第28屆國際生物學奧林匹克競賽試題 理論2-1

王戎疆 杜 軍 范六民 佟向軍 張雁云

（1北京大學生命科學學院 北京100871 2中國人民大學附屬中學 北京100080 3 北京師范大學生命科學學院 北京 100875）

理論考試2 共3 h。

1～17 題：適應環(huán)境；18～33 題：生殖與進化；34～46 題：疾病與衰弱。

說明：1）共46 個問題，將在計算機上完成；2）必須回答所有問題的所有部分；對于多項判斷正／誤任務，用“正確”或“錯誤”回答每個陳述；可能沒有選項正確，也可能全部正確；對于計算問題，選擇最接近正確答案的數(shù)字；如果不確定，應該作出最好的猜測；不會因猜測錯誤而受懲罰，反而可能會獲得分數(shù)；3）每個正確的答案將得1 分；每個錯誤或缺失答案將得0 分；4）應該按照順序回答問題，然后回到不能回答的問題?？赏ㄟ^單擊旗幟圖標標記它們，并通過打開左側的內容窗格查看進度；可能會發(fā)現(xiàn)前面問題中探討的想法有助于回答后面的問題；5）有些圖片可通過點擊而放大；6）可通過右上角的選項，改變?yōu)g覽考題的語言；7）將需要在每個問題中創(chuàng)造性地使用提供的信息，可能不需要高級的技術或專業(yè)知識。

本考試中，需要以下設備：被批準使用的計算器，簽字筆/鉛筆，給考生提供草稿紙。不得將任何紙張帶入或帶離考場。每個考試的第1 頁將提供文檔的副本。

考場紀律：1）考場上禁止與任何其他考生交流；2）不得打開計算機其他無關窗口；3）不得訪問可能不公平的幫助信息；4）如果需要幫助，請舉手示意，并保持面向前方；5）在無監(jiān)考人員協(xié)助下，不得離開電腦；6）遇到技術問題請務必立即通知監(jiān)考人員。

有用的科學定義：這些術語已經在國際生物學奧林匹克競賽考試中多年出現(xiàn)，但你可能并不熟悉其精確定義。

WT：在所有情況下，WT 是指野生型。野生型生物體沒有被遺傳操作，或以其他方式進行遺傳選擇、使其具有特定的遺傳特性。

敲除（knockout）：是指具有問題中指定基因的生物，經過突變，該基因無法合成有功能的產物。

單倍型（haplotypes）：是發(fā)生在同一DNA 分子上的多個不同等位基因的組合。例如，如果基因A、B、C、D和E位于同一染色體上，且每個基因具有2 個等位基因，則該基因組區(qū)域可具有許多的不同的單倍型（AbCdE、abcDE、ABCde等）。如果這些基因具有很強的遺傳連鎖，則一般單倍型在種群中將比預期更多地發(fā)生。一個基因的特異性等位基因通常與所連鎖的基因的特定等位基因共存。在這樣一個連鎖區(qū)域內，從原有序列到現(xiàn)在的序列突變創(chuàng)造出新的單倍型。該區(qū)域內的減數(shù)分裂交叉互換可破壞現(xiàn)有的單倍型，并隨機重組等位基因，從而消除了隨時間的推移等位基因之間的關聯(lián)。

毫米汞柱（mmHg）：生物學家通常使用mmHg作為壓力單位。mmHg 與帕斯卡、cmH2O 柱成正比，但在大多數(shù)生物學環(huán)境中給出更整的數(shù)字。

分壓（partial pressure，Pgas）：只有一種氣體存在，分壓測量氣體對其周圍施加的壓力。分壓注明為Pgas（例如，Po2=氧的分壓）。例如，海平面上大氣的總壓為760 mmHg，氧氣占大氣中所有分子的21%，因此大氣中氧氣的分壓為Po2=0.21×760=160 mmHg。溶液中氣體的分壓是該氣體在空氣與溶液達到平衡時產生的分壓。例如，長時間暴露于大氣中的玻璃水中的氧分壓也將為160 mmHg。因此，生物學家使用分壓來預測氣體轉移的速率、方向及平衡狀況。分壓與溶液中氣體的濃度并非直接成比例；濃度取決于分壓、溶解度、溫度等。

