DNA w probówce. Składniki: matrycowy DNA, startery (krótkie odcinki DNA wyznaczające powielany fragment), wolne nukleotydy i polimeraza DNA odporna na wysoką temperaturę. Cykl ma trzy etapy: denaturacja - w temperaturze ok. $95~\mathrm{^{\circ}C}$ nici DNA się rozdzielają; przyłączanie starterów - po obniżeniu temperatury; wydłużanie - polimeraza dobudowuje nowe nici. W każdym cyklu liczba kopii się podwaja: po $n$ cyklach z jednej cząsteczki powstaje $2^n$ kopii. Zastosowania: diagnostyka chorób, wykrywanie wirusów, kryminalistyka.

18.Elektroforeza DNA i sekwencjonowanie DNA

Elektroforeza DNA rozdziela fragmenty DNA według długości. Próbki nanosi się do studzienek w żelu i włącza prąd. DNA ma ładunek ujemny, więc wędruje w stronę elektrody dodatniej. Krótsze fragmenty przeciskają się przez żel szybciej i docierają dalej, dłuższe zostają bliżej studzienek. Powstają prążki porównywane z wzorcem długości. Zastosowania: sprawdzanie wyniku PCR, ustalanie ojcostwa, kryminalistyka. Sekwencjonowanie DNA to ustalanie kolejności nukleotydów w cząsteczce DNA. Pozwoliło poznać m.in. genom człowieka; służy do wykrywania mutacji i badania pokrewieństwa gatunków.

19.GMO i organizm transgeniczny - czym są i jak się je otrzymuje

GMO (organizm zmodyfikowany genetycznie) to organizm, którego materiał genetyczny celowo zmieniono metodami inżynierii genetycznej. Organizm transgeniczny to GMO, do którego wprowadzono gen innego gatunku (transgen). Otrzymywanie: gen wycina się enzymami restrykcyjnymi i wkleja do wektora, np. plazmidu bakterii; wektor wprowadza gen do komórek biorcy. U roślin używa się bakterii glebowych albo wstrzeliwania DNA do komórek, u zwierząt - wstrzyknięcia DNA do zapłodnionej komórki jajowej. Przykłady: bakterie wytwarzające ludzką insulinę, kukurydza odporna na owady, soja odporna na herbicydy.

20.Terapia genowa; zastosowania genetyki i biotechnologii (medycyna, rolnictwo, ochrona środowiska)

Terapia genowa polega na wprowadzeniu do komórek chorego prawidłowej kopii genu, która ma zastąpić działanie genu wadliwego. Gen przenosi wektor, najczęściej unieszkodliwiony wirus. Zmiany w komórkach somatycznych nie są dziedziczone. To metoda trudna, stosowana w nielicznych chorobach i pod ścisłą kontrolą lekarzy. Zastosowania genetyki i biotechnologii - medycyna: insulina i szczepionki wytwarzane przez drobnoustroje, diagnostyka chorób genetycznych; rolnictwo: odmiany roślin odporne na szkodniki i suszę; ochrona środowiska: bakterie oczyszczające ścieki i rozkładające plamy ropy.

21.Ewolucja i świadectwa ewolucji - bezpośrednie i pośrednie

Ewolucja to stopniowe zmiany cech dziedzicznych organizmów w kolejnych pokoleniach, prowadzące do powstawania nowych gatunków. Świadectwa bezpośrednie: skamieniałości, formy przejściowe (archeopteryks - cechy gadów i ptaków) i żywe skamieniałości (latimeria, miłorząb). Świadectwa pośrednie: narządy homologiczne - wspólne pochodzenie i plan budowy, różne funkcje (ręka człowieka, skrzydło nietoperza, płetwa wieloryba); narządy analogiczne - podobna funkcja, różne pochodzenie (skrzydło motyla i ptaka); narządy szczątkowe (kość ogonowa człowieka); podobieństwo zarodków, DNA i białek.

