Ecologia: exercicis de la PAU de Biologia resolts

Plantejament Una xarxa tròfica representa qui menja qui. Les fletxes van de l’aliment al consumidor, en el sentit en què circulen la matèria i l’energia. Traiem del text els organismes i les relacions.

1. Productors: la vegetació, de la qual s’alimenten els cérvols i els cabirols (que tenen «una dieta totalment vegetariana»).

2. Consumidors primaris (herbívors): el cérvol i el cabirol.

   $\text{vegetació}\rightarrow\text{cérvol}$$\text{vegetació}\rightarrow\text{cabirol}$

3. Els llops s’alimenten «principalment de grans herbívors», els cérvols i els cabirols:

   $\text{cérvol}\rightarrow\text{llop}$$\text{cabirol}\rightarrow\text{llop}$

4. Les guineus i els coiots «s’alimenten del mateix» que els llops, és a dir, també de cérvols i cabirols:

   $\text{cérvol}\rightarrow\text{guineu}$$\text{cabirol}\rightarrow\text{guineu}$$\text{cérvol}\rightarrow\text{coiot}$$\text{cabirol}\rightarrow\text{coiot}$

5. Les guineus i els coiots, en condicions normals, «serien preses dels llops»:

   $\text{guineu}\rightarrow\text{llop}$$\text{coiot}\rightarrow\text{llop}$

6. La xarxa té, doncs, sis organismes (vegetació, cérvol, cabirol, guineu, coiot i llop) i deu fletxes. El llop ocupa el nivell més alt; la guineu i el coiot són alhora consumidors secundaris i preses del llop.

Plantejament Mirem quin nivell tròfic hi falta: hi ha productors i consumidors, però cap organisme que s’alimenti de les restes.

1. Falta el nivell dels descomponedors (també anomenats transformadors o sapròtrofs), com molts bacteris i fongs.

2. Funció: transformen la matèria orgànica de les restes, els cadàvers i els excrements en matèria inorgànica (sals minerals, $\mathrm{CO_2}$…).

3. Així la matèria inorgànica torna a estar a disposició dels productors, que la fan servir per fabricar matèria orgànica: es tanca el cicle de la matèria.

Plantejament Es tracta de la respiració cel·lular aeròbica de la glucosa, que l’oxida completament fins a $\mathrm{CO_2}$ i aigua.

1. Equació global de la respiració cel·lular:

   $\mathrm{C_6H_{12}O_6}+6\,\mathrm{O_2}$${}\rightarrow 6\,\mathrm{CO_2}+6\,\mathrm{H_2O}$

2. Vies: la glucòlisi (al citosol), la descarboxilació oxidativa del piruvat, el cicle de Krebs (a la matriu mitocondrial) i la cadena respiratòria acoblada a la fosforilació oxidativa (a la membrana mitocondrial interna).

3. El $\mathrm{CO_2}$ es genera en el cicle de Krebs (i també en la descarboxilació oxidativa del piruvat, que el precedeix): els carbonis de la glucosa surten com a $\mathrm{CO_2}$.

4. L’aigua es genera a la cadena respiratòria: l’oxigen és l’acceptor final dels electrons i, en reduir-se amb protons, forma aigua.

   $\mathrm{O_2}+4\,e^-+4\,\mathrm{H^+}\rightarrow 2\,\mathrm{H_2O}$

5. Balanç per molècula de glucosa: $2$ ATP a la glucòlisi, $2$ (com a GTP) al cicle de Krebs, $10$ NADH i $2$ $\mathrm{FADH_2}$ que alimenten la cadena respiratòria.

6. Amb el recompte clàssic ($3$ ATP per NADH i $2$ per $\mathrm{FADH_2}$) surten:

   $2+2+10\cdot 3+2\cdot 2=38\ \text{ATP}$

7. Amb els rendiments que es fan servir avui ($2{,}5$ ATP per NADH i $1{,}5$ per $\mathrm{FADH_2}$):

   $2+2+10\cdot 2{,}5+2\cdot 1{,}5=32\ \text{ATP}$

8. El valor exacte depèn de com entra a la mitocòndria el NADH format a la glucòlisi: amb la llançadora malat-aspartat surten $38$ ATP (recompte clàssic) o $32$ (rendiments actuals); amb la llançadora del glicerol-fosfat, $36$ o $30$. Per això els llibres donen xifres entre $30$ i $38$ ATP.

Plantejament És el primer contacte amb aquest virus, així que el cérvol no té cèl·lules de memòria contra ell: s’activa una resposta immunitària específica primària, que acaba amb la formació de memòria.

1. Tipus de resposta: una resposta immunitària específica primària (abans hi actuen les defenses inespecífiques, però no deixen memòria).

2. Les cèl·lules presentadores d’antigen (macròfags i cèl·lules dendrítiques) fagociten virus de Schmallenberg o cèl·lules infectades i presenten els seus antígens a la membrana.

3. Presenten l’antigen a un limfòcit T col·laborador (T helper o CD4), que s’activa.

4. El limfòcit T col·laborador activa el limfòcit B que reconeix el mateix antigen del virus. Aquest limfòcit B es multiplica per mitosi i forma un clon.

5. Una part del clon es diferencia en cèl·lules plasmàtiques, que fabriquen anticossos específics contra el virus de Schmallenberg; els anticossos s’hi uneixen i faciliten que sigui eliminat. Com que el virus es multiplica dins de les cèl·lules, els limfòcits T citotòxics també destrueixen les cèl·lules infectades del cérvol.

