Opgave 1 1.1 Lundsneglen, Cepaea nemoralis, udviser stor variation, og der forekommer 3 grundfarver: Brun, pink og gul. Grundfarven styres af genet F mens genet S styrer tilstedeværelsen af striber på sneglehuset. Fænotypen hos en snegl med genotypen F p F g S u S s vil være pink og uden striber, hvilket kan forklares med allelernes dominansforhold. Da allelen for pink F p dominerer over allelen for gul, F g, vil det være den pinke farve der kommer fænotypisk til udtryk hos sneglen. For at sneglen skulle have været gul måtte den have været homozygot med allelen F g, mens at den helt tredje brune farve F b dominerer over både F p og F g og derfor blot skulle have været til stede som heterozygot, for at have kommet til udtryk. Striber på sneglens hus er som sagt styret af genet S, hvor allelen S u er dominant og kun snegle med genotypen S s S s har striber. Da denne snegl er heterozygot med hensyn til genet S og har genotypen S u S s, vil der altså ikke forekomme nogen striber på sneglen. 1.2 Koblede gener følger ikke Mendels 2. lov der siger at gener fordeles uafhængigt af hinanden, og for at undersøge om to egenskaber er koblede kan man lave en såkaldt analysekrydsning. Her krydser man en dobbelt hetetozygot med en dobbelt reccessiv, herunder krydsningen F p F g S u S s X F g F g S s S s. Her dominerer pink F p over gul F g og ingen striber S u over striber S s. Fordelen ved en sådan krydsning er at den dobbelte homozygot kun kan lave én type kønsceller, nemlig med genotypen F g S s og derved afspejler udspaltningsforholdet direkte forholdet imellem de fire typer kønsceller. 1
Nedenfor ses et krydsningsskema over genotyperne F p F g S u S s X F g F g S s S s. F p S s F g S u F g S s F p F g S s S s F g F g S u S s F g S s F p F g S s S s F g F g S u S s Herudfra ses det at vi får en fordeling der hedder 1:1 og generne må derfor nødvendigvis være koblede. 1.3 I en feltundersøgelse indsamlede en gymnasieklasse en stikprøve på 40 snegle. Sneglene blev sorteret efter om de havde striber eller ej og resultatet viste at 16 snegle ikke havde striber mens de resterede 24 snegle havde striber. Allelfrekvensen af S s kan nu beregnes i den population hvor stikprøven er indsamlet fra, under forudsætningen af Hardy Weinberg- ligevægt. Vi ved at der er i stikprøven var fundet snegle med striber med en hyppighed på 24 ud af 40 snegle. Da vi ved at S s er reccessiv ved vi at disse snegle alle nødvendigvis må have genotypen S s S s. Frekvensen af disse snegle med kan betegnes med q 2 og frekvensen for denne allel kan nu beregnes: q 2 =24/40=0,6 q=!24/40 = 0,774597 Frekvensen af allelen S s er altså 0,774597. 2
1.4 I en større undersøgelse blev fordelingen af grundfarver på sneglehusene undersøgt i henholdsvis solåbne og skyggefulde habitater. Resultaterne kan ses i figur 1 nedenfor: Eksperimenter i laboratorier har vist at gule snegle opvarmes langsommere af solen end de pink og brune snegle, samt at gule snegle er mere aktive ved lave luftfugtigheder end brune snegle. Disse to evner som den har grundet dens lyse farve, resulterer i at den naturlige selektion vil medfører at der vil være et større antal af gule snegle i de solåbne områder, samt områder med lav luftfugtighed hvilket også kan udledes af figuren. Ud fra figuren kan det konkluderes at der i solåbne områder er et flertal af gule snegle, mens der i de skyggefulde habitater enten er en nogenlunde lige fordeling mellem de gule og de brune eller pink, eller at de gule er i undertal. Det ses også at jo længere sydpå undersøgelsen af foretaget, desto flere gule snegle er der til stede. Dette er et resultat af at luftfugtigheden er lavere og de gule snegle derfor har bedre vilkår, da de er mere aktive ved disse lave luftfugtigheder. Det ses derfor at der selv i de skyggefulde områder er en lidt større andel af gule snegle når vi kommer ned i de sydlige dele af Europa. Desuden kommer det også til udtryk at de gule snegle har en fordel i de solåbne habitater, hvilket er et resultat er deres evne til ikke at blive opvarmet lige så hurtigt som de andre typer. Derved vil sneglen være bedre til at opholde sig i solen uden at blive overophedet, hvilket giver den en stor selektiv fordel. 3
