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OLIMPIADI DELLE SCIENZE NATURALI 2007 – FASE NAZIONALE (TRIENNIO)

La prova è costituita da 8 parti, da pagina 1 a pagina 12, per un totale di 50 domande.

PARTE PRIMA – L’Evo-Devo: una nuova sintesi

Negli ultimi due decenni si è verificata un’altra rivoluzione in biologia: una serie di scoperte nel campo della biologia

dello sviluppo, della biologia evolutiva e della genetica hanno rivelato molto sui geni e su alcune semplici regole che

danno forma agli animali e all’evoluzione. E’ nata così una nuova disciplina, impensabile solo 20 anni fa, la biologia

evolutiva dello sviluppo, che è stata subito battezzata con l’acronimo Evo-Devo (Evolutionary Developmental

Biology). Si tratta di una “scienza integrata” che indaga la storia naturale e la determinazione genetica degli stupefacenti

meccanismi che presiedono alla costruzione dell’individuo biologico. Come ha affermato Sean B. Carrol nel recente

libro Endless Forms Most Beautiful, “la maggior parte di ciò che abbiamo scoperto è così stupefacente e inatteso che

ha profondamente cambiato la nostra idea di come funziona l’evoluzione”.

1. Quando si confrontano le diverse parti del corpo tra due specie è importante sapere se si sta confrontando la stessa

parte del corpo, modificata in diversi modi, o se si stanno confrontando elementi tra i quali non vi è corrispondenza. Le

zampe anteriori delle salamandre, dei coccodrilli, dei topi e le nostre braccia sono strutture:

a) Che hanno origine da abbozzi embrionali diversi.

b) Che svolgono la stessa funzione

c) Vestigiali

d) Omologhe

e) Analoghe

2. Le strutture che hanno origine come elementi ripetuti di una serie prendono il nome di “omologhi seriali”. Quale di

queste strutture non sono esempi di omologia seriale:

a) Gli arti anteriori e posteriori dei tetrapodi.

b) Le vertebre della colonna vertebrale di un uomo.

c) Le costole della gabbia toracica di un cane.

d) L’ala di un pipistrello e la zampa anteriore di un gatto.

e) Le appendici locomotorie degli artropodi.

3. Nei primi anni del secolo scorso Samuel Williston stava studiando gli antichi rettili marini e aveva notato che nel

corso dell’evoluzione i gruppi più antichi tendevano ad avere molti elementi simili ripetuti in serie, mentre i gruppi più

recenti mostravano un numero ridotto e forme specializzate delle stesse strutture. Nel 1914 egli enunciò una legge, nota

come Legge di Williston, che afferma che “nel corso dell’evoluzione gli elementi in un organismo tendono ad una

riduzione del numero, con meno elementi più specializzati”. Metti nell’ordine giusto i seguenti eventi che questa legge

sembra suggerire avvengano nel corso dell’evoluzione:

1) Il numero di omologhi seriali si riduce

2) Gli omologhi seriali crescono di numero

3) Gli omologhi seriali si specializzano per una funzione,

4) Una struttura viene duplicata formando una serie di strutture simili

L’ordine giusto e:

a) 2 – 4 – 1 – 3

b) 4 – 1 – 2 – 3

c) 4 – 2 – 3 – 1

d) 3 – 2 – 4 – 1

e) 4 – 3 – 2 – 1

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Un gene omeotico è un gene che dirige la formazione di una struttura o di un organo nella corretta posizione all'interno

di un organismo, impedendo nel contempo che la stessa struttura si formi in un altro posto ''sbagliato''. Nei mutanti

omeotici una struttura può essere trasformata completamente in un’altra. La prima linea pura di un mutante omeotico

del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster) è stata ottenuta nel 1915 da Calvin Bridges che isolò una

mutazione spontanea, che chiamo bithorax, per cui le piccole ali posteriori del moscerino (i cosiddetti bilancieri)

avevano la stessa forma di quelle anteriori. Ma il caso forse più noto di “moscerino Frankestein” è quello del mutante

antennapedia, che presenta un paio di zampe al posto delle antenne della testa.

Drosophila melanogaster normale Mutante antennapedia con zampe al posto delle antenne

L'analisi di parecchi mutanti ha successivamente permesso di catalogare e caratterizzare decine di geni omeotici e si è

visto che essi hanno tutti in comune un tratto della loro sequenza nucleotidica, detto omeobox, essenziale per la loro

funzione regolatrice. Esso corrisponde ad una sequenza di 180 paia di basi che a sua volta corrisponde ad un dominio

(detto omeodominio), cioè ad una regione della proteina codificata dal gene.

4. Molte proteine sono organizzate in domini, cioè unità strutturalmente e funzionalmente distinte, ognuno dei quali

sembrerebbe corrispondere negli eucarioti ad un esone.

L’organizzazione di una proteina in domini:

a) Consente un notevole risparmio, poiché dal riarrangiamento degli esoni nel corso dell’evoluzione si possono

formare geni codificanti per nuove proteine.

b) È dovuto alla presenza degli introni, sequenze di DNA spazzatura che nei procarioti separano i diversi esoni.

c) Conferisce maggiore stabilità alle proteine, consentendo loro di acquisire con maggiore facilità la struttura

secondaria e terziaria.

d) Può consentire di generare a partire da un unico gene una serie di proteine correlate ricomponendo in modi

diversi l’RNA prodotto dalla trascrizione (splicing alternativo).

e) Sono valide le risposte a) e d).