6. La resta de cèl·lules del clon es converteixen en cèl·lules (limfòcits) de memòria. Són les que deixen el cérvol immunitzat: si torna a contactar amb el virus, la resposta secundària serà més ràpida, més intensa i més duradora.

Plantejament Per a cada parella, mirem qui en surt beneficiat o perjudicat segons el text: depredació $(+,-)$, competència $(-,-)$, parasitisme $(+,-)$, amb l’hoste viu, comensalisme $(+,0)$ i mutualisme $(+,+)$.

1. Tortugues carei i esponges: depredació. Les tortugues (depredadors) capturen les esponges (preses) i se les mengen.

2. Esponges i coralls: competència. Les esponges creixen damunt i dins dels coralls i tots dos necessiten el mateix recurs, l’espai per establir-se; quan les tortugues mengen esponges, els coralls «tenen més espai per a establir-se».

3. Tortugues carei i epibionts: parasitisme. Els epibionts viuen damunt de les tortugues i «s’alimenten d’elles»: ells en surten beneficiats i les tortugues, perjudicades, però no les maten.

4. Tortugues carei i peixos netejadors: mutualisme (una simbiosi en sentit ampli). Els peixos s’alimenten dels epibionts i les tortugues s’estalvien malalties greus: tots dos en surten beneficiats.

5. Si es considerés que els epibionts només viuen damunt de la tortuga sense perjudicar-la, la relació seria de comensalisme; i si la relació amb els peixos fos imprescindible per sobreviure, es parlaria de simbiosi.

Plantejament Expliquem l’origen del bec amb la teoria de l’evolució per selecció natural (neodarwinisme), no pas per l’ús de l’òrgan.

1. A la població ancestral hi havia variabilitat en la forma del bec, causada per mutacions que apareixen a l’atzar (i per la recombinació genètica).

2. Les tortugues amb un bec més punxegut i corbat tenien un avantatge: podien arribar millor a les esponges que hi ha damunt i dins dels coralls i s’alimentaven millor.

3. Per això sobrevivien més i deixaven més descendència que les altres.

4. Com que aquestes variants són hereditàries, els descendents també tenien el bec més punxegut i corbat.

5. Aquest procés és la selecció natural: generació rere generació, la proporció de tortugues amb el bec punxegut i corbat va augmentar de manera progressiva fins que va ser el caràcter de tota l’espècie.

6. No és que les tortugues fessin servir més el bec i aquest canviés: els caràcters adquirits durant la vida no s’hereten.

Plantejament Fem servir les relacions de l’apartat 1: si desapareix la tortuga, desapareix el depredador de les esponges, l’hoste dels epibionts i, de retruc, l’aliment dels peixos netejadors.

1. Esponges: la seva població augmentaria, perquè perdrien el depredador.

2. Coralls: la seva població disminuiria, perquè hi hauria més esponges i, per tant, més competència per l’espai.

3. Peixos àngel: la seva població disminuiria, perquè ja no tindrien les esponges dels forats que fan les tortugues ni els fragments que cauen de la seva boca, i els costaria més alimentar-se.

4. Organismes epibionts: la seva població disminuiria o fins i tot desapareixerien, perquè no tindrien la tortuga de la qual s’alimenten.

5. Peixos netejadors: la seva població disminuiria, perquè s’alimenten exclusivament d’epibionts de les tortugues.

6. Per als peixos àngel també es pot raonar al revés: com que hi hauria més esponges, podrien tenir més aliment i augmentar. I, com que el text parla d’«alguns» peixos àngel, l’efecte dependria de si cada espècie depèn o no de les tortugues per menjar esponges.

Plantejament Es pregunta per la classificació dels fongs que fan bolets (regne, organització i tipus de cèl·lula) i pel paper que tenen en l’ecosistema.

1. Regne: fongs (Fungi).

2. Organització cel·lular: pluricel·lular. Aquests fongs estan formats per filaments, les hifes, que formen el miceli del sòl; el bolet és el cos fructífer, fet d’hifes atapeïdes. Hi ha fongs unicel·lulars, com els llevats, però no fan bolets.

3. Tipus de cèl·lules: eucariotes, amb nucli envoltat d’embolcall nuclear i orgànuls com els mitocondris.

4. Nivell tròfic: descomponedors.

5. Justificació: són heteròtrofs que s’alimenten de matèria orgànica morta (fulles, branques, restes d’éssers vius), la descomponen i la transformen en matèria inorgànica, que torna al sòl i poden tornar a fer servir els productors.

6. Aquesta justificació correspon als fongs sapròfits, com la múrgola de l’apartat 3. Els fongs micorrízics, com el sureny fosc de l’apartat 2, no s’alimenten de matèria morta sinó dels glúcids que els cedeix la planta amb què viuen associats.

Plantejament Cal anomenar la relació entre el fong i l’arbre a partir de dues dades de l’enunciat: s’intercanvien substàncies i no poden sobreviure l’un sense l’altre.

1. Hi ha benefici mutu: el roure cedeix al fong glúcids fabricats amb la fotosíntesi, i el fong, amb les hifes, ajuda les arrels del roure a absorbir aigua i sals minerals del sòl.

2. A més, segons l’enunciat, cap de les dues espècies no pot sobreviure sense aquest intercanvi: és una associació obligada i permanent.

