Matura CKE Czerwiec 2021 – Biologia Rozszerzona

Jedną z wyjątkowych właściwości wody jest jej wysokie napięcie powierzchniowe. Uczeń przeprowadził doświadczenie, którego celem było zbadanie wpływu detergentu na siłę napięcia powierzchniowego wody. Przygotował monetę 1 zł, kroplomierz, 200 ml wody z kranu, którą po równo rozlał do dwóch naczyń. Do jednego z nich dodał jedną kroplę płynu do mycia naczyń. Na położoną na płaskim, równym podłożu złotówkę (awers) delikatnie nanosił przy pomocy kroplomierza po kropli wody tak, aby zmieściło się ich jak najwięcej. Gdy woda się przelewała, zapisywał liczbę kropli, które zmieściły się na monecie, dokładnie wycierał złotówkę i ponownie nanosił na nią krople wody. Po 10 powtórzeniach obliczył średnią liczbę kropli wody, które zmieściły się na tej monecie. Następnie przeprowadził takie same czynności, ale z wodą, do której dodał detergent.
W tabeli przedstawiono wyniki uzyskane w opisanym doświadczeniu.

	Woda z kranu	Woda z kranu z dodatkiem detergentu
Średnia liczba kropli na monecie	62,0	34,0

Peroksysomy to pęcherzyki otoczone pojedynczą błoną biologiczną, występujące w komórkach roślinnych i zwierzęcych. Od innych struktur błoniastych w komórce odróżnia je m.in. obecność enzymu – katalazy. Zawierają one także różne enzymy z grupy oksydoreduktaz. Nazwa peroksysomów pochodzi od angielskiej nazwy nadtlenku wodoru – hydrogen peroxide (H$_2$O$_2$), który jest toksyczny dla komórek, a powstaje w peroksysomach w procesach utleniania i jest rozkładany przez katalazę. Szczególnie duże i liczne peroksysomy występują np. w komórkach wątrobowych (hepatocytach) i w bulwach ziemniaka.
Uczniowie zaplanowali doświadczenie, którego celem było określenie optymalnej temperatury dla działania katalazy występującej w komórkach bulwy ziemniaka. Przygotowali sok z bulwy ziemniaka, który rozdzielili w równej objętości (po 5 ml) do 30 probówek, umieszczonych po sześć w termostatach ustawionych na temperaturę: 0, 10, 20, 30 i 40 $^\circ$C.

Na schemacie w sposób uproszczony przedstawiono proces fosforylacji fotosyntetycznej.

Drożdże piekarnicze (Saccharomyces cerevisiae) występują w dwóch formach, w których mogą rosnąć i rozmnażać się bezpłciowo: haploidalnej i diploidalnej. Formy haploidalne występują w dwóch typach koniugacyjnych: typ a i typ $\alpha$, które mogą się ze sobą łączyć w procesie koniugacji, prowadzącym do powstania komórki diploidalnej. Taka komórka może rozmnażać się przez podział lub przekształcać się w odpowiednich warunkach w worek, w którym powstają cztery zarodniki.
Na schemacie przedstawiono cykl życiowy drożdży, w którym występują formy haploidalne i formy diploidalne.

Liście tej samej rośliny mogą w zależności od warunków oświetlenia różnić się grubością blaszki liściowej, stopniem jej unerwienia i zagęszczeniem szparek. Rozmiary i zagęszczenie szparek w skórce liścia przy danej intensywności światła umożliwiają wymianę gazową na takim poziomie, że asymilacja CO$_2$ ulega wysyceniu, tzn. dalsze zwiększanie wymiany gazowej nie zwiększa intensywności fotosyntezy.
W tabeli przedstawiono wyniki obserwacji budowy liści niektórych drzew rosnących w różnych warunkach oświetlenia: N – nasłonecznienia i Z – zacienienia.

Gatunek	Warunki oświetlenia	Grubość blaszki liściowej [$\mu$m]	Stopień unerwienia [mm / mm$^2$]	Zagęszczenie szparek [liczba / mm$^2$]
wiąz pospolity (Ulmus minor)	N	194	17,2	800
	Z	176	10,5	450
olsza czarna (Alnus glutinosa)	N	177	8,1	608
	Z	146	3,6	425
grab pospolity (Carpinus betulus)	N	183	9,8	365
	Z	93	6,9	170
klon jawor (Acer pseudoplatanus)	N	178	7,8	860
	Z	97	5,6	215

Na rysunku przedstawiono przekrój poprzeczny przez wiązkę przewodzącą kolateralną otwartą, występującą w łodydze rośliny dwuliściennej.

