Hyvän vastauksen piirteet: FI – Biologia

15.9.2021

Alustavat hyvän vastauksen piirteet 15.9.2021

Alustavat hyvän vastauksen piirteet on suuntaa antava kuvaus kokeen tehtäviin odotetuista vastauksista ja tarkoitettu ensisijaisesti tueksi alustavaa arvostelua varten. Alustavat hyvän vastauksen piirteet eivät välttämättä sisällä ja kuvaa tehtävien kaikkia hyväksyttyjä vastauksia. Alustavat hyvän vastauksen piirteet eivät ole osa Ylioppilastutkintolautakunnan yleisissä määräyksissä ja ohjeissa tarkoitettua tietoa siitä, miten arvosteluperusteita on sovellettu yksittäisen kokelaan koesuoritukseen. Alustavat hyvän vastauksen piirteet eivät sido Ylioppilastutkintolautakuntaa lopullisen arvostelun perusteiden laadinnassa.

Biologia on luonnontiede, joka tutkii biosfäärin elollisen luonnon rakennetta, toimintaa ja vuorovaikutussuhteita ulottuen molekyyli‐ ja solutasolle. Keskeisellä sijalla on myös ihmisen biologiaan liittyvien asioiden ja ilmiöiden ymmärtäminen. Biologialle tieteenä on ominaista havainnointiin ja kokeellisuuteen perustuva tiedonhankinta. Biotieteet ovat nopeasti kehittyviä tiedonaloja, joiden sovelluksia hyödynnetään laajasti yhteiskunnassa. Biologia tuo esille uutta tietoa elollisen luonnon monimuotoisuudesta ja huomioi ihmisen toiminnan merkityksen ympäristössä, luonnon monimuotoisuuden turvaamisessa ja kestävän kehityksen edistämisessä.

Biologian ylioppilaskokeessa arvioidaan kokelaan biologisen ajattelun ja tietämyksen kehittyneisyyttä, kykyä esittää vaadittavat asiat jäsennellysti ja oikealla tavalla asiayhteyteen sidottuna. Kokeessa arvioidaan kokelaan kykyä tarkastella ilmiöiden vuorovaikutus‐ ja syy‐ seuraussuhteita. Peruskäsitteiden ja ‐ilmiöiden hallinnan lisäksi arvioidaan kokelaan taitoa tulkita kuvia, kuvaajia, tilastoja ja ajankohtaista tietoa sekä perustella vastauksensa. Hyvä vastaus tarkastelee ilmiöitä monipuolisesti ja havainnollistaa niitä esimerkein. Hyvä vastaus perustuu faktoihin, ei perustelemattomiin mielipiteisiin. Hyvässä vastauksessa taulukot, kuvaajat ja piirrokset on esitetty selkeästi.

Osa 1: 20 pisteen tehtävä

1. Monivalintatehtävä biologian eri aihepiireistä 20 p.

Kussakin osatehtävässä oikea valinta tuottaa 2 pistettä.

1.1 Mikä seuraavista populaation geenivarastoa koskevista väittämistä on oikein? 2 p.

  • Suvullinen lisääntyminen rikastuttaa populaation geenivarastoa tuottamalla uusia alleeliyhdistelmiä.  (2 p.)

1.2 Järven rehevöityminen on monivaiheinen tapahtuma. Mikä seuraavista rehevöitymistä kuvaavista väittämistä on oikein? 2 p.

  • Ensimmäinen merkki järven rehevöitymisestä on planktonlevien voimakas lisääntyminen.  (2 p.)

1.3 Proteiinisynteesin translaatiovaihessa muodostuu polypeptidiketjuja. Tämän jälkeen niiden rakennetta muokataan, ja osa muodostuvista proteiineista eritetään kalvorakkuloissa solun ulkopuolelle. Proteiinien pakkaaminen kalvorakkuloihin tapahtuu: 2 p.

  • Golgin laitteessa.  (2 p.)

1.4 DNA-juosteeseen kiinnittyy molekyyli, jonka seurauksena geenin transkriptio alkaa. Tällainen geenin alue on nimeltään 2 p.

  • promoottori.  (2 p.)

1.5 Tutkijat kloonaavat tiikerin. Mikä seuraavista uutta tiikeriyksilöä koskevista väittämistä on oikein? 2 p.

  • Yksilön geenit ovat samanlaiset kuin alkuperäisellä yksilöllä.  (2 p.)

1.6 Sukupuoleen kytkeytyneitä sairauksia ilmentää tyypillisimmin 2 p.

  • mies, koska molempia sukupuolikromosomeja (X ja Y) on vain yksi, ja sen takia resessiiviset alleelit tulevat todennäköisemmin esiin.  (2 p.)

1.7 Ihminen on tasalämpöinen. Mikä ihmisen elimistön toiminnoista tuottaa suurimman osan kehon sisäisestä lämmöstä? 2 p.

  • Suurten energiaa kuluttavien elinten, kuten aivojen, maksan ja lihasten, soluhengitys tuottaa lämpöä.  (2 p.)

1.8 Mikä seuraavista ei ole esimerkki ekosysteemipalvelusta? 2 p.

  • Kansallispuistossa olevan leirintäpaikan yhteyteen rakennetaan kompostoiva käymälä.  (2 p.)

1.9 Mikä seuraavista immuunipuolustusta koskevista väittämistä on virheellinen? 2 p.

  • Antigeeneiksi kutsutaan aineita, jotka voivat tunkeutua solujen sisään ja tuhota ne.  (2 p.)

1.10 Mikä seuraavista populaatioekologiaan liittyvistä väittämistä on virheellinen? 2 p.

  • Pullonkaulailmiö lisää populaation yksilöiden kelpoisuutta, kun heikoimmat yksilöt karsiutuvat pois.  (2 p.)

