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OLIMPIADI DELLE SCIENZE NATURALI 2014 - XII EDIZIONE – FASE REGIONALE (TRIENNIO)
La prova è costituita da 7 parti, da pagina 1 a pagina 11, per un totale di 40 domande.
PARTE PRIMA - La sperimentazione animale
Le 5 domande che seguono riguardano il tema, particolarmente attuale, della sperimentazione animale. Scrivi la
risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato
1. Spesso si sente dire che sperimentare sugli animali è inutile, in quanto, quando si testa un potenziale farmaco su
animali diversi, spesso i risultati sono discordanti (e diversi da quelli che poi si ottengono con gli esperimenti
sull’uomo). Ciò nonostante, il 96% circa dei ricercatori è favorevole all’utilizzo della sperimentazione animale
perché:
a) Non tutta la ricerca è volta a testare la tossicità di nuovi farmaci e, soprattutto in ricerca di base, gli
animali sono indispensabili.
b) I risultati ottenuti con la sperimentazione animale, sebbene discordanti tra loro, costituiscono un buon
punto di partenza per sapere cosa aspettarsi da un eventuale test sull’uomo.
c) Le conoscenze attuali permettono di sapere quali animali sono più adatti a fornire un modello per un certo
meccanismo fisiologico e quindi di utilizzare di volta in volta l’animale “giusto”.
d) Sono corrette b) e c)
e) Sono corrette a), b) e c)
2. Un altro argomento contro la sperimentazione animale è che gli animali su cui si effettua la sperimentazione,
principalmente topi e ratti, sono filogeneticamente distanti dall’uomo e quindi presentano notevoli differenze.
Identifica, tra le varie coppie, quella che contiene i due animali filogeneticamente più distanti.
a) Riccio di mare (Paracentrotus lividus) e ascidia lunga, (Ciona intestinalis).
b) Uomo (Homo sapiens) e topo comune (Mus musculus).
c) Polpo (Octopus vulgaris) e seppia (Sepia officinalis).
d) Pollo (Gallus gallus domesticus) e iguana (Iguana iguana).
e) Mosca comune (Musca domestica) e ape europea (Apis mellifera).
3. I detrattori della sperimentazione animale sostengono, inoltre, che esistono metodi ad essa alternativi,
principalmente sperimentazioni in vitro, organ-on-a-chip e simulazioni informatiche. Queste tecniche possono
sostituire completamente l’animale?
a) Sì, in tutti gli esperimenti, in quanto utilizzando il metodo adeguato all’esperimento, è possibile ottenere
risposte analoghe a quelle che si otterrebbero utilizzando un animale.
b) No, in nessun esperimento, in quanto questi metodi non sono in grado di ricostruire le complesse relazioni
tra le varie parti dell’animale.
c) Sì, in alcuni esperimenti, in particolare in quelli che richiederebbero di confrontare i risultati ottenuti su
specie diverse, in quanto conoscendo le differenze nel genoma delle specie in questione, si possono
ottenere informazioni sulle diverse risposte alle sostanze.
d) Sì, in alcuni esperimenti, in particolare quelli che richiedono di verificare l’attività di una sostanza su uno
o pochi tipi diversi di cellule, senza prendere in considerazione il contesto in cui esse si trovano in un
organismo.
e) Sì, in alcuni esperimenti, in particolare quelli che coinvolgono studi sulla tossicologia di varie sostanze.
4. Spesso, le azioni degli animalisti, volte a contrastare gli eventuali trattamenti degradanti subiti dagli animali
sottoposti a sperimentazione (o comunque maltrattati), si concentrano su animali dall’aspetto gradevole, in
particolare mammiferi quali piccoli topi, cani, gatti e scimmie, mentre gli altri animali, principalmente invertebrati,
che vengono molto più spesso utilizzati per effettuare esperimenti e/o maltrattati e sterminati, sono invece ignorati.
Una possibile spiegazione di questo comportamento è che:
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a) Alcuni animali, come gli insetti, hanno evoluto un meccanismo che causa repulsione verso di essi da parte
delle specie più evolute, in modo da poter proliferare con poche interferenze da parte di queste ultime.
b) I caratteri propri delle forme giovanili (forme rotondeggianti, occhi grandi, ecc.) sono comuni a tutti i
mammiferi e sollecitano l’attenzione e le cure parentali. Ciò conferisce un vantaggio evolutivo alle specie
di questa classe i cui cuccioli non sono indipendenti poiché può accadere che individui di una specie
riconoscano come simile un cucciolo di un'altra specie decidendo di prendersene cura.
c) L’uomo, nel corso dell’evoluzione, ha sviluppato una repulsione verso la maggior parte degli insetti, che
possono essere portatori di malattie o comunque dannosi.
d) Solo i mammiferi sono autocoscienti e, pertanto, soffrono maggiormente quando sono sottoposti a
situazioni stressanti come quelle degli esperimenti.
e) Sono corrette b) e c).