表達（expression）：許多DNA 基因被轉錄以產生RNA，其被翻譯以產生多肽。這種折疊可通過修飾以產生功能性蛋白質。除非另有說明，基因的表達水平描述通過這些過程的組合作用產生多少功能性產物。因此，如果表達增加，則產生更多的功能性蛋白質。這并不一定意味著蛋白質量的增加（可能會迅速降解）。這些功能性產物可能還需要進一步的步驟被激活。

箭頭（arrows）：在科學圖示中，用箭頭表示導致、激活、成為或僅是一個標簽。

平頭箭頭（flat-headed arrows）：在科學圖示中，平頭箭頭指的是抑制、阻斷或減少。

適應環(huán)境

1.亞馬遜的生物量：森林吸收了超過30%的人類活動產生的CO2，但森林處置大氣中CO2的方式正在發(fā)生變化。這張圖顯示了過去10年亞馬遜森林固定碳的總量的變化。亞馬遜雨林對氣候變化的響應與其他大部分雨林是相似的。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.除去森林砍伐，雨林的固碳生物量近些年呈現(xiàn)凈增長

B.由于臭氧層變薄，紫外線的增加可提高碳的固定

C.大氣中CO2濃度的增加可提高碳的固定

D.溫度的小幅提高增加了光合作用相關酶類的速率

2.百慕大珊瑚：海洋也能吸收超過30%人類活動產生的CO2，它們溶解在水中形成酸從而改變碳酸鈣的溶解性（圖1）。許多海洋無脊椎動物具有碳酸鈣成分的骨骼，可形成海底沉積物和礁石。英屬百慕大群島是研究珊瑚礁和海溝的理想場所，因此研究了CO2對百慕大海底沉積物的影響（圖2）。礁石以下5 000 m，海洋細菌可固定CO2生長（圖3）。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.人類活動產生的CO2會損壞無脊椎動物的骨骼

B.百慕大堡礁的結構由于海水化學的改變而受到嚴重的威脅

C.無脊椎動物的生長對海洋吸收CO2的能力有貢獻

D.在海底熱液口的細菌利用修飾過的光合作用酶固定碳

3.酸中毒：血液的pH 值必須得到嚴格控制，所以機體通過肺排出CO2，通過腎改變血液中HCO3-的水平。下面的實驗分析了健康人（H）和具有疾病i、疾病ii 和疾病iii 的人的血液化學，相關數(shù)據的分布范圍如圖所示。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.疾病i 使得血液偏酸

B.疾病ii 導致肺內氣體交換增加

C.疾病ii 導致腎功能有害變化

D.嘔吐可誘發(fā)與疾病iii 一樣的癥狀

4.一氧化碳中毒：John kendrew（1917—1997）發(fā)表了血紅蛋白的結構，闡明了氧在血液中運輸?shù)倪^程。一氧化碳是有毒的，可通過肺進入血液并改變氧的運輸。在正?？諝饫?，肺部的氧分壓（PO2）為100 mmHg。添加一氧化碳后，其分壓（PCO）為0.4 mmHg，則血液中CO 和O2的分子數(shù)相同。

1）判斷以下每個陳述是否正確。

A.一氧化碳提高血紅蛋白對氧的親和性（結合的緊密性）

B.0.4 mmHg 的一氧化碳減少了氧在血漿中的溶解度

C.在生理條件下，一氧化碳會降低血液中可執(zhí)行功能的血紅蛋白的量

2）計算一氧化碳對血紅蛋白的親和性比氧對血紅蛋白親和性高多少倍？ 請選擇最接近的相對親和性作為正確答案。

選項：高50 倍、高100 倍、高150 倍、高200倍、高250 倍

5.肺泡氣體：John Haldane（1892—1962）發(fā)現(xiàn)了很多控制呼吸及氣體交換的生理機制。記錄了改變人肺泡中氧或二氧化碳的壓力影響每分鐘呼吸空氣的體積。在海平面，肺泡中氣體的氧分壓（PO2）為100 mmHg，二氧化碳分壓（PCO2）為40 mmHg。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.增加血液酸度（低pH）會增加呼吸速率