22.Dobór naturalny: stabilizujący, kierunkowy, rozrywający; dobór sztuczny

Dobór naturalny: osobniki lepiej przystosowane częściej przeżywają i mają więcej potomstwa, więc ich cechy stają się w populacji częstsze. Dobór stabilizujący faworyzuje cechy przeciętne i usuwa skrajne (masa urodzeniowa noworodków). Dobór kierunkowy faworyzuje jedną skrajność (ciemne krępaki na okopconych drzewach, bakterie oporne na antybiotyki). Dobór rozrywający faworyzuje obie skrajności kosztem form pośrednich - populacja różnicuje się na dwie grupy. Dobór sztuczny prowadzi człowiek: do rozrodu wybiera osobniki o cechach korzystnych dla siebie (rasy psów, odmiany zbóż).

23.Specjacja właściwa a transformacja filetyczna; specjacja allopatryczna i sympatryczna

Specjacja to powstawanie nowych gatunków. Specjacja właściwa: jeden gatunek rozdziela się na dwa lub więcej, więc liczba gatunków rośnie. Transformacja filetyczna: cały gatunek stopniowo przekształca się w nowy - liczba gatunków się nie zmienia. Specjacja allopatryczna: populacje rozdziela bariera geograficzna (góry, morze, rzeka); gromadzą różne zmiany, aż przestają się krzyżować (zięby Darwina na Galapagos). Specjacja sympatryczna: nowy gatunek powstaje na tym samym obszarze, bez bariery, np. przez zwielokrotnienie liczby chromosomów u roślin. W obu typach powstaje izolacja rozrodcza.

24.Dryf genetyczny: efekt założyciela i efekt wąskiego gardła

Dryf genetyczny to losowe zmiany częstości alleli w populacji. Nie zależy od tego, czy cecha jest korzystna - tym różni się od doboru naturalnego. Najsilniej działa w małych populacjach: jedne allele giną, inne się utrwalają, więc zmienność genetyczna maleje. Efekt założyciela: nową populację zakłada kilka osobników (np. na wyspie), które niosą tylko część alleli populacji wyjściowej. Efekt wąskiego gardła: katastrofa (pożar, epidemia) gwałtownie zmniejsza liczebność i przeżywa przypadkowa część osobników; mimo późniejszego wzrostu liczebności zmienność pozostaje mała, np. u gepardów.

25.Człowiek a inne naczelne - podobieństwa i różnice

Człowiek należy do rzędu naczelnych, a najbliżej spokrewniony jest z małpami człekokształtnymi: szympansem, bonobo, gorylem i orangutanem. Podobieństwa: chwytne dłonie z przeciwstawnym kciukiem, paznokcie zamiast pazurów, oczy z przodu głowy (widzenie przestrzenne), duży mózg, długa opieka nad potomstwem. Cechy swoiste człowieka: postawa dwunożna, kręgosłup w kształcie litery S, krótka i szeroka miednica, wysklepiona stopa bez przeciwstawnego palucha, kończyny dolne dłuższe od górnych, duża mózgoczaszka, bródka, mowa. Człowiek nie pochodzi od współczesnych małp - ma z nimi wspólnego przodka.

26.Etapy antropogenezy - od australopiteka do Homo sapiens

Antropogeneza to ewolucyjne pochodzenie człowieka; jej kolebką jest Afryka. Kolejność form: australopitek - postawa dwunożna, mały mózg, zbliżony wielkością do mózgu szympansa (znany szkielet „Lucy”); Homo habilis (człowiek zręczny) - większy mózg, proste narzędzia kamienne; Homo erectus (człowiek wyprostowany) - posługiwał się ogniem i jako pierwszy rozprzestrzenił się poza Afrykę; Homo sapiens (człowiek rozumny) - duża mózgoczaszka, mowa, sztuka. Neandertalczyk to boczna linia: żył w Europie i zachodniej Azji i wymarł. Kierunki zmian: dwunożność, wzrost mózgu, coraz lepsze narzędzia.

