Category Archives: Κριτήρια γενικής

Διαγώνισμα εξέλιξης Ι

ZHTHMA 1o

Mονάδες 25

Α. Σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή πάντηση. Μόρια 10

1. Τα βακτήρια κατατάσσονται στο ίδιο είδος σύμφωνα με:

i. το μειξιολογικό κριτήριο.

ii. το τυπολογικό κριτήριο.

iii. τη θεωρία της φυσικής επιλογής.

iv. τον τρόπο αναπαραγωγής τους.

2. Η φυσική επιλογή δρα:

i. επί του είδους.

ii. επί της βιοκοινότητας.

iii. επί του πληθυσμού.

iv. επί του ατόμου.

3. Η θεωρία του Λαμάρκ, υποστηρίζει ότι:

i. κάθε κύτταρο προέρχεται από κύτταρο.

ii. τα γενετικά χαρακτηριστικά προσαρμόζουν το περιβάλλον.

iii. το περιβάλλον επιλέγει ποια χαρακτηριστικά θα περιπέσουν σε αχρησία.

iv. το περιβάλλον κατευθύνει ποια γενετικά χαρακτηριστικά θα διαιωνισθούν.

4. Σύμφωνα με τη θεωρία του Δαρβίνου, νέα είδη δημιουργούνται:

i. όταν ένα άτομο ενός πληθυσμού αποκτήσει μια μετάλλαξη στο DNA του.

ii. όταν πολλά άτομα ενός πληθυσμού για πολλές γενεές εμφανίζουν πολλές μεταλλάξεις ευνοϊκές για το περιβάλλον όπου διαβιούν.

iii. τα είδη είναι σταθερά και δε μεταβάλλονται σε βάθος χρόνου γενεών.

iv. από τη φυσική τάση για βελτίωση κάθε ατόμου ενός πληθυσμού.

5. Οι βασικότερες θεωρίες της επιστήμης της Βιολογίας είναι:

i. η κυτταρική θεωρία και η θεωρία της εξέλιξης.

ii. η θεωρία του Λαμάρκ και η θεωρία του Δαρβίνου.

iii. η θεωρία της αυτόματης γένεσης και η θεωρία της σταθερότητας των ειδών.

iv. η Βιολογία είναι επιστήμη και δε στηρίζεται σε θεωρίες.

Β. Σημειώστε ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή και ποια είναι λανθασμένη:

Μόρια 15

1. H φυσική επιλογή στηρίζεται στην διαφορετική επιτυχία αναπαραγωγής που εμφανίζουν τα άτομα ενός πληθυσμού εξαιτίας της γενετικής ποικιλότητάς τους καθώς και στην τάση κάθε πληθυσμού να δημιουργεί πολύ περισσότερους απογόνους από όσους μπορούν να επιβιώσουν στο δεδομένο περιβάλλον.

2. Η θεωρία του Λαμάρκ και η θεωρία του Δαρβίνου για την εξέλιξη των ειδών έχουν ως κοινό σημείο ότι η εξελικτική προσαρμογή των ειδών προέρχεται από τις επιδράσεις μεταξύ των οργανισμών και του περιβάλλοντός τους.

3. Τα είδη εμφανίζουν ικανότητα ανταλλαγής γενετικού υλικού μεταξύ τους.

4. Θεμελιώδης διαφορά μεταξύ των θεωριών του Λαμάρκ και του Δαρβίνου είναι ότι ο Λαμάρκ υποστηρίζει την στοχευμένη αλλαγή των ατόμων ώστε να ανταποκριθούν στις αλλαγές του περιβάλλοντος, ενώ ο Δαρβίνος υποστηρίζει την τυχαία αλλαγή των κληρονομίσημων χαρακτηριστικών των ατόμων, ανεξαρτήτως των αλλαγών του περιβάλλοντος.

5. Στον παρακάτω πίνακα, αντιστοιχίστε τα δεδομένα της αριστερής στήλης με τα δεδομένα της δεξιάς, με κριτήριο τα δεδομένα της αριστερής στήλης να ανήκουν στην ίδια ταξινομική βαθμίδα με τον σύγχρονο άνθρωπο.

Έμβια Όντα

Ταξινομική Βαθμίδα

Ασπόνδυλα

Φύλο

Ερπετά

Κλάση

Θηλαστικά

Τάξη

Ανθρωπίδες

Οικογένεια

Homo erectus

Γένος

Βακτήρια

Πρωτεύοντα

ΖΗΤΗΜΑ 2ο

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Ποιες είναι οι παρατηρήσεις που οδήγησαν τον Κάρολο Δαρβίνο στα συμπεράσματά του; Ποια είναι αυτά τα συμπεράσματα; Μόρια 9

2. Ποιες είναι οι βασικές αρχές της θεωρίας του γάλλου φυσιοδίφη Λαμάρκ; Μόρια 8

3. Για ποιο λόγο η εξέλιξη των ειδών δεν μπορεί να επιτευχθεί με μεταλλάξεις που θα συμβούν σε ένα μεμονωμένο άτομο του είδους αυτού; Μόρια 9

ΖΗΤΗΜΑ 3ο

Μονάδες 25

Το σχολικό βιβλίο στη σελίδα 26 αναφέρει «… η αλόγιστη χρήση των αντιβιοτικών έχει ως αποτέλεσμα τη δημιουργία στελεχών βακτηρίων που είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά…» Σε αυτή την πρόταση, θεωρείτε ότι το σχολικό βιβλίο υιοθέτει την Δαρβινική ή την Λαμαρκική προσέγγιση για την εξέλιξη των οργανισμών; Πώς θα έπρεπε να διατυπωθεί η πρόταση σύμφωνα με την διαφορετική προσέγγιση από αυτήν που χρησιμοποιεί το σχολικό βιβλίο; Αιτιολογήστε τις απαντήσεις σας.

Το στέλεχος είναι μία ομάδα βακτηρίων εντός του είδους που χαρακτηρίζεται από ένα ή λίγα κύρια χαρακτηριστικά διαφορετικά από τα άτομα που ανήκουν σε διαφορετικά στελέχη του ίδιου είδους. Π.χ. το στέλεχος Α του είδους Ε. coli, είναι ανθεκτικό στην πενικιλίνη, ενώ το στέλεχος Β του είδους Ε. coli, δεν είναι ανθεκτικό σε αυτό το αντιβιοτικό.

ΖΗΤΗΜΑ 4ο Μονάδες 25

Με βάση το παρακάτω φυλογενετικό δένδρο μερικών ειδών χερσαίων φυτών να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

i. Ποιο είδος έχει εξαφανιστεί;

ii. Ποια ειδή σχηματίστηκαν πιο πρόσφατα;

iii. Μεταξύ των ειδών Β, Γ, Δ, Ε, ποια αναμένεται να ανήκουν στο ίδιο γένος και ποια στην ίδια οικογένεια;

iv. Εκτός του είδους Α, ποιο αναμένεται να εμφανίζει πολλές και μεγάλες διαφορές σε σχέση με τα υπόλοιπα;

v. Σε ποιο σημείο του φυλογενετικού αυτού δένδρου θα τοποθετούσατε την βάση του κλάδου που υποδεικνύει την δημιουργία των φυκιών, εάν η ρίζα του δένδρου αντιπροσωπεύει τον κοινό πρόγονο όλων των πολυκύτταρων φωτοσυνθέτοντων οργανισμών του πλανήτη;

Για κάθε ερώτηση να αιτιολογήσετε την απάντησή σας.

Κάθε φυλογενετικό δένδρο αποτελεί την διαγραμματική απεικόνιση των εξελικτικών σχέσεων ανάμεσα στα είδη που μελετούνται.

Απαντήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1o

A. Οι σωστές απαντήσεις είναι:

1. ii

2. iii

3. iii

4. ii

5. i

A. Οι σωστές απαντήσεις είναι:

1. Σ

2. Σ

3. Λ

4. Σ

5. Πρωτεύοντα → Τάξη

Homo erectus → Γένος

Θηλαστικά → Κλάση

Ανθρωπίδες → Οικογένεια

Ερπετά → Φύλο

Ασπόνδυλα →

Βακτήρια →

ΖΗΤΗΜΑ 2o

1. Η θεωρία της φυσικής επιλογής ερμηνεύει τον μηχανισμό με τον οποίο προχωράει η εξέλιξη των ειδών και μπορεί να συνοψιστεί σε τέσσερις βασικές παρατηρήσεις και σε τρία συμπεράσματα που απορρέουν από αυτές.

• Παρατήρηση 1. Οι πληθυσμοί των διάφορων ειδών τείνουν να αυξάνονται από γενιά σε γενιά με ρυθμό γεωμετρικής προόδου.

• Παρατήρηση 2. Αν εξαιρεθούν οι εποχικές διακυμάνσεις, τα μεγέθη των πληθυσμών παραμένουν σχετικά σταθερά.

• Συμπέρασμα 1. Για να παραμείνει σταθερό το μέγεθος ενός πληθυσμού, παρά την τάση για αύξηση, μερικά άτομα δεν επιβιώνουν ή δεν αναπαράγονται. Συνεπώς μεταξύ των οργανισμών ενός πληθυσμού διεξάγεται ένας αγώνας επιβίωσης.

• Παρατήρηση 3. Τα άτομα ενός είδους δεν είναι όμοια. Στους πληθυσμούς υπάρχει μια τεράστια ποικιλομορφία όσον αφορά τα φυσικά χαρακτηριστικά των μελών τους.

• Παρατήρηση 4. Τα περισσότερα από τα χαρακτηριστικά των γονέων κληροδοτούνται στους απογόνους τους.

• Συμπέρασμα 2. Η επιτυχία στον αγώνα για την επιβίωση δεν είναι τυχαία. Αντιθέτως,

εξαρτάται από το είδος των χαρακτηριστικών που έχει κληρονομήσει ένας οργανισμός από τους προγόνους του. Οι οργανισμοί οι οποίοι έχουν κληρονομήσει χαρακτηριστικά που τους βοηθούν να προσαρμόζονται καλύτερα στο περιβάλλον τους επιβιώνουν περισσότερο ή/και αφήνουν μεγαλύτερο αριθμό απογόνων από τους οργανισμούς οι οποίοι έχουν κληρονομήσει λιγότερο ευνοϊκά για την επιβίωσή τους χαρακτηριστικά.

• Συμπέρασμα 3. Τα ευνοϊκά για την επιβίωση χαρακτηριστικά μεταβιβάζονται στην επόμενη γενιά με μεγαλύτερη συχνότητα από τα λιγότερο ευνοϊκά, καθώς οι φορείς τους επιβιώνουν και αφήνουν μεγαλύτερο αριθμό απογόνων από τους φορείς των λιγότερο ευνοϊκών χαρακτηριστικών. Έτσι, με την πάροδο του χρόνου, η συσσώρευση όλο και περισσότερων ευνοϊκών χαρακτηριστικών σε έναν πληθυσμό μπορεί να οδηγήσει στην εμφάνιση ενός νέου είδους.

Σημείωση: Αξίζει να αναφέρουμε μία ακόμη παρατήρηση που έγινε από τον Κ. Δαρβίνο και δεν αναφέρεται στο σχολικό βιβλίο σε αυτό το σημείο. Η παρατήρηση αυτή θα αποτελούσε κανονικά την παρατήρηση 3. Σύμφωνα με αυτή: Το περιβάλλον διαθέτει περιορισμένους φυσικούς πόρους και συνεπώς μπορεί να θρέψει περιορισμένο πλήθος ατόμων ενός πληθυσμού που διαβιεί σε αυτό. Η παρατήρηση αυτή αναφέρεται εμμέσως πλην σαφώς στην σελ. 131 του σχολικού βιβλίου. 115

2. Οι απόψεις του Λαμάρκ, όπως αυτές διατυπώθηκαν μέσα από το έργο του «Η φιλοσοφία της ζωολογίας», ήταν ότι η άβια ύλη παράγει ατελείς μορφές ζωής, οι οποίες εξελίσσονται σε συνθετότερες εξαιτίας μιας έμφυτης τάσης των όντων για συνεχή πρόοδο. Κατά τη διάρκεια μεγάλων χρονικών περιόδων οι πρωτόγονοι οργανισμοί μετατρέπονται σταδιακά, κατά μήκος μιας «νοητής φυσικής κλίμακας», σε πιο εξελιγμένους, με τη βοήθεια μιας εσωτερικής δύναμης, η οποία στοχεύει στη βελτίωσή τους.

Ο Λαμάρκ πίστευε επίσης ότι οι αλλαγές στο περιβάλλον δημιουργούν νέες συνήθειες στα ζώα, με αποτέλεσμα αυτά να χρησιμοποιούν περισσότερο κάποια όργανά τους ή, αντίθετα, να μην τα χρησιμοποιούν καθόλου. Σύμφωνα με την αρχή της χρήσης και της αχρησίας, τα όργανα ενός ζώου που βοηθούν στην προσαρμογή του στο περιβάλλον χρησιμοποιούνται από αυτό περισσότερο, αναπτύσσονται και μεγαλώνουν, ενώ τα όργανα εκείνα που δε συμβάλλουν στην προσαρμογή του περιπίπτουν σε αχρησία, ατροφούν και εξαφανίζονται. Μ’ αυτό τον τρόπο τα ζώα αποκτούν νέα χαρακτηριστικά κατά τη διάρκεια της ζωής τους. O Λαμάρκ πίστευε ότι τα επίκτητα αυτά χαρακτηριστικά κληροδοτούνται στη συνέχεια στους απογόνους. Έτσι, με την πάροδο του χρόνου, συσσωρεύονται πολλές αλλαγές οι οποίες οδηγούν στη δημιουργία ενός είδους που είναι διαφορετικό από το αρχικό.

3. Ένα μεμονωμένο άτομο μπορεί να παρουσιάσει ένα, το πολύ, νέο χαρακτηριστικό είτε λόγω μεταβολής του γενετικού υλικού του (μετάλλαξη) είτε λόγω της επίδρασης του περιβάλλοντός του (επίκτητο γνώρισμα). Όμως, η εξέλιξη απαιτεί συσσώρευση πολλών νέων κληρονομήσιμων χαρακτηριστικών που έχουν εδραιωθεί στους πληθυσμούς διαδοχικών γενεών με τη δράση της φυσικής επιλογής.