3. Una relació de benefici mutu tan estreta que cap dels dos organismes no pot viure sense l’altre és una simbiosi. Si el benefici fos mutu però cadascun pogués viure sol, seria un mutualisme.

Plantejament Per al roure cal pensar en les vies que fabriquen glúcids (la fotosíntesi), i per al fong, en les que els degraden per obtenir energia (la respiració cel·lular aeròbia).

1. El roure, fotoautòtrof, fabrica els glúcids amb la fotosíntesi. A la fase lluminosa, la fotofosforilació fa ATP amb l’energia de la llum (i es forma NADPH); al cicle de Calvin, aquest ATP i aquest NADPH serveixen per fixar el $\mathrm{CO_2}$ i fabricar glúcids. Roure: fotofosforilació, Sí; cicle de Calvin, Sí.

2. La glucòlisi, el cicle de Krebs i la fosforilació oxidativa degraden els glúcids; no els fabriquen. El roure també respira, però aquestes vies no són les que produeixen els glúcids que cedeix al fong. Roure: glucòlisi, No; cicle de Krebs, No; fosforilació oxidativa, No.

3. El sureny fosc, quimioheteròtrof aerobi, obté l’energia oxidant els glúcids amb la respiració cel·lular aeròbia: la glucòlisi al citosol (de glucosa a piruvat), el cicle de Krebs a la matriu mitocondrial i la fosforilació oxidativa a la membrana mitocondrial interna, on l’oxigen és l’acceptor final dels electrons. Sureny: glucòlisi, Sí; cicle de Krebs, Sí; fosforilació oxidativa, Sí.

4. Un fong no fa la fotosíntesi: no té cloroplasts. Sureny: cicle de Calvin, No; fotofosforilació, No.

Plantejament Cal aplicar la variació anual que preveu l’estudi a tots els anys que van del 2022 al 2042 i sumar-la a la producció del 2022, suposant que cada any canvia la mateixa quantitat.

1. L’enunciat escriu el nom científic del sureny fosc de dues maneres: Boletus aereus (a l’inici i a l’apartat 2) i Boletus aureus (en aquest apartat); es refereix al mateix fong, el sureny fosc.

2. Anys del període:

   $2042-2022=20\ \text{anys}$

3. Canvi de la producció de fongs micorrízics en aquests 20 anys:

   $-0{,}23\cdot 20=-4{,}6\ \mathrm{kg}\cdot\mathrm{ha}^{-1}\cdot\text{any}^{-1}$

4. Producció de fongs micorrízics l’any 2042:

   $200-4{,}6=195{,}4\ \mathrm{kg}\cdot\mathrm{ha}^{-1}\cdot\text{any}^{-1}$

5. Canvi de la producció de fongs sapròfits en 20 anys:

   $+0{,}03\cdot 20=+0{,}6\ \mathrm{kg}\cdot\mathrm{ha}^{-1}\cdot\text{any}^{-1}$

6. Producció de fongs sapròfits l’any 2042:

   $50+0{,}6=50{,}6\ \mathrm{kg}\cdot\mathrm{ha}^{-1}\cdot\text{any}^{-1}$

Plantejament Cal relacionar cada tipus de fong amb les plantes: els micorrízics les ajuden a viure i els sapròfits s’alimenten de les seves restes.

1. Afirmació 1. Els fongs micorrízics viuen en simbiosi amb els arbres i els ajuden a absorbir aigua i sals minerals. Si n’hi ha menys, les plantes del bosc creixeran pitjor o fins i tot moriran, i faran menys fotosíntesi.

2. Amb menys fotosíntesi, les plantes fixen menys $\mathrm{CO_2}$ atmosfèric al cicle de Calvin; en queda més a l’atmosfera i la seva concentració augmenta. L’afirmació és certa.

3. Afirmació 2. Els fongs sapròfits s’alimenten de matèria orgànica morta. Les sequeres maten plantes i fan caure fulles i branques: hi ha més aliment per a aquests fongs, i per això augmenten.

4. Però aquest aliment s’acaba: quan els fongs hagin descompost aquestes restes i al bosc hi quedin menys plantes que aportin matèria orgànica morta, els sapròfits tindran menys nutrients i també disminuiran. L’afirmació també és certa.

Plantejament Cal explicar, amb la teoria de l’evolució per selecció natural (neodarwinisme), com una població sensible a la TTX es pot haver tornat resistent.

1. Variabilitat: a la població d’avantpassats dels peixos globus hi havia diferències genètiques entre els individus.

2. Origen de la variació: en algun moment es va produir a l’atzar una mutació en el gen de la proteïna de membrana per on entra el sodi a les cèl·lules. La proteïna canviada tenia una estructura a la qual la TTX no s’unia. La mutació no va aparèixer perquè el peix la necessités: ja existia abans de ser útil (és preadaptativa).

3. La mutació és un caràcter genètic i hereditari: els descendents dels peixos que la tenien la podien heretar.

4. Selecció natural: els peixos resistents podien tenir dins dels òrgans els bacteris que fabriquen TTX sense morir i, en ser tòxics, els depredadors no se’ls menjaven. Sobrevivien més i deixaven més descendents que els peixos sensibles.

5. Generació rere generació, la proporció de peixos globus amb la mutació va augmentar fins que la resistència a la TTX es va fer predominant a la població.