Osa 2: 15 pisteen tehtävät

2. Avainsopeumat 15 p.

Kustakin kohdasta yhteensä enintään 3 pistettä.

2.1 Istukka 3 p.

Kehittyvä sikiö saa istukan kautta emolta ravintoa ja happea (1 p.) sekä hormoneja (1 p.), ja toisaalta sen kautta sikiön tuottamat kuona-aineet poistuvat kohdusta (1 p.). Eläimet, joilla on istukka, synnyttävät yleensä kerralla pienemmän määrän mutta kehittyneempiä poikasia kuin eläimet, jotka munivat munia. (1 p.) Emon sisällä kehittyvät poikaset ovat yleensä paremmassa turvassa kuin ympäristön armoilla olevat munat. (1 p.)

2.2 Karvapeite 3 p.

Karvapeite on hyvä lämmöneriste (1 p.). Karvapeite myös suojaa eläimen ihoa auringon UV-säteiltä tai fyysisiltä vaurioilta. (1 p.) Karvapeitteen väritys voi olla huomiota herättävä, jolloin eläin voi viestiä sen avulla lajikumppaneilleen. (1 p.) Toisaalta karvapeitteen väritys tai kuviointi voi myös auttaa eläintä sulautumaan ympäristöönsä. (1 p.) Koviksi piikeiksi muuntuneet karvat voivat toimia puolustusaseina, kuten siileillä. (1 p.)

2.3 Keuhkot 3 p.

Keuhkot mahdollistavat hengittämisen maalla. (1 p.) Myös eräillä kaloilla on keuhkot, joiden ansiosta ne pystyvät hengittämään ilmaa vedenpinnan yläpuolelta silloin kun vedessä ei ole riittävästi happea. (1 p.) Maaeläinten keuhkojen kautta happi kulkeutuu verenkiertoon ja hiilidioksidi verenkierrosta pois. (1 p.) Keuhkot mahdollistavat monipuolisen ääntelyn, mukaan lukien ihmisen puhekyvyn. (1 p.)

2.4 Sisäinen hedelmöitys 3 p.

Sisäisellä hedelmöityksellä tarkoitetaan naaraan ruumiin sisällä tapahtuvaa muna- ja siittiösolujen yhdistymistä. (1 p.) Sisäinen hedelmöitys suojaa munasoluja ja siittiöitä tehokkaammin saalistajilta ja muilta vaaroilta. (1 p.) Hedelmöityksen onnistuminen on todennäköisempää eläimillä, joilla on sisäinen hedelmöitys. (1 p.) Kun eläimellä on sisäinen hedelmöitys, sen ei tarvitse tuottaa yhtä paljon sukusoluja kuin eläinten, joilla on ulkoinen hedelmöitys. (1 p.)

2.5 Tasalämpöisyys 3 p.

Tasalämpöinen eläin tuottaa ja säätelee ruumiinlämpöään oman aineenvaihduntansa kautta. (1 p.) Tasalämpöisyys helpottaa aktiivisena pysymistä myös silloin kun ympäristön lämpötila on alhainen. (1 p.) Tämän ansiosta tasalämpöiset eläimet voivat esimerkiksi pysytellä aktiivisina myös talvisaikaan maapallon pohjoisilla vyöhykkeillä. (1 p.) Tasalämpöiset eläimet pystyvät helpommin pitämään paitsi itsensä myös esimerkiksi munansa ja poikasensa lämpiminä. (1 p.)

3. Mitokondrio ja viherhiukkanen 15 p.

3.1 Vertaa mitokondrioita ja viherhiukkasia toisiinsa: mitä eroja ja yhtäläisyyksiä on niiden rakenteessa ja toiminnassa? 10 p.

Mitokondrioiden ja viherhiukkasten eroja (yhteensä enintään 6 pistettä seuraavista):

  • Mitokondrioita on kaikissa aitotumallisissa soluissa, viherhiukkasia vain aitotumallisissa yhteyttävissä soluissa. (2 p.)
  • Mitokondrion keskeiset reaktiot tapahtuvat sisemmällä kalvolla ja viherhiukkasten reaktiot kalvopussien yhteyttämiskalvostoissa. (2 p.)
  • Mitokondrion reaktiot kuluttavat glukoosia, viherhiukkasen reaktioiden avulla muodostetaan glukoosia. (2 p.)
  • Mitokondrion reaktiot tuottavat hiilidioksidia ja kuluttavat happea. Viherhiukkasen reaktiot puolestaan sitovat hiilidioksidia ja tuottavat happea. (2 p.)
  • Mitokondrion ATP:n tuotto perustuu glukoosista saatavaan energiaan ja viherhiukkasen ATP:n tuotto auringon säteilyenergiaan. (2 p.)

Mitokondrioiden ja viherhiukkasten yhtäläisyyksiä (yhteensä enintään 4 pistettä seuraavista):

  • Molemmat ovat soluorganelleja, joita on aitotumallisten solujen sytoplasmassa. (1 p.)
  • Molempien rakenteessa on kaksi kalvoa (ulko- ja sisäkalvo). (1 p.)
  • Molemmat sisältävät DNA:ta (1 p.) ja ribosomeja (1 p.).
  • Molemmissa tapahtuu proteiinisynteesiä. (1 p.)
  • Molemmat lisääntyvät jakautumalla. (1 p.)
  • Molemmat osallistuvat solujen energia-aineenvaihduntaan. (1 p.)
  • Molemmissa toimii elektroninsiirtoketju. (1 p.)
  • Molemmilla entsymaattisia reaktioita tapahtuu pääosin sisäkalvon sisäpuolella. (1 p.)
  • Molemmat tuottavat ATP:tä. (1 p.)
  • Molemmissa ATP:n tuotto perustuu protonigradienttiin. (1 p.)
  • Molemmat ovat jokseenkin saman kokoisia (bakteerin kokoisia). (1 p.)
  • Molempien lukumäärä solussa vaihtelee paljon. (1 p.)