ΖΗΤΗΜΑ 3o

Πρέπει να γίνει μια επισήμανση προκειμένου να αποφευχθούν πιθανές παρανοήσεις για το μηχανισμό με τον οποίο προχωρεί η εξέλιξη. Τα βακτήρια δεν ανταποκρίθηκαν στη μεταβολή του περιβάλλοντος (παρουσία αντιβιοτικού) αναπτύσσοντας ένα γνώρισμα που δεν υπήρχε προηγουμένως (όπως θα μπορούσε να ισχυριστεί ένας οπαδός της θεωρίας του Λαμάρκ), καθώς η ανθέκτική παραλλαγή τους προϋπήρχε της επίδρασης του αντιβιοτικού. Απλώς η «φυσική» επιλογή έδρασε ευνοώντας από τα υπάρχοντα κληρονομήσιμα χαρακτηριστικά εκείνο που προσέδιδε μεγαλύτερες πιθανότητες επιβίωσης στο φορέα του (ανθεκτικότητα στο χρησιμοποιούμενο αντιβιοτικό στην χρησιμοποιούμενη δόση). Καθώς τα ανθεκτικά άτομα προϋπάρχουν στον πληθυσμό ανεξάρτητα από την δράση ή όχι του αντιβιοτικού. Δεν είναι δηλαδή το αντιβιοτικό η αιτία που δημιουργήθηκαν τα ανθεκτικά άτομα του πληθυσμού σε αυτό. Επομένως το σχολικό βιβλίο στην πρόταση αυτή όπως την διατυπώνει στην σελίδα 26, φαίνεται να υιοθετεί την Λαμαρκική προσέγγιση για την εξέλιξη των ειδών των οργανισμών.

Η ίδια πρόταση θα μπορούσε να είχε διατυπωθεί ως εξής: «… η αλόγιστη χρήση των αντιβιοτικών έχει ως αποτέλεσμα την ΕΠΙΒΙΩΣΗ στελεχών βακτηρίων που είναι ανθεκτικά στα αντιβιοτικά…» ώστε να συμφωνεί με την Δαρβινική προσέγγιση της εξέλιξης των οργανισμών. Διότι τα ανθεκτικά άτομα, τα οποία προϋπήρχαν της δράσης του αντιβιοτικού επιβίωσαν και διαιωνίσθηκαν, διαιωνίζοντας ταυτόχρονα και την ιδίοτητά τους να είναι ανθεκτικά. Ενώ αντίθετα τα μη-ανθεκτικά άτομα του πληθυσμού, όταν επέδρασε στον πληθυσμό το αντιβιοτικό, πέθαναν και συνεπώς δεν αναπαράχθηκαν για να διαιωνίσουν τις γενετικές ιδιότητές τους.

Ζήτημα 4ο

Η ταξινόμηση των οργανισμών εκτός του ότι διευκολύνει τη μελέτη τους, αντανακλά και τον τρόπο με τον οποίο αυτοί έχουν εξελιχθεί. Μπορούμε δηλαδή πηγαίνοντας πίσω στο χρόνο η εξελικτική έρευνα να μας οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι δύο ή περισσότερα είδη έχουν έναν απώτερο κοινό πρόγονο, οπότε πρέπει να συγκαταταχθούν στην ίδια ταξινομική βαθμίδα. Γενικά ισχύει, ότι όσο πιο παλιά έζησε ο κοινός πρόγονος δύο ή περισσοτέρων ειδών, τόσο πιο απομακρυσμένα είναι εξελικτικά και συνεπώς σε τόσο ανώτερη ταξινομική βαθμίδα συγκατατάσσονται.

Στο δοθέν φυλογενετικό δένδρο λοιπόν, προκύπτει ότι:

i. Το είδος Α έχει εξαφανιστεί, καθώς δε ζει στο ίδιο παρόν, όπως όλα τα υπόλοιπα είδη (Β, Γ, Δ, Ε, Ζ, Η).

ii. Τα είδη Δ και Ε είναι αυτά που σχηματίστηκαν πιο πρόσφατα, αφού το σημείο τομής των κλάδων τους, που αναπαριστά τον κοινό πρόγονό τους, εμφανίζεται να είναι το πιο πρόσφατο σε σχέση με όλα τα άλλα αντίστοιχα σημεία, δηλαδή ο κοινός πρόγονό τους έζησε πιο πρόσφατα σε σχέση με τους κοινούς προγόνους των άλλων ειδών. 116

iii. Τα είδη Β και Γ ανήκουν στο ίδιο γένος, όπως στο ίδιο γένος, αλλά σε διαφορετικό από αυτό των ειδών Β και Γ, ανήκουν και τα είδη Δ και Ε. Ωστόσο, και τα τέσσερα αυτά είδη, δηλαδή το Β, το Γ, το Δ και το Ε, μοιράζονται έναν απώτερο κοινό πρόγονο και αναμένεται έτσι να συγκατατάσσονται και τα τέσσερα στην ίδια οικογένεια.

iv. Από όλα τα είδη που αναφέρονται στο δοθέν φυλογενετικό δένδρο και απαντούν ταυτόχρονα στον πλανήτη, αυτό που αναμένεται να εμφανίζει τις περισσότερες και μεγαλύτερες διαφορές από τα υπόλοιπα, είναι το είδος Η. Το είδος Η, διαχωρίστηκε από τα υπόλοιπα είδη στο απώτερο παρελθόν, δηλαδή ο κοινός πρόγονός του με τα είδη Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ έζησε πολύ πριν από την εποχή που έζησε ο κοινός πρόγονος του είδους Ζ και των υπολοίπων ειδών (Β, Γ, Δ και Ε).

v. Τα φύκη είναι πολυκύτταροι ευκαρυωτικοί οργανισμοί, παραγωγοί των υδάτινων οικοσυστημάτων οπότε αφού είναι φωτοσυνθέτοντες οργανισμοί και αυτοί, αναμένεται να μοιράζονται κάποιο κοινό πρόγονο με τα είδη των χερσαίων φυτών του δοθέντος φυλογενετικού δένδρου. Αυτός ο απώτερος κοινός πρόγονος, θα μπορούσαμε να υποθέσουμε ότι, έζησε στον πλανήτη πριν από τον κοινό πρόγονο όλων των χερσαίων φυτών. Συνεπώς, ο κοινός πρόγονος των φυκιών με τα είδη χερσαίων φυτών Α, Β, Γ, Δ, Ε και Ζ θα πρέπει να τοποθετηθεί μεταξύ της ρίζας του φυλογενετικού δένδρου και του κοινού προγόνου, μεταξύ του είδους Α και των ειδών Β, Γ, Δ, Ε, Ζ και Η.

Advertisements

Διαγώνισμα εφ’ όλης της ύλης – Βιολογία γενικής

Εκφωνήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1ο                                                                                                                      Μονάδες 25

Α. Σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση.

Μόρια 15

1. Τα ειδικά νευρικά σωμάτια στο δέρμα μας, είναι:

  1. τα σημεία όπου εκκρίνεται ο ιδρώτας.
  2. τα σημεία όπου βρίσκονται οι σμηγματογόνοι αδένες
  3. οι θερμοϋποδοχείς της επιδερμίδας μας.
  4. το σημείο ελέγχου της ομοιόστασης του οργανισμού μας.

2. Ποιά παθογόνα μικρόβια γνωρίζετε, τα οποία παράγουν ωφέλιμες άλλα και επιβλαβείς χημικές ουσίες;

  1. Τα πρωτόζωα.
  2. Οι μύκητες.
  3. Τα βακτήρια.
  4. Οι ιοί.

3. Η καταστολή της ανοσοβιολογικής απόκρισης πραγματοποιείται:

  1. αποκλειστικά από τα ειδικά κατασταλτικά Τ-λεμφοκύτταρα.
  2. και από τα προϊόντα της ανοσοβιολογικής απόκρισης.
  3. στα πρωτογενή λεμφικά όργανα.
  4. μόνο κατά την πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση.

4. Συνέπεια του φαινομένου του θερμοκηπίου, αναμένεται να είναι:

  1. η απώλεια μεγάλων χερσαίων εκτάσεων.
  2. καταρράκτης στα μάτια.
  3. γυψοποίηση.
  4. εύθραυστα κελύφη αυγών.

5. Ο γορίλας και ο γιββώνας ανήκουν………. ……………….. ………………, ο άνθρωπος και ο γορίλας ανήκουν…………. …………………….. ………………………… .:

  1. στην ίδια τάξη, στην ίδια οικογένεια.
  2. στο ίδιο γένος, στην ίδια οικογένεια.
  3. στην ίδια τάξη, στην ίδια κλάση.
  4. στην ίδια οικογένεια, στην ίδια τάξη.

Β. Σημειώστε ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή και ποια είναι λανθασμένη. Μόρια 10

1. Η ασθένεια του ύπνου θεραπεύεται με πενικιλίνη.

2. Το ινώδες δεν προϋπάρχει στο πλάσμα του αίματος, δημιουργείται στο πλάσμα από προϋπάρχουσες ουσίες, όταν αυτό απαιτείται.

3. Το 2ο τροφικό επίπεδο μίας πυραμίδας ενέργειας ενός οικοσυστήματος, απεικονίζει το ποσό της ενέργειας που είναι δεσμευμένο στα φυτοφάγα ζώα του.

4. Η συγκέντρωση ενός μη βιοδιασπώμενου ρύπου διατηρείται σταθερή μεταξύ των τροφικών επιπέδων, ενώ αυξάνεται η ποσότητα του από τροφικό επίπεδο σε τροφικό επίπεδο.

5. Το φαινόμενο του βιομηχανικού μελανισμού, αφορά έντομα του γένους betularia και ερμηνεύεται δια της θεωρίας της φυσικής επιλογής του Δαρβίνου.

ΖΗΤΗΜΑ 2ο

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Να εξηγήσετε πώς δημιουργείται η όξινη βροχή.

Μόρια 6

2. Ποιά πρόβλεψη κάνουν οι επιστήμονες για το 2040; Θεωρείται ακριβής αυτή η πρόβλεψη;

Μόρια 6

3. Πού παράγεται το αίμα μας, από τι αποτελείται; Πως δημιουργείται το πύον κατά τη φλεγμονώδη αντίδραση;                                                                                                                                                  Μόρια 6

4. Με ποιο μηχανισμό ο άνθρωπος διατηρεί σταθερή τη θερμοκρασία του σώματός του, όταν βρεθεί σε περιβάλλον με θερμοκρασία υψηλότερη των 36,6οC;                                                          Μόρια 7

ΖΗΤΗΜΑ 3ο

Μονάδες 25

Επιστήμονες που μελετούσαν ένα είδος προϊστορικού εντόμου που βρέθηκε εγκλεισμένο σε κεχριμπάρι, νόσησαν από μία πρωτοεμφανιζόμενης συμπτωματολογίας ασθένεια, λίγες ημέρες μετά την απελευθέρωση του νεκρού εντόμου από το κεχριμπάρι.

Οι ιατροί που εξέτασαν τους ασθενείς, κατόρθωσαν να προσδιορίσουν την αιτία της ασθένειας, εφαρμόζοντας τα κριτήρια του R. Koch. Το αίτιο, αποδείχθηκε ότι ήταν ένα «νέο» είδος μικροοργανισμού, που διέθετε πυρηνοειδές και μαστίγιο. Οι ιατροί, απομόνωσαν το είδος αυτό, τόσο από το αίμα των ασθενών επιστημόνων, όσο και από το έντομο που αυτοί μελετούσαν.

1. Σε ποια κατηγορία παθογόνων μικροβίων ανήκει το αίτιο της νόσου που εμφάνισαν οι επιστήμονες;

Μόρια 3

2. Το μικρόβιο που προκάλεσε την ασθένεια των επιστημόνων, απομονώθηκε και από τα πόδια του εγκλεισμένου στο κεχριμπάρι εντόμου. Μπορείτε να εξηγήσετε τι συνέβη και νόσησαν οι επιστήμονες που μελετούσαν αυτό το προϊστορικό έντομο; Θα χαρακτηρίζατε αυτό το άγνωστο είδος μικροβίου, νέο;

Μόρια 6

3. Το μικρόβιο αυτό εμφανίζει ευαισθησία σε όλα τα γνωστά αντιβιοτικά αλλά και παράγει ένα εντελώς νέο αντιβιοτικό, για το οποίο, πολλά από τα συνήθη παθογόνα βακτήρια στα οποία δοκιμάστηκε δεν εμφανίζουν ανθεκτικότητα. Πώς μπορεί να ερμηνευθεί και να αξιοποιηθεί αυτό;

Μόρια 6

4. Το παρακάτω διάγραμμα παρουσιάζει τη μεταβολή του πλήθους των μικρόβιων συναρτήσει του χρόνου, όταν αυτό ήταν πάνω στο έντομο που βρέθηκε συντηρημένο στο κεχριμπάρι και εντός του σώματος ενός επιστήμονα που μελετούσε το απεγκλωβισμένο έντομο και νόσησε.

Στο διάγραμμα παρουσιάζεται και η μεταβολή της συγκέντρωσης των αντισωμάτων του ασθενούς από τη νόσο που προκαλεί αυτό το βακτηριακό είδος.

i. Ποια καμπύλη παριστάνει τα αντισώματα και ποια τα αντιγόνα; Τι είδους ανοσοβιολογική απόκριση εμφάνισε ο επιστήμονας;                                                                                                                            Μόρια 4

ii. Τι συνέβη τις χρονικές στιγμές t1 και t2; Αιτιολογήστε σύντομα την απάντησή σας.         Μόρια 6

ΖΗΤΗΜΑ 4ο

Μονάδες 25

Σε μια βραχονησίδα του Αιγαίου, την άνοιξη απαντώνται οι εξής βιοτικοί παράγοντες:

Θυμάρι, λεβάντα και πεύκα, επίσης ζουν κάμπιες πράσινες και καφετί, αγριοκούνελα με σταχτί τρίχωμα αλλά και αγριοκούνελα με καφετί τρίχωμα που είναι και τα περισσότερα. Ακόμη ζουν κοτσύφια που τρέφονται με κάμπιες και έντομα και γεράκια που κυνηγούν μικρά τρωκτικά και φυσικά υπάρχουν και μικροοργανισμοί του εδάφους που μεταξύ άλλων, παράγουν και αμμωνία. Το καλοκαίρι, οι κάμπιες μεταμορφώνονται σε έντομα, οι πράσινες κάμπιες μεταμορφώνονται σε κίτρινες πεταλούδες και οι καφετί κάμπιες σε πράσινα σκαθάρια, που είναι φυτοφάγα.

i. Κατατάξτε τους οργανισμούς του παραπάνω οικοσυστήματος, αναλόγως με τον τρόπο που προσπορίζονται την ενεργεία τους και με τον αριθμό βημάτων που αυτοί απέχουν από τον Ήλιο.