B.正常條件下，呼吸速率是由血液中氧含量決定的

C.在高海拔地區(qū)［氣壓低于海平面氣壓的一半（＜50%）］，降低血液中二氧化碳的分壓比降低氧分壓會對呼吸造成更明顯的影響

D.當肺泡中氧分壓從50 mmHg 提高至150 mmHg 時，全血中氧含量的變化可忽略不計

6.動物呼吸系統(tǒng)：下面簡述了不同動物的氣體交換表面，以及呼吸介質和血流的方向。哺乳動物和鳥類必須利用呼吸相關肌肉驅動氣體通過交換表面。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.哺乳動物需要被動擴散以實現(xiàn)氣體交換

B.哺乳動物從空氣中獲取的氧在空氣中的比例，比魚類從水中獲取氧的比例高

C.空氣必須到達昆蟲活細胞的微米級范圍

D.鳥類在一個呼吸循環(huán)中比哺乳動物有更高比例的時間完成氣體交換

7.呼吸根：紅樹林生長在潮間帶，可有垂直的根（呼吸根），作為淹于水下的根通氣管。通過記錄呼吸根被潮汐覆蓋和露出時相對于大氣中的氣體壓力，研究它們促進氣體交換的機制。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.當呼吸根被退潮露出時，空氣被吸入根部

B.根部呼吸對根部的氣壓變化有貢獻

C.呼吸根供應CO2進行光合作用

D.當呼吸根被浸沒時，根中的呼吸速率減慢

8.分生組織氧氣：海草從基部的分生組織快速生長。然而近年來，整個海草草甸弱的增長和死亡已很普遍。在不同的海水溫度和氧飽和度下，記錄順著海草莖直徑的氧分壓。通常大氣PO2=160 mmHg。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.海水溫度升高是海草草甸損失的原因

B.這些實驗在黑暗中進行

C.分生組織具有比周圍組織更快的代謝速率

D.分生組織在30°C 時比5°C 時由更多的CO2

E.分生組織在波濤洶涌的海洋條件下比平靜的海洋條件下獲得更多的氧氣

9.光合氧：Joseph Priestley（1733—1804）發(fā)現(xiàn)，植物消耗CO2。他也發(fā)現(xiàn)在此過程中產生氧元素。在葉綠體中，放氧復合物在暴露于光時會損失單個電子。在特定數(shù)量的電子丟失后，復合物在一個循環(huán)中從水中重新獲得電子以產生氧。對葉綠體溶液照射連續(xù)的光脈沖，記錄每個閃光產生的氧氣量。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.2 個光脈沖足以完成放氧循環(huán)

B.復合物最多丟失4 個電子

C.在實驗開始時，大多數(shù)復合物已丟失了1個電子

D.在實驗結束時，對于相同的曝光亮，產生更多的氧

10.Frank-Starling 定律：William Harvey（1578—1657）發(fā)現(xiàn)心臟可將血液泵向全身完成循環(huán)。Ernest Starling（1866—1927）發(fā)現(xiàn)很多循環(huán)系統(tǒng)的基本特征，包括心輸出量（特定時間內泵出血液的量）是如何控制的。Starling 將可跳動的心臟完全從身體內取出，安置在一個特定的裝置上，他可利用該裝置改變進入“靜脈”血液的壓力（圖1）或從“動脈”流出血液的壓力（圖2）。然后，他測量了心輸出量。心臟的左側和右側得到的結果類似。

針對一個不可操控的動物，判斷以下每個陳述是否正確。

A.對鍛煉的響應包括使靜脈強健有力（平滑肌的收縮）

B.如果右側心臟的流出速率增加，則需要神經或激素調節(jié)以改變左側心臟的流出速率達到右側水平

C.心臟搏動所需能量隨靜脈壓力的增加而增加

D.在心臟病的早期，如果血液體積增加，心輸出量仍可維持

（待續(xù)）