3.2 Mitokondrioiden ja viherhiukkasten evolutiivista alkuperää selitetään endosymbioositeorialla. Selitä, mitä kyseisellä teorialla tarkoitetaan. Pohdi, mitkä seikat tukevat teoriaa. 5 p.

Yhteensä enintään 5 pistettä seuraavista:

Endosymbioositeoria:

  • Endosymbioositeorian mukaan tumallisille (aitotumaisille) soluille ominaiset soluelimet mitokondriot ja viherhiukkaset (plastidit) ovat syntyneet, kun solut ottivat sisäänsä solusyönnillä tumattomia soluja. (1 p.)
  • Tämä tapahtui ennen monisoluisten eliöiden kehittymistä. (1 p.)
  • Mitokondriot ovat teorian mukaan kehittyneet (proteo)bakteereista ja viherhiukkaset syanobakteereista. (1 p.)

Endosymbioositeoriaa tukevat seikat:

  • Mitokondriot ja viherhiukkaset monistuvat bakteereiden tavoin jakautumalla. (1 p.)
  • Mitokondriot ja viherhiukkaset sisältävät bakteerien tavoin DNA:ta. (1 p.)
  • Mitokondrioissa ja viherhiukkasissa on omia ribosomeja. (1 p.)
  • Mitokondrioiden ja viherhiukkasten DNA on pääosin renkaana. (1 p.)
  • Mitokondrioiden ja viherhiukkasten ribosomit muistuttavat rakenteeltaan enemmän bakteerien kuin tumallisten solujen ribosomeja. (1 p.)
  • Mitokondrioiden ja viherhiukkasten ulommalla kalvolla on poriini-proteiineja, joita on myös tumattomien (bakteerien) solukalvolla. (1 p.)

4. Albinismi 15 p.

4.1 Selitä perustellen risteytyskaavion avulla, millä todennäköisyydellä normaaliväriset varikset voivat saada albiinoja jälkeläisiä. Tehtävässä oletetaan värin periytymisen olevan autosomaalista. 7 p.

Albinismin aiheuttaa resessiivinen alleeli. (1 p.) Jotta normaaliväriset varikset voivat saada albiinoja jälkeläisiä, molempien vanhempien täytyy olla heterotsygootteja. (1 p.)

Alleelit: normaali väri A ja albiino a (alleelimerkinnät, 1 p.)
Vanhemmat: Aa, Aa
Sukusolut A, a ja A, a (1 p.) (joko auki kirjoitettuna tai risteytyskaaviossa)

Aa
AAAAa
aAaaa albiino

(1 p.)

Albinismin suhteen heterotsygootit varikset voivat saada 25 %:n todennäköisyydellä albiinoja jälkeläisiä (2 p.).

  • Vaihtoehtoisesti vastauksessa voidaan ilmoittaa myös fenotyyppien suhde 1:3 ja genotyyppien suhde 1:2:1. (2 p.)

4.2 Arvioi, miksi albiinot varikset eivät ole luonnossa yleisiä. Miksi ne eivät kuitenkaan häviä kokonaan? 8 p.

Yhteensä enintään 8 pistettä seuraavista:

  • Albiinojen varisten esiintymiseen vaikuttaa suuntaava luonnonvalinta. (1 p.)
  • Valkoiset varikset eivät runsastu populaatiossa, koska ne joutuvat petojen saaliiksi normaalivärisiä variksia helpommin. (1 p.)
  • Talvella valkoinen on hyvä suojaväri. (1 p.)
  • Silmien värin puuttuminen heikentää näköhermon kehittymistä, joten albiinovariksilla on normaalia heikompi näkö. Tämä heikentää niiden ravinnonhankintaa. (1 p.)
  • Lintujen soidinmenoissa uroslinnun värit ovat tärkeitä. Valkoinen väri saattaa heikentää soidinmenoissa värien puutteen takia pariutumismahdollisuuksia, jos naaras välttää poikkeavan väristä koirasta. (1 p.)
  • Albiinolinnut voivat olla heikompia esimerkiksi ravinnonhankinnassa, mikä vähentää niiden kelpoisuutta. (1 p.)
  • Albiinovarikset ovat huonoja lentäjiä, koska niiden höyhenissä ja sulissa ei ole niitä vahvistavia aineita. (1 p.)
  • Valkoisilla yksilöillä voi ilmetä tavallista enemmän epämuodostumia, jotka heikentävät niiden elinkykyä. (1 p.)
  • Albiinovariksia syntyy populaatioon ainakin niin kauan kuin albinismin suhteen heterotsygootit emot säilyvät hengissä. (1 p.)
  • Albiinoalleeli säilyy populaatiossa albiinovaristen heterotsygoottisissa sisaruksissa, jolloin albiinoja voi esiintyä vielä myöhemminkin. (1 p.)
  • Kaksi albiinoa yksilöä lisääntyy harvoin keskenään, koska albiinot eläimet kuolevat normaalivärisiä nuorempina. (1 p.)
  • Albinismia aiheuttavia mutaatioita tapahtuu spontaanisti. (1 p.)