Μόρια 3

ii. Εάν η ενέργεια στο επίπεδο των παραγωγών είναι 5 x 108 Kj, ποια είναι η ενεργεία που υπάρχει στα γεράκια όταν αυτά προσπορίζονται το 70% της διαθέσιμης ενέργειας του τροφικού επιπέδου από το όποιο τρέφονται, ανεξαρτήτως εποχής;                                                                                                              Μόρια 3

iii. Ποιο είναι το ποσοστό της ενέργειας των παραγωγών που καταλήγει στα κοτσύφια;  Μόρια 2

iv. Το καλοκαίρι ξέσπασε πυρκαγιά, με αποτέλεσμα σε χρονικό διάστημα 10 περίπου ετών, ο αριθμός των σταχτί αγριοκούνελων να γίνει μεγαλύτερος από τον αντίστοιχο των καφετί. Δώστε μια εξήγηση για την διαφοροποίηση του πληθυσμού των αγριοκούνελων που παρατηρήθηκε. Πως αναμένετε να είναι ο πληθυσμός των κουνελιών σε 20 έτη μετά την πυρκαγιά, εάν δεν υπάρξει καμία άλλη παρέμβαση στο οικοσύστημα;

Μόρια 10

v. Πώς θα επηρεαζόταν ο πληθυσμός των εντόμων του νησιού αυτού, όταν μια ασθένεια των παραγωγών οδηγούσε σε φυλλόπτωση την άνοιξη και αυτή συνεχιζόταν και το καλοκαίρι;                   Μόρια 7

Απαντήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1o

 

A. Οι σωστές απαντήσεις είναι:

  1. 1.              iii
  2. 2.              iii
  3. 3.              ii
  4. 4.              i
  5. 5.              iv

 

B. Οι σωστές απαντήσεις είναι:

  1. 1.              Λ
  2. 2.              Σ
  3. 3.              Σ
  4. 4.              Λ
  5. 5.              Λ

 

ΖΗΤΗΜΑ 2o

 

1. Η ηφαιστειακή δραστηριότητα, οι διεργασίες αποικοδόμησης των οργανικών ουσιών από τα βακτήρια του εδάφους και κυρίως η καύση υγρών καυσίμων απελευθερώνουν στην ατμόσφαιρα διάφορα οξείδια του αζώτου και διοξείδιο του θείου. Τα αέρια αυτά, αφού πρώτα μετατραπούν, με την επίδραση των υδρατμών της ατμόσφαιρας, σε νιτρικό και θειώδες οξύ αντίστοιχα, επιστρέφουν στην επιφάνεια της Γης διαλυμένα στο νερό της βροχής, στο χιόνι, στην ομίχλη ή στο χαλάζι.

Όταν οι συγκεντρώσεις των οξειδίων αυτών δεν είναι αυξημένες, το νιτρικό και το θειώδες οξύ που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό της βροχής την καθιστούν ελαφρά όξινη, καθώς έχει τιμή γύρω στο 5,6 pH. Στις περιοχές όμως στις οποίες η ατμόσφαιρα έχει επιβαρυνθεί με μεγάλες συγκεντρώσεις των οξειδίων αυτών, είτε διότι γίνεται εντατική καύση υγρών καυσίμων είτε διότι οι ρύποι αυτοί έχουν μεταφερθεί με τον άνεμο, μεγαλώνει και η ποσότητα του νιτρικού και του θειώδους οξέος που βρίσκονται διαλυμένα στο νερό της βροχής. Έτσι όμως η βροχή γίνεται περισσότερο όξινη, καθώς η τιμή του pH της μπορεί να πέσει αρκετά κάτω από το 5.

2. Επειδή η ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα που προστίθεται στην ατμόσφαιρα αυξάνεται με ρυθμό 0,3% το χρόνο, πολλοί επιστήμονες πιστεύουν ότι το 2040 η μέση θερμοκρασία του πλανήτη μας θα έχει αυξηθεί κατά 5°C. Αν η πρόβλεψη αυτή επιβεβαιωθεί, τότε οι σοβαρές κλιματικές μεταβολές που θα προκύψουν θα έχουν δραματικές περιβαλλοντικές επιπτώσεις. Η τήξη των πολικών πάγων θα οδηγήσει

σε ανύψωση της στάθμης της θάλασσας και επομένως στην απώλεια μεγάλων χερσαίων εκτάσεων οι οποίες θα καλυφθούν από το νερό. Είναι επίσης πιθανό πολλές γόνιμες περιοχές να μετατραπούν σε άγονες και αντίστροφα. Πάντως, αν και είναι απαραίτητο να μειωθούν, σε παγκόσμιο επίπεδο, οι εκπομπές διοξειδίου του άνθρακα, καμία πρόβλεψη προς το παρόν δεν μπορεί να είναι απόλυτα ακριβής. Κι αυτό γιατί δεν είναι ακόμη πλήρως κατανοητή η πολυπλοκότητα των ατμοσφαιρικών φαινομένων και ιδιαίτερα ο τρόπος με τον οποίο αλληλεπιδρούν οι παράγοντες που ευθύνονται για την αύξηση της θερμοκρασίας του πλανήτη με τους μηχανισμούς που την εξισορροπούν.

3. Το αίμα, τόσο με τα έμμορφα συστατικά του (κύτταρα) όσο και με τα συστατικά του πλάσματος, αποτελεί το βασικότερο παράγοντα οργάνωσης της άμυνας (ειδικής και μη ειδικής) του ανθρώπινου οργανισμού. Όλα τα κύτταρα που συμμετέχουν στους μηχανισμούς άμυνας του οργανισμού μας προκύπτουν από τη διαφοροποίηση πολυδύναμων αιμοποιητικών κυττάρων, τα οποία βρίσκονται στον ερυθρό μυελό των οστών, που αποτελεί το κέντρο της αιμοποίησης.

Η φλεγμονώδης αντίδραση, ή απλά φλεγμονή, εκδηλώνεται με ένα σύνολο συμπτωμάτων στα οποία περιλαμβάνονται το κοκκίνισμα στην περιοχή του τραύματος, το οίδημα, ο πόνος και η τοπική αύξηση της θερμοκρασίας.

Στο «πεδίο της μάχης» που διεξάγεται μεταξύ των μικροβίων και των κυττάρων τα οποία υπερασπίζονται την υγεία μας υπάρχουν φυσικά απώλειες και από τα δύο «στρατόπεδα»: νεκρά φαγοκύτταρα και νεκροί μικροοργανισμοί σχηματίζουν ένα παχύρρευστο κιτρινωπό υγρό, το πύον.

4. Ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα ομοιοστατικού μηχανισμού στον άνθρωπο είναι ο μηχανισμός ρύθμισης της θερμοκρασίας του σώματος στους 36,6°C. Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση που βρεθούμε σε ένα χώρο με θερμοκρασία μεγαλύτερη από τους 36,6°C, η θερμότητα που φθάνει συνεχώς από το περιβάλλον στο σώμα μας τείνει να προκαλέσει αύξηση της θερμοκρασίας του. Ωστόσο η αύξηση αυτή δε συμβαίνει, εξαιτίας μιας σειράς διαδοχικών αντιδράσεων στις οποίες κύριο ρόλο παίζει ο εγκέφαλος. Αρχικά οι θερμοϋποδοχείς του δέρματός μας, δηλαδή τα ειδικά νευρικά σωμάτια που ανιχνεύουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος, «ειδοποιούν» τον εγκέφαλο για την αύξηση της θερμοκρασίας με μηνύματα που αποστέλλουν στο κέντρο των γενικών αισθήσεων του εγκεφάλου. Στη συνέχεια το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας του εγκεφάλου, με μηνύματα που αποστέλλει στους ιδρωτοποιούς αδένες και στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, προκαλεί έκκριση ιδρώτα και διαστολή των αγγείων αντίστοιχα. Ο συνδυασμός αυτών των δύο αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματός μας με τον εξής τρόπο: τα αγγεία που έχουν διασταλεί φέρουν μεγάλες ποσότητες αίματος προς την επιφάνεια του δέρματος, η οποία όμως έχει ψυχθεί λόγω της εξάτμισης του ιδρώτα. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα το αίμα που φθάνει στα αιμοφόρα αγγεία του δέρματος να ψύχεται και επιστρέφοντας με την κυκλοφορία στο εσωτερικό του

οργανισμού μας να αποτρέπει την αύξηση της θερμοκρασίας του.

 

ΖΗΤΗΜΑ 3ο

 

1. Το μικρόβιο το οποίο εντοπίστηκε στους ερευνητές και στο προϊστορικό έντομο, ήταν βακτήριο εφόσον διαθέτει πυρηνοειδές, δηλαδή δεν υπάρχει σε αυτό οργανωμένος πυρήνας και το γενετικό του υλικό (δίκλωνο κυκλικό DNA) βρίσκεται συγκεντρωμένο σε μία περιοχή του κυτταροπλάσματος (την πυρηνική περιοχή ή πυρηνοειδές). Επίσης διαθέτει μαστίγιο ως όργανο κίνησης.

2. Το μικροβιακό αυτό είδος, ήταν ένα είδος βακτηρίου που είχε τη δυνατότητα να μετατρέπεται σε ενδοσπόριο υπό αντίξοες συνθήκες. Τα ενδοσπόρια είναι αφυδατωμένα κύτταρα με ανθεκτικά τοιχώματα και χαμηλούς μεταβολικούς ρυθμούς. Έτσι, προφανώς την εποχή που βρισκόταν πάνω στο προϊστορικό έντομο επικράτησαν συνθήκες που οδήγησαν σε ενδοσπορίωση, εντωμεταξύ με την πάροδο των εκατοντάδων χιλιάδων ετών, το έντομο εγκλίστηκε εντέλει στο κεχριμπάρι μαζί με τα ενδοσπόρια των βακτηρίων που έφερε στο σώμα του. Όταν οι επιστήμονες απελευθέρωσαν το έντομο από το κεχριμπάρι, τα ενδοσπόρια που υπήρχαν πάνω στο νεκρό έντομο, βρέθηκαν σε ευνοϊκές συνθήκες και βλάστησαν, δίνοντας το καθένα, από ένα βακτηριακό κύτταρο δηλαδή τα ίδια κύτταρα που στους πρϊστορικούς χρόνους μετατράπηκαν σε ενδοσπόρια. Αυτά τα βακτήρια πολλαπλασιάστηκαν και μόλυναν τους ερευνητές, στο σώμα των οποίων εγκαταστάθηκαν και πολλαπλασιάστηκαν, προκαλώντας τους λοίμωξη, αφού οι ερευνητές ασθένησαν.

Το βακτηριακό αυτό είδος είναι ένα νέο είδος για την επιστήμη της μικροβιολογίας εφόσον δεν ήταν μέχρι σήμερα γνωστή η ύπαρξή του. Ωστόσο, είναι ένα μικρόβιο που υπήρξε στον πλανήτη πριν από εκατοντάδες χιλιάδες χρόνια και δεν γνωρίζουμε αν υπάρχουν ακόμη περιοχές (βιότοποι) του πλανήτη όπου διαβιεί αυτό το είδος βακτηρίων ή δεν γνωρίζουμε αν το είδος αυτό είχε εξαφανιστεί στην πάροδο των αιώνων που μεσολάβησαν ή εάν εξελίχθηκε από το προγονικό είδος που απομονώθηκε από τους ασθενείς και το προϊστορικό έντομο, και τώρα δεν υπάρχει πλέον.

3. Δεδομένου ότι αυτό το βακτηριακό είδος υπήρξε πριν από αιώνες στον πλανήτη, σε προϊστορικές εποχές, και παρέμεινε εγκλισμένο μέσα στο κεχριμπάρι όλους αυτούς τους αιώνες, χωρίς να αλληλεπιδρά με το περιβάλλον, με τους βιοτικούς και αβιοτικούς παράγοντες και κυρίως χωρίς να αλληλεπιδρά με άλλα βακτηριακά είδη και καθώς ήταν αδρανές αναπαραγωγικά και δίχως να είναι εκτεθιμένο σε παράγοντες που θα μπορούσαν να επηρρεάζουν την εξέλιξή του, το βακτηριακό αυτό είδος παρέμεινε ανέγγιχτο από την πιθανή τροποποίηση των ιδιοτήτων του και απρόσβλητο από τη φυσική επιλογή. Έτσι διατήρησε ανέπαφες τις γενετικές ιδιότητες που είχε πριν εγκλιστεί στο κεχριμπάρι. Αυτές τις ιδιότητές του, εντοπίζουν σήμερα οι επιστήμονες που το μελετούν. Μία από αυτές τις ιδιότητές του, ήταν και η παραγωγή ενός ασυνήθιστου – σήμερα – αντιβιοτικού. Καθώς επίσης και το γεγονός, ότι δεν διαθέτει ανθεκτικότητα σε κανένα από τα αντιβιοτικά που παράγονται από τα σύγχρονα μικρόβια, τα οποία πιθανόν δεν υπήρχαν την προϊστορική εποχή που ζούσε αυτό το «νέο» βακτηριακό είδος. Η παραγωγή αυτού του αντιβιοτικού, που παράγει αυτό το βακτήριο, στο οποίο εμφανίζουν ευαισθησία πολλά από τα συνήθη σύγχρονα παθογόνα βακτήρια, θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί ως θεραπευτικό μέσο για την θεραπεία των ασθενειών, που οφείλονται σε αυτά τα παθογόνα βακτήρια και τα οποία δεν είναι σήμερα εύκολο να καταπολεμηθούν από τα σύγχρονα αντιβιοτικά που χρησιμοποιούν εναντίον τους καθώς εμφανίζουν πλέον ανθεκτικότητα οι πληθυσμοί τους σε αυτά.

4. i. Η καμπύλη α παριστάνει τα αντιγόνα και η καμπύλη β παριστάνει τα αντισώματα εντός του σώματος του ασθενούς ερευνητή. Εφόσον ο ερευνητής δεν έχει ξαναμολυνθεί ποτέ στη ζωή του από το συγκεκριμένο βακτηριακό είδος και φυσικά δεν έχει εμβολιαστεί, εφόσον το είδος αυτό του παθογόνου παράγοντα ήταν άγνωστο μέχρι τώρα, ο οργανισμός του, πραγματοποίησε πρωτογενή ανοσιοβιολογική απόκριση για να αντιμετωπίσει μέσω της ειδικής άμυνας που διαθέτει, τον νέο εισβολέα. Κατά την πρωτογενή ανοσοβιολογική απόκριση η παραγωγή των αντισωμάτων από τον οργανισμό πραγματοποιείται συνήθως μεταξύ της 3ης με 4ης ημέρας μετά τη μόλυνση από τον παθογόνο παράγοντα, δηλαδή, πάντοτε η παραγωγή των αντισωμάτων έπεται της μόλυνσης του οργανισμού από ένα αντιγόνο. Στο δοθέν διάγραμμα είναι φανερό ότι η καμπύλη β, έπεται της καμπύλης α. Παράλληλα παρατηρούμε ότι η μέγιστη τιμή της καμπύλης β είναι μεγαλύτερη από τη μέγιστη τιμή της καμπύλης α και το μέγιστο της καμπύλης β συμπίπτει με τον μηδενισμό της καμπύλης α, που σημαίνει ότι τα αντισώματα στον οργανισμό του ασθενούς είναι περισσότερα από τα αντιγόνα και ο οργανισμός του  κατορθώνει να εξοντώσει τελικά τα αντιγόνα.

ii. Τη χρονική στιγμή t1 πραγματοποιήθηκε ο απεγκλωβισμός του προϊστορικού εντόμου από το κεχριμπάρι. Αρχικά τα ενδοσπόρια που υπήρχαν εγκλισμένα (πλήθος Ν1) μαζί με το προϊστορικό έντομο στο κεχριμπάρι εφόσον βρέθηκαν σε ευνοϊκές συνθήκες, βλάστησαν δίνοντας το κάθε ενδοσπόριο ένα βακτήριο. Τα βακτήρια που προέκυψαν από τη βλάστηση των ενδοσπορίων αναπαράγονται δίνοντας το καθένα δύο θυγατρικά κύτταρα κ.ο.κ.