5. Una delle pratiche contro le quali si scagliano i detrattori della sperimentazione animale è quella degli
xenotrapianti. Quale, tra le seguenti pratiche, è un esempio di xenotrapianto utilizzato comunemente?
a) L’ibridizzazione di specie diverse con l’obiettivo di produrre individui sterili, ma più robusti e resistenti
di quelli di partenza.
b) L’utilizzo di valvole cardiache suine o bovine per sostituire quelle danneggiate dei pazienti.
c) La pratica che utilizza uova e sperma di Xenopus laevis per studiare l’ontogenesi dei vertebrati.
d) L’inserimento nel genoma di alcune specie animali o vegetali di materiale genetico proveniente da altre
specie, con lo scopo di migliorarne l’aspetto o la resistenza a particolari patogeni.
e) La produzione di proteine umane da parte di batteri ingegnerizzati a tale scopo.
PARTE SECONDA – Pluripotenza e differenziamento cellulare
Le 4 domande che seguono riguardano la pluripotenza e il differenziamento cellulare nel rospo Xenopus laevis.
Le domande sono introdotte da alcuni testi e figure ai quali dovrai fare riferimento per fornire le risposte. Scrivi
la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato
Alla fine degli anni ‘50 del Novecento J. B. Gurdon iniziò degli studi sul
rospo Xenopus laevis che, 50 anni dopo, gli sarebbero valsi il Premio
Nobel. Egli condusse alcuni esperimenti trasferendo nuclei di cellule
differenziate (principalmente dell’intestino) di girini in uova non
fecondate il cui nucleo era stato distrutto con gli ultravioletti; osservò poi
cosa accadeva alle uova così attivate. Inizialmente, i risultati non furono
molto incoraggianti: in molte uova non accadeva nulla, mentre in quelle
poche dove aveva inizio la divisione, essa portava a blastule solo
parzialmente segmentate: in particolare, metà dei blastomeri sembravano
normalmente divisi, mentre gli altri non si dividevano ed erano privi di
nucleo. Tuttavia, se si prendevano i nuclei dei blastomeri che si erano
divisi e si impiantavano in altre cellule uovo denucleate, alcune (anche se
poche) davano origine a girini apparentemente sani; il procedimento è
riassunto in Figura 1. In questo modo, sono stati ottenuti 7 girini, 2
maschi e 5 femmine, che sono stati lasciati crescere (in laboratorio) per
qualche anno. Dopo che avevano raggiunto la maturità sessuale, sono stati
effettuati dei test di fertilità su questi rospi: è risultato che quattro delle
femmine non presentavano grandi differenze nel successo riproduttivo
(numero di uova prodotte e numero di uova fertili prodotte) rispetto a
rospi selvatici, mentre la quinta femmina era sterile; dei maschi, uno era
sterile e l’altro era fertile, ma meno di un rospo maschio selvatico.
6. Quale dei seguenti passaggi ritieni che sia stato il più complicato e
abbia causato il maggior numero di insuccessi?
a) L’aspirazione del nucleo germinativo per rimuoverlo dalla cellula
uovo.
b) Il prelievo del nucleo somatico dalla cellula epiteliale e il suo
impianto nella cellula uovo denucleata.
c) L’impianto della cellula uovo con il nucleo somatico nell’utero del rospo femmina.
d) L’osservazione dello sviluppo dell’embrione all’interno dell’utero materno.
e) a), b) e c).
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7. Quale può essere una spiegazione convincente del fatto che le cellule uovo in cui è stato impiantato il nucleo
somatico dessero origine ad alcune cellule senza nucleo che non si dividono e ad altre cellule nucleate che si
dividono normalmente?
a) I nuclei somatici in condizioni usuali si dividono a intervalli di tempo abbastanza lunghi rispetto a quelli a
cui si dividono normalmente i nuclei germinativi; perciò, quando è avvenuta la prima citodieresi, la
mitosi del nucleo non era ancora completa.
b) I nuclei somatici venivano iniettati in una posizione non esattamente uguale a quella occupata dal nucleo
germinativo distrutto; perciò, al momento della citodieresi, i due nuclei originatisi dalla mitosi non hanno
potuto migrare ciascuno in una cellula ed è così rimasta una cellula senza nucleo.
c) Il rospo presenta, tra i suoi cromosomi, un cromosoma particolare che è necessario per impedire che il
nucleo venga degradato da enzimi intracellulari; nelle cellule somatiche, è attivata una sola copia di
questo cromosoma: perciò, il nucleo della cellula figlia che riceve la copia disattivata del cromosoma
viene degradato.
d) Il nucleo somatico non contiene una quantità di materiale genetico tale da consentire la replicazione
completa del genoma.
e) I cromosomi delle cellule completamente differenziate possiedono delle proteine del centromero
modificate, che impediscono la separazione dei cromosomi durante l’anafase.