5. Karike 15 p.

5.1 Selitä perustellen, mistä metsän pohjan karike on peräisin ja mitä sille tapahtuu ajan kuluessa. 7 p.

Yhteensä enintään 7 pistettä esimerkiksi seuraavista:

  • Karike on kuollutta eloperäistä ainesta. (1 p.)
  • Karike muodostuu mm. varisseista lehdistä, neulasista oksista, lakastuneista kasvinosista sekä eläinten jätöksistä ja raadoista. (1 p.)
  • Hajotettava karike on usein ravinneköyhää: puut ovat varastoineet lakastuvista lehdistä lehtivihreää ja ravinteita runkoon, ruohovartiset kasvit esimerkiksi sipuleihin, mukuloihin ja juuriin. (1 p.)
  • Hajottajat hajottavat vaiheittain kuolleen eloperäisen aineksen. (1 p.)
  • Bakteerit ja sienet ovat tärkeimmät hajottajat. (1 p.)
  • Karikkeen hajotusprosessin eri vaiheisiin osallistuvat mm. kovakuoriaiset, kastelierot, sukkulamadot, änkyrimadot, maaperäpunkit, hyppyhäntäiset ja amebat (2 esimerkkiä, yhteensä 1 p.)
  • Eloperäisen aineksen hajotessa maaperään vapautuu epäorgaanisia aineita. (1 p.)
  • Hajotustoiminnassa vapautuu hiilidioksidia ilmakehään. (1 p.)
  • Mitä pidemmälle hajotus edistyy, sitä pienemmäksi käy hajottajien koko. (1 p.)
  • Karikkeen alle muodostuu ravinteikas humuskerros (1 p.)
  • Tämä koostuu joko mullasta tai kangasturpeesta metsän maaperän kosteudesta ja kasvillisuuden lajistosta riippuen. (1 p.)
  • Ravinteikas humus sekoittuu osittain (paikasta riippuen) kivennäismaahan. (1 p.)

5.2 Pohdi, miksi karike on koko ekosysteemin toiminnan kannalta tärkeää. 5 p.

Yhteensä enintään 5 pistettä esimerkiksi seuraavista:

  • Hajottajat saavat karikkeesta energiansa. (1 p.)
  • Hajottajista muodostuu erilaisia ravintoverkkoja. (1 p.), ja hajottajat ovat osa luonnon monimuotoisuutta. (1 p.)
  • Karike on hyvä kasvualusta sienirihmastoille. (1 p.)
  • Kariketta hajottavien eläinten uloste on hyvä kasvualusta mikrobeille. (1 p.)
  • Karike muodostaa elinympäristön eri selkärangattomille lajeille. (1 p.)
  • Kasvit saavat maaperästä kasvuunsa tarvitsemiaan epäorgaanisia ravinteita (typpi, fosfori ja kalium), joita vapautuu karikkeen hajottamisen seurauksena. (1 p.)
  • Tämän ansiosta aineet kiertävät ekosysteemin ravintoverkoissa. (1 p.)
  • Eläimet, esimerkiksi siili, voivat käyttää kariketta pesän rakentamiseen (1 p.)

5.3 Perustele, miksi suolla syntyy karikkeesta turvetta. 3 p.

Turpeen syntymiseen vaikuttaa suon olosuhteet (yhteensä enintään 3 pistettä):

  • Suolla on kosteaa (1 p.), turve on hapanta (1 p.) ja olosuhteet hyvin niukkahappiset (1 p.).
  • Tämän vuoksi hajotusprosessi on suolla hidasta, jolloin turvetta kertyy (1 p.).

6. Glukoosi ja insuliini 15 p.

6.1 Lääketieteellisissä tutkimuksissa voidaan mitata veriplasman glukoosi- ja insuliinipitoisuuksia. Selitä, millä tavoin näiden aineiden pitoisuuksien vaihtelut liittyvät toisiinsa. 6 p.

Yhteensä enintään 6 pistettä seuraavista:

Veriplasman glukoosipitoisuutta säätelee insuliini (1 p.), jota erittyy haimasta (1 p.). Insuliini edistää glukoosin siirtymistä kudoksiin (esimerkiksi maksaan ja lihaksiin) (1 p.), sillä insuliini parantaa solukalvon kykyä kuljettaa glukoosia solun sisään (1 p.). Haiman Langerhansin saarekkeiden (1 p.) umpieritteiset solut mittaavat veriplasman glukoosipitoisuutta (1 p.). Kun glukoosipitoisuus kohoaa, insuliinin erittyminen nopeutuu (1 p.), minkä seurauksena veriplasman glukoosipitoisuus laskee (1 p.). Insuliini edistää myös glukoosin varastoitumista glykogeeniksi (1 p.)

Lisätietoa: Glukagonin käsittely vastauksessa (1 p.).

Jos vastauksessa käsitellään diabetesta, siitä ei anneta lisäpisteitä.

6.2

Kaksi koehenkilöä, Sara ja Rasmus, syövät samaan aikaan välipalan. Saran välipalana on kokojyvävoileipä, ja Rasmuksen välipalana on suklaapatukka ja sokeroitua mehua. Tämän jälkeen tutkijat mittaavat heidän veriplasmojensa glukoosipitoisuutta ja insuliinipitoisuutta (aineisto 6.A).

Päättele, kumpi aineiston 6.A diagrammeista on Saran ja kumpi Rasmuksen. Perustele vastauksesi. Pohdi myös, millä tavoin erilaiset välipalat vaikuttavat koehenkilöiden jaksamiseen loppupäivän aikana.
9 p.

Yhteensä enintään 9 pistettä esimerkiksi seuraavista:

Aineiston 6.A henkilö 1 on Sara ja henkilö 2 on Rasmus. (Henkilöiden tunnistamisesta oikein 2 p.)

Rasmuksen välipala sisältää paljon nopeita hiilihydraatteja. (1 p.) Tämän vuoksi veriplasman glukoosipitoisuus nousee nopeasti (1 p.) ja korkeaan pitoisuuteen (1 p.). Rasmuksella myös veriplasman insuliinipitoisuus kohoaa nopeasti (1 p.), minkä seurauksena glukoosipitoisuus laskee nopeasti (1 p.).