Τη χρονική στιγμή t2 όπως προκύπτει από το δοθέν διάγραμμα πραγματοποιήθηκε η μόλυνση του ερευνητή από τα προϊστορικά βακτήρια. Από τη χρονική στιγμή t2 και μετά, η καμπύλη του δοθέντος διαγράμματος αφορά το πλήθος των μικροβίων εντός του σώματος του ερευνητή. Αρχικά τα βακτήρια διανύουν μία περίοδο επώασης εντός του σώματος του ερευνητή (t2 – t3) και από τη χρονική στιγμή t3 μέχρι τη χρονική στιγμή t4 εγκαθίστανται και πολλαπλασιάζονται εντός του οργανισμού που έχουν μολύνει, προκαλώντας του λοίμωξη. Όμως από τη χρονική στιγμή t4 και μετά, ο οργανισμός του ασθενούς παράγει αντισώματα εναντίον του συγκεκριμένου μικροβίου (πρωτογενής ανοσοβιολογική απόκριση), οπότε και ο οργανισμός αρχίζει να αντιμετωπίζει τον μικροοργανισμό μέσω της ειδικής άμυνας. Παρατηρούμε ότι καθώς αυξάνεται το πλήθος των παραγόμενων αντισωμάτων μειώνεται το πλήθος των παθογόνων μικροοργανισμών στον οργανισμό του ατόμου μέχρι τη χρονική στιγμή t5, οπότε και ο οργανισμός έχει καταπολεμήσει ολοκληρωτικά τον παθογόνο παράγοντα.

 

ΖΗΤΗΜΑ 4ο

 

i. Οι οργανισμοί που ζουν σε ένα οικοσύστημα διακρίνονται, ανάλογα με τον τρόπο που εξασφαλίζουν την τροφή τους, σε παραγωγούς, καταναλωτές και αποικοδομητές. Οι παραγωγοί είναι οι οργανισμοί που φωτοσυνθέτουν, έχουν δηλαδή την ικανότητα να δεσμεύουν την ηλιακή ενέργεια και να την αξιοποιούν για την παραγωγή γλυκόζης και άλλων υδατανθράκων από απλά ανόργανα μόρια (διοξείδιο του άνθρακα και νερό).

Όλοι οι άλλοι οργανισμοί των οικοσυστημάτων, οι οποίοι δε φωτοσυνθέτουν, χαρακτηρίζονται ως ετερότροφοι, γιατί παραλαμβάνουν με την τροφή τους τις χημικές ουσίες που είναι απαραίτητες για την κάλυψη των ενεργειακών αναγκών τους. Οι ετερότροφοι οργανισμοί διακρίνονται σε καταναλωτές και αποικοδομητές. Στους καταναλωτές, τους οργανισμούς δηλαδή που τρέφονται με φυτικούς ή άλλους ζωικούς οργανισμούς, ανήκουν οι μονοκύτταροι και οι πολυκύτταροι ζωικοί οργανισμοί. Οι καταναλωτές, ανάλογα με «τον αριθμό των βημάτων» που τους χωρίζουν από τους παραγωγούς, διακρίνονται σε:

• καταναλωτές πρώτης τάξης, που είναι τα φυτοφάγα ζώα,

• καταναλωτές δεύτερης τάξης, που είναι τα σαρκοφάγα ζώα τα οποία τρέφονται με φυτοφάγα,

• καταναλωτές τρίτης τάξης, που είναι τα σαρκοφάγα τα οποία τρέφονται με άλλα σαρκοφάγα.

Στους αποικοδομητές ανήκουν τα βακτήρια του εδάφους και οι μύκητες που τρέφονται με τη νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρπούς, απεκκρίσεις, τρίχες, σώματα νεκρών οργανισμών).

Στο δοθέν οικοσύστημα της βραχονησίδας, οι οργανισμοί θυμάρι, λεβάντα και πεύκα είναι φυτά, και συνεπώς είναι παραγωγοί του οικοσυστήματος. Οι κάμπιες (πράσινες και καφετί) όπως και τα αγριοκούνελα (σταχτί και καφετί), ανήκουν στους καταναλωτές πρώτης τάξης, καθώς είναι φυτοφάγα πλάσματα. Τα πτηνά, κοτσίφια και γεράκια, που τρέφονται με φυτοφάγους οργανισμούς, κατατάσσονται στους καταναλωτές δεύτερης τάξης. Τέλος, οι μιρκοοργανισμοί του εδάφους που παράγουν αμμωνία, ανήκουν πιθανόν στου αποικοδομητές και συνεπώς είναι ετερότροφοι οργανισμοί.

ii. Οι οργανισμοί έχουν ανάγκη από ενέργεια την οποία εξασφαλίζουν με την τροφή τους. Οι τροφικές σχέσεις μεταξύ των οργανισμών διαφορετικών ειδών είναι ποιοτικές (ποιος τρώει ποιον) και ποσοτικές (τι ποσότητα τρώει).

Οι τροφικές πυραμίδες αποτελούν απεικονίσεις των ποσοτικών σχέσεων που υπάρχουν μεταξύ των οργανισμών ενός οικοσυστήματος. Μια τροφική πυραμίδα αποτελείται από τροφικά επίπεδα (επάλληλα ορθογώνια), σε καθένα από τα οποία περιλαμβάνονται όλοι οι οργανισμοί που τρέφονται απέχοντας «ίδιο αριθμό βημάτων» από τον ήλιο. Πιο συγκεκριμένα:

• Το πρώτο τροφικό επίπεδο, που βρίσκεται στη βάση της τροφικής πυραμίδας, είναι αυτό των παραγωγών.

• Το δεύτερο τροφικό επίπεδο είναι αυτό των καταναλωτών πρώτης τάξης.

• Το τρίτο τροφικό επίπεδο είναι αυτό των καταναλωτών δεύτερης τάξης κ.ο.κ.

Μία τροφική πυραμίδα, που απεικονίζει τη μεταβολή της δεσμευμένης ενέργειας από ένα τροφικό επίπεδο του οικοσυστήματος στο άλλο, χαρακτηρίζεται ως πυραμίδα ενέργειας.

Το εμβαδόν που δίνεται σε κάθε ορθογώνιο είναι ανάλογο με το μέγεθος της μεταβλητής που απεικονίζεται στο συγκεκριμένο τροφικό επίπεδο.

Αν θέλαμε να απεικονίσουμε την ενέργεια που περικλείεται στα διάφορα τροφικά επίπεδα του συγκεκριμένου οικοσύστηματος, θα παίρναμε:

Στην τροφική αλυσίδα, σε κάθε τροφικό επίπεδο, απεικονίζεται το ποσό της ενέργειας που είναι δεσμευμένο στο σύνολο των οργανισμών του δεδομένου τροφικού επιπέδου.

Η ενέργεια, με τη μορφή της χημικής ενέργειας που εμπεριέχεται στην τροφή των οργανισμών, περνάει από το κατώτερο τροφικό επίπεδο (των παραγωγών) στο ανώτερο. Έχει υπολογιστεί ότι μόνο το 10% περίπου της ενέργειας ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο, καθώς το 90% της ενέργειας χάνεται. Αυτό οφείλεται στο ότι:

• Ένα μέρος της χημικής ενέργειας μετατρέπεται με την κυτταρική αναπνοή σε μη αξιοποιήσιμες μορφές ενέργειας (π.χ. θερμότητα).

• Δεν τρώγονται όλοι οι οργανισμοί.

• Ορισμένοι οργανισμοί πεθαίνουν.

• Ένα μέρος της οργανικής ύλης αποβάλλεται με τα κόπρανα, τα οποία αποικοδομούνται.

Συνεπώς, η ενέργεια σε καθένα από τα τροφικά επίπεδα της προηγούμενης πυραμίδας, θα είναι:

Τα γεράκια, όπως και τα κοτσύφια, συνιστούν το τρίτο τροφικό επίπεδο αυτής της πυραμίδας, δεδομένου ότι ανάμεσα σε αυτά τα δύο είδη οργανισμών, τα γεράκια προσπορίζονται το 70 % της ενέργειας που διαθέτει το προηγούμενο τροφικό επίπεδο, όπου ανήκουν οι οργανισμοί, που συνιστούν τα θηράματα των οργανισμών του τρίτου τροφικού επιπέδου, η ενέργεια που υπάρχει δεσμευμένη στα γεράκια του οικοσυστήματος, είναι:

70/100 x 5 x 106Κj = 35/10 x 106Κj = 35 x 105Κj.

iii. Το ποσοστό της ενέργειας των παραγωγών που καταλήγει στα κοτσύφια του οικοσυστήματος, σύμφωνα με τα προηγούμενα, υπολογίζεται ως εξής:

Η ενέργεια που είναι δεσμευμένη στα κοτσύφια είναι:

5 x 106Κj – 35 x 105Κj = 50 x 105Κj – 35 x 105Κj = 15 x 105Κj.

Η ολική ενέργεια που υπάρχει δεσμευμένη στους παραγωγούς του οικοσυστήματος είναι 5 x108Κj. Άρα, αν το σύνολο της ενέργειας των παραγωγών κατέληγε στα κοτσύφια τότε θα περνούσε στα κοτσύφια το 100% της ενέργειας και θα διέθεταν ενέργεια ίση με αυτή των παραγωγών, δηλαδή 5 x108Κj. Όμως, σύμφωνα με το προηγούμενο ερώτημα, γνωρίζουμε ότι δεν καταλήγει όλη η ενέργεια των παραγωγών στα κοτσύφια, και υπολογίζουμε ότι η ενέργεια που εγκλύεται στα κοτσύφια είναι 15 x105Κj, συνεπώς μπορούμε να υπολογίσουμε το ποσοστό της ενέργειας των παραγωγών που φτάνει στα κοτσύφια. Αυτό είναι:

 

5 x 108Κj 100%

15 x 105Κj ψ%

 

5 x108Κj x ψ% = 15 x 105Κj x 100%

ψ% = 15 x 105Κj / 5 x 108Κj x 100%

ψ% = 3 x 10-3 = 0,003%

iv. Το μεσογειακό κλίμα χαρακτηρίζεται από αλληλοδιαδοχή ενός υγρού και σχετικά ήπιου θερμοκρασιακά χειμώνα με ένα θερμό και ξερό καλοκαίρι που ευνοεί την εκδήλωση της φωτιάς λόγω των υψηλών θερμοκρασιών, της μεγάλης ξηρασίας και της συσσώρευσης μη αποικοδομημένων ξερών φύλλων στο έδαφος.

Η πυρκαγιά είχε ως αποτέλεσμα σταδιακή διαφοροποίηση του πληθυσμού των αγριοκούνελων του οικοσυστήματος της βραχονησίδας που μελετάμε. Ενώ πριν την πυρκαγιά, τα καφετί κουνέλια επικρατούσαν στον πληθυσμό, μετά την πυρκαγιά, προοδευτικά, άρχισε να μειώνεται ο πληθυσμός τους και να αυξάνεται ο πληθυσμός των σταχτί αγριοκούνελων.

Η εξήγηση του φαινομένου βρίσκεται στη δράση της φυσικής επιλογής. Πριν από την πυρκαγιά τα καφετί αγριοκούνελα διακρίνονταν δυσκολότερα από τους θηρευτές τους (γεράκια) σε σχέση με τα αγριοκούνελα που διέθεταν σταχτί τρίχωμα. Αυτό συνέβαινε καθώς ο χρωματισμός του τριχώματος (καφετί) ήταν παραπλήσιος με το κυρίαρχο χρώμα του περιβάλλοντος όπως αυτό διαμορφωνόταν από τους κορμούς (καφετί) και το φύλλωμα των παραγωγών. Για το λόγο αυτό, επικράτησαν στον τοπικό πληθυσμό των αγριοκούνελων, τα καφετί κουνέλια αφού είχαν μεγαλύτερες πιθανότητες επιβίωσης – και μεταβίβασης του χαρακτηριστικού τους (καφετί τρίχωμα) στις επόμενες γενεές – από τα σταχτί.

Μετά την πυρκαγιά όμως, που το τοπίο απογυμνώθηκε από τη βλάστηση και έγινε γκρίζο, η δράση της φυσικής επιλογής αντιστράφηκε. Το προσαρμοστικό πλεονέκτημα, το είχαν πλέον τα σταχτί αγριοκούνελα, που ήταν περισσότερο δυσδιάκριτα από τα καφετί. Έτσι, βαθμιαία, άρχισαν να επικρατούν αριθμητικά, καθώς επιβιώνουν περισσότερο και μεταβιβάζουν με μεγαλύτερη συχνότητα το χρωματικό χαρακτηριστικό τους στις επόμενες γενεές από τα καφετί χρώματος αγριοκούνελα.

Τα μεσογειακά οικοσυστήματα μπορούν να επανακάμψουν σε λιγότερο από δέκα χρόνια, γιατί οι οργανισμοί τους έχουν προσαρμοστεί στην περιοδική εμφάνιση της φωτιάς αναπτύσσοντας συγκεκριμένους μηχανισμούς αναγέννησης. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν ο σχηματισμός νέων βλαστών και φύλλων από υπόγειους οφθαλμούς, η αυξημένη φύτρωση σπερμάτων που διασκορπίστηκαν λόγω της φωτιάς κ.ά. Συνεπώς, εφόσον δεν δράσουν κάποιοι ανασταλτικοί παράγοντες στη επανάκαμψη του συγκεκριμένου οικοσυστήματος και εφόσον δεν υπάρξουν άλλες παρεμβάσεις, φυσικές ή τεχνητές, αναμένεται ότι σε είκοσι χρόνια μετά την πυρκαγιά στον πληθυσμό των αγριοκούνελων της βραχονησίδας, θα επικρατούν και πάλι τα καφετί κουνέλια, αφού μετά από μία δεκαετία από την πυρκαγιά, το τοπίο θα έχει επανέλθει στην κατάσταση που βρισκόταν πριν από την πυρκαγιά. Έτσι, και πάλι η φυσική επιλογή θα δράσει υπέρ του καφετί τριχώματος τρωκτικών αφού και τώρα είναι δυσκολότερο να εντοπιστούν από τους θηρευτές τους, δηλαδή τα γεράκια, σε αντίθεση με τα σταχτί τριχώματος ζώα. Έτσι, το οικοσύστημα θα επανέλθει στην αρχική του ισορροπία.