5. Per capire la funzione svolta dall’omeodominio, i biologi si misero alla ricerca di altre proteine già note che avessero

la stessa forma di quella ipotizzata per l’omeodominio. Allen Laughon trovò che il repressore lac, una proteina

coinvolta nella regolazione dell’operone del lattosio nei procarioti, aveva una struttura straordinariamente simile a

quella ipotizzata per l’omeodominio. Tale somiglianza:

a) Era un fatto del tutto casuale, poiché tra organismi procarioti e organismi pluricellulari eucarioti, come i

moscerini, vi è un salto evolutivo grandissimo.

b) Suggeriva che la regione dell’omeodominio delle proteine codificate dai geni omeotici potesse svolgere la

funzione di legare il DNA.

c) Indicava che il repressore lac era molto probabilmente in grado di attivare gli homeobox

d) Suggeriva che le proteine codificate dai geni omeotici erano probabilmente in grado di agire come interruttori

genetici nello sviluppo animale.

e) Sono valide le risposte b) e d).

Su uno dei cromosomi del moscerino si trovano otto geni (abbreviati con lab, pb, Df6, Scr, Antp, Ubx, abd-A e Abd-B)

che guidano lo sviluppo delle diverse regioni del corpo, indicate nella figura con ombreggiature e retinature. Essi sono

detti geni Hox poiché contengono tutti l’homeobox. I geni Hox sono raggruppati in due cluster: il Complesso

Antennapedia comprende i primi 5 geni, che agiscono sulle mètà anteriore del corpo; il Complesso Bithorax contiene

gli ultimi 3 geni, che agiscono sulla metà posteriore. Come si vede dalla figura, la disposizione relativa dei geni in

questi due cluster corrisponde all’ordine delle parti del corpo sulle quali essi agiscono. Il corpo di un moscerino è

suddiviso in tre parti: capo, torace e addome. Il torace comprende tre segmenti, ciascuno con un paio di zampe. Il primo

segmento toracico non porta ali, il secondo segmento toracico porta un paio di ali ed il terzo un paio di bilancieri.

L’addome è invece suddiviso in 8 segmenti.

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I geni Hox del moscerino

6. Una mutazione nel gene Ubx si esprimerà:

a) Solo nel terzo segmento toracico.

b) Solo nel secondo segmento toracico.

c) Solo nell’intera regione toracica.

d) Solo nell’intera regione addominale.

e) Nell’intero corpo dell’animale.

Rappresentazione scherzosa della famosa frase di Monod

“Ciò che è vero per E. coli, vale anche per l’elefante”

7. Successivamente si scoprì che i geni Hox erano presenti anche nei vertebrati. La loro ricostruzione nel topo mostrò

che essi erano disposti in cluster, proprio come nel moscerino, e che anche in questo caso l’ordine dei geni in ciascun

cluster corrispondeva all’ordine delle aree del corpo in cui essi venivano espressi. Oggi possiamo affermare che i geni

Hox orchestrano lo sviluppo di tutti gli animali: drosofile, topi, uomini ed elefanti compresi!

Il premio Nobel Jacques Monod una volta ha affermato che “ciò che è vero per Escherichia coli, vale anche per

l’elefante”. Alla luce di tutto quanto illustrato in tutta questa prima parte, tale frase può essere interpretata nel senso che:

a) Si tratta di una frase scherzosa, poiché tra organismi procarioti e organismi eucarioti pluricellulari non vi sono

aspetti in comune.

b) Anche se tra procarioti ed eucarioti vi sono grosse differenze, entrambi condividono interruttori genetici molto

simili.

c) Le regole della fisiologia e dello sviluppo, contrariamente a quanto si pensava, presentano molti aspetti comuni

tra mammiferi, insetti e altri animali come i vermi.

d) Gli animali più disparati sono costruiti non solo con lo stesso tipo di strumenti biochimici, ma addirittura

esattamente con gli stessi geni.

e) Le affermazioni sono tutte valide tranne la a)

PARTE SECONDA - Protozoi e tensioattivi

Le 4 domande che seguono riguardano l’effetto dei tensioattivi sui ciliati, un gruppo di organismi del regno Protisti.

Esse sono introdotte da un breve testo al quale dovrai fare riferimento per fornire le risposte. Scrivi la risposta a

ciascuna domanda nel foglio risposte allegato.

La presenza di detergenti tensioattivi non ionici nelle acque di superficie

può essere evidenziata dai protozoi ciliati; essi infatti subiscono una serie

di alterazioni morfologiche, come dimostra la sequenza fotografica a lato,

che causano in breve tempo la loro morte.

8. Quale componente cellulare risulta particolarmente danneggiata?

a) Il nucleo

b) Il reticolo endoplasmatico

c) La membrana cellulare

d) I mitocondri

e) I lisosomi

9. I protozoi ciliati, in questa circostanza, si comportano da:

a) Decompositori

b) Bioaccumulatori

c) Biodemolitori

d) Bioindicatori

e) Bioamplificatori

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10. Si potrebbe provare che gli effetti prodotti dai tensioattivi sui protozoi ciliati dipendono dalla concentrazione dei

tensioattivi sottoponendo i microrganismi:

a) Alla stessa concentrazione di tensioattivi per tempi progressivamente crescenti.

b) A concentrazioni crescenti di tensioattivi per uno stesso tempo.

c) A concentrazioni crescenti di tensioattivi e misurando i tempi rispettivi che portano alla morte cellulare.

d) A uguali concentrazioni di tensioattivi per uno stesso tempo.

e) A concentrazioni decrescenti di tensioattivi per uno stesso tempo.