1.5 Lundsneglene fanges og ædes blandt andet af sangdrosler. I en feltundersøgelse har man undersøgt den procentvise fordeling af de 4 fænotyper i et habitat, og ligeledes blev den procentvise fordeling af de fire fænotyper i sangdroslens fangst bestemt. Resultaterne kan ses nedenfor i figur 5: Prædation fra sangdroslen kan have en indflydelse på allelfrekvenserne idet at den kan have visse præferancer og nogle typer af snegle derfor bliver udsat mere for prædation end andre. Med dette menes naturligvis ikke bevidste valg fra fuglens side, men nærmere et resultat af forskellige omstændigheder, såsom sneglenes evne til at gemme sig. Hvis sangdroslen eksempelvis spiser en større procentdel af den ene type snegl, så vil disse snegls gener gradvist bliver fjernet fra genpuljen og derved få en lavere frekvens. Naturligvis vil fordeling af sangdroslens indtag af snegle også afhænge af hvor stor en procentdel den pågældende snegletype udgør af den samlede population: Som figur 5 viser bliver der spist langt flere af de pinke stribede snegle end der bliver spist pinke ustribede, og dette er meget naturligt da der er langt flere af de stribede, og der statistisk set derfor vil blive spist flere af disse. Problemet forekommer derimod når prædationen ikke længere er tilfældig som det faktisk godt kunne tyde på den ikke er: Hvor der findes 34,3% af den stribede pink snegl, udgør den nemlig hele 43,9% af sangdroslens føde. For at undersøge hvorvidt det er sandsynligt at resultaterne er tilfældige eller ej kan man lave en såkaldt hypotesetest hvor man undersøger om om den observerede fordeling af snegle i sangdroslens føde afviger for meget fra sneglenes fordeling i habitatet, til at fordelingen er sandsynlig. 4
Opgave 2 2.1 Liden andemad, Lemna minor, og korsandemad, Lemna trisulca, er planter der lever i vandoverfladen i næringsrige søer. Liden andemad flyder på overfladen mens korsandemad er dækket af vand. Det kan være en stor konkurrencemæssig fordel for planterne at ligge i overfladen da de derved har lettere adgang til solens lys som er en nødvendighed for at deres fotosyntese kan forløbe. Samtidigt skygger de også for andre vandplanter der ligger længere nede og de har derfor større mulighed for at overleve, idet at de kan udkonkurrere andre planter ved at mindske deres adgang til solens lys. 2.2 I et eksperiment blev væksten af liden andemad og korsandemad fulgt når de voksede alene i et akvarium samt når de voksede sammen. Væksten blev målt som forøgelsen af antal blade og foregik udenfor. Resultaterne kan ses i figur 1 til højre: På baggrund af resultaterne for akvarium 1 og 2 kan der laves en grafisk illustration af planternes vækst når de vokser alene med antal blade som en funktion af tiden. 5
Dette kan ses i figuren til højre hvor der ved hjælp af Excel er lavet et punktdiagram over resultaterne. Som i figur 1 repræsenterer akvarium 1(blå) Korsandemaden og akvarium2 liden andemad: 2.3 Det antages at andemaden vokser ekspotentielt når den vokser alene og med et biologisk syn vil dette give mening da den uden uden konkurrence vil vokse med en konstant rate, ligesom i en ekspotentiel vækst. Det er også denne vækst man kan observerer hos bakterier hvis man dyrker dem i isolerede forhold som på agarplader i et laboratorium. Det vil derfor også virke naturligt at planter som disse ligeledes vil følge en sådan vækst hvis de ikke påvirkes af konkurrence, natulig selektion o.lign. Den vil dog ikke vokse i det uendelige som en normal eksponentiel, da naturen har en såkaldt bærekapacitet. Og ligesom føden er det ved bakterier på agarplader, vil der være forskellige begrænsende faktorer der medfører at den eksponentielle kurve bøjer af, idet der bliver