Kolczurka klapowana (Echinocystis lobata) jest jednorocznym pnączem z rodziny dyniowatych. Jej łodygi bardzo szybko rosną i mogą dochodzić do 5–6 m długości. W kątach dłoniastoklapowanych liści wyrastają długie, rozgałęziające się wąsy czepne oraz wiechowate kwiatostany męskie. Kwiaty żeńskie występują na tych samych osobnikach i wyrastają również w kątach liści, pojedynczo lub po dwa. Owocem jest zielona torebka, pokryta kolcami, w której znajdują się 4 nasiona. Torebka po wyschnięciu jest lekka i wypełniona powietrzem, nasiona łatwo z niej wypadają. Owoce i nasiona mogą przemieszczać się wraz z wodą. Kolczurka wydziela do środowiska substancje hamujące rozwój innych roślin w jej bezpośrednim otoczeniu.
Atrakcyjny wygląd kwiatów kolczurki oraz charakterystyczne owoce wzbudzają zainteresowanie ludzi, którzy przenoszą ją do ogrodów. Ten gatunek zwykle występuje na siedliskach synantropijnych, skąd przedostaje się na brzegi potoków, rzek i jezior, a także na skraje lasów łęgowych. W wielu miejscach występuje bardzo licznie i może tworzyć zwarte maty, złożone ze splecionych ze sobą pędów, pokrywające gęsto inne rośliny, co utrudnia ich wzrost.
Kolczurka klapowana jest w Polsce gatunkiem inwazyjnym – zagraża gatunkom rodzimym i siedliskom przyrodniczym. Zabronione są wprowadzanie jej do środowiska, import oraz prowadzenie jej uprawy.
Na rysunku przedstawiono fragment łodygi kolczurki z kwiatami oraz jej owoc.

Giardioza (lamblioza), wywoływana przez pierwotniaka – giardię jelitową (Giardia lamblia), jest szeroko rozpowszechnioną chorobą pasożytniczą, będącą przyczyną biegunki u ludzi. Cechą charakterystyczną tego pierwotniaka jest obecność podwójnych organellów – dwóch jąder komórkowych i dwóch kompletów wici, ułożonych po obu stronach osi komórki. Do zarażenia się giardią dochodzi drogą pokarmową – przez połknięcie cyst znajdujących się w zanieczyszczonej nimi wodzie lub pokarmie. W jelicie z cyst uwalniają się trofozoity, które przyczepiają się za pomocą specjalnego dysku czepnego, stanowiącego rodzaj przyssawki, do mikrokosmków jelita i intensywnie się rozmnażają. Trofozoity, które nie przyczepią się do komórek nabłonka, są przesuwane dalej wraz z treścią jelita i przekształcają się w cysty, wydalane z kałem żywiciela. Giardioza może mieć charakter przewlekły i nie powodować wyraźnych objawów.
Na schemacie przedstawiono cykl rozwojowy giardii jelitowej w organizmie człowieka.

Płoszczyca szara (Nepa cinerea), zwana „skorpionem wodnym”, jest drapieżnikiem żyjącym w Polsce w wodach stojących. Nie potrafi dobrze pływać, bytuje wśród gęstych roślin przybrzeżnych na niewielkich głębokościach. Jej szarobrązowe, spłaszczone grzbietobrzusznie ciało przypomina uschły liść. Na końcu odwłoka płoszczycy występuje charakterystyczna rurka, służąca do pobierania powietrza atmosferycznego. Niektóre płoszczyce potrafią latać dzięki obecności błoniastych skrzydeł drugiej pary, ale większość osobników ma uwstecznione mięśnie odpowiadające za ich ruch. Płoszczyca czatuje na swoje ofiary w nieruchomej pozycji i chwyta je za pomocą mocnych przednich odnóży krocznych, a następnie wysysa ich wnętrzności. Ofiarami osobników dorosłych oraz larw są wodne bezkręgowce oraz kijanki i narybek mniejszych gatunków ryb, np. karasi.
Na poniższym zdjęciu przedstawiono dorosłą płoszczycę.