11. Quale fra le seguenti strutture NON si trova nei Parameci?

a) Macronucleo

b) Micronucleo

c) Flagelli

d) Solco orale

e) Vacuolo contrattile

PARTE TERZA - Le mutazioni

Le 5 domande che seguono riguardano le mutazioni. Esse sono introdotte da un breve testo al quale dovrai fare

riferimento per fornire le risposte. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato.

Le mutazioni spontanee solitamente si verificano per caso e la loro frequenza, che è in genere molto bassa, può essere

influenzata da fattori ambientali. Raggi X, raggi ultravioletti, composti radioattivi e un’ampia gamma di sostanze

chimiche possono provocare mutazioni sugli esseri viventi. Le mutazioni possono essere geniche, cromosomiche e

genomiche e possono essere poi distinte in somatiche e germinali.

12. Nel DNA una base azotata è stata sostituita da un’altra base azotata. Quale/i di queste affermazioni è/sono

corretta/e?

a) La variazione può essere definita mutazione puntiforme.

b) La sostituzione comporterà sicuramente un’alterazione del messaggio, poiché basta che una base azotata sia

sostituita da un’altra perché venga codificato un altro amminoacido.

c) La sostituzione non comporterà necessariamente un’alterazione del messaggio poiché se ciò dovesse riguardare

la terza base azotata di una tripletta essa potrebbe codificare lo stesso amminoacido.

d) Le affermazioni A e B sono entrambe valide.

e) Le affermazioni A e C sono entrambe valide.

13. L’anemia falciforme è una malattia genetica causata da una mutazione:

a) Cromosomica, legata al cromosoma X, che si manifesta in modo grave negli individui eterozigoti.

b) Puntiforme, legata al cromosoma Y, che si manifesta in modo grave negli individui eterozigoti.

c) Puntiforme autosomica che determina la sostituzione dello zucchero valina con l’acido glutammico in una

catena dell’emoglobina.

d) Puntiforme autosomica che determina la sostituzione dell’acido glutammico con la valina in una catena

dell’emoglobina.

e) Cromosomica, autosomica o legata ai cromosomi sessuali, che si manifesta con la stessa gravità negli individui

eterozigoti e omozigoti.

14. Esponendo ai raggi X la Drosophila melanogaster è stato

osservato un aumento della frequenza di mutanti ali vestigiali,

antenne corte, zampe corte. Dimostrazioni sperimentali consentono

di affermare che i geni responsabili sono associati sulla stessa

coppia di cromosomi (vedi figure).

Incrociando due Drosophile melanogaster, entrambe eterozigoti per

i tre caratteri, quali fenotipi saranno presenti nella generazione

filiale?

a) Drosofile ♂ con i tre caratteri del tipo selvatico e ♀ con i

tre caratteri del tipo mutante.

b) Drosofile ♂ con i tre caratteri del tipo mutante e ♀ con i

tre caratteri del tipo selvatico.

c) Drosofile ♂ e ♀ con i tre caratteri del tipo mutante,

drosofile ♂ e ♀ con i tre caratteri del tipo selvatico,

drosofile ♂ e ♀ ricombinanti.

d) Drosofile ♂ e ♀ con i tre caratteri del tipo mutante.

e) Drosofile ♂ e ♀ con i tre caratteri del tipo selvatico.

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Mappa semplificata del cromosoma 2

15. La sindrome di Down è una malattia genetica che si

manifesta con diversi sintomi. Essa è causata da una mutazione:

a) Genomica dovuta ad un assetto 2n + 1.

b) Genomica dovuta ad un assetto 2n – 1.

c) Somatica dovuta ad un assetto 2n + 1.

d) Somatica dovuta ad un assetto 2n – 1.

e) Puntiforme che interessa il cromosomica 21.

16. Le mutazioni che causano il cancro di solito fortunatamente

non sono ereditabili. Ciò è spiegabile perché le mutazioni del

DNA che provocano la maggior parte dei tumori sono di tipo:

a) Germinale.

b) Puntiforme.

c) Cromosomico.

d) Somatico.

e) Genomico.

PARTE QUARTA - ALLA SCOPERTA DEL PROMOTORE

Le 5 domande che seguono riguardano un’importante metodica per analizzare la sequenza di un segmento di DNA:

l’elettroforesi su piastra di gel. Le domande sono introdotte da un testo e da due figure ai quali dovrai fare riferimento

per fornire le risposte. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato.

Un breve tratto di DNA batterico, lungo 20 coppie di

basi, contiene una sequenza promotore, di cui è però

ignota l’esatta collocazione. Con la tecnica della PCR

sono prodotte

numerose copie del

tratto di DNA, tutte

marcate radioattivamente alla estremità 5’ di uno dei

due filamenti (vedi schema a sinistra). Alcune copie

sono sottoposte all’azione dell’enzima DNasi, che

idrolizza i legami tra i nucleotidi dello stesso filamento.