 

Σχόλιο: Μετά την πυρκαγιά αναμένεται να μειωθεί συνολικά ο πληθυσμός των αγριοκούνελων, αφού θα περιοριστεί η τροφή τους. Ομοίως θα πρέπει αναλογικά να μειωθεί και ο πληθυσμός των γερακιών. Μετά όμως από είκοσι χρόνια, εφόσον δεν υπάρξουν άλλοι περιοριστικοί παράγοντες, αφού το πλήθος των παραγωγών θα έχει αποκατασταθεί συνακόλουθα θα αποκατασταθεί και το πλήθος των καταναλωτών αυτής της τροφικής αλυσίδας.

 

v. Τα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται από την τάση να διατηρούν σε ισορροπία τις σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ των διάφορων βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων τους. Η ισορροπία όμως αυτή των οικοσυστημάτων δεν αντιπροσωπεύει μια στατική κατάσταση. Αντίθετα, οι σχέσεις που αναπτύσσονται μεταξύ των παραγόντων ενός οικοσυστήματος μεταβάλλονται συνεχώς και ποσοτικά και ποιοτικά. Οι μηχανισμοί όμως αυτορρύθμισης που διαθέτει κάθε οικοσύστημα το κάνουν ικανό να επαναφέρει την ισορροπία στις σχέσεις μεταξύ βιοτικών και αβιοτικών παραγόντων, όποτε μια μεταβολή τείνει να τις απορρυθμίσει.

Στο οικοσύστημα της βραχονησίδας που μελετάμε σχετικά με τον πληθυσμό των εντόμων αναμένεται ότι με τη φυλλόπτωση που θα συμβεί, οι πληθυσμοί των πεταλούδων και των σκαθαριών θα μειωθούν διότι θα μειωθούν οι κάμπιες, οι οποίες μεταμορφώνονται σε έντομα την άνοιξη, καθώς αυτές τρέφονται με φύλλα και με την φυλλόπτωση θα περιοριστεί η τροφή τους. Εφόσον όμως ένα μέρος του πληθυσμού από τις κάμπιες επιβιώσει, τότε τα έντομα που θα προκύψουν, θα έρθουν και αυτά αντιμέτωπα με την αιτία, το καλοκαίρι καθώς η φυλλόπτωση επικρατεί και η ανάπτυξη των φυτών από τα οποία τρέφονται περιορίζεται.Επιπροσθέτως όλων των παραπάνω παραγόντων, στο συγκεκριμένο οικοσύστημα, αναμένεται ότι υπό φυσιολογικές συνθήκες ότι τα πράσινα σκαθάρια θα είναι περισσότερο δυσδιάκριτα από τους θηρευτές τους (κοτσύφια), σε σχέση με τις κίτρινες πεταλούδες, οπότε αναμένεται ο πληθυσμός τους να είναι μεγαλύτερος. Μετά τη φυλλόπτωση όμως, αναμένεται τα πράσινα σκαθάρια να γίνουν και αυτά ευδιάκριτα για τα κοτσύφια, όπως είναι και οι πεταλούδες. Συνεπώς μία τέτοια επίδραση στους παραγωγούς του οικοσυστήματος, θα οδηγούσε σε επιπτώσεις στον πληθυσμό των εντόμων, στα οποία τώρα ο πληθυσμός των σκαθαριών θα μειωθεί. Ο πληθυσμός των πεταλούδων αναμένεται είτε να παραμείνει αμετάβλητος, εφόσον τα κοτσύφια δεν αυξηθούν, αλλά απλώς να αλλάξουν διατροφικές συνήθειες και να στραφούν και προς τα σκαθάρια που τώρα είναι περισσότερο ευδιάκριτα, είτε ο πληθυσμός των πεταλούδων να μειωθεί και αυτός εάν ο πληθυσμός των κοτσυφιών αυξηθεί καθώς θα έχουν στη διάθεσή τους περισσότερη τροφή (σκαθάρια).

Οι μηχανισμοί που θα δρουν υπέρ της μίας ή της άλλης εκδοχής, εξαρτώνται και από άλλους παράγοντες. Σε κάθε περίπτωση ωστόσο, οι τροποποιήσεις αυτές αναμένεται να είναι προσωρινές εφόσον οι αυτορυθμιστικοί μηχανισμοί του οικοσυστήματος θα δράσουν για να επανέλθει σε ισορροπία η οποία μπορεί να είναι ίδια με την αρχική ή μία νέα κατάσταση ισορροπίας. Ο πληθυσμός πάντως των καταναλωτών 1ης τάξης (έντομα του οικοσυστήματος) καθορίζεται από την ενέργεια που διαθέτουν οι παραγωγοί, όπως και ο πληθυσμος των καταναλωτών της 2ης τάξης καθορίζεται από από την ενέργεια που διαθέτει το προηγούμενο τροφικό επίπεδο, δηλαδή στην προκειμένη περίπτωση τα έντομα.

 

Διαγώνισμα βιογεωχημικών κύκλων-Βιολογία Γενικής Παιδείας Γ’ Λυκείου

§ 2.3 Bιογεωχημικοί Κύκλοι

ΖΗΤΗΜΑ 1o

Μονάδες 25

Α. Σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση:

Μόρια 15

1. Τα συμβιωτικά αζωτοδεσμευτικά βακτήρια:

  1. παρασιτούν επί των ψυχανθών φυτών.

ii. είναι αποικοδομητές.

  1. μετατρέπουν το ανόργανο αέριο μοριακό άζωτο σε ανόργανη χημική ένωση αζώτου.

iv. είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά μικρόβια που για να επιβιώσουν εξασφαλίζουν από τα ψυχανθή φυτά τους μηχανισμούς αντιγραφής, μεταγραφής και μετάφρασης.

2. Το απαραίτητα χημικά στοιχειά που απαιτούνται σε μεγάλες ποσότητες από τους οργανισμούς για την σύνθεση των χημικών ενώσεων τους, είναι:

  1. C, H, O3, N, S, Ni.

ii. C, H, O, H2O, S .

  1. C, H, NH3, S, P.

iv. P, S, N, O, H, C.

3. Η αμειψισπορά αποτελεί έναν οικολογικό τρόπο εμπλουτισμού του εδάφους με άζωτο, διότι:

  1. τα ψυχανθή φυτά εμπλουτίζουν το έδαφος με νιτρικά ιόντα καθώς τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια μετατρέπουν το μοριακό άζωτο σε νιτρικά ιόντα στο έδαφος.

ii. τα ψυχανθή φυτά δεν καταναλώνουν τα αποθέματα νιτρικών ιόντων του εδάφους, αφού τροφοδοτούνται απ’ ευθείας από τα συμβιωτικά αζωτοδεσμευτικά βακτήρια και παράλληλα τα ψυχανθή που είναι πλούσια σε αζωτούχα βιομόρια (π.χ. πρωτεΐνες) με την αποικοδόμηση των νεκρών τμημάτων τους, προμηθεύουν το έδαφος με αμμωνία.

  1. τα σιτηρά και τα ψυχανθή φυτά είναι, αμφότερα, πλούσια σε αζωτούχα βιομόρια (π.χ. πρωτεΐνες) που με την αποικοδόμηση τους εμπλουτίζουν το έδαφος με άζωτο.

iv. Η αμειψισπορά, όπως και η αγρανάπαυση, είναι η περιοδική καλλιέργεια του εδάφους με ένα μονό φυτικό είδος.

4. Ο υδρολογικός κύκλος πάνω από τα υδάτινα οικοσυστήματα, περιλαμβάνει:

  1. εξάτμιση και κατακρημνίσεις.

ii. επιδερμική εξάτμιση, διαπνοή και κατακρημνίσεις.

  1. διαπνοή, εξάτμιση, επιφανειακή απορροή, κατακρημνίσεις.

iv. υπόγεια ύδατα, διαπνοή, εξάτμιση, επιφανειακή απορροή, κατακρημνίσεις.

5. Η τροφοδότηση των οικοσυστημάτων με ενέργεια και ύλη πραγματοποιείται μέσω:

  1. των βιογεωχημικών κύκλων.

ii. του διαστήματος από τον ήλιο και τους μετεωρίτες.

  1. της ηλιακής ακτινοβολίας και των βιογεωχημικων κύκλων.

iv. του ήλιου, καθώς τόσο η ενέργεια όσο και η ύλη συνεχώς μετατρέπεται σε μη αξιοποιήσιμες μορφές από τους οργανισμούς.

Β. Σημειώστε ποια από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστή και ποια είναι λανθασμένη:

Μόρια 10

1.    Τα αζωτοδεσμευτικά βακτήρια απαντώνται και ελεύθερα στο έδαφος.

2.    Τα χημικά λιπάσματα χρησιμοποιούνται στη γεωργία για την προστασία της παράγωγης από τα έντομα.                                                                                                                                3.    Η απορρόφηση του νερού από τα φυτά γίνεται από τα στομάτια των φύλλων τους.

4.    Πριν από την βιομηχανική επανάσταση, ο άνθρωπος αδυνατούσε να παρέμβει στον κύκλο του άνθρακα.                                                                                                                5.    Η αύξηση της συγκέντρωσης του διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα οφείλεται σε δύο συνιστώσες, στην καταστροφή των δασών και στην καύση ορυκτών καυσίμων.

6.    Τα βακτήρια που μετέχουν στον κύκλο του αζώτου είναι όλα αποικοδομητές.

7.    Τα ορυκτά καύσιμα προέρχονται από μετασχηματισμό οργανικής ύλης μέσω βιογεωχημικών φαινομένων.                                                                                                          8.    Το πετρέλαιο στα έγκατα της γης αποτελεί μια αποθήκη άνθρακα για την βιόσφαιρα.

9.    Οι βιογεωχημικοι κύκλοι αλληλεπιδρούν και αλληλοεπηρεάζονται.

10.  Η ατμοσφαιρική αζωτοδέσμευση δεν δρα, όταν δρα η βιολογική αζωτοδέσμευση σε ένα οικοσύστημα.

ΖΗΤΗΜΑ 2ο

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Ποιοι είναι οι ρόλοι του νερού για τα οικοσυστήματα και τους βιοτικούς τους παράγοντες; Μόρια 9

2. Με ποιο τρόπο το άζωτο ρέει διάμεσου των τροφικών επίπεδων των οικοσυστημάτων; Μόρια 8

3. Ποιες είναι οι πιθανές πορείες του άνθρακα που απομένει μετά την κυτταρική αναπνοή των φυτών;                                                                                                                                                  Μόρια 8

ΖΗΤΗΜΑ 3ο

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Δώστε μια ερμηνεία για το γεγονός ότι ένα άτομο αζώτου βρέθηκε εντός μερικών εβδομάδων από την Λατινική Αμερική στην Ευρώπη.

Μόρια 8

2. Με ποιο τρόπο πιστεύετε ότι οι αποικοδομητές συνδέουν όλα τα τροφικά επίπεδα στα οικοσυστήματα;                                                                                                                                                  Μόρια 8

3. Στις περισσότερες βιοκοινότητες, το μεγαλύτερο μέρος της ύλης καταλήγει στους αποικοδομητές από ότι στους καταναλωτές. Γιατί συμβαίνει αυτό;

Μόρια 9

ΖΗΤΗΜΑ 4ο

Μονάδες 25

Το παρακάτω σχήμα, παρουσιάζει τον βιογεωχημικό κύκλο ενός στοιχείου σε χερσαίο και υδάτινο περιβάλλον.

i. Ποιο είναι το στοιχείο αυτό;

Μόρια 5

ii.  Τι παριστάνει η διαδικασία που παρουσιάζεται με το βέλος α και η διαδικασία που παρουσιάζεται με το βέλος β;                                                                                                                            Μόρια 7

iii. Σε ποια κατηγορία οργανισμών, ως προς τον τρόπο που εξασφαλίζουν την τροφή τους κατατάσσονται οι οργανισμοί I, II, III, IV, V και VI;

Μόρια 5

iv. Ποια θα ήταν η επίπτωση στον βιογεωχημικό αυτό κύκλο, εάν εξαφανίζονταν οι οργανισμοί VI;

Μόρια 8

Απαντήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1o

 

A.   Οι σωστές απαντήσεις είναι:

  1.          iii
  2.          iv
  3.          ii
  4.          i
  5.          iii

B.

  1.           Σ
  2.           Λ
  3.           Λ
  4.           Λ
  5.           Σ
  6.           Λ
  7.           Σ
  8.           Σ
  9.           Σ
  10.           Λ

ΖΗΤΗΜΑ 2o

 

1. Το νερό καλύπτει το μεγαλύτερο τμήμα της Γης, οριοθετεί τα υδάτινα οικοσυστήματα και καθορίζει τις ιδιότητές τους. Είναι το μέσο με το οποίο τα θρεπτικά συστατικά εισέρχονται και κυκλοφορούν στο εσωτερικό των αυτότροφων οργανισμών. Το νερό αποτελεί σημαντικό τμήμα των ζωντανών ιστών (το 75% του νωπού βάρους τους) και συμβάλλει στη θερμορρύθμιση τόσο των φυτικών όσο και των ζωικών οργανισμών. Χρησιμοποιείται επίσης στη φωτοσύνθεση των φυτικών οργανισμών.

2. Τα φυτά χρησιμοποιούν τα νιτρικά ιόντα που προσλαμβάνουν από το έδαφος (είτε με τη διαδικασία της ατμοσφαιρικής είτε με αυτήν της βιολογικής αζωτοδέσμευσης) προκειμένου να συνθέσουν τις αζωτούχες ενώσεις τους όπως τις πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα. Το άζωτο που περιέχεται στις ουσίες αυτές διακινείται μέσω των τροφικών αλυσίδων στις διάφορες τάξεις των καταναλωτών προκειμένου να χρησιμοποιηθεί για την παραγωγή πρωτεϊνών.

3. Ένα μέρος της γλυκόζης, αλλά και άλλων ενώσεων που συντίθενται από τους παραγωγούς, χρησιμοποιείται κατά την κυτταρική αναπνοή προκειμένου να απελευθερωθεί ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών των παραγωγών.Από το υπόλοιπο μέρος της οργανικής ύλης που έχει παραχθεί από τους παραγωγούς ένα μέρος μεταβιβάζεται, ως τροφή, στους καταναλωτές, ενώ ένα άλλο καταλήγει ως νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρποί, κλαδιά κ.ά.) στο έδαφος και γίνεται τροφή για τους αποικοδομητές (βακτήρια και μύκητες) μαζί με τη νεκρή οργανική ύλη ζωικής προέλευσης (σώματα νεκρών οργανισμών, απεκκρίσεις, περιττώματα κ.ά.). Και στην περίπτωση των καταναλωτών και στην περίπτωση των αποικοδομητών η οργανική ύλη οξειδώνεται, με αποτέλεσμα αφ’ ενός την απελευθέρωση ενέργειας που χρησιμοποιείται για την κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών και αφ’ ετέρου την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.