Na schemacie A przedstawiono procesy związane z transportem CO$_2$ i zachodzące w ludzkim erytrocycie znajdującym się w naczyniach włosowatych tkanek obwodowych. Na wykresie B przedstawiono krzywe dysocjacji CO$_2$ dla hemoglobiny utlenowanej i odtlenowanej.

Adaptacje ssaków do odżywiania się określonym rodzajem pokarmu dotyczą budowy układu pokarmowego i często są związane z zależnościami międzygatunkowymi, np. w różnych częściach przewodu pokarmowego ssaków roślinożernych żyją drobnoustroje, które ułatwiają trawienie pokarmu.
Na rysunkach przedstawiono budowę układu pokarmowego dwóch ssaków: kojota i koali, mających zbliżone rozmiary ciała, ale odżywiających się różnym rodzajem pokarmu.

W żołądku człowieka wyróżnia się następujące części: wpustową, dno żołądka, trzon żołądka i część odźwiernikową. Błona śluzowa wyściełająca żołądek jest silnie pofałdowana. Występują w niej gruczoły wytwarzające pepsynogen oraz komórki okładzinowe wytwarzające kwas solny. W części odźwiernikowej żołądka występują liczne gruczoły wytwarzające śluz. Mieszanie się masy pokarmowej w żołądku, w wyniku skurczów perystaltycznych, jest procesem stosunkowo powolnym. Na rysunku przedstawiono żołądek i dwunastnicę człowieka oraz gruczoły związane z tym odcinkiem jelita.

Zewnętrzną warstwę skóry człowieka tworzy naskórek, który składa się z kilku warstw i nie jest ukrwiony ani unerwiony. Najgłębiej położona jest warstwa podstawna, w której komórki stale się dzielą. Przez nowo powstające komórki tej warstwy są wypychane ku górze te, które powstały wcześniej. Przesuwające się w górę komórki naskórka, zwane keratynocytami, produkują keratynę – białko warunkujące wytrzymałość mechaniczną naskórka oraz sprawiające, że jest on nieprzepuszczalny dla wody. W miarę przesuwania się ku powierzchni keratynocyty obumierają i tworzą warstwę zrogowaciałą, której zewnętrzna warstwa nieustannie się złuszcza. W warstwie podstawnej naskórka występują również melanocyty, wytwarzające melaniny, czyli barwniki nadające skórze barwę. Melaniny gromadzą się w melanosomach, które przemieszczają się w wypustkach melanocytów do wyższych warstw komórek naskórka.
Na rysunku przedstawiono budowę skóry człowieka oraz budowę okrywającej ją warstwy naskórka.

Wirusowe zapalenie wątroby typu C (WZW C) jest wywoływane zakażeniem przez wirus zapalenia wątroby typu C (HCV). Źródłem zakażenia jest krew. Warunkiem przeniesienia zakażenia na inną osobę jest naruszenie ciągłości tkanek (przekłucie lub uszkodzenie skóry lub błony śluzowej), przez które wirus może dostać się do krwi. Jedną z zasad profilaktyki zakażenia HCV jest używanie rękawiczek ochronnych przez personel medyczny, kosmetyczki, czy inne osoby, które w związku z wykonywaną pracą mogą mieć kontakt z krwią innych ludzi. Aby zdiagnozować zakażenie HCV, w pierwszej kolejności wykonuje się badanie krwi pacjenta, mające na celu wykrycie przeciwciał anty-HCV. Jednak nie zawsze obecność przeciwciał anty-HCV we krwi świadczy o aktywnym zakażeniu wirusem HCV. Z tego powodu po wykryciu przeciwciał anty-HCV wykonuje się kolejne badanie, czyli test na obecność materiału genetycznego tego wirusa (RNA HCV). Dodatni wynik tego testu oznacza, że we krwi wykazana została obecność materiału genetycznego HCV, co świadczy o aktywnym zakażeniu, a u pacjenta może rozwinąć się zapalenie wątroby.
Wiele osób zakażonych HCV przez długi czas nie ma objawów choroby i czuje się dobrze. Niestety do tej pory nie ma dostępnej skutecznej szczepionki przeciw HCV.

Adrenalina to hormon, który mobilizuje organizm do działania w warunkach krótkotrwałego stresu.
Na schemacie przedstawiono występowanie receptorów dla adrenaliny (adrenergicznych) typu $\alpha$ i typu $\beta$ w różnych rodzajach komórek organizmu człowieka oraz reakcję tych komórek na adrenalinę.