6. No és que els peixos s’habituessin a la toxina i passessin aquest canvi als fills: un caràcter adquirit durant la vida no s’hereta (aquesta seria una explicació lamarckiana, que és incorrecta).

Plantejament Per al tipus metabòlic cal dir d’on treu cada organisme el carboni (del $\mathrm{CO_2}$ o de matèria orgànica) i l’energia (de la llum o de reaccions químiques).

1. Peixos globus: regne animal; cèl·lules eucariotes; quimioheteròtrofs (el carboni i l’energia els obtenen de la matèria orgànica dels aliments).

2. Bacteris Pseudomonas: regne moneres (eubacteris); cèl·lules procariotes; quimioheteròtrofs (fan servir matèria orgànica com a font de carboni i n’obtenen l’energia per reaccions químiques).

3. Algues: regne protoctists; cèl·lules eucariotes; fotoautòtrofes (obtenen l’energia de la llum i el carboni del $\mathrm{CO_2}$, amb la fotosíntesi).

Plantejament Cal situar les algues i els peixos globus a la cadena tròfica que descriu l’enunciat, on els peixos globus s’alimenten d’algues.

1. Algues: productors, perquè fabriquen matèria orgànica a partir de matèria inorgànica amb la fotosíntesi.

2. Peixos globus: consumidors primaris, perquè, segons l’enunciat, s’alimenten d’algues, que són productors.

3. El nom del nivell tròfic és «consumidor primari»; «herbívor» descriu el tipus d’alimentació, no el nivell.

Plantejament Es pregunta pels anticossos: quina mena de molècula són, qui els fabrica i per què són específics.

1. Un anticòs és una proteïna: una immunoglobulina (de fet, una glicoproteïna).

2. Els sintetitzen les cèl·lules plasmàtiques, que són limfòcits B activats.

3. No podrien reconèixer qualsevol altra toxina. Cada anticòs té uns llocs d’unió a l’antigen, a les regions variables, amb una forma complementària a una part concreta d’un antigen determinat. Per això la unió antigen-anticòs és molt específica: aquests anticossos reconeixen la TTX i no altres toxines, que tenen una estructura diferent.

Plantejament Cal classificar la immunitat segons si es provoca a propòsit (artificial) o no (natural) i segons si els anticossos els fabrica el mateix organisme (activa) o li arriben fets (passiva).

1. Artificial: els anticossos s’injecten als ratolins a propòsit, com a tractament; no hi arriben per un contacte natural.

2. Passiva: els anticossos ja arriben fets; no els ha fabricat el sistema immunitari dels ratolins. Per això actuen de seguida (injectats 15 minuts després de la toxina, encara van evitar la mort dels ratolins), però la protecció dura poc i no deixa memòria.

3. Aquest tipus de tractament, injectar anticossos ja fets, s’anomena seroteràpia.

Plantejament Cal dir de quin tipus de biomolècula està feta cadascuna de les dues estructures.

1. Les fímbries són apèndixs curts i prims de la superfície del bacteri. Estan formades per proteïnes: subunitats proteiques repetides, cadascuna feta d’aminoàcids units per enllaços peptídics.

2. Els plasmidis són molècules de DNA de doble cadena, circulars, petites i independents del cromosoma bacterià. Estan formats per nucleòtids (desoxiribonucleòtids) units per enllaços fosfodièster.

3. La diferència és, doncs, el tipus de biomolècula: proteïna (monòmers: aminoàcids) en les fímbries i àcid nucleic, DNA (monòmers: nucleòtids), en els plasmidis.

Plantejament Un bacteri que rep un plasmidi d’un altre bacteri per contacte directe entre les dues cèl·lules fa una conjugació. Cal anomenar el procés i dibuixar-lo, amb el nom de cada estructura.

1. Nom del procés: conjugació bacteriana.

2. Dibuix, pas 1: dos bacteris en forma de bastó. El bacteri donador té el cromosoma bacterià (una molècula de DNA circular gran) i, a més, el plasmidi (un cercle petit); el bacteri receptor només té el cromosoma bacterià. El donador forma un pili sexual (pèl sexual) que s’uneix al receptor.

3. Pas 2: el pili es retrau i acosta els dos bacteris fins que les seves cobertes es toquen i es forma un pont de conjugació entre les dues cèl·lules.

4. Pas 3: una de les cadenes del plasmidi passa del donador al receptor, en un sol sentit, i cada bacteri sintetitza la cadena complementària.

5. Pas 4: els bacteris se separen i tots dos tenen el plasmidi. El receptor ja té els gens de les fímbries i pot causar la diarrea del viatger.

6. Al dibuix cal rotular: bacteri donador, bacteri receptor, cromosoma bacterià, plasmidi i pili sexual, i marcar amb una fletxa el pas del plasmidi del donador al receptor.

7. El pili serveix per unir i acostar les cèl·lules: el plasmidi no passa per dins del pili, sinó pel pont que es forma quan les cèl·lules es toquen. E. coli és gramnegatiu, i en aquests bacteris la conjugació es fa amb pili.

Plantejament Es demana una conseqüència negativa de prendre antibiòtics i per què passa.

1. Conseqüència: l’antibiòtic altera la microbiota intestinal.

2. Justificació: els antibiòtics no són específics del bacteri patogen. També maten molts dels bacteris beneficiosos de l’intestí que són sensibles al mateix antibiòtic, i la microbiota queda empobrida i desequilibrada.