 

ΖΗΤΗΜΑ 3o

 

1. Μία από τις παρεμβάσεις του ανθρώπου στους βιογεωχημικούς κύκλους που λαμβάνουν χώρα στα οικοσυστήματα, είναι και η απομάκρυνση θρεπτικών συστατικών από ένα μέρος της βιόσφαιρας και η μεταφορά τους σε ένα άλλο μέρος της. Ο σύγχρονος άνθρωπος μπορεί να μεταφέρει θρεπτικά υλικά από τη μία πλευρά της γης στην άλλη, είτε με τη μορφή ανόργανων υλικών, είτε με τη μορφή οργανικών ενώσεων, μεταφέροντας ζωντανούς οργανισμούς ή τμήματά τους οικονομικού ενδιαφέροντος.

Έτσι μπορεί να ερμηνευθεί και το γεγονός, ότι ένα άτομο αζώτου μεταφέρθηκε σε λίγες μόνο εβδομάδες, από τη Λατινική Αμερική στην Ευρώπη. Το άτομο αυτό του αζώτου, πριν λίγο καιρό μπορεί να βρισκόταν στην ατμόσφαιρα ενός οικοσυστήματος στη Λατινική Αμερική, εκεί μέσω της αζωτοδέσμευσης βρέθηκε για λίγο στο έδαφος και στη συνέχεια, μπορεί να ενσωματώθηκε σε ένα βιολογικό μακρομόριο ενός φυτού (όπως οι πρωτεΐνες και τα νουκλεϊκά οξέα), το οποίο το απορρόφησε από το έδαφος. Αν το φυτό αυτό (ολόκληρο ή οι καρποί του), εξάγεται από την Λατινική Αμερική προς τη Ευρώπη, είναι δυνατόν το άτομο αυτό του αζώτου, βρισκόμενο δεσμευμένο στην οργανική ύλη αυτού του φυτού, που κόπηκε και εξήχθει προς την Ευρώπη, να ταξίδεψε με το φορτηγό πλοίο για μερικές εβδομάδες, ώστε να φτάσει στον προορισμό του (Ευρώπη).

 

2. Στους αποικοδομητές ανήκουν τα βακτήρια του εδάφους και οι μύκητες που τρέφονται με τη νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρπούς, απεκκρίσεις, τρίχες, σώματα νεκρών οργανισμών). Οι αποικοδομητές

παίζουν σπουδαίο ρόλο στη λειτουργία του οικοσυστήματος, καθώς μετατρέπουν την οργανική ύλη σε ανόργανη, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκ νέου από τους φυτικούς οργανισμούς.

Οι αποικοδομητές είναι αυτοί οι οργανισμοί, που συνδέουν όλα τα τροφικά επίπεδα στα οικοσυστήματα, καθώς καθιστούν τα απαραίτητα χημικά στοιχεία για τη ζωή, διαθέσιμα στους παραγωγούς. Είναι γνωστό ότι η οργανική ύλη των οργανισμών ενός οικοσυστήματος ανακυκλώνεται. Οι αποικοδομητές διασπούν (αποικοδομούν) τα οργανικά υλικά που βρίσκονται και παράγονται από τους βιοτικούς παράγοντες και ανακυκλώνουν τα χημικά στοιχεία υπό μορφή ανόργανων ενώσεων, εμπλουτίζοντας με αυτόν τον τρόπο τους αβιοτικούς παράγοντες, οι οποίοι αποτελούν τις αποθήκες των ανόργανων υλικών των οικοσυστημάτων όπως είναι π.χ. το έδαφος, ο αέρας και το νερό.

Οι αυτότροφοι οργανισμοί, μπορούν έτσι να προσλάβουν εκ νέου αυτά τα ανόργανα στοιχεία και να δημιουργήσουν μέσω του μεταβολισμού τους (αναβολισμός) νέα οργανικά υλικά, τα οποία θα χρησιμοποιηθούν κατ’ αρχήν από τους ίδιους τους αυτότροφους οργανισμούς και στη συνέχεια θα είναι διαθέσιμα στους καταναλωτές του οικοσυστήματος.

Φυσικά, όλοι οι οργανισμοί του οικοσυστήματος διασπούν οργανικές ενώσεις κατά τη διάρκεια της κυτταρικής αναπνοής (καταβολισμός), αλλά σε ένα οικοσύστημα οι αποικοδομητές είναι εκείνοι οι οργανισμοί (τα βακτήρια και οι μύκητες), οι οποίοι εκκρίνουν ένζυμα που διασπούν την οργανική ύλη και στη συνέχεια τα ίδια αυτά μικρόβια τρέφονται από τα προϊόντα αυτής της διάσπασης.

Λαμβάνοντας υπόψη, ότι το μεγαλύτερο τμήμα της οργανικής ύλης που μετατρέπεται από όλα τα τροφικά επίπεδα σε ανόργανα υλικά αξιοποιήσιμα από τους παραγωγούς, πραγματοποιείται από τους αποικοδομητές (βακτήρια και μύκητες του εδάφους) με αυτόν τον τρόπο ερμηνεύεται ο τρόπος με τον οποίο, οι αποικοδομητές συνδέουν μεταξύ τους όλα τα τροφικά επίπεδα. Σημειώνεται δε, ότι η νεκρή οργανική ύλη που παράγεται από τους αποικοδομητές επίσης αποικοδομείται από τους ίδιους.

Επειδή όμως τα βακτήρια και οι μύκητες του εδάφους, που αποτελούν τους αποικοδομητές, δεν είναι ορατά με γυμνό μάτι, οι διεργασίες της αποικοδόμησης είναι οι λιγότερο εκτιμημένες οικολογικές διεργασίες. Ωστόσο, σε μία υποθετική περίπτωση που η αποικοδόμηση σταματήσει, θα εξαφανιστεί η ζωή στον πλανήτη, καθώς δεν θα μπορούν να ανακυκλωθούν τα χημικά στοιχεία που απαρτίζουν τα βιολογικά μακρομόρια (νουκλεϊκά οξέα, πρωτεΐνες, υδατάνθρακες, λιπίδια κ.α.) εντός των οικοσυστημάτων.

3. Οι οργανισμοί που ζουν σε ένα οικοσύστημα διακρίνονται, ανάλογα με τον τρόπο που εξασφαλίζουν την τροφή τους, σε παραγωγούς, καταναλωτές και αποικοδομητές. Οι ετερότροφοι οργανισμοί διακρίνονται σε καταναλωτές και αποικοδομητές. Στους καταναλωτές, τους οργανισμούς δηλαδή που τρέφονται με φυτικούς ή άλλους ζωικούς οργανισμούς, ανήκουν οι μονοκύτταροι και οι πολυκύτταροι ζωικοί  οργανισμοί. Οι καταναλωτές, ανάλογα με «τον αριθμό των βημάτων» που τους χωρίζουν από τους παραγωγούς, διακρίνονται σε:

• Καταναλωτές πρώτης τάξης, που είναι τα φυτοφάγα ζώα.

• Καταναλωτές δεύτερης τάξης, που είναι τα σαρκοφάγα ζώα τα οποία τρέφονται με φυτοφάγα.

• Καταναλωτές τρίτης τάξης, που είναι τα σαρκοφάγα τα οποία τρέφονται με άλλα σαρκοφάγα.

Στους αποικοδομητές ανήκουν τα βακτήρια του εδάφους και οι μύκητες που τρέφονται με τη νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρπούς, απεκκρίσεις, τρίχες, σώματα νεκρών οργανισμών). Οι αποικοδομητές παίζουν σπουδαίο ρόλο στη λειτουργία του οικοσυστήματος, καθώς μετατρέπουν την οργανική ύλη σε ανόργανη, η οποία μπορεί να χρησιμοποιηθεί εκ νέου από τους φυτικούς οργανισμούς.

Η ενέργεια, με τη μορφή της χημικής ενέργειας που εμπεριέχεται στην τροφή των οργανισμών, περνάει από το κατώτερο τροφικό επίπεδο (των παραγωγών) στο ανώτερο. Έχει υπολογιστεί ότι μόνο το 10% περίπου της ενέργειας ενός τροφικού επιπέδου περνάει στο επόμενο, καθώς το  90% της ενέργειας χάνεται. Αυτό οφείλεται στο ότι:

• Ένα μέρος της χημικής ενέργειας μετατρέπεται με την κυτταρική αναπνοή σε μη αξιοποιήσιμες μορφές ενέργειας (π.χ. θερμότητα).

• Δεν τρώγονται όλοι οι οργανισμοί.

• Ορισμένοι οργανισμοί πεθαίνουν.

• Ένα μέρος της οργανικής ύλης αποβάλλεται με τα κόπρανα, τα οποία αποικοδομούνται.

Σε γενικές γραμμές, η ίδια πτωτική τάση (της τάξης του 90%) που παρουσιάζεται στις τροφικές πυραμίδες ενέργειας εμφανίζεται και στις τροφικές πυραμίδες βιομάζας, καθώς, όταν μειώνεται η ενέργεια που προσλαμβάνει κάθε τροφικό επίπεδο από το προηγούμενό του, είναι λογικό να μειώνεται και η ποσότητα της οργανικής ύλης που μπορούν να συνθέσουν οι οργανισμοί του και συνεπώς μειώνεται η βιομάζα του.

Οποιοδήποτε τμήμα της οργανικής ύλης αποβάλλεται από τους ζωντανούς οργανισμούς, καθώς και οι οργανισμοί που πεθαίνουν, καταλήγουν τελικά στους αποικοδομητές, επιπλέον το μέρος της ζωντανής βιομάζας που είναι διαθέσιμη προς κατανάλωση από τους οργανισμούς του αμέσως επόμενου τροφικού επίπεδου σε ένα οικοσύστημα, αποτελεί μικρό μόνο τμήμα, το 10%, της συνολικής ζωντανής βιομάζας του αμέσως  προηγούμενου τροφικού επιπέδου.

 

ΖΗΤΗΜΑ 4o

 

Η ύλη που υπάρχει διαθέσιμη στη βιόσφαιρα είναι περιορισμένη, καθώς ο πλανήτης δέχεται ελάχιστα ποσά ύλης από το Διάστημα (μετεωρίτες κτλ.). Για το λόγο αυτό τα χημικά στοιχεία (C, H, O, N, S, P κ.ά.) που είναι απαραίτητα για τη σύνθεση των χημικών ενώσεων, από τις οποίες εξαρτώνται οι δομές και οι λειτουργίες των οργανισμών, πρέπει να κυκλοφορούν, ώστε να γίνονται εκ νέου διαθέσιμα. Οι επαναλαμβανόμενες κυκλικές πορείες των χημικών στοιχείων στα οικοσυστήματα χαρακτηρίζονται ως βιογεωχημικοί κύκλοι, διότι διεκπεραιώνονται με τη συμμετοχή βιολογικών, γεωλογικών και χημικών διαδικασιών.

i. Το δοθέν σχήμα παρουσιάζει τον βιογεωχημικό κύκλο του άνθρακα τόσο σε χερσαίο όσο και σε υδάτινο οικοσύστημα.

Ο άνθρακας είναι το χημικό στοιχείο με βάση το οποίο δομούνται όλες οι οργανικές ενώσεις και συνεπώς όλα τα βιολογικά μακρομόρια. Η πορεία του άνθρακα στα οικοσυστήματα ακολουθεί τη ροή της ενέργειας σ’ αυτά, για τον απλό λόγο ότι η χημική ενέργεια που μεταβιβάζεται από το ένα τροφικό επίπεδο στο άλλο είναι δεσμευμένη στις οργανικές ενώσεις. O άνθρακας εισέρχεται στα οικοσυστήματα

με τη μορφή του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα παραλαμβάνεται από τους παραγωγούς προκειμένου να μετατραπεί, με τη διαδικασία της  φωτοσύνθεσης, σε γλυκόζη. Ένα μέρος της γλυκόζης, αλλά και άλλων ενώσεων που συντίθενται από τους παραγωγούς, χρησιμοποιείται κατά την κυτταρική αναπνοή προκειμένου να απελευθερωθεί ενέργεια για την κάλυψη των αναγκών των παραγωγών. Επειδή όμως κατά την κυτταρική αναπνοή παράγεται και διοξείδιο του άνθρακα, το αέριο αυτό επιστρέφει στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να ολοκληρώνεται ένας κύκλος πρόσληψης και επαναφοράς από και προς την ατμόσφαιρα.

ii. O άνθρακας εισέρχεται στα οικοσυστήματα με τη μορφή του διοξειδίου του άνθρακα, το οποίο βρίσκεται στην ατμόσφαιρα. Το διοξείδιο του άνθρακα παραλαμβάνεται από τους παραγωγούς προκειμένου να μετατραπεί, με τη διαδικασία της φωτοσύνθεσης, σε γλυκόζη.

Η διαδικασία α λοιπόν που παριστάνεται στο σχήμα, αναφέρεται στην φωτοσύνθεση που πραγματοποιείται από τους παραγωγούς των χερσαίων και των υδάτινων οικοσυστημάτων.

Επειδή όμως κατά την κυτταρική αναπνοή παράγεται και διοξείδιο του άνθρακα, το αέριο αυτό επιστρέφει στην ατμόσφαιρα, με αποτέλεσμα να ολοκληρώνεται ένας κύκλος πρόσληψης και επαναφοράς από και προς την ατμόσφαιρα. Από το υπόλοιπο μέρος της οργανικής ύλης που έχει παραχθεί από τους παραγωγούς ένα μέρος μεταβιβάζεται, ως τροφή, στους καταναλωτές, ενώ ένα άλλο καταλήγει ως νεκρή οργανική ύλη (φύλλα, καρποί, κλαδιά κ.ά.) στο έδαφος και γίνεται τροφή για τους αποικοδομητές (βακτήρια και μύκητες) μαζί με τη νεκρή οργανική ύλη ζωικής προέλευσης (σώματα νεκρών οργανισμών, απεκκρίσεις, περιττώματα κ.ά.).

Και στην περίπτωση των καταναλωτών και στην περίπτωση των αποικοδομητών η οργανική ύλη οξειδώνεται, με αποτέλεσμα αφ’ ενός την απελευθέρωση ενέργειας που χρησιμοποιείται για την κάλυψη των ενεργειακών τους αναγκών και αφ’ ετέρου την παραγωγή διοξειδίου του άνθρακα που επιστρέφει στην ατμόσφαιρα.

Η διαδικασία β λοιπόν που παριστάνεται στο σχήμα αναφέρεται στην κυτταρική αναπνοή των οργανισμών των οικοσυστημάτων.

iii. Με βάση τα παραπάνω, οι οργανισμοί Ι και V είναι οι παραγωγοί των δύο οικοσυστημάτων, χερσαίου και υδάτινου αντίστοιχα.