ligevægt i mellem død og fødsler. Således er populationer ofte nogenlunde konstante i naturen da de ligger lige omkring naturens bæreevne, og den eksponentielle vækst viser sig i stedet at være logistisk. Dog burde denne eksponentielle vækst komme til syne helt i starten af en populations vækst, som dette eksperiment, netop viser. Dette kan undersøges ved at lave en såkaldt tendenslinje, som endnu engang kan laves i excel. Resultaterne med en tendenslinje tilføjet, kan ses nedenfor: Ved hjælp af tendenslinjen kan det ses at antagelsen om at andemad vokser ekspotentielt når det vokser alene, er yders rimelig. Dette kan konkluderes på baggrund af værdien af de to R 2 som er et udtryk for hvor godt tendenslinjen passer. Hvis R 2 = 1 er 6
tendenslinjen perfekt og med høje tal som 98,78 og 96,94 kan vi slutte at tendenslinjerne passer meget godt. Der er naturligvis en lille afvigelse men i biologien er variation et vilkår og kan derfor ikke undgås. 2.4 Væksten af de to typer andemad er afbilledet i punktdiagrammet til venstre og her kommer liden andemads konkurrencemæssige fordel tydeligt til udtryk og det kan ses at den vokser endnu bedre end den gjorde alene. Dette er dog på bekostning af korsandemaden, der kun stiger til at have 85 blade efter 46 døgn, i modsætning til når den voksede alene hvor den fik 176. Efter 50 døgn kan det endda ses at dette antal begynder at falde igen hvilket er et resultat af at den er ved at blive udkonkurreret af den anden type andemad, der fortsat stiger drastisk. Denne konkurrencemæssige fordel er et resultat af liden andemads evne til at optage mere sollys grundet sin placering i vandet. Den større mængde sollys betyder mere energi og derfor og en mere effektiv vækst hvilket betyder at den anden type andemad bliver yderligere udkonkurreret idet at liden andemad vil skygge mere og mere for solens lys. Når korsandemaden dør vil den ligeledes nedbrydes og kunne bidrage med forskellige 7
næringssalte der er vigtige for liden andemads vækst og overlevelse, og det er blandt andet derfor at denne trives endnu bedre sammen med korsandemaden som i akvarium 3, end den gjorde alene, som i akvarium 2. 2.5 Andemad og andre vandplanter kan benyttes som gødning til landbruget, idet at de kan bidrage med det vigtige nitrogen som er livsvigtigt for planter. Planternes vækst er betinget at dette stof da det indgår i dannelsen af uundværlige proteiner og aminosyrer, men kan kun optages som ammonium eller nitrat (NO3 - ). Hvis man spreder vandplanter som som andemaden vil de hurtigt blive nedbrudt af af mikroorganismer. Nitrogenet findes primært i form af aminosyrer og når disse deamineres, dannes der ammoniak (NH3). Processen kaldes ammonifikation og når ammoniak kommer i kontakt med vand vil det gå over på den tilgængelige ionform, ammonium, og markens planter kan nu optage den nitrogen som før var bundet i vandplanten. Når vandplanterne nedbrydes vil der ligeledes frigives fosfor som indgår i levende organismers celler, samt spiller en stor rolle i de biokemiske processer i cellen, hvor fosfor eksempelvis indgår i ATP og ADP. Når organismen nedbrydes vil det organisk bundne fosfat blive tilgængeligt for markens planter som nu kan optage næringssaltet og indbygge det i sine celler. Når man spreder vandplanter på markerne tilføres der altså vigtige næringssalte til markens jord således at de planter der bliver sået har optimale vækstforhold. Opgave 4 4.1 Adenosin har en hæmmende effekt på den postsynaptiske celle da den medvirker en hyperpolarisering af nervecellen. Når en nervecelle er i hvile er der en relativt stor spændingsforskel imellem cellens negative indre og den positivt ladede vævsvæske udenfor. 8