27.Drzewo filogenetyczne - odczytywanie pokrewieństwa gatunków

Drzewo filogenetyczne to schemat pokrewieństwa ewolucyjnego gatunków. Końce gałęzi to gatunki (żyjące lub wymarłe), a węzły, czyli miejsca rozgałęzień, oznaczają ostatniego wspólnego przodka gałęzi, które z nich wychodzą. Zasada odczytu: dwa gatunki są tym bliżej spokrewnione, im później żył ich ostatni wspólny przodek, czyli im później rozdzieliły się ich gałęzie. Liczy się kolejność rozgałęzień, a nie sąsiedztwo nazw na rysunku - gałęzie można obracać wokół węzłów. Dwie gałęzie wychodzące z jednego węzła to grupy siostrzane. Drzewa buduje się, porównując budowę, DNA i białka gatunków.

28.Prawo Hardy'ego-Weinberga i równanie $p^2 + 2pq + q^2 = 1$

Prawo Hardy'ego-Weinberga: w populacji idealnej częstości alleli i genotypów nie zmieniają się w kolejnych pokoleniach. Założenia: populacja bardzo duża, losowe krzyżowanie, brak mutacji, migracji i doboru naturalnego. Dla genu o dwóch allelach: $p$ - częstość allelu dominującego A, $q$ - recesywnego a, $p + q = 1$. Częstości genotypów: $p^2 + 2pq + q^2 = 1$, gdzie $p^2$ to AA, $2pq$ to Aa, $q^2$ to aa. Liczenie: z częstości osobników o cesze recesywnej ($q^2$) oblicz $q$, potem $p = 1 - q$ i $2pq$. Przykład: $q^2 = 0{,}04$, więc $q = 0{,}2$, $p = 0{,}8$, $2pq = 0{,}32$, $p^2 = 0{,}64$.

29.Tolerancja ekologiczna - zakres tolerancji, stenobionty i eurybionty

Tolerancja ekologiczna to zdolność organizmu do życia w określonym przedziale wartości czynnika środowiska (temperatury, wilgotności, zasolenia, światła). Zakres tolerancji wyznaczają minimum i maksimum - poza nimi organizm ginie. Na wykresie krzywa ma kształt dzwonu: szczyt to optimum, czyli wartości najkorzystniejsze, a przy krańcach zakresu organizm żyje, ale słabo rośnie i rzadko się rozmnaża. Stenobionty mają wąski zakres tolerancji (pstrąg potokowy - woda chłodna i dobrze natleniona) i mogą być bioindykatorami. Eurybionty mają szeroki zakres (szczur wędrowny, sosna zwyczajna).

30.Cechy populacji: liczebność, zagęszczenie, rozmieszczenie, struktura wiekowa i płciowa

Populacja to osobniki jednego gatunku żyjące w tym samym czasie na określonym obszarze. Liczebność - liczba osobników; zwiększają ją rozrodczość i imigracja, zmniejszają śmiertelność i emigracja. Zagęszczenie - liczba osobników na jednostkę powierzchni lub objętości, np. na $1~\mathrm{m^2}$. Rozmieszczenie: skupiskowe (najczęstsze: stada, kępy), równomierne (ptaki broniące terytoriów) lub losowe. Struktura wiekowa - udział osobników młodych, dojrzałych i starych; płciowa - proporcja samców i samic. W terenie rośliny liczy się w ramkach o boku $1~\mathrm{m}$ i uśrednia wyniki.

31.Producenci, konsumenci, reducenci; łańcuchy i sieci pokarmowe

Ekosystem tworzą biocenoza (organizmy) i biotop (elementy nieożywione: woda, gleba, powietrze, światło). Producenci (rośliny, glony, część bakterii) wytwarzają związki organiczne z nieorganicznych. Konsumenci zjadają inne organizmy: I rzędu to roślinożercy, dalszych rzędów - drapieżcy. Reducenci, czyli destruenci (bakterie, grzyby), rozkładają martwą materię do związków nieorganicznych. Łańcuch pokarmowy zaczyna się zwykle od producenta, a strzałka prowadzi od zjadanego do zjadającego: trawa → konik polny → żaba → zaskroniec. Sieć pokarmowa to połączone łańcuchy jednego ekosystemu.