8. I risultati dell’esperimento di Gurdon permettono di giungere ad una constatazione che, al momento della
pubblicazione del primo articolo nel 1962, veniva fatta per la prima volta: quale?
a) Il processo di differenziamento cellulare è reversibile e qualunque cellula, dopo aver subito un adeguato
processo di ripristino della totipotenza, è in grado di dare origine ad un organismo intero.
b) Il processo di differenziamento cellulare non prevede eliminazioni permanenti di materiale genetico e
quindi le cellule somatiche presentano un genoma completo.
c) Il processo di differenziamento cellulare comporta l’eliminazione di parte del genoma dal nucleo; tale
eliminazione è però reversibile: inserendo un nucleo differenziato in una cellula uovo, la parte di genoma
mancante viene nuovamente sintetizzata.
d) Il processo di differenziamento cellulare comporta modificazioni a carico delle basi azotate del DNA e
delle proteine istoniche (metilazioni, acetilazioni e altro), che modulano l’espressione genica silenziando i
geni che non devono essere espressi e facilitando la trascrizione dei geni che caratterizzano un particolare
tipo cellulare.
e) Il processo di differenziamento cellulare può avvenire soltanto a partire da una cellula uovo fecondata.
9. Una cellula animale che non è completamente differenziata, ma può dare origine ad un numero limitato di linee
cellulari che portano a cellule completamente differenziate si dice:
a) Cellula meristematica
b) Cellula staminale embrionale
c) Cellula staminale multipotente
d) Cellula staminale totipotente
e) Cellula staminale pluripotente
PARTE TERZA – Una storia vera dei nostri giorni: la sindrome di Peutz-Jeghers
Le 7 domande che seguono sono dedicate a una rara malattia genetica, la sindrome di Peutz-Jeghers. Le domande
sono introdotte da un brano tratto da una pubblicazione della fondazione Meyer e da una scheda informativa
sulla malattia ai quali potrai fare riferimento per fornire le risposte. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel
foglio risposte allegato.
Una malattia rara, di quelle che se ne stanno acquattate nell’organismo, salvo esplodere quando meno te lo
aspetti. Il volo nella notte sull’elicottero del 118, in condizioni gravissime. L’ arrivo in ospedale e la prima
operazione. Inizia così la lotta di un adolescente di 17 anni contro una sindrome, quella di Peutz-Jeghers, rara
quanto pericolosa; ignaro che, per una patologia causata da una mutazione genetica, il suo stomaco si sta via via
riempiendo di polipi.
Scheda informativa
La Sindrome di Peutz-Jeghers (SPJ), rara malattia genetica descritta in modo completo solo nel 1949, viene
’scoperta’ nel 1921 dal medico olandese Peutz, e successivamente studiata, nel 1942, dal genetista americano
Jeghers; trasmessa con modalità autosomica dominante a penetranza variabile essa è caratterizzata dalla presenza
di polipi gastrointestinali e da pigmentazioni di melanina a livello della cute e delle mucose. I polipi, più frequenti
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nell’ intestino tenue, meno nello stomaco e nel colon, presentano crescita aberrante ma non neoplasica, almeno nel
primo periodo. La sindrome di P.J. nel 70% dei casi è dovuta a mutazioni nella linea germinale nel gene STK11
(19p13.3) che codifica per un oncosoppressore, una serina-treonina chinasi; alcuni studi indicano che sia presente
eterogeneità genetica e il coinvolgimento di altri loci.
10. Il termine sindrome si usa per indicare:
a) Una malattia grave che si sviluppa durante l’adolescenza e si manifesta con la produzione di polipi a
livello della cute.
b) Una malattia genetica rara che colpisce durante l’adolescenza e si manifesta con la produzione di polipi a
livello dell’apparato digerente.
c) Una malattia genetica letale e rara che colpisce durante l’adolescenza dovuta ad una mutazione di un gene
presente sul cromosoma 19.
d) Una malattia caratterizzata da una molteplicità di effetti sul fenotipo dovuti a una caratteristica
biochimica determinata dalla situazione genetica.
e) Una molteplicità di malattie genetiche legate al periodo dell’adolescenza, che si manifestano con la
produzione di polipi a livello intestinale.
11. Scegli l’affermazione corretta:
a) Il medico olandese Peutz scoprì che la malattia che stava osservando era causata da una mutazione
genica che interessava il cromosoma 19.
b) Il genetista americano Jeghers fu il primo studioso a notare le pigmentazioni di melanina sulla cute e
sulle mucose dei soggetti colpiti dalla malattia.
c) Il medico olandese Peutz ed il genetista americano Jeghers studiarono assieme la malattia, osservando al
microscopio le mutazioni del cromosoma 19.
d) Il medico olandese Peutz ed il genetista americano Jeghers studiarono contemporaneamente la malattia e
per i loro studi ricevettero ambiti riconoscimenti nel 1949.
e) Il medico Peutz ed il genetista Jeghers hanno dato il nome alla sindrome poiché per primi ne descrissero i
sintomi e ne studiarono la presenza in membri della stessa famiglia.
12. Una malattia autosomica dominante è:
a) Una malattia genetica causata dall’allele dominante difettoso di un gene localizzato su un autosoma.
Questo tipo di malattia è caratterizzato dal fatto che basta una singola copia dell'allele difettoso per far sì
che esso si esprima.
b) Una malattia genetica causata dall’allele dominante sano di un gene localizzato su un autosoma. Questo
tipo di malattia è caratterizzato dal fatto che occorrono più copie dell'allele difettoso per far sì che esso si
esprima.
c) Una malattia rara causata dall’allele dominante sano di un gene localizzato su un autosoma. Questo tipo
di malattia è caratterizzato dal fatto che basta una singola copia dell'allele difettoso per far sì che esso si
esprima.
d) Una malattia genetica causata dall’allele dominante difettoso di un gene localizzato su un cromosoma X o
Y. Questo tipo di malattia è caratterizzato dal fatto che basta una singola copia dell'allele difettoso per far
sì che esso si esprima.
e) Una malattia rara causata dall’allele recessivo difettoso di un gene localizzato su un cromosoma X o Y.
