Biologie - N

Kvalifikačních úlohy z biologie – autorské řešení
Všem týmům, které odevzdaly biologii, velice děkujeme. Řada z vás projevila záviděníhodnou fantazii
při řešení i smysl pro humor. Díky Vám jsme si opravování opravdu užili, hlavně díky schopnosti
echolokace Dar Devila :-). Také pojménování ústředních postav stálo za to:
„Hovnivál slepý jako patrona“, Batwomen-echogirl, mladší sestra Jamese Bonda.
Kouzelné bylo také fylogenetické propojení videa Sladké mámení s nesmrtelnou písní Helenky
Vondráčkové - Sladké mámení.
Snad jste si řešení úloh užili podobně jako my 
1. Sladké mámení
Alkoholové kvašení (glykolýza + alkoholové kvašení, fermentace)
Glukóza (slečinka v růžovém) vstupuje do buňky přes cytoplazmatickou membránu (prosklené dveře).
Protože se ale k buňce nemůže dostat kyslík (v modrém za dveřmi), začínají v buňce probíhat
anaerobní procesy. ATP (Anatomicky Tvarované Papuče) fosforyluje – připojuje fosfát glukózu
(dostává papuči) a mění se na ADP (Anatomicky Deformované Papuče). Z glukózy je glukóza-6fosfát, který fosfoglukoizomeráza (žlutý šátek přes rameno) izomerizuje na fruktózu-6-fosfát
(rozpuštění copánků). Znovu přichází ATP a fosforyluje fruktózu-6-fosfát na fruktózu-1,6-bisfosfát
(předá druhou papuči) při své změně na ADP. Aldoláza (šedý kostkovaný šátek přes ramena) štěpí
fruktózu-1,6-bisfosfát na dvě tříuhlíkaté molekuly – glyceraldehyd-3-fosfát (obléknutí černého trička).
Glyceraldehyd-3-fosfát je oxidován glyceraldehyd-3-fosfátdehydrogenázou (červený pruhovaný šátek
přes ramena) na 1,3-bifosfoglycerát (obléknutí černých kalhot). ADP se fosforyluje na ATP za vzniku
3-fosfoglycerátu (odebrání jedné papuče). Fosfoglycerátmutáza (modrý šátek přes ramena) přenese
fosfát ze třetího na druhý uhlík za vzniku 2-fosfoglycerátu (černá čelenka). Enoláza (zelený šátek
kolem ramen) odštěpí z 2-fosfoglycerátu molekulu vody a přeměňuje ho tak na fosfoenolpyruvát
(ostnatý pyramidkový pásek). Makroergní vazba na této molekule fosforyluje ADP na ATP (odevzdání
druhé papuče) a mění tak fosfoenolpyruvát na pyruvát. Pyruvát je pak pomocí pyruvátdekarboxylázy a
alkoholdehydrogenázy rozštěpen na CO2 a alkohol (přinesení flašky alkoholu).
Glykolýza je základním procesem, kterým buňky získávají energii z jednoduchých cukrů. Samotnou
glykolýzou buňka získává 2ATP, protože na rozklad glukózy jsou spotřebovány 2ATP a 2ATP jsou
také vytvořeny z každé molekuly glyceraldehyd-3-fosfátu, celkem tedy 4 ATP. Navíc je NAD+
redukováno na NADH, ale tyto molekuly jsou zpětně oxidovány v dalších krocích (alkoholovém
kvašení nebo při aerobních krocích v mitochondriích). Výstupem glykolýzy jsou dvě molekuly
pyruvátu, který lze dále zpracovávat za tvorby makroergních sloučenin. Pyruvát lze zpracovávat
s nebo bez přístupu kyslíku. Bez přístupu kyslíku probíhá alkoholové, máselné, mléčné a propionové
kvašení. Za přístupu kyslíku může probíhat citronové nebo octové kvašení a také buněčná respirace,
která je ze všech procesů energeticky nejvýnosnější. Procesem alkoholového kvašení jsou buňky
schopny vyrobit 2 molekuly ATP.
Příklad: Glykolýza probíhá v cytoplazmě buněk a je hlavním zdrojem energie bakterií. Pro vyšší
organismy má význam hlavně při rychlé potřebě energie. Alkoholové kvašení probíhá bez přístupu
kyslíku a je využíváno hlavně bakteriemi a kvasinkami. Komerčně je alkoholové kvašení už od
nepaměti používáno při výrobě vína, piva a destilátů.
Neuznávali jsme řešení hlavně kvůli nedostatku shody s jednotlivými kroky videa, které mají svůj
význam a také je jich přesný počet (př. Darwinova teorie, evoluce, alopatrická speciace,...).