Denne spændingsforskel på 40-70 milivolt styres af fordelingen af ioner på indersiden og ydersiden, og opretholdes af den såkaldte Na + /Ka + - pumpe. Når der skal sendes en nerveimpuls vil der strømme Na + ind i cellen således at denne nu bliver positiv i forhold til ydersiden, hvilket kaldes en depolarisering. Når adenosin aktiverer receptorer åbnes der dog en masse K + - kanaler i den postsynaptiske celle og dette medfører at cellens indre forbliver negativt, eller endda hyperpolariseres og derved skal der en langt større mængde af Na + til for at etablere aktionspotentialet. Derved kan transmitterstoffet adenosin hæmme den postsynaptiske celle og impulser kan både hæmmes eller standses helt. 4.2 Koffein kan binde sig til adenosin receptorer og forhindrer at de aktiveres. Figur 2A og 2B nedenfor viser strukturen af adenosin og koffein, mens figur 2C viser adenosin i bindingslommen på adenosinreceptoren. Koffeins evne til at forhindre at adenosinreceptorerne aktiveres er et resultat af stoffets evne til at binde sig til receptorens bindingslomme, og derved blokerer for adenosin. Koffein er stand til at binde sig i bindingslommen da dens struktur på visse punkter ligner adenosin. Eksempelvis vil aminosyrene Asn og Glu kunne lave en hydrogenbinding til nitrogen som den også gør ved adenosin i figur 2C. Men da koffein også afviger fra adenosins struktur vil det ikke binde sig korrekt, og der vil derfor ikke ske en aktivering af receptoren, men blot en blokering. 9
4.3 Når man indtager koffein vil stoffet kunne gå ind og blokerer adenosinreceptorerne. Da adenosin normalt har en hæmmende effekt på frigivelsen af hormonet adrenalin, vil en blokering af receptorerne medfører en stimulation af frigivelsen af hormonet. Adrenalin øger pulsfrekvensen og medfører øget blodtryk og derfor vil personer der indtager meget koffein ofte opleve netop disse symptomer. Når adenosinreceptorene ikke kan aktiveres vil adrenalinen frigives indtil koffeinen er ude af systemet og ikke længere er bundet il receptorene. Først derefter kan adenosin medfører den fulde hæmmende effekt som den normal har. 4.4 Hormonet adrenalin er også et såkaldt stresshormon og frigives når vi udsættes for en stress påvirkning. Adrenalin er et vigtigt hormon i det såkaldte stress- system eller HPA- aksen som gør kroppen i stand til at håndterer stresspåvirkninger ved at producere og frigive kortisol samt udskillelsen af adrenalin. Stresssystemet medfører at smerte reduceres og man har en hurtig reaktionsevne og er derfor fordelagtigt i farlige situationer. Når man indtager koffein øges frigivelsen af adrenalin og det er netop derfor at det kan have en præstationsfremmende effekt. Funktionen af adrenalinen er nemlig netop at forbedre vores chancer for at overleve, og derfor medfører hormonet at vi kan præsterer bedre i en periode således at vi har større mulighed for at flygte fra eller kæmpe imod en eventuel fjende. 4.5 På kaffehelbred kan man læse at et moderat forbrug af kaffe, svarende til 4 kopper dagligt, ikke medfører dehydrering. I et eksperiment blev koffeins vanddrivende effekt undersøgt, ved at 80 personer indtog enten koffein eller placebo. Personerne indtog 2 liter væske per døgn og deres urinproduktion blev målt over 3 døgn. Nedenfor kan resultaterne af eksperimentet ses i figur 3: 10
Ud fra resultaterne kan vi se at der det første døgn er en forholdsvis stor forskel på de to grupper, men at der i de efterfølgende 2 døgn ikke er nogen signifikant forskel på de to grupper. Dette kunne tyde på at koffein- mængden ikke har en videre vanddrivende effekt hvis man er vant til at indtage koffein. På baggrund af resultaterne kunne det dog tyde på at det vil være hensigtsmæssigt at drikke ekstra vand hvis man eksempelvis går fra en en enkelt kop eller intet kaffe, til at drikke 4 om dagen. Eksempelvis i forbindelse med en eksamensperiode, kunne et sådant optrap i indtagelsen af kaffe og det vil derfor være hensigtsmæssigt at drikke ekstra vand og derved sikre sig at man ikke bliver dehydreret. Det tyder dog på at hvis det daglige indtag er konstant, at det så ikke vil have nogen indflydelse på kroppens urinproduktion og derved kan informationerne på kaffe- helbred til en hvis grad bekræftes. 11