Questo tipo di malattia è caratterizzato dal fatto occorrono più copie dell'allele difettoso per far sì che
esso si esprima.
13. I geni oncosoppressori codificano per una proteina che:
a) Facilita la proliferazione cellulare incontrollata. La loro mutazione provoca una proliferazione cellulare
controllata che può far sviluppare polipi o forme tumorali.
b) Sopprime la proliferazione cellulare. La loro esistenza impedisce anche la proliferazione cellulare che può
far sviluppare polipi o forme tumorali.
c) Facilita la proliferazione cellulare incontrollata. La loro mutazione provoca una proliferazione cellulare
controllata che impedisce lo sviluppo di polipi o forme tumorali.
d) Contrasta la proliferazione cellulare incontrollata. La loro mutazione provoca una proliferazione cellulare
senza controllo che può far sviluppare polipi o forme tumorali.
e) Sopprime la proliferazione cellulare. La loro mutazione consente la proliferazione cellulare, ad eccezione
di quelle che possono far sviluppare polipi o forme tumorali.
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14. Quale tra i brani seguenti descrive correttamente la natura e l’azione della serina-treonina chinasi:
a) Un acido nucleico appartenente alla famiglia delle fosfotransferasi in grado di trasferire gruppi fosfato da
molecole donatrici ad alta energia (come l'ATP) a residui dei carboidrati serina e treonina poichè hanno
catene laterali simili, contenenti un gruppo -OH; il processo è definito fosforilazione.
b) Un enzima appartenente alla famiglia delle fosfotransferasi in grado di trasferire gruppi fosfato da
molecole donatrici ad alta energia (come l'ATP) a residui degli amminoacidi serina e treonina poichè
hanno catene laterali simili, contenenti un gruppo -OH; il processo è definito fosforilazione.
c) Un carboidrato appartenente alla famiglia dei pentosi in grado di trasferire gruppi fosfato da molecole
donatrici ad alta energia (come l'ATP) a residui degli amminoacidi serina e treonina poichè hanno catene
laterali simili, contenenti un gruppo -OH; il processo è definito fosfatasi.
d) Un enzima appartenente alla famiglia delle fosfotransferasi in grado di trasferire gruppi fosfato da
molecole donatrici ad alta energia (come l'ATP) a residui degli amminoacidi serina e treonina poichè
hanno catene laterali simili, contenenti un gruppo -OH; il processo è definito fotosforilazione.
e) Un enzima appartenente alla famiglia delle fosfotransferasi in grado di trasferire gruppi fosfato da
molecole donatrici ad alta energia (come l'ATP) a residui degli zuccheri esosi contenenti diversi gruppi OH; il processo è definito fosfatasi.
15. Con il nome di cromosoma 19 si indica, per convenzione, il
diciannovesimo cromosoma autosomico umano in ordine di
grandezza (schema a lato). Esso possiede quasi 64 milioni di
nucleotidi e contiene circa 1700 geni. Quale affermazione ritieni
corretta?
a) Il cromosoma 19 contiene il maggior numero di geni
rispetto a qualunque altro cromosoma umano.
b) Il locus del gene STK11 è tra i più importanti poiché
occupa una posizione nel braccio superiore.
c) La banda chiara è tutta occupata dal locus del gene
STK11, unico gene la cui mutazione porta alla SPJ.
d) Tutte le affermazioni precedenti sono corrette.
e) Nessuna delle affermazioni precedenti è corretta.
Locus del gene
STK11
(19p13.3)
16. Scegli tra i brani seguenti quello che contiene solo
affermazioni corrette:
a) L’apparato digerente umano ha origine dal foglietto
embrionale ectoderma. Il succo gastrico, prodotto dallo
stomaco, contiene acqua, muco, HCl e tripsinogeno.
Nell’intestino tenue avviene la digestione dei
carboidrati in zuccheri semplici, delle proteine in
amminoacidi e degli acidi grassi in grassi e glicerolo;
nell’intestino crasso, provvisto di villi e pliche, avviene
l’assorbimento di acqua, vitamine e ioni.
b) L’apparato digerente umano ha origine dal foglietto embrionale endoderma. Il succo gastrico, prodotto dallo
stomaco, contiene acqua, muco, HCl e pepsinogeno. Nell’intestino tenue ad opera di enzimi avviene la
digestione dei carboidrati in zuccheri semplici, delle proteine in amminoacidi e dei grassi in acidi grassi e
glicerolo; nell’intestino crasso, sprovvisto di villi e pliche, avviene l’assorbimento di acqua, vitamine e ioni.
c) L’apparato digerente umano ha origine dal foglietto embrionale mesoderma. Il succo gastrico, prodotto dallo
stomaco, contiene acqua, muco, HCl e pepsinogeno. Nell’intestino crasso avviene la digestione dei
carboidrati in zuccheri semplici, delle proteine in amminoacidi e dei grassi in acidi grassi e glicerolo;
nell’intestino tenue, sprovvisto di villi e pliche, avviene l’assorbimento di acqua e vitamine.