Za barwę upierzenia papużek falistych odpowiadają allele dwóch dopełniających się genów autosomalnych, które dziedziczą się niezależnie. Dominujący allel F warunkuje kolor niebieski, natomiast allel G – kolor żółty. Papużki mające co najmniej po jednym allelu dominującym obydwu genów są zielone, natomiast osobniki będące podwójnymi homozygotami recesywnymi są białe.
Potomstwo pary papużek falistych – niebieskiej i żółtej – było zawsze upierzone zielono. Jednak kiedy krzyżowano te zielone ptaki z F$_1$ z innymi osobnikami zielonymi, otrzymywano w F$_2$ ptaki: zielone, niebieskie, żółte, a czasami białe.

Gen TP53, zwany „strażnikiem genomu”, jest genem supresorowym, którego mutacje mogą być przyczyną nowotworów. Badania wykazały, że w ok. 50% przypadków nowotworów u ludzi stwierdzono mutacje w obrębie genu TP53. Białko p53 kodowane przez ten gen ma wiele funkcji – do najważniejszych jego zadań należy regulacja przejścia komórki z fazy G$_1$ do fazy S. Prawidłowe białko p53 jest przyczyną zatrzymania cyklu komórkowego w fazie G$_1$ oraz indukowania naprawy DNA, gdy wykryje uszkodzenia DNA spowodowane czynnikami mutagennymi. Skuteczna naprawa DNA pozwala kontynuować cykl komórkowy. Jeżeli naprawa się nie powiedzie, białko p53 powoduje aktywację genu BAX, który uruchamia procesy prowadzące do apoptozy. Na poniższym schemacie przedstawiono cykl komórkowy.

Na schemacie przedstawiono, w uproszczony sposób, syntezę pewnego peptydu.

Podczas badań mokradeł występujących u ujścia rzeki do morza zaobserwowano, że trawa spartyna (Spartina patens) jest dominującym gatunkiem na mokradłach słonowodnych, a pałka wąskolistna (Typha angustifolia) – na mokradłach słodkowodnych. Przygotowano eksperyment terenowy, w którym posadzono spartynę oraz pałkę wąskolistną na poletkach doświadczalnych przygotowanych w dwóch wariantach:
• na mokradłach słonowodnych i na mokradłach słodkowodnych w obecności innych gatunków roślin, z którymi naturalnie występują,
• na mokradłach słonowodnych i na mokradłach słodkowodnych bez obecności innych gatunków.
Po upływie dwóch sezonów wegetacyjnych zmierzono biomasę osobników spartyny i pałki wąskolistnej na wszystkich poletkach. Wyniki eksperymentu przedstawiono w tabeli.

	Średnia biomasa [g/dm$^2$]
	spartyna		pałka wąskolistna
	mokradła słonowodne	mokradła słodkowodne	mokradła słonowodne	mokradła słodkowodne
W obecności innych gatunków roślin	8	3	0	18
Bez obecności innych gatunków roślin	10	20	0	33

Mrówki żywiące się nasionami roślin przyczyniają się do ich rozsiewania. Zbierają nasiona, które przenoszą do mrowiska, gdzie je zjadają, ale często gubią nasiona po drodze, przez co powodują ich rozprzestrzenianie. U niektórych roślin wykształciło się specyficzne przystosowanie do rozprzestrzeniania ich nasion przez mrówki, polegające na występowaniu na nasionach miękkich wyrostków zwanych elajosomami lub ciałkami mrówczymi. Elajosomy są bogate w substancje odżywcze, głównie tłuszcze, węglowodany i witaminy, oraz kwas rycynolowy, wabiący mrówki. Nasiona przyniesione do mrowiska, po zjedzeniu znajdujących się na nich elajosomów, najczęściej są wynoszone na zewnątrz, gdzie mogą kiełkować. Elajosomy występują u wielu gatunków roślin okrytonasiennych, należących do różnych, niespokrewnionych grup. Największa liczba gatunków wykształcających te ciałka występuje we florze Australii i południowej Afryki. Elajosomy mają różne kształty i składniki odżywcze oraz mogą się rozwijać z różnych elementów nasienia lub owocu.
Na zdjęciu przedstawiono nasiona glistnika jaskółczego ziela (Chelidonium majus) opatrzone elajosomami.