Οι οργανισμοί ΙΙ και IV είναι οι καταναλωτές 1ης τάξης του χερσαίου και υδάτινου οικοσυστήματος αντιστοίχως, αφού αμφότεροι τρέφονται με τους παραγωγούς των οικοσυστημάτων όπου διαβιούν.

Ο οργανισμός ΙΙΙ  είναι ο κορυφαίος καταναλωτής και για τα δύο οικοσυστήματα αφού τρέφεται από τους καταναλωτές 1ης τάξης και των δύο οικοσυστημάτων και δεν αποτελεί θήραμα κανενός άλλου οργανισμού, σε κανένα από τα δύο οικοσυστήματα.

Τέλος, οι οργανισμοί VΙ συνιστούν τους αποικοδομητές των δύο οικοσυστημάτων καθώς σε αυτούς καταλήγει βιομάζα από όλους τους άλλους οργανισμούς που υπάρχουν και στα δύο οικοσυστήματα.

iv. Στην υποθετική εκείνη περίπτωση που θα εξαφανίζονταν οι αποικοδομητές των χερσαίων και υδάτινων οικοσυστημάτων, ο κύκλος του άνθρακα θα κατέρρεε καθώς θα εξαντλούνταν κάποια στιγμή τα αποθέματα CO2 της ατμόσφαιρας και ολόκληρη η διαθέσιμη ποσότητα άνθρακα των οικοσυστημάτων θα βρισκόταν εντέλει δεσμευμένη εντός των οργανικών ενώσεων των οργανισμών των οικοσυστημάτων. Εξαιτίας της απουσίας των αποικοδομητών, οι οργανικές αυτές ενώσεις της νεκρής οργανικής ύλης των οργανισμών (κάποια στιγμή θα είχαν πεθάνει όλοι οι οργανισμοί) δεν θα ήταν δυνατό να επιστραφεί μέσω της ανόργανης μορφής της (CO2) πίσω στην ατμόσφαιρα για να γίνει εκ νέου διαθέσιμη στους παραγωγούς.

Διαγώνισμα μικροοργανισμών – γενικής παιδείας

1. §1.1 Παράγοντες που επηρεάζουν την υγεία μας

§1.2 Μικροοργανισμοί

ΖΗΤΗΜΑ 1o

Mονάδες 25

Α. Σε καθεμία από τις παρακάτω ερωτήσεις να επιλέξετε τη σωστή απάντηση:

Μόρια 15

1. Aιτία για τη διαταραχή της ομοιόστασης είναι δυνατόν να μην είναι:

i. oι ακραίες μεταβολές του περιβάλλοντος.

ii. το κάπνισμα.

iii. οι ιοί.

iv. οι δυνητικά παθογόνοι μικροοργανισμοί.

2.  Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι 2οC, στο σώμα μας συμβαίνει:

i. ανόρθωση τριχών.

ii. διαστολή των αιμοφόρων αγγείων.

iii. εφίδρωση.

iv. δε λειτουργεί το κέντρο ελέγχου της θερμοκρασίας μας.

3. H αμοιβαδοειδής δυσεντερία μεταδίδεται:

i. με τα κουνούπια.

ii. με τα κατοικίδια ζώα.

iii. με το μολυσμένο νερό.

iv. με τις μύγες.

4. Τα προκαρυωτικά κύτταρα μπορεί να φέρουν:

i.  καψίδιο.

ii. έλυτρο.

iii. βλεφαρίδες.

iv. ψευδοπόδια.

5. Η πολιομυελίτιδα είναι μια ασθένεια:

i.  των επιθυλιακών κυττάρων της αναπνευστικής οδού.

ii. των γεννητικών οργάνων.

iii. των μεσοδακτύλιων περιοχών.

iv. των νευρικών κυττάρων του νωτιαίου μυελού.

Β. Σημειώστε ποιες από τις παρακάτω προτάσεις είναι σωστές και ποιες είναι λανθασμένες:

Μόρια 10

1. Μαστίγιο διαθέτουν τόσο τα πρωτόζωα όσο και τα βακτήρια.

2. Όταν η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι χαμηλή, συμβαίνει ανόρθωση τριχών και αύξηση της διατομής των αιμοφόρων αγγείων.

3. Η συστηματική κατανάλωση μεγάλης ποσότητας οινοπνευματωδών ποτών, αποτελεί αιτία διαταραχής της ομοιόστασής μας.

4. Οι υφές των μυκήτων συνιστούν νηματοειδείς δομές που τους επιτρέπουν να κινούνται όπως τα ψευδοπόδια των αμοιβάδων.

5. Οι ιοί συνιστούν ακυτταρικές μη αυτοτελείς μορφές ζωής.

6. Υπάρχουν μύκητες που είναι πολυκύτταροι και ζουν στα τρόφιμα.

7. Όταν τα συμπτώματα είναι πτώση του pH του αίματος και πυρετός τότε, υπεύθυνες είναι οι ενδοτοξίνες των βακτηρίων.

8. Στους Λ. Παστέρ, Ρ. Κοχ και Α. Φλέμινγκ, οφείλουμε πάρα πολλά σχετικά με την κατανόηση, την πρόληψη και τη θεραπεία των λοιμωδών νοσημάτων.

9. Η γονόρροια, ο έρπητας, η τριχομονάδα και τα δερματόφυτα είναι όλα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, και αντιμετωπίζονται με αντιβιοτικά.

10. Η παστερίωση του γάλακτος επιτυγχάνεται όταν το γάλα θερμανθεί στους 62ο C για 10΄

 

ΖΗΤΗΜΑ 2ο     

 Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Τι ορίζουμε ως ομοιόσταση και ποιούς ομοιοστατικούς μηχανισμούς διαθέτουμε;

2. Ποιούς μικροοργανισμούς ονομάζουμε δυνητικά παθογόνους; Είναι επωφελείς ή          επιβλαβείς και με ποιο τρόπο για τον οργανισμό μας;

3. Ποιούς τρόπους πολλαπλασιασμού των μικρόβιων γνωρίζετε;

4. Με ποιούς τρόπους μπορούν να μεταδοθούν τα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα;

5.  Ποιούς παθογόνους μικροοργανισμούς γνωρίζετε από το σχολικό βιβλίο; Για όποιους από αυτούς γνωρίζετε, απαντήστε σε ποια κατηγορία ανήκουν, πώς μεταδίδονται, ποια ασθένεια προκαλούν και ποια κύτταρα ή ιστούς ή όργανα προσβάλλουν.

ΖΗΤΗΜΑ 3ο                                                                                                                                                           

Μονάδες 25

Να απαντήσετε στις παρακάτω ερωτήσεις:

1. Υποθέτουμε ότι ενώ βρίσκεστε εντός ενός καλά θερμαινόμενου χώρου αποφασίζετε να βγείτε στο δρόμο όπου η θερμοκρασία περιβάλλοντος είναι 8οC. Με ποιο τρόπο αναμένεται να αντιδράσει ο οργανισμός σας;                                                                                                                                                Μόρια 12

2. Το φάρμακο αντιμυκίνη (αντιβιοτικό) δρα παρεμποδίζοντας την λειτουργία των μιτοχονδρίων, που είναι μεμβρανώδη οργανίδια των κυττάρων. Το φάρμακο αυτό, πιστεύετε ότι θα έχει αποτέλεσμα εναντίων της γονόρροιας; Της τοξοπλάσμωσης; Της γρίπης; Αιτιολογήστε την απάντηση σας.

Μόρια 13

ΖΗΤΗΜΑ 4o

Μονάδες 25

Η Ελένη και ο Σταυρός εισήχθησαν στο νοσοκομείο την ίδια ημέρα, ο ένας με ίωση και ο άλλος με βακτηριακή λοίμωξη. Ο ένας από τους δύο, υποβλήθηκε σε θεραπευτική αγωγή με πενικιλίνη, ενώ ο άλλος όχι. Στις εξετάσεις των δύο ασθενών μετρήθηκε και η συγκέντρωση της βιταμίνης Κ, οι τιμές της στους δύο ασθενείς, φαίνονται στο παρακάτω γράφημα.

i. Ποιός από τους δύο ασθενείς εισήχθη στο νοσοκομείο με ίωση και ποιός με βακτηριακή λοίμωξη; Αιτιολογήστε την απάντησή σας.

Μόρια 15

ii. Σε ποιόν από τους δύο ασθενείς χορηγήθηκε το αντιβιοτικό; Γιατί δεν χορηγήθηκε και στους δύο ασθενείς αντιβίωση;

Μόρια 5

iii. Το άτομο που ακολουθεί την φαρμακευτική αγωγή με πενικιλίνη παρουσίαζε όταν πήγε στο νοσοκομείο, συμπτώματα όπως χαμηλή αρτηριακή πίεση και υψηλό πυρετό. Με ποιό τρόπο τα παθογόνα μικρόβια έπλητταν τον οργανισμό του; Πώς η πενικιλίνη θα τα καταπολεμήσει;

Μόρια 5

Σημείωση: H χρονική στιγμή 0, αφόρα την στιγμή της μόλυνσης των δύο ατόμων από τον παθογόνο παράγοντα που τους προσέβαλε, θεωρώντας ότι οι μολύνσεις έλαβαν χώρα ταυτόχρονα και στα δύο άτομα.

Απαντήσεις

ΖΗΤΗΜΑ 1o

 

Οι σωστές απαντήσεις είναι:

Α.

  1. 1.    iv
  2. 2.    i
  3. 3.    iii
  4. 4.    iii
  5. 5.    iv

 

Β.

  1. 1.    Σ
  2. 2.    Λ
  3. 3.    Σ
  4. 4.    Λ
  5. 5.    Σ
  6. 6.    Σ
  7. 7.    Λ
  8. 8.    Σ
  9. 9.    Λ
  10. 10.  Λ

 

ΖΗΤΗΜΑ 2o

 

  1. 1.    Ο άνθρωπος, αν και ζει σε ένα περιβάλλον που συνεχώς μεταβάλλεται, διαθέτει μηχανισμούς που διατηρούν σταθερό το εσωτερικό του περιβάλλον, εξασφαλίζοντας έτσι την εύρυθμη λειτουργία του οργανισμού και επομένως την επιβίωσή του. Η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερές τις συνθήκες του εσωτερικού του περιβάλλοντος (θερμοκρασία, συγκεντρώσεις διάφορων συστατικών κτλ.), παρά τις εξωτερικές μεταβολές, ονομάζεται ομοιόσταση. Στον ανθρώπινο οργανισμό υπάρχουν ομοιοστατικοί μηχανισμοί που ρυθμίζουν:

• τη θερμοκρασία του σώματος (δέρμα),

• τη συγκέντρωση της γλυκόζης στο αίμα,

• τη συγκέντρωση του νερού,

• το pH του αίματος, που πρέπει να είναι σταθερό στο 7,4,

• τα επίπεδα του CO2 στο αίμα.

Επιπλέον ένας ακόμη ομοιοστατικός μηχανισμός του ανθρώπου είναι το ανοσοβιολογικό σύστημα, με το οποίο, γίνεται η αναγνώριση και η εξουδετέρωση των παθογόνων μικροοργανισμών.

2. Ως μικροοργανισμοί ή μικρόβια, χαρακτηρίζονται εκείνοι οι οργανισμοί τους οποίους δεν μπορούμε να διακρίνουμε με γυμνό μάτι, γιατί έχουν μέγεθος μικρότερο από 0,1mm.

Πολλοί από τους μικροοργανισμούς περνούν όλη τη ζωή τους στο φυσικό περιβάλλον, άλλοι ζουν ως παράσιτα, περνώντας ένα μέρος ή ολόκληρη τη ζωή τους πάνω ή μέσα σε κάποιο άλλο οργανισμό.

Άλλοι μικροοργανισμοί, όπως το βακτήριο Escherichia coli που ζει στο έντερο, όταν βρίσκονται σε μικρό αριθμό και δε μεταναστεύουν σε άλλους ιστούς και όργανα, αποτελούν φυσιολογική μικροχλωρίδα για τον άνθρωπο, είτε διότι παράγουν χρήσιμες χημικές ουσίες τις οποίες ο άνθρωπος δεν μπορεί να συνθέσει μόνος του (π.χ. βιταμίνη Κ από την E.coli) είτε διότι συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού. Αν όμως, για κάποιο λόγο, αυξηθούν (π.χ. επειδή ο ξενιστής παρουσιάζει μειωμένη αντίσταση) ή βρεθούν σε άλλους ιστούς, τότε προκαλούν την εκδήλωση ασθενειών. Οι μικροοργανισμοί αυτοί χαρακτηρίζονται ως δυνητικά παθογόνοι.

3. Οι μικροοργανισμοί μπορεί να είναι ευκαρυωτικοί (πρωτόζωα, μύκητες), προκαρυωτικοί (βακτήρια) ή ιοί. Οι ιοί αποτελούν ακυτταρικές μη αυτοτελείς μορφές ζωές.

Ευκαρυτωτικοί

α. Πρωτόζωα: Τα περισσότερα αναπαράγονται μονογονικά και με διχοτόμιση.

β. Μύκητες: Πολλοί από αυτούς αναπαράγονται μονογονικά με διχοτόμιση, ενώ άλλοι αναπαράγονται με εκβλάστηση. Σ’ αυτούς τους τελευταίους, σχηματίζεται σε κάποιο σημείο του αρχικού κυττάρου ένα εξόγκωμα, το εκβλάστημα, το οποίο όταν αναπτυχθεί αρκετά, είτε παραμένει ενωμένο με τον γονικό οργανισμό, είτε αποκόβεται από αυτόν και ζει πλέον ως αυτοτελής οργανισμός.

Προκαρυωτικοί

Βακτήρια: Αναραπάγονται κυρίως μονογονικά με απλή διχοτόμηση. Η αναπαραγωγή τους διαρκεί μικρό χρονικό διάστημα.

Ιοί

Οι ιοί χαρακτηρίζονται ως υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα καθώς δεν διαθέτουν δικό τους μεταβολισμό και εξασφαλίζουν από τον ξενιστή τους (κύτταρα του οργανισμού που έχουν προσβάλλει) μηχανισμούς αντιγραφής, μεταγραφής και μετάφρασης καθώς και τα περισσότερα ένζυμα και υλικά που τους είναι απαραίτητα για τις λειτουργίες αυτές, οι οποίες είναι απαραίτητες προκειμένου αυτοί να αναπαραχθούν.

4. Τα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, αυτά δηλαδή που μεταδίδονται κατά κύριο λόγο με τη σεξουαλική επαφή, είναι ευρέως διαδεδομένα σε όλες τις χώρες του κόσμου και αποτελούν ένα σημαντικό πρόβλημα υγείας. Εκτός από τη σεξουαλική επαφή, τα περισσότερα από αυτά μπορούν να μεταδοθούν μέσω του αίματος ή των παραγώγων του (π.χ. σε περιπτώσεις μετάγγισης ή χρήσης μολυσμένης σύριγγας), καθώς και από τη μολυσμένη μητέρα στο έμβρυο.