d) L’apparato digerente umano ha origine dal foglietto embrionale ectoderma. Il succo gastrico, prodotto dallo
stomaco, contiene acqua, muco, HCl e tripsinogeno. Nell’intestino tenue ad opera di ormoni avviene la
digestione dei carboidrati in zuccheri semplici, delle proteine in amminoacidi e dei grassi in acidi grassi e
glicerolo; nell’intestino crasso, provvisto di villi e pliche, avviene l’assorbimento di acqua, vitamine e ioni.
e) L’apparato digerente umano ha origine dal foglietto embrionale endoderma. Il succo gastrico, prodotto dallo
stomaco, contiene acqua, muco, HCl e pepsinogeno. Nell’intestino tenue ad opera di enzimi avviene la
digestione degli zuccheri semplici in carboidrati, delle proteine in amminoacidi e degli acidi grassi in grassi e
glicerolo; nell’intestino crasso, sprovvisto di villi e pliche, avviene l’assorbimento di acqua e vitamine.
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PARTE QUARTA – Un sistema veramente molto … simpatico (anche se nervoso!)
Le 6 domande che seguono riguardano il sistema simpatico, un sistema che contribuisce in maniera determinante
all’omeostasi dell’organismo. Le domande sono introdotte da brevi testi ai quali dovrai fare riferimento per fornire le
risposte. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato.
17. Il sistema nervoso simpatico insieme con il parasimpatico fa parte del sistema nervoso autonomo. Il sistema
nervoso autonomo:
a) E’ detto anche sistema nervoso somatico.
b) Controlla il tessuto muscolare liscio, il cuore e le ghiandole e non è sotto il controllo della volontà.
c) Controlla il tessuto muscolare striato, il cuore e le ghiandole e non è sotto il controllo della volontà.
d) Controlla il tessuto muscolare liscio, il cuore e le ghiandole ed è sotto il controllo della volontà.
e) Controlla il tessuto muscolare striato, il cuore e le ghiandole ed è sotto il controllo della volontà.
18. I corpi cellulari dei neuroni motori del sistema nervoso autonomo formano delle sinapsi al di fuori del sistema
nervoso centrale (generalmente in un ganglio) con altri neuroni motori che a loro volta innervano gli organi effettori.
Nel sistema nervoso autonomo si distinguono pertanto due tipi di neuroni motori, quello pregangliare e quello
postgangliare. Nel sistema nervoso simpatico la sinapsi tra il neurone motore pregangliare e quello postgangliare
avviene:
a) All’interno del midollo spinale.
b) In una serie di gangli situati in prossimità del sistema nervoso centrale (catena gangliare del simpatico).
c) In gangli situati in prossimità dell’organo bersaglio o addirittura al suo interno, e quindi molto lontani dal
sistema nervoso centrale.
d) Sono vere a) e b).
e) Sono vere b) e c).
19. I corpi cellulari dei neuroni motori pregangliari del sistema simpatico sono localizzati:
a) Nelle regioni toracica e lombare del midollo spinale.
b) Nelle regioni cranica e sacrale del midollo spinale.
c) In tutta la lunghezza del midollo spinale.
d) Nel tronco encefalico.
e) Nel mesencefalo.
20. Il sistema nervoso simpatico e il sistema nervoso parasimpatico svolgono in genere funzioni antagoniste: là dove il
simpatico stimola un organo effettore, il parasimpatico lo inibisce e viceversa. La gran parte degli organi interni è,
infatti, innervata da entrambi i sistemi. I due sistemi, integrandosi l’uno con l’altro e col sistema endocrino,
permettono una regolazione omeostatica degli organi interni molto precisa. Quale di queste funzioni è inibita dal
simpatico e stimolata dal parasimpatico?
a) Escrezione
b) Respirazione
c) Digestione
d) Circolazione
e) Riproduzione
21. Un esempio di interazione tra sistema nervoso e sistema endocrino è rappresentato dall’adrenalina, un ormone
secreto in seguito all’attivazione del simpatico che ne potenzia l’azione. L’adrenalina è prodotta:
a) Dalla regione corticale delle ghiandole surrenali.
b) Dalla regione midollare delle ghiandole surrenali.
c) Dalla milza.
d) Dal pancreas esocrino.
e) Dal pancreas endocrino (isolotti di Langerhans).
22. Il sistema nervoso simpatico è stato definito come il sistema dell’emergenza: quando ci si trova in situazioni di
pericolo (si pensi ad una preda che si accorge della presenza di un predatore) occorre che l’intero organismo sia
pronto in poco tempo per svolgere un’attività logorante o dispendiosa dal punto di vista energetico come la fuga.
Quale di queste azioni NON è attuata dal simpatico e non rientra nella ”reazione di emergenza”?
a) Stimolazione del cuore, che accelera il suo battito.
b) Stimolazione dei bronchi, che si dilatano
c) Stimolazione del fegato, che libera glucosio,
d) Stimolazione dei movimenti peristaltici dell’intestino
e) Inibizione dell’attività dello stomaco.