3. Altres conseqüències que també valen, amb la seva justificació: la selecció de bacteris resistents (si algun bacteri ja té un gen de resistència a l’antibiòtic, sobreviu i prolifera mentre els altres moren); un dany al fetge, que és l’òrgan que metabolitza el fàrmac, si se’n pren durant molt de temps; o una reacció al·lèrgica en les persones al·lèrgiques a aquell antibiòtic.

Plantejament Cal anomenar la relació entre dues espècies diferents que viuen al mateix lloc de l’intestí i justificar-la.

1. Els bacteris del probiòtic i les soques patògenes d’E. coli viuen al mateix hàbitat, el tub digestiu, i necessiten els mateixos recursos: espai on adherir-se a la paret de l’intestí i nutrients.

2. Quan dues espècies fan servir un mateix recurs limitat, s’estableix una relació de competència: com més espai i nutrients ocupen els bacteris del probiòtic, menys en queden per a E. coli, que té més dificultats per instal·lar-se i multiplicar-se.

3. També és vàlid respondre antibiosi, si es justifica: alguns bacteris alliberen substàncies que impedeixen o dificulten el creixement d’altres espècies. L’enunciat, però, no dona cap dada sobre aquestes substàncies.

Plantejament Cal calcular la mida real de cada cèl·lula amb la barra d’escala de la seva micrografia i comparar-les. Primer, una correcció: la nota de l’enunciat té una errata; l’equivalència correcta és $1\ \mu\mathrm{m}=1\,000\ \mathrm{nm}$.

1. La mida real s’obté amb una regla de tres, mesurant amb un regle sobre l’examen imprès la llargada de la cèl·lula i la de la barra d’escala:

   $\text{mida real}$${}= \frac{\text{llargada a la imatge}\cdot\text{valor de la barra}}{\text{llargada de la barra a la imatge}}$

2. Escherichia coli: la cèl·lula fa uns $3{,}3$ cm de punta a punta i la barra de $500\ \mathrm{nm}$ fa uns $1{,}3$ cm:

   $\frac{3{,}3\ \mathrm{cm}\cdot 500\ \mathrm{nm}}{1{,}3\ \mathrm{cm}}$${}\approx 1\,269\ \mathrm{nm}$${}\approx 1{,}27\ \mu\mathrm{m}$

3. Salmonella typhi: la cèl·lula fa uns $1{,}5$ cm i la barra d’$1\ \mu\mathrm{m}$ fa uns $1{,}2$ cm:

   $\frac{1{,}5\ \mathrm{cm}\cdot 1\ \mu\mathrm{m}}{1{,}2\ \mathrm{cm}}=1{,}25\ \mu\mathrm{m}$

4. Comparació: $1{,}27\ \mu\mathrm{m}$ davant d’$1{,}25\ \mu\mathrm{m}$. La cèl·lula d’E. coli és lleugerament més llarga.

5. La diferència és de poques centèsimes de micròmetre, de l’ordre de l’error de mesurar amb un regle: les dues cèl·lules fan aproximadament $1{,}3\ \mu\mathrm{m}$. Per això, si amb les teves mesures obtens mides entre $1{,}2$ i $1{,}4\ \mu\mathrm{m}$ i S. typhi et surt una mica més gran, la conclusió també és coherent amb les dades.

Plantejament Cal relacionar la protecció que dona una vacuna amb l’especificitat de la resposta immunitària.

1. La vacuna de la febre tifoide conté antígens de Salmonella typhi (el bacteri atenuat o parts seves). El sistema immunitari hi respon fabricant anticossos i cèl·lules de memòria específics contra aquests antígens.

2. La diarrea del viatger la causen altres bacteris, com E. coli, que són d’una altra espècie i tenen antígens diferents.

3. Els anticossos i les cèl·lules de memòria només reconeixen l’antigen que els va originar (especificitat antigen-anticòs). No reconeixen els antígens d’E. coli, i davant d’aquest bacteri no hi ha resposta secundària.

Plantejament Cal identificar els elements del disseny experimental de l’estudi: la pregunta, les variables i el control.

1. Problema investigat, com a pregunta: «Es recuperen les poblacions d’amfibis d’un estany quan se n’eliminen els peixos introduïts?»

2. Variable independent (la que modifiquen els investigadors): l’eliminació o no dels peixos introduïts a l’estany.

3. Variable dependent (la que mesuren): l’abundància de les poblacions d’amfibis, és a dir, el nombre d’amfibis i d’espècies d’amfibis que troben en els censos.

4. Els vint-i-tres estanys amb peixos són el grup de control: estanys semblants on no s’ha canviat res. Comparant-los amb els vuit estanys on es van eliminar els peixos, es pot saber si els canvis en els amfibis es deuen a l’eliminació dels peixos i no a altres factors que varien d’un any a l’altre, com el clima.

Plantejament El gràfic dona, per a cada any i per a cada espècie d’amfibi, en quants dels vuit estanys n’hi ha. Els peixos es van eliminar entre el 2014 i el 2015.

1. Abans de l’eliminació, el 2014, només hi havia 2 espècies, cadascuna en 1 estany: Bufo spinosus i Calotriton asper.

2. El 2015 ja hi ha 3 espècies (Bufo spinosus en 1 estany, Lissotriton helveticus en 1 i Calotriton asper en 2), i des del 2016 hi són les 4 espècies.