La quantità di DNasi adoperata nelle reazioni di idrolisi

è calibrata in modo tale da ottenere frammenti di tutte

le lunghezze. Si ottiene pertanto una miscela di

frammenti di lunghezza variabile da 1 a 20 nucleotidi.

Questi frammenti sono poi sottoposti a elettroforesi su

piastra di gel. La posizione raggiunta dai diversi

frammenti è evidenziata mediante l’esposizione di una

lastra fotografica sensibile alle radiazioni emesse dal

marcatore. I risultati ottenuti sono riportati nella prima

colonna della lastra fotografica riprodotta nello schema

a destra.

La stessa sequenza di operazioni è poi ripetuta con altre

copie dello stesso DNA, a cui è stato però in

precedenza aggiunto l’enzima RNA polimerasi. I

risultati di questa seconda analisi elettroforetica sono

riportati nella seconda colonna della lastra fotografica.

Le colonne successive della lastra fotografica riportano

infine le posizioni dei nucleotidi pirimidinici adenina e

guanina (A + G), della sola guanina (G), dei nucleotidi

purinici citosina + timina (C + T), della sola citosina

(C), riferite al filamento marcato radioattivamente.

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17. Alcuni filamenti sono stati trattati con l’enzima RNA polimerasi allo scopo di:

a) Accelerare il processo di trascrizione e mettere in evidenza il tratto di DNA interessato.

b) Legare l’RNA polimerasi con l’estremità marcata radioattivamente per facilitarne l’identificazione.

c) Legare l’RNA polimerasi con la DNasi e limitare l’attività di quest’ultimo enzima.

d) Legare l’RNA polimerasi con il promotore e impedire l’azione della DNasi sui nucleotidi del promotore.

e) Legare l’RNA polimerasi con il promotore e impedire la denaturazione della molecola di DNA.

18. Qual è la sequenza del promotore nel verso 5’ –––> 3’ nel filamento marcato radioattivamente?

a) T A G A C A C C

b) T A G A C A C C G C

c) A T C T G T G G

d) A T C T G T G G C G

e) G C A T G A A C C G T A G A C A C C G C

19. I frammenti di DNA ottenuti dopo il trattamento con la DNasi migrano lungo la piastra di gel perché:

a) Sono attratti dal polo positivo a causa delle cariche negative che possiedono.

b) Hanno subito diversi gradi di denaturazione.

c) La reazione di idrolisi ha annullato le loro cariche elettriche positive.

d) Sono trascinati verso il basso dalla forza di gravità.

e) Sono stati marcati radioattivamente.

20. I frammenti di DNA sono migrati per distanze diverse lungo il gel perché:

a) Si sono spostati in proporzione al loro peso.

b) Il marcatore radioattivo reagisce in modo variabile con le molecole del gel.

c) Quelli legati con la RNA polimerasi sono più lenti.

d) Alcuni hanno subito la denaturazione e altri no.

e) Sono rallentati dal gel in maniera proporzionale alla lunghezza.

21. I frammenti del filamento di DNA complementare con quello marcato radioattivamente non interferiscono con

l’analisi perché:

a) Per azione della DNasi formano frammenti tutti della stessa lunghezza.

b) Non essendo marcati radioattivamente, non impressionano la lastra.

c) Sono orientati con verso antiparallelo rispetto ai filamenti marcati.

d) Non sono influenzati dal campo elettroforetico, in quanto privi di marcatore.

e) Non sono influenzati dal campo elettroforetico, in quanto antiparalleli rispetto agli altri filamenti.

PARTE QUINTA – L’organicazione del carbonio

Le 5 domande che seguono sono introdotte da un brano estratto dal libro di Carlo Levi “Il Sistema Periodico”. Esse

riguardano uno dei processi alla base del funzionamento degli ecosistemi: l’organicazione del carbonio. Leggi

attentamente il brano e poi rispondi alle domande. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte allegato.

“… Perciò il carbonio è l’elemento chiave della sostanza vivente: ma la sua promozione, il suo ingresso nel mondo

vivo, non è agevole,… Se l’organicazione del carbonio non si svolgesse quotidianamente intorno a noi, … le

spetterebbe di pieno diritto il nome di miracolo. L’atomo di cui parliamo, accompagnato dai suoi due satelliti che lo

mantenevano allo stato di gas, fu dunque condotto dal vento,… Entra nella foglia,… Aderisce ad una grossa e

complicata molecola che lo attiva, e simultaneamente riceve il decisivo messaggio del cielo, sotto la forma folgorante

di un pacchetto di luce solare: …. Ora il nostro atomo è inserito: fa parte di una struttura, …. È una bella struttura ad

anello, un esagono quasi regolare, che però va soggetto a complicati scambi ed equilibri con l’acqua in cui sta sciolto;

…. Ma non fu ossidato subito: … se lo tenne nel fegato…, bene aggomitolato e tranquillo, come alimento di riserva…;

Addio alla struttura esagonale: nel giro di pochi istanti il gomitolo fu dipanato e ridivenne glucosio, questo venne

trascinato dalla corrente del sangue fino ad una fibrilla muscolare di una coscia, e qui brutalmente spaccato in due

molecole di acido lattico, … solo più tardi, qualche minuto dopo, l’ansito dei polmoni poté procurare l’ossigeno

necessario ad ossidare con calma quest’ultimo...”.

Carlo Levi, Il sistema periodico, Einaudi Editore, Torino. pagg. 231-237.