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PARTE QUINTA Un ecosistema sotto inchiesta
Le 10 domande seguenti riguardano le caratteristiche chimico-fisiche delle acque di un lago e la loro relazione con
alcune popolazioni della comunità insediata nell’ecosistema. Utilizza i dati forniti negli schemi e nelle tabelle per
rispondere alle domande
Il grafico riproduce
i dati relativa alla
concentrazione di
ossigeno (curva a
sinistra) e alla
temperatura (curva
a destra) registrati
in un piccolo lago
della
zona
prealpina,
dalla
superficie fino alla
profondità di 34 m.
La tabella riporta la
solubilità
dell’ossigeno,
espressa in mg di
O2 in 1 L di acqua,
in funzione della
temperatura,
espressa in °C.
23.
A
quale
profondità
la
concentrazione di ossigeno in acqua raggiunge la saturazione?
a) In superficie.
b) A 5 m.
c) A 8 m.
d) A 15 m.
e) A 34 m.
Temperatura (°C)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
Solubilità (mg O2 /L)
14,23
13,84
13,46
13,11
12,77
12,45
12,13
11,84
11,55
11,28
11,02
10,77
10,53
10,29
10,07
9,86
9,65
9,46
9,27
9,08
8,91
8,74
8,57
8,42
24. In quale intervallo di profondità si individua il termoclino nelle acque del lago?
a) Tra 0 e 5 m.
b) Tra 0 e 15 m.
c) Tra 5 e 10 m.
d) Tra 15 e 25 m.
e) Tra 20 e 34 m.
25. Quale delle affermazioni seguenti concorda meglio con l’andamento della curva della concentrazione di ossigeno
nelle acque del lago?
a) Gli organismi eterotrofi sono presenti a tutte le profondità, ma la loro presenza è massima nei primi 5 m di
profondità, mentre la presenza degli organismi autotrofi è massima nei primi 8 m di profondità;
b) Gli organismi eterotrofi sono presenti a tutte le profondità, ma sopratutto tra 5 e 8 m di profondità; gli
organismi autotrofi sono presenti a partire dalla profondità di 5 m;
c) Gli organismi eterotrofi sono presenti fino a 5 m di profondità, mentre gli organismi autotrofi iniziano a esser
presenti a partire dalla profondità di 8 m;
d) Gli organismi eterorofi sono presenti solo a profondità maggiori di 8 m, mentre gli organismi autotrofi sono
limitati ai primi 8 m di profondità;
e) Gli organismi eterotrofi sono uniformemente presenti a tutte le profondità, come anche gli organismi
autotrofi, che però sono presenti soprattutto a profondità maggiori di 8 m.
26. Il grafico a lato nella pagina successiva rappresenta l’andamento della concentrazione del diossido di carbonio nel
lago in funzione della profondità. Quale delle affermazioni seguenti concorda meglio con l’andamento della curva
della concentrazione di diossido di carbonio nelle acque del lago?
8
a) Gli organismi autotrofi producono diossido di carbonio a tutte le profondità,
mentre gli organismi eterotrofi lo producono solo a partire da una certa
profondità;
b) Il diossido di carbonio utilizzato dagli organismi autotrofi eccede quello
prodotto dagli organismi autotrofi ed eterotrofi nei primi metri di
profondità, mentre accade il contrario a profondità superiori;
c) Il diossido di carbonio diffonde dall’atmosfera nelle acque del lago e
raggiunge le massime concentrazioni in profondità, dove la bassa
temperatura fa aumentare la solubilità;
d) La produzione di diossido di carbonio da parte degli organismi autotrofi ed
eterotrofi aumenta con la profondità;
e) L’attività fotosintetica degli organismi autrofi ha un massimo di incremento
tra circa 5 m e circa 15 m di profondità, mentre la produzione di diossido di
carbonio è costante a tutte le profondità.
27. Il grafico a lato descrive l’andamento della
concentrazione, espressa in g/L, dei nitrati
(azoto inorganico) nelle acque del lago durante
l’anno. Quale delle frasi seguenti spiega meglio
la causa delle differenze stagionali che si
registrano?
a) La solubilità dei nitrati varia in
relazione alla temperatura delle acque;
b) La morte di numerosi organismi durante
i mesi invernali provoca un aumento
della concentrazione di nitrati;
c) Le abbondanti piogge estive causano la
diluizione delle acque del lago e fanno
diminuire la concentrazione dei nitrati;
d) La diminuzione dell’ossigeno in soluzione durante i mesi estivi, dovuta al riscaldamento delle acque,
impedisce la formazione dei nitrati per ossidazione dei resti degli organismi morti;
e) I nitrati sono usati come nutrienti dagli organismi autotrofi, che hanno una più intensa attività fotosintetica
durante i mesi estivi.
28. La tabella a lato riporta il consumo di ossigeno della
Peso del pesce
10 g
100 g
500 g
trota (Salmo trutta) espresso in mg di ossigeno per kg di
massa corporea per ora in relazione alla temperatura Temperatura
dell’acqua e alla taglia dell’individuo. Quale delle
5 °C
125
85
54
affermazioni seguenti NON può essere supportata
10 °C
180
125
85
dall’esame dei dati riportati in tabella?