 

5. Οι παθογόνοι μικροοργανισμοί μπορεί να είναι ευκαρυωτικοί, προκαρυωτικοί ή ιοί. Στους ευκαρυωτικούς ανήκουν τα πρωτόζωα και οι μύκητες, ενώ στους προκαρυωτικούς τα βακτήρια. Οι ιοί αποτελούν ακυτταρικές, μη αυτοτελείς μορφές ζωής.

Ευκαρυτωτικοί

α. Πρωτόζωα: Από τα παθογόνα πρωτόζωα είναι σκόπιμο να αναφερθούν το πλασμώδιο (μεταδίδεται από τα κουνούπια και προκαλεί ελονοσία), το τρυπανόσωμα (μεταδίδεται από τη μύγα τσετσέ και προκαλεί την ασθένεια του ύπνου), η ιστολυτική αμοιβάδα (προκαλεί αμοιβαδοειδή δυσεντερία), το τοξόπλασμα (μεταδίδεται από τα κατοικίδια ζώα, προσβάλλει βασικά όργανα όπως τους πνεύμονες, το ήπαρ και το σπλήνα και προκαλεί αποβολές στις εγκύους). Τέλος, η τριχομονάδα που αποτελεί σεξουαλικώς μεταδιδόμενο νόσημα και προκαλεί λοίμωξη από τριχομονάδα.

β. Μύκητες: Τα νοσήματα που προκαλούνται στον άνθρωπο από παθογόνους μύκητες ονομάζονται μυκητιάσεις. Η Candida albicans (κάντιντα η λευκάζουσα), ανάλογα με το όργανο που προσβάλλει, μπορεί να προκαλέσει πνευμονική καντιντίαση, κολπίτιδα, στοματίτιδα. Τα δερματόφυτα αποτελούν μια ειδική κατηγορία μυκήτων που προσβάλλουν το δέρμα, ιδιαίτερα το τριχωτό μέρος της κεφαλής, αλλά και τις μεσοδακτύλιες περιοχές των ποδιών προκαλώντας ερυθρότητα και έντονο κνησμό.

Προκαρυωτικοί

Βακτήρια: Μερικά παθογόνα βακτήρια είναι υπεύθυνα για σοβαρές ασθένειες του ανθρώπου. Χαρακτηριστικά παραδείγματα αποτελούν το Vibrio cholerae, που προκαλεί τη χολέρα, και το Treponema pallidum, που προκαλεί τη σύφιλη, που μεταδίδεται με τη σεξουαλική επαφή. Επιπλέον, βακτηριακής αιτιολογίας αποτελούν και τα σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα, όπως είναι η γονοκοκκική ουρηθρίτιδα (ή γονόρροια) και η λοίμωξη από χλαμύδια.

Ιοί

Στις ιώσεις, τα νοσήματα δηλαδή που προκαλούνται από ιούς, περιλαμβάνονται απλές διαταραχές της υγείας, όπως είναι το κρυολόγημα ή η γρίπη που μεταδίδεται με τα σταγονίδια του βήχα ασθενούς ατόμου και προσβάλλει τα επιθυλιακά κύτταρα της αναπνευστικής οδού, αλλά και σοβαρότερες, όπως είναι το AIDS, το οποίο αποτελεί σεξουαλικώς μεταδιδόμενο νόσημα. Ο ιός της πολυομυελίτιδας στον άνθρωπο προσβάλλει τα νευρικά κύτταρα του νωτιαίου μυελού. Επίσης σεξουαλικώς μεταδιδόμενα νοσήματα οφειλόμενα σε ιούς είναι ο απλός έρπητας, η λοίμωξη από τους ιούς των ανθρώπινων θηλωμάτων, η ηπατίτιδα Β και η ηπατίτιδα C.

Ζήτημα 3ο

  1. 1.    Η ικανότητα του οργανισμού να διατηρεί σταθερή την εσωτερική θερμοκρασία του στους 36,6οC, παρά τις εξωτερικές μεταβολές, αποτελεί ένα από τα πιο χαρακτηριστικά παραδείγματα ομοιοστατικού μηχανισμού στον άνθρωπο. Πιο συγκεκριμένα, στην περίπτωση που βρεθούμε σε ένα χώρο με θερμοκρασία μικρότερη από τους 36,6ο C, η θερμότητα που φθάνει συνεχώς από το περιβάλλον στο σώμα μας τείνει να προκαλέσει μείωση της θερμοκρασίας του. Ωστόσο η μείωση αυτή δε συμβαίνει εξαιτίας μίας σειράς διαδοχικών αντιδράσεων στις οποίες κύριο ρόλο παίζει ο εγκέφαλος. Αρχικά, οι θερμοϋποδοχείς του δέρματος μας, δηλαδή τα ειδικά νευρικά σώματα που ανιχνεύουν τις μεταβολές της θερμοκρασίας του περιβάλλοντος ¨ειδοποιούν¨ τον εγκέφαλο για τη μείωση της θερμοκρασίας με μηνύματα που αποστέλλουν στο κέντρο των γενικών αισθήσεων του εγκεφάλου. Στη συνέχεια, το ειδικό κέντρο ρύθμισης της θερμοκρασίας, με μηνύματα που αποστέλλει στους μύες του σώματος και στα αγγεία της επιφάνειας του δέρματος, προκαλεί ανόρθωση τριχών ή/και ρίγος και συστολή των αιμοφόρων αγγείων αντίστοιχα. Ο συνδυασμός αυτών των αντιδράσεων συμβάλλει στη διατήρηση της θερμοκρασίας του σώματος μας με τον εξής τρόπο: Τα αγγεία που έχουν συσταλεί φέρουν μικρές ποσότητες αίματος προς την επιφάνεια του δέρματος, η οποία εξαιτίας της ανόρθωσης των τριχών ή/και του ρίγους έχει θερμανθεί. Αυτό έχει ως αποτέλεσμα τα αίμα που φθάνει στα αιμοφόρα αγγεία του δέρματος να θερμαίνεται και επιστρέφοντας με την κυκλοφορία στο εσωτερικό του οργανισμού μας να αποτρέπει τη μείωση της θερμοκρασίας του.
  1. 2.    Η αντιμετώπιση των λοιμώξεων στηρίζεται σε μεγάλο βαθμό στα αντιβιοτικά, που είναι χημικές ουσίες με αντιμικροβιακή δράση.

Τα αντιβιοτικά δρουν αναστέλλοντας ή παρεμποδίζοντας κάποια ειδική βιοχημική αντίδραση του μικροοργανισμού, αναστέλλοντας γενικά την παραγωγή ουσιών στα βακτήρια, τους μύκητες και τα πρωτόζωα. Τα αντιβιοτικά όμως δεν είναι αποτελεσματικά έναντι των ιών, καθώς δρουν επιλεκτικά, με την έννοια ότι βλάπτουν μόνο τους μικροοργανισμούς και όχι τα κύτταρα του ανθρώπου, έτσι δεν μπορούν να δράσουν κατά των ιών, επειδή οι ιοί είναι υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα, αφού δε διαθέτουν δικό τους μεταβολικό μηχανισμό.

Συνεπώς, η αντιμυκίνη ως αντιβιοτικό, δεν μπορεί να έχει αποτέλεσμα εναντίον της γρίπης που προκαλείται από ιό. Επιπρόσθετα, δεδομένου ότι τα βακτήρια δεν έχουν μεμβρανώδη οργανίδια, όπως είναι τα μιτοχόνδρια, η αντιμυκίνη δεν μπορεί να δράσει εναντίον της γονόρροιας που είναι νόσημα βακτηριακής αιτιολογίας. Από την άλλη πλευρά, η αντιμυκίνη μπορεί να δράσει κατά της τοξοπλάσμωσης, που προκαλείται από το παθογόνο πρωτόζωο, τοξόπλασμα. Τα πρωτόζωα είναι ευκαρυωτικοί μικροοργανισμοί και διαθέτουν μιτοχόνδρια, συνεπώς η αντιμυκίνη παρεμποδίζοντας τη λειτουργία των μιτοχονδρίων του τοξοπλάσματος, δρα αποτελεσματικά εναντίον της τοξοπλάσμωσης.

Ζήτημα 4ο

Στο ανθρώπινο σώμα διαβιούν μικροοργανισμοί, όπως για παράδειγμα το βακτήριο E.coli, οι οποίοι συνιστούν τη φυσιολογική μας μικροχλωρίδα. Οι μικροοργανισμοί αυτοί, όταν βρίσκονται σε μικρό πλήθος και δε μεταναστεύουν σε διαφορετικούς ιστούς ή όργανά μας από αυτά που απαντούν φυσιολογικά, συμβάλλουν στην άμυνα του οργανισμού μας ή/και παραμένουν χρήσιμες χημικές ουσίες, τις οποίες ο άνθρωπος αδυνατεί να συνθέτει. Μια τέτοια ουσία είναι η βιταμίνη Κ, η οποία παράγεται από το βακτήριο E.coli,  το οποίο φυσιολογικά απαντάται στο έντερό μας.

Ωστόσο η φυσική μας μικροχλωρίδα είναι δυνατό κάτω από ορισμένες συνθήκες να γίνει παθογόνος για τον ξενιστή. Αυτό μπορεί να συμβεί όταν για κάποιο λόγο αυξηθεί ο πληθυσμός των μικροοργανισμών π.χ. όταν ο άνθρωπος παρουσιάζει μειωμένη αντίσταση ή όταν οι μικροοργανισμοί αυτοί βρεθούν σε άλλους ιστούς ή όργανα διαφορετικά από αυτά στα οποία αναπτύσσονται φυσιολογικά.

i.   Με βάση τα παραπάνω και σε συνδυασμό με τη μεταβολή της συγκέντρωσης της βιταμίνης Κ στους δύο ασθενείς, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι ο ασθενής με ίωση που εισήχθη στο νοσοκομείο ήταν η Ελένη και ο ασθενής με βακτηριακή λοίμωξη ήταν ο Σταύρος.

Το παραπάνω συμπέρασμα αιτιολογείται από το γεγονός ότι ένας ασθενής με ίωση εμφανίζει μειωμένη αντίσταση στον οργανισμό του, οπότε είναι δυνατόν να παρατηρηθεί αύξηση του πληθυσμού των μικροοργανισμών της φυσικής μικροχλωρίδας μας, όπως είναι το βακτήριο E.coli , το οποίο παράγει τη βιταμίνη Κ.

Επιπλέον, δεδομένου ότι οι ιοί δεν καταπολεμούνται από τα αντιβιοτικά, οι ιατροί δεν χορήγησαν κάποια αντιβίωση στην Ελένη προκειμένου να αντιμετωπιστεί η ίωση από την οποία νοσεί, οπότε και ο πληθυσμός των βακτηρίων  E.coli που έχει αυξηθεί δεν είναι δυνατόν να ελεγχθεί με τη θεραπεία που ακολουθεί η Ελένη.

Ο Σταύρος από την άλλη, εμφανίζει στις εξετάσεις του, χαμηλότερη της φυσιολογικής τιμής, συγκέντρωση βιταμίνης Κ. Το αποτέλεσμα αυτό, ερμηνεύεται από τη χρήση αντιβιοτικού που του χορηγήθηκε για την αντιμετώπιση της βακτηριακής λοίμωξης, από την οποία νοσούσε, όταν εισήχθη στο νοσοκομείο. Το αντιβιοτικό που χορηγήθηκε στο Σταύρο δεν θανατώνει μόνο το παθογόνο βακτήριο που τον έχει προσβάλλει αλλά και τα βακτήρια E.coli της φυσιολογικής μικροχλωρίδας του, οπότε και μειώνεται η παραγωγή της βιταμίνης Κ στο σώμα του.

ii. Εφόσον ο Σταύρος νοσούσε όταν εισήχθη στο νοσοκομείο από βακτηριακή λοίμωξη, ενώ η Ελένη νοσούσε από ίωση, οι ιατροί χορήγησαν στο Σταύρο αντιβιοτικό, προκειμένου να αντιμετωπίσει την ασθένειά του.

Τα αντιβιοτικά είναι χημικές ουσίες που παράγονται από βακτήρια, μύκητες και φυτά και έχουν αντιμικροβιακή δράση καθώς δρουν γενικά αναστέλλοντας την παραγωγή ουσιών στα βακτήρια, στους μύκητες και τα πρωτόζωα. Τα αντιβιοτικά δρουν επιλεκτικά, με την έννοια ότι βλάπτουν μόνο τους μικροοργανισμούς και όχι τα κύτταρά του ανθρώπου.

Η χορήγηση αντιβιοτικού για την αντιμετώπιση της ίωσης από την οποία νοσούσε η Ελένη, δεν θα είχε κανένα αποτέλεσμα, αφού τα αντιβιοτικά δεν είναι αποτελεσματικά έναντι των ιών, καθώς αυτά δε διαθέτουν δικό τους μεταβολικό μηχανισμό, αφού αποτελούν υποχρεωτικά ενδοκυτταρικά παράσιτα.

iii. Πολλά βακτήρια απειλούν την υγεία μας μέσω ουσιών που παράγουν. Οι ουσίες αυτές ονομάζονται τοξίνες και διακρίνονται σε ενδοτοξίνες και εξωτοξίνες. Οι ενδοτοξίνες βρίσκονται στο κυτταρικό τοίχωμα ορισμένων βακτηρίων που μας προκαλούν ασθένειες και είναι υπεύθυνες για συμπτώματα όπως ο πυρετός, η πτώση της πίεσης του αίματος κ.α.

Τα αντιβιοτικά, όπως αναφέρθηκε, είναι χημικές ουσίες με αντιμικροβιακή δράση. Ένας από τους μηχανισμούς δράσης των αντιβιοτικών είναι η παρεμπόδιση της σύνθεσης του κυτταρικού τοιχώματος των μικροοργανισμών.

Ο Σταύρος εισήχθη στο νοσοκομείο με συμπτώματα όπως η χαμηλή αρτηριακή πίεση και ο υψηλός πυρετός, που αμφότερα είναι συμπτώματα προκαλούμενα από παθογόνα βακτήρια που παράγουν ενδοτοξίνες.

Οι ιατροί στο νοσοκομείο αφού διέγνωσαν την αιτία της ασθένειας του Σταύρου, του συνέστησαν φαρμακευτική αγωγή με το αντιβιοτικό πενικιλίνη. Η πενικιλίνη είναι ένα αντιβιοτικό που δρα παρεμποδίζοντας τη σύνθεση του κυτταρικού τοιχώματος των βακτηρίων, στο οποίο εδράζονται οι ενδοτοξίνες που αποτελούν και την αιτία εμφάνισης των συμπτωμάτων στο Σταύρο.