22. Con il termine organicazione si intende:

a) Il processo che consente al carbonio, presente nell’anidride carbonica, di entrare nella costituzione di una

molecola di zucchero; esso avviene durante la fase luminosa della fotosintesi.

b) Il processo che consente al carbonio, presente in una molecola di zucchero, di entrare nella costituzione

dell’anidride carbonica; esso avviene durante la glicolisi.

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c) Il processo che consente al carbonio, presente nell’anidride carbonica, di entrare nella costituzione di una

molecola di zucchero; esso avviene durante la fase oscura della fotosintesi.

d) Il processo che consente al carbonio, presente nell’anidride carbonica, di entrare nella costituzione di una

molecola di zucchero; esso avviene durante la fotolisi.

e) Il processo che consente la trasformazione di un insieme di tessuti diversi in organi, strutture presenti nei

viventi dall’organizzazione più complessa.

23. La molecola, grossa e complicata, citata nel testo potrebbe essere il:

a) Ribulosiobisfosfato, uno zucchero fosforilato a 5 atomi di carbonio che agisce nella fase luminosa della

fotosintesi.

b) Ribulosiobisfosfato, uno zucchero fosforilato a 5 atomi di carbonio che agisce nella fase oscura della

fotosintesi.

c) Ribulosiobisfosfato, uno zucchero fosforilato a 5 atomi di carbonio che è molto sensibile al messaggio del

cielo.

d) Glucosio, uno zucchero a 6 atomi di carbonio dalla bella struttura ad anello, un esagono regolare.

e) Glucosio, uno zucchero a 6 atomi di carbonio, bene agglomerato e tranquillo, come alimento di riserva.

24. La bella struttura ad anello, un esagono quasi regolare indica la molecola di un composto:

a) Inorganico di grande importanza biologica e solubile in acqua.

b) Organico, costituito esclusivamente da C e H, solubile in acqua.

c) Organico di grande importanza biologica, solubile in acqua e non ossidabile.

d) Organico di grande importanza biologica, solubile in acqua e ossidabile.

e) Organico di grande importanza biologica che si accumula nel fegato.

25. La molecola che viene spaccata in due subisce un processo di:

a) Glicolisi e successiva fermentazione per consentire la formazione di 38 molecole di ATP.

b) Glicolisi e successiva fermentazione per consentire la formazione di 2 molecole di ATP.

c) Glicolisi e successiva respirazione per consentire la formazione di 2 molecole di ATP.

d) Fotolisi e successiva fermentazione per consentire la formazione di 38 molecole di ATP.

e) Riduzione e successiva fermentazione per consentire la formazione di 38 molecole di ATP.

26. L’acido lattico è un composto costituito da:

a) 4 atomi di Carbonio che può essere ossidato fino ad anidride carbonica in presenza di ossigeno.

b) 3 atomi di Carbonio che non può subire nessuna ossidazione.

c) 3 atomi di Carbonio che, in presenza di ossigeno, può essere ossidato fino ad anidride carbonica.

d) 3 atomi di Carbonio presente esclusivamente nel latte.

e) 3 atomi di Carbonio che, in presenza di ossigeno, può essere ridotto fino ad anidride carbonica.

PARTE SESTA – Una pianta veramente particolare

Le 5 domande che seguono riguardano una pianta molto particolare: la mercorella. Esse sono introdotte da un breve

testo al quale dovrai fare riferimento per fornire le risposte. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio risposte

allegato.

La mercorella comune, Mercurialis annua L. , è una pianta

erbacea annuale, infestante, che cresce in aprile e maggio

su tutto il territorio italiano, dal livello del mare fino a 1300

m, su terreni coltivati e incolti abbandonati. E’ alta 10-40 cm

e presenta foglie picciolate ovate ellittiche con margine

seghettato; presenta fiori maschili in pannocchiette apicali e

fiori femminili su brevi peduncoli ascellari. La pianta,

generalmente dioica, può, però, durante il suo sviluppo,

comportarsi in modo strano: prima porta fiori maschili e

successivamente fiori femminili o ermafroditi. E’ stato

recentemente dimostrato che tale comportamento risulta

influenzato dalle variazioni delle condizioni ambientali.

27. Con il termine dioica si indica:

a) Una pianta che porta fiori maschili e fiori femminili su individui diversi.

b) Una pianta che porta fiori maschili e fiori femminili sullo stesso individuo.

c) Una pianta che porta esclusivamente fiori ermafroditi.

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d) Una pianta le cui cellule sono tutte rigorosamente diploidi.

e) Una classe del regno delle Piante.

28. La mercorella appartiene al gruppo delle:

a) Monocotiledoni poiché presenta foglie picciolate, nervature ramificate e fiori.

b) Monocotiledoni poiché presenta foglie picciolate ovate ellittiche, nervature ramificate e fiori.

c) Dicotiledoni e presenta foglie picciolate, nervature ramificate e fiori.

d) Dicotiledoni poiché presenta foglie picciolate, nervature parallele e fiori.

e) Monocotiledoni e si trasforma in Dicotiledone quando, in condizioni ambientali sfavorevoli, porta fiori

ermafroditi.