3. El nombre d’estanys amb cada espècie augmenta: Rana temporaria passa de 0 estanys (2014 i 2015) a 3 (2016), 5 (2017), 6 (2018) i 7 (2019); Lissotriton helveticus, de 0 a 4; Calotriton asper, d’1 a 3; i Bufo spinosus, d’1 a 2.

4. Sumant les quatre espècies, el nombre de presències (espècie en un estany) passa de 2 el 2014 a 16 el 2019:

   $1+1=2$$7+2+4+3=16$

Plantejament Es demana el nivell tròfic de les algues i dels tritons, llegit a la xarxa. A la xarxa, cada fletxa va de l’organisme que és menjat al que se’l menja. Les algues són menjades pels crustacis i pels insectes; els crustacis, pel tritó pirinenc i per la truita comuna; els insectes, pel tritó pirinenc, per la truita comuna i per la granota roja; i el tritó pirinenc i la granota roja, per la truita comuna.

1. Algues: són productors. Són organismes fotoautòtrofs: elaboren la seva pròpia matèria orgànica a partir de matèria inorgànica (diòxid de carboni, aigua i sals minerals) amb l’energia de la llum, per fotosíntesi. A la xarxa no s’alimenten de cap altre organisme.

2. Tritons: són consumidors secundaris (de segon ordre). Són heteròtrofs i, segons la xarxa, s’alimenten de crustacis i d’insectes, que són consumidors primaris perquè mengen algues.

Plantejament Cal seguir l’efecte de treure les truites al llarg de la xarxa tròfica fins a les algues.

1. La truita comuna es menja els crustacis i els insectes, que són els consumidors primaris que s’alimenten de les algues.

2. Amb truites, hi ha pocs crustacis i insectes; les algues tenen pocs consumidors, proliferen i l’aigua es torna verdosa.

3. En eliminar les truites, desapareix un depredador dels crustacis i dels insectes: les seves poblacions augmenten i es mengen més algues.

4. Amb menys algues, l’aigua perd el color verd i és més transparent. És un efecte en cascada al llarg de la xarxa tròfica.

Plantejament a) Cal explicar què vol dir que Yersinia pestis sigui un bacil, gramnegatiu i anaerobi facultatiu. b) Cal justificar, amb la selecció natural, per què un bacteri que muta poc té poques resistències als antibiòtics.

1. a) Bacil: és un bacteri de forma allargada, de bastonet.

2. a) Gramnegatiu: la seva paret té una capa fina de peptidoglicà (mureïna) coberta per una membrana externa lipídica, de manera que el peptidoglicà no és l’última coberta. Per això, amb la tinció de Gram no reté el colorant violeta i es veu de color rosa.

3. a) Anaerobi facultatiu: pot viure tant amb oxigen com sense. Amb oxigen obté l’energia per respiració aeròbica, i sense oxigen, per fermentació (o per respiració anaeròbica).

4. b) Les resistències als antibiòtics apareixen per mutacions a l’atzar, que es produeixen tant si hi ha antibiòtic com si no n’hi ha: l’antibiòtic no les provoca.

5. b) En un medi amb antibiòtic, la selecció natural afavoreix els pocs bacteris que per atzar ja porten una mutació de resistència: sobreviuen, es reprodueixen i la població passa a ser resistent.

6. b) Si el bacteri té molt poques mutacions, és molt poc probable que apareguin variants resistents. Sense aquestes variants, la selecció natural no té res per afavorir, i les poblacions de Yersinia pestis continuen sent sensibles als antibiòtics.

Plantejament a) Cal formular la hipòtesi que posava a prova l’experiment de Karachi. b) Cal proposar i justificar dues millores del disseny experimental.

1. a) Simond havia trobat el bacil de Yersin al tub digestiu de puces de rates infectades, i per això va sospitar que les puces podien transmetre la malaltia.

2. a) Una hipòtesi es formula com una possibilitat que cal comprovar, no com un fet: «Potser les puces de les rates són els vectors que transmeten Yersinia pestis (la pesta) d’una rata malalta a una rata sana.»

3. b) Millora 1, un grup control: posar una altra rata sana en les mateixes condicions però sense accés a les puces, per exemple al costat de la rata malalta en una gàbia que les puces no puguin travessar. Si aquesta rata no emmalaltís, el contagi es podria atribuir a les puces i no a una altra via.

4. b) Millora 2, fer rèpliques: repetir l’experiment amb més rates (o diverses vegades). Amb una sola rata sana, el resultat podria ser fruit de l’atzar; amb moltes, es veu si el resultat es repeteix.

5. b) Una altra millora vàlida és controlar les variables: fer servir rates genèticament idèntiques (de la mateixa soca, edat i estat de salut) en les mateixes condicions ambientals, perquè l’única diferència entre les rates sigui la que es vol estudiar.

Plantejament a) Cal dir el regne i l’organització cel·lular del bacil de la pesta, la puça i l’ameba. b) Cal anomenar i justificar la relació interespecífica de les parelles puça-rata i bacteri modificat-ameba.

1. a) Yersinia pestis: regne moneres (domini Bacteria); organització procariota (és unicel·lular).

2. a) Xenopsylla cheopis: regne animals; organització eucariota (és pluricel·lular).

3. a) Amoeba sp: regne protoctists (o protists); organització eucariota (és unicel·lular).

4. b) Puça-rata: parasitisme. La puça (paràsit) viu sobre la rata (hoste) i s’alimenta de la seva sang: en treu benefici i la perjudica, sense matar-la directament.