15 °C
260
180
120
a) A tutte le temperature riportate, una trota di 500 g
20 °C
400
260
180
ha un fabbisogno totale di O2 oltre 20 volte
superiore a quello di una trota di 10 g;
b) Il maggiore fabbisogno di O2 per g di massa corporea indica che il metabolismo delle trote più giovani è più
accelerato di quello delle trote adulte;
c) Per qualsiasi taglia, il metabolismo delle trote rallenta al diminuire della temperatura;
d) La velocità del metabolismo delle trote è commisurata alla quantità massima di O 2 che può essere disciolta in
acqua a quella temperatura;
e) Il fabbisogno di O2 per g di massa corporea delle trote di 100 g è intermedio tra quello delle trote di 10 g e
quello della trote di 500 g a tutte le temperature.
29. L’elevata efficienza dell’assorbimento di ossigeno dall’acqua attraverso le branchie è garantito nei pesci da un
meccanismo chiamato «scambio in controcorrente». Lo schema riportato in alto nella pagina successiva illustra il
meccanismo di scambio in controcorrente confrontato con il meccanismo di scambio in equicorrente. Quale tra le
affermazioni seguenti, riguardanti lo scambio respiratorio nei pesci, è corretta?
9
a) Il ricorso allo scambio in controcorrente consente di aumentare la superficie branchiale disponibile per
l’assorbimento di ossigeno;
b) Grazie al meccanismo di scambio in controcorrente, la quantità di ossigeno che passa dall’acqua al sangue è
indipendente dalla temperatura dell’acqua;
c) Il meccanismo di scambio in controcorrente è responsabile della maggiore velocità del metabolismo nei pesci
di piccole dimensioni rispetto a quelli più grandi;
d) Rispetto allo scambio in equicorrente, quello in controcorrente implica una maggiore velocità di scorrimento
dei fluidi;
e) Grazie al meccanismo di scambio in controcorrente l’acqua impoverita di ossigeno continua a cedere
ossigeno al sangue perché incontra sangue con bassissimo contenuto di ossigeno.
30. In Italia, nella maggior parte delle popolazioni di trota, la nascita dei nuovi individui (gli avannotti) si verifica tra
dicembre e marzo. Quale tra le osservazioni seguenti può fare considerare questo fatto come un adattamento?
a) La minore temperatura delle acque le rende più ricche di ossigeno in soluzione e facilita la respirazione degli
avannotti, che hanno una più elevata richiesta di ossigeno;
b) Le minori dimensioni degli avannotti determinano un più elevato rapporto superficie / volume che facilita la
dispersione di calore nelle acque più fredde;
c) Gli avannotti di trota possiedono una superficie branchiale per g di peso corporeo maggiore delle forme
adulte;
d) La differenza di temperatura tra i corpi d’acqua e l’ambiente circostante sono minori durante la stagione
invernale rispetto alla stagione estiva;
e) La deposizione delle uova, che avviene nella ghiaia del fondo, è facilitata dal minore flusso di corrente che si
ha durante i mesi invernali.
Specie
Ossigeno disciolto (mg/L)
31. La tabella a lato riporta i livelli minimi tollerabili per alcune
specie di pesci di acqua dolce in relazione alla presenza di ossigeno Trota
disciolto nelle acque. Quale delle affermazioni seguenti può essere Coregone
dedotta riguardo alla diffusione delle specie in tabella nei diversi tratti Luccio
in cui può essere suddiviso il corso di un fiume (tratto di montagna, Tinca
Carpa
tratto intermedio, tratto finale, tratto di estuario)?
a) Il coregone può essere presente in tutti i tratti del corso di un fiume;
b) Tutte le specie possono essere ugualmente presenti nei diversi tratti del corso di un fiume;
c) La carpa e la tinca sono diffuse prevalentemente nel tratto di montagna di un fiume;
d) La trota e il coregone si trovano solo nel tratto di montagna di un fiume;
e) Il luccio e la trota sono presenti solo nel tratto finale di un fiume.
5–6
5
4
2–3
2
32. Esemplari di trota di età
Dimensioni lineari
Massa corporea
diverse mostrano la stessa forma
8 cm
10 g
del corpo e dimensioni lineari e
22
cm
100
g
massa corporea descritti nella
38
cm
500
g
tabella a lato. A quale delle
interpretazioni seguenti si prestano meglio i dati riportati nella tabella?
a) Gli adulti immagazzinano quantità proporzionalmente maggiori di sostanze di riserva rispetto alle forme
giovanili;
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b) Con la crescita, la massa degli individui aumenta molto più rapidamente della lunghezza, perché le trote sono
oggetti tridimensionali;
c) Gli adulti hanno maggiore facilità di procurarsi cibo rispetto alle forme giovanili;
d) La minore velocità delle reazioni metaboliche causa negli adulti un aumento della densità del corpo;
e) L'aumento della massa corporea rappresenta un adattamento alle basse temperature dell'acqua.
PARTE SESTA – Miscellanea
Le seguenti 4 domande riguardano argomenti sia di biologia funzionale sia di biologia evolutiva e sono tutte
indipendenti l’una dall’altra. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato.