32.Poziomy i piramidy troficzne; przepływ energii i obieg materii

Poziom troficzny to ogniwo łańcucha pokarmowego: I poziom - producenci, II - konsumenci I rzędu, III - konsumenci II rzędu. Piramida troficzna przedstawia liczebność, biomasę lub energię kolejnych poziomów; jej podstawą są producenci. Energia przepływa jednokierunkowo: od Słońca do producentów i dalej, a na każdym poziomie większość jest zużywana na procesy życiowe i rozpraszana jako ciepło. Na wyższy poziom przechodzi zwykle około 10% energii, dlatego łańcuchy są krótkie. Materia krąży: reducenci zwracają do środowiska pierwiastki (np. węgiel, azot), które ponownie pobierają producenci.

33.Oddziaływania antagonistyczne i nieantagonistyczne między organizmami

Oddziaływania antagonistyczne - co najmniej jedna strona traci: konkurencja (rywalizacja o ten sam zasób: światło, pokarm; wewnątrz- lub międzygatunkowa), drapieżnictwo (ryś i sarna), roślinożerność (sarna i pędy drzew), pasożytnictwo (tasiemiec i człowiek). Oddziaływania nieantagonistyczne - żadna strona nie traci: mutualizm, czyli ścisła symbioza, zwykle konieczna dla obu stron (grzyb i glon w poroście, mikoryza), protokooperacja - korzystna dla obu, ale nieobowiązkowa (rak pustelnik i ukwiał), komensalizm - jeden gatunek korzysta, drugi nie zyskuje i nie traci (rekin i podnawka).

34.Porosty, bioindykacja i skala porostowa

Porosty tworzą grzyb i glon (lub sinica): grzyb pobiera wodę z solami mineralnymi, glon prowadzi fotosyntezę. Wodę chłoną całą powierzchnią plechy, dlatego są wrażliwe na zanieczyszczenia powietrza, zwłaszcza tlenek siarki(IV) $\ce{SO2}$. Bioindykacja to ocena stanu środowiska na podstawie organizmów wskaźnikowych (bioindykatorów). Skala porostowa łączy typ plechy z czystością powietrza: brak porostów (pustynia porostowa) - powietrze silnie zanieczyszczone; tylko plechy skorupiaste - duże zanieczyszczenie; listkowate - średnie lub małe; krzaczkowate, np. brodaczka - powietrze czyste.

35.Zasoby przyrody: zasoby odnawialne i nieodnawialne, racjonalne gospodarowanie

Zasoby przyrody to elementy środowiska, z których korzysta człowiek. Niewyczerpywalne: energia Słońca, wiatru i pływów morskich. Wyczerpywalne zasoby odnawialne odtwarzają się, jeśli nie zużywa się ich zbyt szybko: woda, lasy, zwierzęta, a także gleba, która odnawia się bardzo powoli (setki lat). Zasoby nieodnawialne (nie odtwarzają się): węgiel kamienny i brunatny, ropa naftowa, gaz ziemny, rudy metali. Racjonalne gospodarowanie, zgodne z zasadą zrównoważonego rozwoju: oszczędzanie wody i energii, odnawialne źródła energii, recykling surowców, odnawianie lasów, limity połowów ryb.