2. Kam kráčíš?
Echolokace, Netopýří let, navigace pomocí zvukových vln
Na videu je možné pozorovat pohyb navigovaný bez pomoci zraku. Jedinec vysílá zvukové signály a
pomocí vnímání jejich odrazů je schopný navigovat v prostředí kolem sebe a vnímat překážky, kterým
se musí vyhnout.
Echolokace je obecně postup, kdy pomocí vysílání zvukových signálů a následně přijímáním jejich
odrazů zjišťujeme vzdálenost předmětů kolem sebe. Tento proces využívají savci, kytovci i sonarové
přístroje. Echolokaci používají letouni, u kterých byla pozorována nejdříve. Zástupci druhů netopýrů se
pohybují v šeru a tmě a echolokaci využívají jak k vyhledání kořisti, tak k navigaci svého letu.
Netopýrům schopnost dobré orientace v noci umožňuje lov v době, kdy nelétají hmyzožraví ptáci. Je
tedy pro ně snazší získat potravu a získávají tím kompetiční výhodu. V ekologické terminologii se
jedná o princip kompetičního uvolnění, kdy netopýři využívají niku uvolněnou hmyzožravými ptáky.
Příklad: Jak už bylo zmíněno, tento proces využívají jak savci, tak kytovci. Kytovci echolokaci využívají
v kalných vodách nebo ve velkých hloubkách kam už nedosáhne sluneční světlo.
Neuznávali jsme: „přestup přes semipermeabilní membránu“ a podobné. Chybělo spojení s videem a
správné vysvětlení.
3. Buněčné záhady I.
Apoptóuza, programovaná buněčná smrt
Programovaná buněčná smrt se na venek projevuje bobtnáním cytoplazmatické membrány při
zachování integrity membrány. Buňka zmenšuje svůj objem až do vytvoření apoptotických těles, které
jsou následně pohlceny tkáňovými makrofágy.
Apoptóza je jedním ze základních buněčných procesů uplatňujících se u vyšších organismů během
celého jejich vývoje. Nevede ke vzniku zánětu a umožňuje řízenou smrt nepotřebných, senescentních,
mutovaných a poškozených buněk, které mohou jinak ohrozit homeostázu organismu. Apoptóza může
být spuštěna při nezvratném poškození DNA, nedostatkem růstových signálů, signály smrti anebo
ztrátou kontaktu s podkladem nebo ostatními buňkami, dále také při chemoterapii, UV záření a
hormonálních změnách. Vnitrobuněčné signálování obsahuje dráhy, které vedou k apoptźe
(proapoptotické signály) nebo jí naopak zabraňují (antiapoptotické signály) a ve zdravých buňkách je
toto signálování v rovnováze. V buňkách je apoptóza zahájena aktivací specifických kaspáz, nukleáz
a dalších enzymů. Nutné je dodání energie ve formě ATP. Následuje specifická fragmentace DNA,
změny v mitochondriích a v symetrii membrán. Bez poškození vnitřních organel se buňka smršťuje a
začíná se rozdělovat na apoptotická tělíska. Buňka například vystavuje na vnější straně membrány
specifické molekuly, které se za normálních okolností nacházejí pouze na její vnitřní straně. Umožňují
tak makrofágům vyhledání apoptotických tělísek a jejich pohlcení, čímž je proces apoptózy ukončen.
Příklady: apoptóza se uplatňuje při embryonálním vývoji u žab (ztráta ocasu při metamorfóze), při
vývoji ruky (oddělování prstů) i při odstraňování abnormalit během vývoje včetně spontánních abortů.
Eliminuje staré krevní a kožní buňky a také například mléčnou žlázu po ukončení laktace.
Neuznávali jsme: Z důvodů nepřítomnosti buněčných stěn u buněk jsme neuznávali řešení obsahující
kvasinky, pučení, kapsule, plazmolýza (u rostlinných buněk) ani plazmorhizu. Na videu také není
zřetelné rozdělení buňky na dvě, takže neuznáváme řešení jako buněčné dělení, schizogonie, mitóza
a podobně.
3. Buněčné záhady II.
Nekróza, buněčná smrt
Nekróza je neřízená smrt buněk. Při pozorování se projevuje nafouknutím, vakuolizací a následným
popraskáním buněk, kdy se jejich obsah vylije do bezprostředního okolí.
Nekróza je následek extrémního a nezvratného poškození buněk, které způsobuje zánět v okolních, s
nimi propojených buňkách. Na úrovni organismu jsou změny způsobené nekrózou pozorovatelné až
po určité době po smrti buňky. V buňce se nekróza projevuje kromě změn v objemu i snížením pH
cytoplazmy, které zastavuje buněčné procesy, rozpouští organely a celé jádro (karyolýza). Buňka
následně praská a její obsah se vylije do okolí, přičemž může poškodit další buňky. V okolí
nekrotických buněk začíná reparativní zánět, který ale může vést k dalšímu poškození buněk.