5. b) Yersinia pestis genèticament modificada-ameba: depredació. El bacteri modificat no pot inhibir els enzims digestius dels vacúols de l’ameba; l’ameba (depredador) el captura, el digereix i se n’alimenta, i el bacteri (presa) mor.

Plantejament Cal identificar a l’esquema del cloroplast l’orgànul, les seves parts, les dues fases de la fotosíntesi i les molècules que hi entren i en surten, fins a la síntesi de midó.

1. Orgànul (1): el cloroplast, l’orgànul de les cèl·lules vegetals on es fa la fotosíntesi; el número 1 assenyala la seva doble membrana externa.

2. Parts de l’orgànul: 2 són els grana, piles de tilacoides, a la membrana dels quals hi ha els pigments; 3 és l’estroma, el medi intern del cloroplast.

3. Vies metabòliques: 4 és la fase lluminosa de la fotosíntesi, que es fa a la membrana dels tilacoides, capta l’energia de la llum i trenca l’aigua; 5 és el cicle de Calvin (fase de fixació del carboni), a l’estroma; 6 és la síntesi de midó.

4. Molècules que entren i surten: 7 és l’oxigen ($\mathrm{O_2}$), que s’allibera en trencar-se l’aigua a la fase lluminosa; 11 és el diòxid de carboni ($\mathrm{CO_2}$), que entra al cicle de Calvin.

5. Molècules que van i tornen entre les dues fases: 9 és l’ATP, que va de la fase lluminosa al cicle de Calvin al costat del NADPH; 8 és el $\mathrm{NADP^+}$, que torna del cicle de Calvin a la fase lluminosa al costat de l’ADP + $\mathrm{P_i}$, per tornar a carregar-se.

6. Molècula 10: la glucosa (feta a partir del gliceraldehid-3-fosfat, el producte del cicle de Calvin), que la reacció 6 uneix per formar midó. També és correcte dir gliceraldehid-3-fosfat.

Plantejament Es pregunta quins organismes degraden la bossa de midó i quin nivell tròfic ocupen (a), i per què la producció i la degradació del midó, tot i alliberar $\mathrm{CO_2}$, no augmenten l’efecte d’hivernacle (b).

1. a) Organismes: els bacteris i els fongs del sòl.

2. a) Nivell tròfic: són descomponedors. S’alimenten de matèria orgànica morta (aquí, el midó de la bossa, com el de la fullaraca), la degraden i en retornen els components inorgànics al medi.

3. b) El midó el fabrica el blat de moro amb la fotosíntesi, a partir del $\mathrm{CO_2}$ que fixa de l’atmosfera al cicle de Calvin.

4. b) Quan els descomponedors degraden el midó i l’oxiden per obtenir energia, alliberen de nou aquest carboni en forma de $\mathrm{CO_2}$.

5. b) Per cada molècula de $\mathrm{CO_2}$ que s’allibera en la degradació, la planta n’havia fixat abans una per fabricar el midó: el balanç net de $\mathrm{CO_2}$ a l’atmosfera és zero.

Plantejament Es pregunta, a partir de la xarxa tròfica, com afecten les bosses de plàstic les tonyines, que es mengen meduses (a), i si poden explicar la disminució de les captures de seitó (b).

1. Relacions de la xarxa tròfica (cada fletxa va de l’aliment al consumidor): les meduses es mengen el zooplàncton, els seitons i les sardines; els depredadors de les meduses són les tortugues i les tonyines. La tonyina també es menja seitons, sardines i salpes.

2. a) Les tonyines poden confondre les bosses amb meduses, ingerir-les i morir per obstrucció intestinal. Per tant, la presència de bosses farà disminuir el nombre de tonyines, i també les captures.

3. b) Les bosses també maten tortugues i tonyines, els depredadors de les meduses. Amb menys depredadors, les poblacions de meduses augmenten.

4. b) Les meduses es mengen seitons: si n’hi ha més, la depredació sobre els seitons augmenta, la seva població disminueix i les captures també. Per tant, sí: les bosses poden explicar la disminució, de manera indirecta.

5. b) També seria vàlid un raonament ben argumentat en sentit contrari: com que la tonyina també es menja seitons, menys tonyines voldria dir menys depredació sobre el seitó, que podria augmentar. La disminució de captures que s’observa s’explica per l’augment de les meduses.

Plantejament Cal dir si són correctes les dues afirmacions sobre les caixes niu (ajudaran a lluitar contra l’eruga peluda i poden beneficiar altres espècies) i justificar-ho amb la xarxa tròfica de l’esquema.

1. Relacions de l’esquema (les fletxes van de l’aliment al consumidor): l’alzina és menjada per l’eruga peluda i pel saltamartí; l’arboç, pel saltamartí i per la papallona de l’arboç; el pi blanc i el bruc d’hivern, pel saltamartí. La mallerenga carbonera menja erugues peludes i saltamartins; el llangardaix ocel·lat menja saltamartins i papallones de l’arboç; l’astor menja mallerengues i llangardaixos.

2. Primera afirmació, correcta: les caixes niu afavoreixen la reproducció de les mallerengues carboneres, que són depredadores de l’eruga peluda. Amb més mallerengues, més erugues seran depredades i la plaga es reduirà.

3. Segona afirmació, també correcta: si hi ha menys erugues peludes, les alzines, de les quals s’alimenten, perdran menys fulles i se’n beneficiaran.