Saran välipala sisältää paljon hitaita hiilihydraatteja. (1 p.) Koska hiilihydraateista vapautuu glukoosia hitaasti ruuansulatuksessa, Saralla veriplasman hiilihydraattipitoisuus nousee hitaammin ja alhaisemmalle tasolle kuin Rasmuksella (1 p.). Myös insuliinipitoisuus nousee Saralla hitaammin, jolloin välipalan glukoosipitoisuutta kohottava vaikutus jatkuu pidempään kuin Rasmuksella (1 p.). Tämän ansiosta Saran vireystila säilyy hyvänä pitkään. (1 p.)

7. Bakteerit ja virukset 15 p.

7.1 Pohdi, millaisen elinympäristön bakteerit ja virukset tarvitsevat elääkseen ja lisääntyäkseen. 5 p.

Yhteensä 5 pistettä esimerkiksi seuraavista:

  • Bakteerit tarvitsevat ravinteikkaan ympäristön, ja ne voivat tuottaa ulkopuolelleen ravintohiukkasia hajottavia entsyymejä. (1 p.)
  • Osa bakteereista on omavaraisia kuten syanobakteerit (1 p.), osa on hajottajia tai symbiontteja (1 p.).
  • Symbioottiset bakteerit tarvitsevat sopivan isäntäeliön, esimerkiksi typensitojabakteerit tarvitsevat hernekasvin tai lepän. (1 p.)
  • Osa bakteereista pystyy muodostamaan kylmyyttä, kuumuutta tai kuivuutta sietäviä lepovaiheita (1 p.), mutta lisääntyminen edellyttää suotuisaa ympäristöä (1 p.).
  • Osa bakteereista pystyy elämään hapettomissa olosuhteissa (anaerobiset bakteerit), osa vaatii happea (aerobiset bakteerit). (1 p.)
  • Jotkin bakteerit selviävät sekä hapellisissa että hapettomissa olosuhteissa, eli ovat fakultatiivisesti anaerobisia. (Esimerkiksi Escherichia coli muuttaa aineenvaihduntaansa sen mukaan, onko happea läsnä vai ei.) (1 p.)
  • Virukset tarvitsevat lisääntymiseensä elävän isäntäsolun. (1 p.)
  • Ollessaan elävän solun ulkopuolella, osa viruksista kestää hyvin alhaisia tai korkeita lämpötiloja. (1 p.)
  • Osa bakteereista ja viruksista tuhoutuu voimakkaassa UV-säteilyssä (1 p.)

Vastauksessa tulee käsitellä sekä bakteerien että virusten elinympäristöjä.

7.2 Perinnöllinen muuntelu edistää sekä bakteerien että virusten sopeutumista erilaisiin elinympäristöihin. Selitä, miten tällaista muuntelua tapahtuu. 10 p.

Bakteerien muuntelu, yhteensä enintään 8 pistettä seuraavista:

  • Bakteerien rekombinaatio (1 p.) tarkoittaa, että bakteerit pystyvät vaihtamaan geenejä toisen bakteerikannan tai lajin kanssa ja muodostamaan uusia geeniyhdistelmiä (1 p.).
  • Konjugaatio (1 p.) tarkoittaa, että kaksi bakteerisolua muodostaa toisiinsa suoran yhteyden piluksen avulla ja vaihtaa geneettistä materiaalia keskenään (1 p.).
  • Transformaatio (1 p.) tarkoittaa, että bakteeri ottaa ympäristöstään vapaana olevaa DNA:ta, esimerkiksi plasmidin (1 p.).
  • Transduktio (1 p.) tarkoittaa, että esitumaisten virukset, bakteriofagit, voivat siirtää DNA:ta lajista toiseen (1 p.).
  • Bakteereissa voi tapahtua spontaaneja mutaatioita. (1 p.)

Virusten muuntelu, yhteensä enintään 3 pistettä seuraavista:

  • Solun sisällä virus monistaa omaa perimäänsä, jonka aikana sen perimässä voi tapahtua mutaatioita. (1 p.)
  • Jos isäntäsolussa on useaa eri virusta, ne voivat vaihtaa perimää toistensa kanssa. (1 p.)
  • Myös isäntäsolun geenejä voi siirtyä viruksen perimään. (1 p.)

8. Poistogeeniset eläimet 15 p.

8.1 Selitä miten poistogeeninen hiiriyksilö voidaan tuottaa CRISPR/Cas-tekniikalla. 8 p.

Yhteensä enintään 8 pistettä seuraavista:

Hiiriyksilön tuottamiseen tarvitaan hedelmöitettyjä munasoluja (1 p.), johon siirretään sähköimpulssin avulla (1 p.) CRISPR/Cas-tekniikan mukainen opas-RNA-cas-kompleksi:

Ensin syntetisoidaan komplementaarinen opas-RNA (1 p.), joka pariutuu poistettavan geenin DNA:n kanssa (1 p.) emäsperiaatteen mukaisesti (1 p.).

Opas-RNA pystyy liittymään cas-entsyymiin, joka kykenee katkaisemaan DNA-juosteen. (1 p.) Katkaiseminen tapahtuu halutusta kohdasta (1 p.) opas-RNA:n ohjaamana (1 p.).

Solu pyrkii korjaamaan itsenäisesti katkaistun DNA:n (1 p.), jolloin alkuperäinen geeni vioittuu eikä enää toimi (1 p.). Vaihtoehtoisesti tekniikassa voidaan tuoda tilalle myös vastaava geenipätkä, jonka solu liittää osaksi DNA:taan. Näin CRISPR/Cas-tekniikalla voidaan myös korvata esimerkiksi viallinen geeni toimivalla geenimuodolla.