Příklad: nekróza může nastat po mechanickém, chemickém, tepelném (vysoké teploty i omrznutí)
působení, ozáření, ale i biologickém působění – plísně, mikrobi, některé toxiny hadích jedů
Uznávali jsme řešení plazmoptýza, protože ve videu je viditelné nafouknutí a prasknutí buněk. Pokud
ale byly zmíněné rostlinné buňky, které mají buněčnou stěnu (není na videu), strhávali jsme body.
Pinocytóza je přestup malých kapiček dovnitř buňky, proto v tomto případě nesouhlasí s videem a
řešení jsme neuznali.
4. Zdravé nezdravé (mňam mňam)
Fáze populačního cyklu, oscilace / fluktuace populační hustoty
Obecně: ve videu přestavují listy špenátu a slaninové krekry populace dvou druhů, které jsou ve
vzájemném vztahu potravy a jejího konzumenta. Konkrétně se může jednat o producenta a
konzumenta prvního řádu nebo o predátora a jeho kořist – lze popsat jako Lotka-Volterrův model.
Obecně musí být populace na nižším stupni potravinové pyramidy početnější, aby uživila populaci na
ni potravně závislou. Video popisuje fáze populačního cyklu a také vztahy mezi cykly vzájemně
potravně provázaných populací. Oscilace populační hustoty jsou změny v počtu jedinců populace
během ročních období, jde zejména o změny v počtu díky sezónnímu rozmnožování. Fluktuace jsou
změny v počtech populací během několika let. Oba tyto jevy jsou ovlivněny negativní zpětnou vazbou
a počty populací proto narůstají nebo klesají vždy kolem jakési průměrné hodnoty. Změny v počtu
populací mohou být způsobeny vnějšími podněty (nadbytek nebo nedostatek živin, onemocnění,
predace) nebo také vnitropopulačními vlivy (konkurence).
Jako příklad i pro vysvětlení budou použity populace hrabošů (špenát) a káňat (krekry).
4.1: fáze progradace (fáze latence)
Populace hrabošů je ve fázi progradace (případně prochází fází latence, která přechází v progradaci).
Připravuje se na zvýšení svého počtu a čeká na příhodné podmínky. Zatím je ale stále kontrolovaná
stálou populací káňat a tak se počet jedinců v obou populacích příliš nemění.
4.2. = fáze gradace (gradační vrchol), progradace
Pro hraboše nastaly vhodné podmínky a jejich populace se rozrůstá (gradace) až dosahuje
gradačního vrcholu (maximálního počtu jedinců). Populace káňat má dostatek potravy a tak se může
také začít více rozmnožovat (fáze progradace až gradace).
4.3 = fáze retrogradace, gradace (gradační vrchol)
Populace káňat se úspěšně rozmnožuje a je ve fázi gradace. Vytváří tak ale predační tlak na populaci
hrabošů. Hraboši ještě zvládají po určitou dobu uživit větší populaci káňat, následně ale jejich počty
začínají klesat (fáze retrogradace). Populace hrabošů je téměř vyhubena vysokým počtem káňat
(gradační vrchol) ale po vymizení zdroje potravy se začíná i jejich populace zmenšovat (retrogradace).
Za těchto podmínek mohou počty obou populací zůstat delší dobu velmi nízké (pesimum) dokud se
neobnoví příznivější podmínky pro oba druhy.
4.4. = fáze latence
Počet káňat i hrabošů je nízký. Populace hrabošů se tak za dostatku živin může začít obnovovat. Tak
se zlepšují podmínky i pro populaci káňat a obě populace ve vzájemné návaznosti mohou dosáhnout
svých původních stavů.
Neuznávali jsme řešení jako fotosyntéza, buněčný cyklus, hibernace a podobné, protože nevystihují
podstatu negativní zpětné vazby a ani nevysvětlují co se děje ve videu.
Naopak jsme uznávali příklady obsahující negativní zpětnou vazbu, příklady střevní mikroflory,
růstovou křivku bakterií, hladiny estrogenu a progesteronu během menstruačního cyklu. Mezi správná
řešení jsme zařadili i vnitrodruhové vztahy u jednotlivých procesů, pokud byly správně přiřazeny a
vysvětleny.
Příklad obsahu jednotlivých barviv v listech stromů jsme ohodnotili menším množstvím bodů, protože
hladiny odpovídají videu pouze ve velmi specifických příkladech za daných podmínek prostředí.