33. Assegna a ciascuno dei seguenti amminoacidi il nome corretto:
a)
b)
c)
d)
e)
A: Cisteina, B: Valina, C: Acido Glutammico, D: Fenilalanina
A: Acido Glutammico, B: Fenilalanina, C: Valina, D: Cisteina
A: Fenilalanina, B: Valina, C: Cisteina, D: Acido Glutammico
A: Acido Glutammico, B: Fenilalanina, C: Cisteina, D: Valina
A: Fenilalanina, B: Acido Glutammico, C: Valina, D: Cisteina
34. Quale dei seguenti composti NON fa parte della via metabolica della glicolisi?
a) Glucosio
b) Piruvato
c) Fruttosio 1,6 bisfosfato (o Fruttosio 1,6 difosfato)
d) Acetil-CoenzimaA
e) Fosfoenolpiruvato
35. Il ciclo vitale degli Cnidari (Celenterati), un phylum comprendente i polipi e le meduse, è caratterizzato dalla
metagenesi. Nel corso della metagenesi:
a) Si alternano individui aploidi e individui diploidi.
b) Si alternano riproduzione sessuata e riproduzione asessuata.
c) Si alternano diversi tipi di meduse.
d) Possono essere presenti o solo polipi o solo meduse.
e) Non si producono gameti.
36. In una popolazione possono essere presenti diversi tipi di strategie riproduttive. Esse possono essere classificate in
due ampi gruppi: le strategie opportunistiche e quelle equilibrate. La Tabella che segue mette a confronto le
caratteristiche dei due diversi tipi di strategie. In essa è però presente un errore: due termini sono stati invertiti.
L’errore riguarda:
a) Il numero di discendenti.
b) La taglia dei discendenti.
c) La velocità del processo di maturazione.
d) Le cure parentali.
e) Il numero di riproduzioni.
Confronto tra strategie opportunistiche ed equilibrate
Strategia opportunistica
Strategia equilibrata
Esempio: piante annuali
Esempio: mammiferi
Numero di discendenti
Molti
Pochi
Taglia dei discendenti
Piccola
Grande
Velocità del processo di maturazione
Lenta
Rapida
Cure parentali
Assenti
Presenti
Numero di riproduzioni
Generalmente una sola riproduzione
Diverse riproduzioni
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PARTE SETTIMA – Dalle IBO 2009
Le ultime 4 domande sono tratte dalle prove della edizione del 2009 delle Olimpiadi Internazionali di Biologia (IBO –
Tsukuba, Japan). Esse sono tutte indipendenti l’una dall’altra. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio
risposte allegato.
37. Per studiare il processo di fotosintesi uno scienziato illumina una cultura di un’alga verde unicellulare per un certo
periodo di tempo. Poi spegne la luce e aggiunge CO2 radioattiva facendola gorgogliare nella cultura per 30 minuti.
Subito dopo lo scienziato misura la radioattività presente nelle cellule. Che cosa probabilmente osserverà?
a) Nessuna radioattività nelle cellule, perché la luce è necessaria per produrre zuccheri a partire dall’acqua e
dalla CO2.
b) Nessuna radioattività nelle cellule, perché durante le reazioni luce-dipendenti la CO2 è utilizzata per produrre
O2.
c) Nessuna radioattività nelle cellule, perché la CO2 è assorbita dalle cellule vegetali solo durante
l'illuminazione.
d) Presenza di radioattività nelle cellule, perché la CO2 è utilizzata per produrre zuccheri anche al buio.
e) Presenza di radioattività nelle cellule, perché la CO2 al buio è incorporata nel NADPH.
38. Le pareti cellulari delle trachee e delle tracheidi delle piante vascolari contengono un polimero fenolico chiamato
"lignina" che, insieme con la cellulosa, conferisce resistenza meccanica a questi tessuti conduttori dell'acqua . Se le
trachee /tracheidi sono carenti di lignina, esse:
a) Scoppiano verso l'esterno quando la traspirazione è molto attiva .
b) Scoppiano verso l'esterno quando la traspirazione è inattiva .
c) Collassano verso l'interno quando la traspirazione è molto attiva .
d) Collassano verso l'interno quando la traspirazione è inattiva .
e) Subiscono facilmente la plasmolisi quando vi è scarsa disponibilità di acqua.
39. In una specie di felce, un determinato locus può presentare l’allele G o l’allele g. Si raccolgono le spore prodotte
da uno sporofito eterozigote con genotipo Gg. I gametofiti derivati da queste spore sono fatti crescere in isolamento,
in modo che ogni gametofito sessualmente maturo effettui autofecondazione. Qual è il rapporto atteso tra i genotipi
GG : Gg : gg degli sporofiti?
a) 1 : 2 : 1
c) 3 : 0 : 1
e) 1 : 0 : 1
b) 2 : 1 : 1
d) 0 : 3 : 1
40. La seguente tabella mostra il numero di sostituzioni nucleotidiche stimate che si sono verificati in un gene in sette
specie diverse .
Numero di sostituzioni nucleotidiche stimate tra ogni coppia di specie
Qual è l'albero più appropriato che mostra la relazione filogenetica fra queste sette specie ?
a) A
b) B
c) C
d) D
e) E