Munasolut siirretään (valeraskaaseen) naarashiireen. (1 p.)

8.2 Tutkijat haluavat luoda uuden poistogeenisen eläinkannan, jonka kaikilta yksilöiltä puuttuu tietty geeni. Kerro, miten poistogeeninen kanta tehdään. 4 p.

Yhteensä enintään 4 pistettä seuraavista:

Kohdan 8.1. mukaan tuotetuista jälkeläisistä valintaan ne, jotka ilmentävät poistumaa. (1 p.) Valintaa varten kohdegeeni voidaan eristää (1 p.), monistaa se PCR:llä (1 p.) ja sekvensoida se (1 p.). Vaihtoehtoisesti valinta voi perustua kompleksiin liitettyyn merkkigeeniin (1 p.), esimerkiksi turkkiin valkoisen värin aiheuttavaan geeniin, jolloin valkoiset jälkeläiset valitaan (1 p.).

Näitä poistogeenisiä yksilöitä risteytetään keskenään (1 p.) niin, että lopulta kaikilla jälkeläisiltä puuttuu haluttu geeni. Näin kaikilla jälkeläisillä on sama geeniperimä poistetun geenin suhteen ja kanta on valmis (1 p.).

Jos jälkeläisten valintaa koskevia asioita on käsitelty osatehtävässä 8.1., ne luetaan hyväksi tässä osatehtävässä.

8.3 Pohdi, mitä poistogeenisten eläinkantojen avulla voidaan tutkia. 3 p.

Yhteensä enintään 3 pistettä seuraavista:

Poistogeenisillä eläimillä voidaan tutkia esimerkiksi poistetun geenin vaikutuksia yksilöön. (1 p.) Näin saadaan selvitettyä geenin vaikutukset jo alkionkehityksestä alkaen. (1 p.) Menetelmää käytetään esimerkiksi syöpätutkimuksiin ja vaikeiden perinnöllisten sairauksien tutkimiseen. (1 p./esimerkki, enintään 2 pistettä) CRISPR/Cas-tekniikalla voidaan tuottaa myös soluja, joihin lisätään katkaisukohtaan jokin geeni, esimeriksi viallinen geeni korvataan toimivalla. (1 p.)

Osa 3: 20 pisteen tehtävät

9. Karhujen risteytyminen 20 p.

9.1 Päättele, mitä lisääntymiskykyisten risteymien syntyminen kertoo jää- ja ruskeakarhun keskinäisestä evoluutiohistoriallisesta sukulaisuudesta. 4 p.

Yhteensä enintään 4 pistettä esimerkiksi seuraavista:

  • Jää- ja ruskeakarhu ovat keskenään hyvin läheisiä sukulaisia. (1 p.)
  • Niiden (sukupuoli)kromosomit eivät ole vielä ehtineet muuttua kovin erilaisiksi. (1 p.)
  • Niiden sukusolut ovat yhteensopivia (ei lisääntymisestettä). (1 p.)
  • Jää- ja ruskeakarhut voisi jopa luokitella samaan lajiin kuuluviksi (erillisiksi alalajeiksi). (1 p.)
  • Jää- ja ruskeakarhujen viimeinen yhteinen kantamuoto eli geologisessa mielessä suhteellisen äskettäin, pleistoseenikaudella/jääkaudella. (1 p.)
  • Tämä kantamuoto oli todennäköisesti ulkonäöltään ja elintavoiltaan enemmän nykyisen ruskea- kuin jääkarhun kaltainen. (1 p.)
  • Jääkarhujen kehityslinja on ollut erityisen voimakkaan suuntaavan valinnan alaisena. (1 p.)

9.2 On todennäköistä, että risteymäkarhujen kelpoisuus eli fitness on erilainen kuin niiden vanhemmilla. Pohdi, millä tavoin tämä voi ilmentyä. Pohdi myös, miten bioottiset ja abioottiset tekijät voivat vaikuttaa risteymäkarhujen kelpoisuuteen. 10 p.

Yhteensä enintään 10 pistettä esimerkiksi seuraavista:

  • Todennäköisesti risteymien kelpoisuus ei ole yhtä hyvä kuin emolajien. (1 p.)
  • Lisääntymiskumppani ei välttämättä hyväksy väritykseltään välimuotoista karhua. (1 p.)
  • Ne saavat mahdollisesti keskimäärin vähemmän poikasia. (1 p.)
  • Poikasten kuolleisuus saattaa olla korkeampi kuin lajipuhtailla jää- ja ruskeakarhuilla. (1 p.)
  • Aikuisikään selviytyneiden yksilöiden elinajanodote voi olla lyhyempi kuin lajipuhtailla jää- ja ruskeakarhuilla. (1 p.)
  • Risteymien kestokyky erilaisia tauteja ja loisia vastaan voi olla heikompi kuin emolajien. (1 p.)
  • Risteymäkarhujen väritys on liian tumma ollakseen tehokas suojavärinä jäällä saalistettaessa ja toisaalta liian vaalea metsässä tai muualla kasvillisuuden keskellä. (1 p.)
  • Risteymäkarhut ovat oletettavasti huonompia uimareita kuin jääkarhut. (1 p.)
  • Jääkarhut eivät nuku talviunta, mutta ruskeakarhut nukkuvat. Risteymäkarhut todennäköisesti ovat talviunen suhteen välimuotoisia. (1 p.)
  • Ravinnon sulattaminen voi tuottaa ongelmia risteymäkarhuille. Niiden vanhempien suolistot poikkeavat toisistaan, sillä jääkarhut ovat pääasiassa lihansyöjiä, kun taas ruskeakarhut ovat kaikkiruokaisia. (1 p.)
  • Liian helposti ympäristöstään erottuvan värityksensä vuoksi risteymäkarhujen voi olla vaikeampi pyydystää saaliita. (1 p.)
  • Risteymäkarhut saattavat kestää alhaisia lämpötiloja huonommin kuin jääkarhut ja korkeita lämpötiloja huonommin kuin ruskeakarhut. (1 p.)
  • Erikoisuutensa vuoksi ne voivat olla haluttuja metsästyssaaliita. (1 p.)
  • Lajiristeyminä ne eivät välttämättä nauti lain suojaa samalla tavoin kuin puhtaat jää- ja ruskeakarhut. (1 p.)
  • On mahdollista, että viranomaiset pyrkivät tarkoituksella hävittämään risteymäkarhut luonnosta jääkarhuja suojellakseen. (1 p.)