29. La mercorella in condizioni ambientali non favorevoli produce fiori ermafroditi. Quale delle seguenti affermazioni

spiega questo comportamento?

a) I fiori ermafroditi, producendo polline e ovuli, assicurano la riproduzione asessuale anche in presenza di una

sola pianta.

b) I fiori ermafroditi, producendo solamente polline, assicurano la riproduzione sessuale anche in presenza di una

sola pianta.

c) I fiori ermafroditi sono presenti solo nelle piante dicotiledoni, mentre la mercorella é una pianta

monocotiledone.

d) I fiori ermafroditi nelle piante dicotiledoni sono rari.

e) Il comportamento non può essere spiegato da nessuna delle affermazioni precedenti.

30. La pianta della mercorella è erbacea perché:

a) Il suo sviluppo è limitato e determinato dall’assenza di tessuti vascolari: è una pianta annuale.

b) Il suo sviluppo è limitato e determinato dall’assenza di radici: è una pianta annuale.

c) Il suo sviluppo è determinato da una crescita secondaria scarsa o assente: è una pianta annuale

d) Può vivere senza acqua: è una pianta annuale.

e) Sono valide tutte le affermazioni precedenti.

31. Il grafico in basso presenta le curve di sopravvivenza di popolazioni di una stessa pianta che può riprodursi

mediante la produzione di semi ( ) e mediante stoloni ( ▲ ) . Si può affermare che:

0

50

100

150

200

0 10 20 30 40 50 60

settimane dopo la nascita

nu

mero

pia

nti

ne semi

stoloni

Lineare(stoloni)

Media Mobilesu 2 per.(semi)Media Mobilesu 2 per.(semi)

a) Le piante nate mediante stoloni (riproduzione sessuale) sono caratterizzate, nelle prime settimane di vita, da

mortalità meno elevata rispetto a quelle nate da semi (riproduzione asessuale).

b) Le piante nate mediante stoloni (riproduzione asessuale) sono caratterizzate, nelle prime settimane di vita, da

mortalità più elevata rispetto a quelle nate da semi (riproduzione sessuale).

c) Le piante nate mediante stoloni (riproduzione asessuale), nelle prime settimane di vita, sono meno soggette a

mortalità, poiché le loro caratteristiche genetiche presentano una variabilità maggiore rispetto a quelle nate da semi

(riproduzione sessuale).

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d) Le piante nate mediante stoloni (riproduzione asessuale), nelle prime settimane di vita, sono meno soggette a

mortalità rispetto a quelle nate da semi (riproduzione sessuale), poiché le prime mantengono inizialmente un

rapporto trofico con la pianta madre, mentre le seconde conducono da subito vita indipendente.

e) Le piante nate mediante stoloni (riproduzione asessuale) nelle prime settimane di vita, sono caratterizzate da

mortalità paragonabile a quella delle piante nate da semi (riproduzione sessuale).

PARTE SETTIMA – La terra primordiale: dai primi organismi viventi alla colonizzazione delle terre emerse

Le 9 domande che seguono riguardano la comparsa e l’evoluzione della vita sul nostro pianeta. Esse sono introdotte da

un breve testo al quale dovrai fare riferimento per fornire le risposte. Scrivi la risposta a ciascuna domanda nel foglio

risposte allegato.

Nell’atmosfera primordiale l’ossigeno allo stato gassoso era molto probabilmente del tutto assente. I primi autotrofi,

bisognosi di idrogeno per i processi di riduzione, lo attingevano dall’idrogeno solforato (H2S) e proliferavano solo dove

questo gas era abbondante. Successivamente la possibilità di poter utilizzare l’acqua come donatrice di idrogeno risolse

tale problema. Il suo utilizzo comportava però la produzione di un veleno potentissimo: l’ossigeno. L’abbondanza di

ossigeno, liberato nell’ambiente, dovette probabilmente causare la scomparsa di molte strutture viventi. Alcune di esse,

però, cominciarono ad utilizzarlo. Probabilmente proprio alcuni degli organismi che lo producevano commutarono il

loro metabolismo: l’ossigeno si trasformò così da veleno a molecola indispensabile per tutti i processi aerobici.

32. I primi autotrofi che utilizzavano l’idrogeno solforato producevano come prodotto di rifiuto:

a) Ossigeno (O2)

b) Ozono (O3)

c) Zolfo elementare (S)

d) Biossido di carbonio (CO2)

e) Anidride solforosa (SO2)

33. I primi esseri viventi che commutarono il loro metabolismo divenendo in grado di utilizzare l’ossigeno, sono

classificabili come:

a) Solfobatteri, anaerobi obbligati, eucarioti.

b) Solfobatteri, aerobi obbligati, procarioti

c) Cianobatteri, aerobi obbligati, eucarioti

d) Cianobatteri, aerobi facoltativi, procarioti.

e) Cianobatteri eucarioti o solfobatteri procarioti

34. Gli organismi in grado di scindere l’acqua ebbero il sopravvento numerico rispetto agli organismi in grado di

scindere l’H2 S. Tra le spiegazioni proposte quale ritieni più plausibile?

a) Gli organismi in grado di scindere l’acqua e produrre ossigeno si trovarono più avvantaggiati rispetto agli altri,

poiché l’acqua era meno abbondante e diffusa dell’acido solfidrico. I primi erano cianobatteri, i secondi

solfobatteri.

b) Gli organismi in grado di scindere l’acqua e produrre ossigeno si trovarono più avvantaggiati rispetto agli altri,

poiché l’acqua era più abbondante e diffusa dell’acido solfidrico. I primi erano cianobatteri, i secondi

solfobatteri.