36.Zanieczyszczenia wód, powietrza i gleby; rekultywacja

Powietrze - pyły, tlenki siarki i azotu (spalanie węgla i śmieci w piecach, transport, przemysł); skutki: smog, choroby układu oddechowego. Wody - ścieki komunalne i przemysłowe, nawozy i pestycydy z pól; nadmiar związków azotu i fosforu powoduje eutrofizację (przeżyźnienie wód): zakwit glonów i sinic, ubytek tlenu, śnięcie ryb. Gleba - metale ciężkie, nadmiar nawozów i pestycydów, dzikie wysypiska. Zapobieganie: oczyszczalnie ścieków, filtry na kominach. Rekultywacja przywraca wartość zniszczonym terenom i wodom: napowietrzanie jezior, wapnowanie zakwaszonych gleb, zalesianie hałd i wyrobisk.

37.Efekt cieplarniany, dziura ozonowa, kwaśne deszcze

Efekt cieplarniany: gazy cieplarniane (para wodna, $\ce{CO2}$, metan) zatrzymują ciepło wypromieniowywane przez Ziemię - to zjawisko naturalne. Spalanie paliw kopalnych i wycinanie lasów zwiększa ilość $\ce{CO2}$ i nasila efekt: globalne ocieplenie, topnienie lodowców, wzrost poziomu mórz. Dziura ozonowa: ubytek ozonu $\ce{O3}$ w stratosferze spowodowany freonami; do Ziemi dociera więcej promieniowania UV (większe ryzyko nowotworów skóry i zaćmy). Kwaśne deszcze: tlenki siarki i azotu ze spalin tworzą z wodą kwasy; skutki - zakwaszenie gleb i jezior, zamieranie lasów, niszczenie budowli.

38.Różnorodność biologiczna - poziomy, zagrożenia, gatunki inwazyjne

Różnorodność biologiczna to bogactwo życia na trzech poziomach: genetycznym (różnice genów między osobnikami gatunku), gatunkowym (liczba gatunków na danym obszarze) i ekosystemowym (rozmaitość ekosystemów). Zagrażają jej: niszczenie i dzielenie siedlisk (wycinka lasów, osuszanie bagien), zanieczyszczenia, nadmierna eksploatacja (przełowienie, kłusownictwo), zmiana klimatu, monokultury i gatunki inwazyjne, np. barszcz Sosnowskiego - nie wolno go dotykać, bo jego sok na słońcu parzy skórę. Sprzyjają jej: ekstensywne użytkowanie łąk, zadrzewienia śródpolne, lasy mieszane, limity połowów.

39.Formy ochrony przyrody w Polsce; parki narodowe

Ustawa o ochronie przyrody wymienia 10 form: park narodowy, rezerwat przyrody, park krajobrazowy, obszar chronionego krajobrazu, obszar Natura 2000, pomnik przyrody, stanowisko dokumentacyjne, użytek ekologiczny, zespół przyrodniczo-krajobrazowy oraz ochrona gatunkowa roślin, zwierząt i grzybów. Park narodowy to forma najwyższa: obszar co najmniej 1000 ha, na którym chroni się całą przyrodę i krajobraz. Przykłady: Białowieski (puszcza, żubr), Tatrzański (kozica, świstak), Słowiński (ruchome wydmy nad Bałtykiem), Biebrzański (bagna, łoś), Ojcowski (jaskinie koło Krakowa).

40.Restytucja i reintrodukcja gatunków: żubr, bóbr, sokół wędrowny

Restytucja to odtwarzanie gatunku bliskiego wyginięcia: ocalałe osobniki rozmnaża się w hodowli, a potomstwo wypuszcza na wolność. Reintrodukcja to ponowne wprowadzenie gatunku na obszar, na którym dawniej żył, ale wyginął. Żubr - po I wojnie światowej wyginął na wolności; gatunek odtworzono z kilkunastu osobników z ogrodów zoologicznych, dziś żyje m.in. w Puszczy Białowieskiej i Bieszczadach. Bóbr europejski - po II wojnie światowej bardzo rzadki; dzięki ochronie i przesiedleniom znów pospolity. Sokół wędrowny - niemal wyginął m.in. przez środek owadobójczy DDT; jest hodowany i wypuszczany.