9.3 Arvioi, millaisia seurauksia jää- ja ruskeakarhujen risteytymisellä voi olla kummallekin lajille ilmaston lämmetessä. 6 p.

Yhteensä enintään 6 pistettä esimerkiksi seuraavista:

  • Jos ympäristö muuttuu, toisen emolajin ominaisuudet voivat muuttua henkiinjäämisen kannalta epäedullisiksi. (1 p.)
  • Jos ilmasto lämpenee ja jää sulaa, puhtaan valkeat jääkarhut erottuvat selkeämmin ympäristöstään ja niiden on vaikeampi saalistaa. (1 p.)
  • Tämä lisää jääkarhujen kuolleisuutta ruskeakarhuihin verrattuna. (1 p.)
  • Jäätiköiden vetäytyessä pohjoisemmaksi ruskeakarhujen elinympäristö laajenee jääkarhujen elinympäristön kutistuessa. (1 p.)
  • Tämän seurauksena jääkarhut ja ruskeakarhut joutuvat useammin kosketuksiin keskenään ja risteymiä syntyy enemmän. (1 p.)
  • Risteymäkarhut puolestaan parittelevat todennäköisemmin yleisempien ruskeakarhujen kuin harvinaisempien jääkarhujen kanssa. (1 p.)
  • Tämän seurauksena ”puhtaiden” jääkarhujen suhteellinen osuus kaikista karhuista pienenee ajan myötä. (1 p.)
  • Lopulta jääkarhut voivat kokonaan kadota, kun ne sulautuvat ruskeakarhupopulaatioon lisääntyneiden risteytymisten seurauksena. (1 p.)

Jos vastauksessa kirjoitetaan ”harmaakarhuista” ruskeakarhujen sijaan, sitä ei lasketa virheeksi (pohjoisamerikkalainen harmaakarhu eli ”grizzly” on ruskeakarhun sikäläinen alalaji).

10. Ilman hiilidioksidipitoisuus 20 p.

10.1 Ilmakehän hiilidioksidipitoisuus on kasvanut aineiston 10.A mukaan 1960-luvulta 320 ppm:stä nykypäivän yli 400 ppm:ään. Kerro, mitkä tekijät ovat vaikuttaneet hiilidioksidipitoisuuden kasvuun. 6 p.

Yhteensä enintään 6 pistettä seuraavista:

  • Hiilidioksidipitoisuuden nousussa näkyy ihmisen toiminnan vaikutus. (1 p.)
  • Puun (1 p.), sekä fossiilisten polttoaineiden (1 p.), esimerkiksi kivihiilen ja maaöljyn (1 p.), käyttö on lisännyt ilmakehän hiilidioksidia huomattavasti.
  • Fossiilisia polttoaineita ja puuta käytetään liikenteessä, lämmityksessä ja teollisuudessa. (1 p.)
  • Maankäytön muutokset (1 p.), esimerkiksi metsien ja muiden hiilinielujen hävittäminen (1 p.), ovat vähentäneet hiilidioksidin poistumista ilmakehästä kasvien yhteyttämisen kautta (1 p.).
  • Myös turvevarojen käyttö (1 p.) on lisännyt hiilidioksidikuormaa.

Luonnollisten tapahtumien, kuten tulivuorenpurkausten, tarkastelu ei tuota lisäpisteitä.

10.2 Aineiston 10.A käyrässä on havaittavissa selvä rytmi: hiilidioksidipitoisuus nousee lokakuusta huhtikuuhun ja laskee huhtikuusta lokakuuhun. Mittaukset on tehty Havaijilla Mauna Loan saarella. Pohdi syitä tähän säännölliseen vuotuiseen vaihteluun, joka on havaittavissa samankaltaisena kaikkialla maapallolla. 5 p.

Yhteensä enintään 5 pistettä seuraavista:

  • Maapallon pohjoisella pallonpuoliskolla on paljon enemmän maapinta-alaa ja metsiä kuin eteläisellä (1 p.), joka on suurimmaksi osaksi merta (1 p.).
  • Pohjoisten metsien suuri hiilidioksidin sidonta kesäkuukausina (1 p.) näkyy ilmakehän hiilidioksidipitoisuuden pienemisenä pohjoisen kesän aikana (1 p.).
  • Pohjoisten metsien vaikutus näkyy koko maapallolla, myös pohjoisella pallonpuoliskolla sijaitsevalla Mauna Loalla. (1 p.)
  • Valtamerten hiilidioksidin sidonnassa ei ole vastaavia suuria vuodenaikaisia vaihteluja, jotka näkyisivät ilmakehän hiilidioksidipitoisuudessa. (1 p.)
  • Pohjoisempana vuotuiset hiilidioksidipitoisuuden erot ovat vielä suuremmat kuin lähempänä päiväntasaajaa. Eteläisellä pallonpuoliskolla hiilidioksidipitoisuuden erot näkyvät pienempinä ja viiveellä. (1 p.)