c) Gli organismi in grado di scindere l’acqua e produrre ossigeno si trovarono meno avvantaggiati rispetto agli

altri, poiché l’acqua era meno abbondante e diffusa dell’acido solfidrico. I primi erano solfobatteri, i secondi

cianobatteri.

d) Gli organismi in grado di scindere l’acqua e produrre ossigeno si trovarono più avvantaggiati rispetto agli altri,

poiché l’acqua era più abbondante e diffusa dell’acido solfidrico. I primi erano solfobatteri, i secondi

cianobatteri.

e) Gli organismi in grado di scindere l’acqua e produrre ossigeno si trovarono più avvantaggiati rispetto agli altri,

poiché l’acqua era meno abbondante e diffusa dell’acido solfidrico. I primi erano solfobatteri, i secondi

cianobatteri.

35. La produzione e la liberazione di ossigeno:

a) Non può essere messa in relazione con il successivo processo di colonizzazione delle terre emerse da parte

degli esseri viventi

b) Ha agevolato l’affermarsi degli esseri viventi autotrofi che consumano ossigeno in base ad un processo

catabolico, la fotosintesi.

c) Avvenne inizialmente nell’acqua. Successivamente il suo accumulo nell’atmosfera, ha permesso la formazione

di uno strato di ozono (ozonosfera) che filtra i raggi ultravioletti dannosi per le molecole complesse.

d) Può avere agevolato l’affermarsi di esseri viventi che vivono a spese di processi anabolici, come le

fermentazioni.

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e) Può avere agevolato l’affermarsi di esseri viventi che vivono a spese di processi catabolici, come le

fermentazioni.

36. Negli organismi attualmente viventi, la condizione necessaria perché avvenga produzione di ossigeno è:

a) Possesso di cloroplasti nelle cellule.

b) Possesso di cloroplasti e mitocondri nelle cellule e presenza di stomi sulle foglie.

c) Possesso di clorofilla a e ribosomi nelle cellule e presenza di stomi sulle foglie.

d) Possesso nelle cellule di pigmenti in grado di catturare fotoni, consentendo a tali organismi di utilizzare

molecole a bassa energia.

e) Appartenenza al regno delle piante, esseri pluricellulari, autotrofi con cellule eucariote.

37. Gli esseri viventi primordiali che popolarono inizialmente la Terra:

a) Dovevano essere sicuramente autotrofi, poiché altrimenti gli eterotrofi non avrebbero trovato nell’ambiente le

sostanze complesse loro necessarie.

b) Dovevano essere sicuramente autotrofi, poiché essi sono più semplici degli eterotrofi.

c) Dovevano essere sicuramente eterotrofi, come è stato dimostrato da una serie di esperimenti condotti da

Stanley Miller nel 1953.

d) Avrebbero potuto essere eterotrofi in grado di trarre energia da sostanze abbondanti nell’ambiente, mediante

processi di fermentazione.

e) Avrebbero potuto essere eterotrofi in grado di trarre energia da sostanze abbondanti nell’ambiente, mediante

processi di respirazione.

38. Successivamente si verificò un grande salto evolutivo ed ebbero origine le prime cellule eucariote. L’ipotesi più

accreditata circa l’origine della cellula eucariote è:

a) Si è evoluta indipendentemente dalle cellule procariote.

b) Ha preso origine dalla simbiosi di cellule anaerobie e aereobie.

c) E’ il risultato della formazione di organuli originatisi da compartimenti cellulari indifferenziati.

d) Si è evoluta da cellule procariote preesistenti che hanno eliminato il DNA circolare.

e) E’ il risultato dello sviluppo di una relazione endosimbiotica tra cellule procariote di diversa origine.

39. Successivamente la vita dalle acque, dove era nata, iniziò a colonizzare le terre emerse. I primi animali che

abbandonarono le acque per portarsi sulle terre emerse acquisirono le seguenti strutture o capacità tranne:

a) La loro pelle ridusse al minimo le perdite di acqua.

b) Gli animali svilupparono strutture che permisero all’ossigeno atmosferico di penetrare direttamente nei liquidi

interni.

c) La fecondazione divenne interna.

d) Il corpo, non più sostenuto dall’acqua, si dovette irrobustire.

e) Molti organi di senso subirono modifiche.

40. Le prime piante che colonizzarono le terre emerse (briofite e pteridofite) acquisirono una serie di strutture o

capacità. Solo una di quelle elencate non era ancora presente nelle piante primitive e si svilupperà più tardi. Quale?

a) Si svilupparono strutture, come rizoidi e radici, per assorbire l’acqua e i sali minerali dal terreno.

b) Si svilupparono aperture come pori e stomi per captare l’anidride carbonica dall’aria.

c) Il processo di fecondazione si sganciò completamente dalla presenza dell’acqua. d) Si sviluppò un rivestimento impermeabile, la cutina, per limitare la perdita di acqua.

e) Si formò un archegonio, l’organo riproduttore femminile, che proteggeva lo zigote e le prime fasi del suo

sviluppo.

PARTE OTTAVA – MISCELLANEA

Le 10 domande che seguono 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.