10.3 Selitä, miten hiilidioksidia käytetään vihreiden kasvien fotosynteesin pimeäreaktioissa. Pohdi, miten hiilidioksidipitoisuuden nousu vaikuttaa kasvien fotosynteesin ja vedenkäytön tehokkuuteen. 9 p.

Yhteensä enintään 9 pistettä seuraavista:

  • Fotosynteesissä hiilidioksidi sidotaan pimeäreaktioissa orgaanisiksi hiiliyhdisteiksi (Calvinin kierrossa). (1 p.)
  • Valoreaktioissa tuotetut ATP ja NADPH (vedynsiirtäjä) hyödynnetään pimeäreaktioissa (1 p.), joissa hiilidioksidi sidotaan entsyymin katalysoimassa reaktiossa (1 p.).
  • Näin epäorgaaninen hiiliyhdiste on saatu sidottua orgaaniseksi yhdisteeksi. (1 p.)
  • Kasvanut hiilidioksidipitoisuus tehostaa fotosynteesiä (1 p.), koska ilmarakojen kautta saadaan runsaammin hiilidioksidia lehden sisään (1 p.).
  • Pitoisuuserot lisäävät diffuusiota. (1 p.)
  • Pimeäreaktioissa hiilidioksidia sitova entsyymi (Rubisco) ei ole kovin tehokas, kun hiilidioksidipitoisuus on alhainen (1 p.), mutta teho paranee hiilidioksidipitoisuuden noustessa (1 p.).
  • Entsyymireaktioissa substraatin määrän kasvu nopeuttaa reaktiota. (1 p.)
  • Tehostunut fotosynteesi lisää kasvien kasvua. (1 p.)
  • Kohonnut hiilidioksidipitoisuus on eduksi kasvien vedenkäytön tehokkuudelle (1 p.), sillä sen ansiosta ilmarakojen kautta saadaan lehteen tarpeeksi hiilidioksidia, vaikka niitä pidetään auki vähemmän (1 p.), jolloin veden haihdutus pienenee (1 p.).

11. Silmän toiminta 20 p.

11.1 Nimeä aineiston 11.A kuvaan numeroidut osat (1–5). 5 p.

  1. mykiö
  2. verkkokalvo
  3. värikalvo eli iiris
  4. lasiainen
  5. näköhermo

Pisteytys: 1 piste/rakenne.

11.2 Selitä, miten aineiston 11.A numeroidut silmän osat (1–5) toimivat näkemisessä ja mikä on aivojen merkitys lopullisen kuvan muodostumisessa. 8 p.

Yhteensä enintään 8 pistettä seuraavista:

Valonsäteet saapuvat näkemisen kohteesta silmään, ja mykiö taittaa valon niin, että kuva kohdistuu verkkokalvolle. (1 p.) Iiris säätelee silmään saapuvan valon määrää. (1 p.) Valo kulkee hyvin valoa läpäisevän lasiaisen läpi verkkokalvolle (1 p.), johon kuva muodostuu ylösalaisin (1 p.).

Verkkokalvolla sauva- ja tappisolut (reseptorisolut) ärtyvät valosta. (1 p.) Sauvasolut aistivat valon intensiteettiä (1 p.) eivätkä osallistu värien näkemiseen. Tappisoluja on kolmenlaisia, ja ne ovat herkkiä punaisen, vihreän ja sinisen valon aallonpituusalueille. (1 p.) Reseptorisolut aktivoivat bipolaarisoluja (1 p.), ja ne siirtävät aktiopotentiaalin gangliosoluihin (1 p.), joista lähtevä näköhermo vie aistimukset pään etuosassa silmien välissä sijaitsevaan talamukseen eli näkökukkulaan (1 p.). Silmien näköhermot menevät ristiin näköhermoristin kohdalla. (1 p.) Pään takaosassa sijaitsee näköaivokuori. Suurin osa visuaalisesta aistitiedosta kulkee talamuksen kautta näköaivokuoreen, jossa muodostetaan lopullinen kuva kohteesta (1 p.).

11.3 Aineistossa 11.B kerrotaan sinisen valon vaikutuksesta hormonitoimintaan ja sitä kautta unirytmiin. Kerro, mistä hormonista on kyse, ja selitä, miten sininen valo vaikuttaa tämän hormonin säätelemiin ihmisen biologisiin toimintoihin. 7 p.

Yhteensä enintään 7 pistettä seuraavista:

Ihmisen normaali vuorokausirytmi syntyy melatoniini-hormonin (1 p., vaaditaan) avulla. Sitä erittyy pimeässä (1 p.) väliaivojen pohjassa sijaitsevasta käpyrauhasesta/käpylisäkkeestä (1 p.), ja se saa aikaan väsymyksen tunteen (1 p.).

Melatoniinin eritys loppuu normaalisti valoisassa. (1 p.) Myös keinotekoinen sininen valo laskee melatoniinin eritystä (1 p.), minkä seurauksena vireystila pysyy yllä ja unirytmi viivästyy (1 p.). Koska sininen valo vaikuttaa melatoniinin eritykseen ja sitä kautta unirytmiin, sininen valo vaikuttaa myös unirytmiin kytkeytyneisiin toimintoihin (1 p.). Tällaisia ovat esimerkiksi kasvuun ja kehitykseen vaikuttavien hormonien eritys, kortisolin eritys, ruumiinlämpö sekä pulssi ja verenpaine. (1 p./esimerkki, yhteensä enintään 2 pistettä). Esimerkkien tarkempi tarkastelu ei tuo lisäpisteitä.