41. Nel nucleo di una cellula che ha appena effettuato la divisione cellulare, sono presenti X unità di DNA. Qual è la

quantità di DNA che sarà presente nella stessa cellula durante la profase I della successiva meiosi?

a) X/4

b) X/2

c) X

d) 2X

e) 4X

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42. Si sintetizza una molecola artificiale di mRNA usando solo due tipi di nucleotidi, adenina e citosina. Quanti

differenti triplette possono essere presenti in quella molecola di mRNA?

a) 12

b) 8

c) 6

d) 4

e) 3

43. Se esistessero 34 amminoacidi e il DNA contenesse solo 2 tipi di basi azotate, quale sarebbe il numero minimo di

basi richiesto per formare un codone?

a) 6

b) 5

c) 4

d) 3

e) 2

44. È stata formulata una teoria sul fatto che cloroplasti e mitocondri si siano evoluti da batteri che esistevano come

organismi endosimbiotici in alcune cellule primitive. Quale dei seguenti dati rappresenta una importante prova a favore

della teoria?

a) Entrambi gli organuli contengono molecole di DNA.

b) Entrambi gli organuli sono dotati di microtubuli.

c) Entrambi gli organuli mancano di propri tRNA.

d) I mitocondri, ma non i cloroplasti, sono circondati da una doppia membrana.

e) I cloroplasti, ma non i mitocondri, sono in grado di sintetizzare proteine.

45. Tutte le cellule umane contengono protooncogeni, che possono mutare in oncogeni, che causano il cancro. Come si

può spiegare il possesso da parte delle cellule di geni potenzialmente così pericolosi?

a) I protooncogeni sono necessari per regolare il processo di divisione cellulare;

b) Le cellule producono protooncogeni come sottoprodotto della mitosi;

c) I protooncogeni sono elementi cancerogeni naturalmente presenti nell’ambiente;

d) Sono i virus che inseriscono i protooncogeni nel genoma delle cellule infettate;

e) I protooncogeni sono scarti genetici che non svolgono alcuna funzione nota.

46. Le grandi isole hanno generalmente una maggiore diversità di specie rispetto alle piccole isole perché:

a) Sono situate in climi più caldi;

b) Sono più distanti dai continenti;

c) Presentano una maggiore deriva genica;

d) Non si verifica isolamento riproduttivo tra le popolazioni;

e) Hanno un numero maggiore di habitat diversi.

47. Quale fra gli insiemi di organismi seguenti costituisce una popolazione naturale all’interno di uno stagno?

a) Tutti gli individui del genere Rana;

b) Tutti gli animali;

c) Tutti gli individui della specie Rana pipiens;

d) Tutti gli organismi di due qualsiasi specie che interagiscono tra loro;

e) Tutti gli individui adulti di una qualsiasi specie.

48. Le sorgenti idrotermali che si trovano nei fondali oceanici sono popolate da batteri che ricavano energia

dall’ossidazione del solfuro di idrogeno (H2S) contenuto nelle acque emesse dalle sorgenti. Una popolazione di vermi

costruttori di tubi, privi di bocca e di apparato digerente, ospita i batteri nei loro tessuti e li usa come fonte di molecole

organiche. Molluschi bivalvi filtrano i batteri presenti nelle acque e se ne cibano. Granchi e molluschi cefalopodi si

nutrono dei molluschi. In questo particolare ecosistema, il ruolo svolto dai batteri è quello di:

a) Produttori primari;

b) Consumatori primari;

c) Consumatori secondari;

d) Consumatori terziari;

e) Decompositori.

49. Due popolazioni di chiocciole sono rimaste in condizioni di isolamento riproduttivo per un notevole numero di

generazioni. Quale dei dati seguenti dimostra che le due popolazioni sono diventate due specie distinte?

a) Le due popolazioni differiscono per almeno sei caratteristiche morfologiche;

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b) Quando un membro di una popolazione è fatto riprodurre con un membro dell’altra popolazione, si producono

chiocciole ibride sterili;

c) Le due popolazioni mostrano differenze nell’analisi elettroforetica delle proteine;

d) Le due popolazioni reagiscono in modo diverso al trattamento con una uguale dose dello stesso pesticida;

e) Il sequenziamento del DNA indica l’esistenza di alcuni tratti differenti tra le due popolazioni.

50. Nel diagramma a lato, il centro

di ogni circonferenza rappresenta la

posizione in cui è avvenuto il

rilascio di un gruppo di piccioni

viaggiatori. La parte alta di ogni

circonferenza rappresenta la meta

dei piccioni, mentre i piccoli

quadrati neri indicano la direzione

effettivamente presa. Le frecce

tratteggiate rappresentano la media

statistica delle direzioni prese; la

lunghezza delle frecce è

proporzionale alla significatività

statistica della media. Negli

esperimenti riportati nella colonna

sinistra dello schema, i piccioni

avevano sul capo piccoli magneti

che impedivano loro di percepire il

campo magnetico terrestre. Questi

esperimenti hanno dimostrato che i

piccioni viaggiatori:

a) Possono ritrovare la via di casa solo con il cielo sereno;

b) Possono usare per l’orientamento sia il Sole sia il campo magnetico terrestre;

c) Usano solamente il Sole per l’orientamento durante la navigazione;

d) Usano solamente il campo magnetico terrestre per l’orientamento durante la navigazione;

e) Perdono la capacità di orientamento quando vengono applicati loro i magneti.

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Con magneti Senza magnet i

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Cielocoperto