4. A més, l’augment de mallerengues beneficia el seu depredador, l’astor, que tindrà més aliment.

Plantejament L’apartat a pregunta si la fumigació amb Bacillus thuringiensis pot perjudicar l’ecosistema; el b demana el disseny d’un experiment per veure l’efecte de les caixes niu sobre la plaga amb els dos alzinars.

1. a) Sí: el preparat afecta totes les larves de papallona de l’ecosistema, no només les de l’eruga peluda. A l’esquema hi ha una altra papallona, la de l’arboç, les larves de la qual també moririen.

2. a) Això pot afectar els seus consumidors: el llangardaix ocel·lat menja papallones de l’arboç i en tindria menys. Encara que el bacteri deixi de ser actiu al cap de pocs dies, les larves mortes en aquell temps ja no hi són.

3. b) Variable independent: la presència de caixes niu. En un dels dos alzinars s’instal·len prou caixes niu (grup experimental).

4. b) Grup de control: l’altre alzinar, on no es fa res (sense caixes niu i sense fumigar).

5. b) Variables controlades: els dos boscos han de tenir condicions molt semblants (precipitacions, temperatura, sòl, orientació, densitat d’alzines i grau inicial de la plaga), i cal comprovar-ho durant tot l’estudi.

6. b) Variable dependent i registre de resultats: durant uns mesos es compta el nombre d’erugues peludes als dos boscos (per exemple, en diverses zones de mostreig iguals a cada bosc), amb el mateix mètode i en les mateixes dates, i es comparen els resultats per treure’n conclusions.

Plantejament Cal trobar les cinc errades del text sobre la fotosíntesi, copiar el fragment on es troba cadascuna i justificar per què és incorrecte.

1. Errada 1, «Dins dels mitocondris de les cèl·lules»: la fotosíntesi té lloc als cloroplasts, no als mitocondris.

2. Errada 2, «es forma ATP i $\mathrm{NADP^+}$»: a la cadena de transport electrònic de la fase lluminosa es forma ATP i NADPH, la forma reduïda, no el $\mathrm{NADP^+}$, que és la forma oxidada que accepta els electrons.

3. Errada 3, «Com a producte de la fotòlisi de l’aigua es forma diòxid de carboni»: la fotòlisi de l’aigua allibera oxigen ($\mathrm{O_2}$), protons i electrons, no diòxid de carboni.

4. Errada 4, «s’utilitza en el cicle de Calvin per a captar oxigen»: en el cicle de Calvin es capta (es fixa) diòxid de carboni, no oxigen.

5. Errada 5, «Aquesta fase té lloc dins de la membrana dels tilacoides»: el cicle de Calvin té lloc a l’estroma del cloroplast; a la membrana dels tilacoides hi ha la fase lluminosa.

Plantejament Cal llegir a l’arbre quan es van separar les Monocotidae de les Magnoliidae i en quin període geològic, quin grup comparteix l’avantpassat comú més recent amb les Ceratophyllaceae i quina és la branca que se separa primer.

1. L’eix de temps va de 225 a 100 milions d’anys. Les Monocotidae se separen de la resta, i per tant de les Magnoliidae, al nus anomenat Mesangiospermae, que és una mica a la dreta de la marca de 175 i força abans de la de 150: fa uns $165$ milions d’anys (llegint la gràfica, entre 160 i 170).

2. Aquest nus és dins de la franja del Juràssic, que va d’uns 200 a uns 145 milions d’anys: la separació es va produir al Juràssic.

3. Les Ceratophyllaceae surten del mateix nus que les Chloranthaceae (a uns 145 milions d’anys): són els grups germans, i per tant el grup més proper a les Ceratophyllaceae és el de les Chloranthaceae.

4. La branca que surt del nus més antic, a uns 225 milions d’anys, i se separa de totes les altres angiospermes és la de les Amborellaceae.

Plantejament L’apartat a demana el tipus de relació ecològica entre les angiospermes i els insectes pol·linitzadors; el b, classificar la papallona reina amb la clau dicotòmica i explicar el camí seguit.

1. a) És un mutualisme: totes dues espècies en surten beneficiades. Els insectes obtenen aliment de les flors (nèctar i pol·len), i les plantes aconsegueixen que el pol·len vagi d’una flor a una altra (pol·linització), cosa que en permet la reproducció.

2. a) Com que les dues parts es beneficien, l’evolució de l’una afavoreix la de l’altra, i això és coherent amb que es diversifiquessin alhora.

3. a) De vegades s’anomena simbiosi; aquest nom només és adequat si la relació és obligatòria, és a dir, si cap de les dues espècies no pot viure sense l’altra.

4. b) Recorregut per la clau: 1, «amb ales» (va a 2); 2, «amb quatre ales» (va a 4); 4, «les quatre ales serveixen per a volar» (va a 5); 5, «ales de colors»: ordre Lepidòpters.

Plantejament Cal posar nom a la relació entre els insectes (Diabrotica virgifera) i el panís, i a la relació entre els nematodes i els bacteris Photorhabdus, i justificar-les amb el que diu l’enunciat.

1. Insectes i panís: parasitisme. És una relació entre dues espècies en què una, el paràsit, obté l’aliment de l’altra, l’hoste, i la perjudica sense matar-la de seguida.

2. En aquest cas el paràsit és l’insecte: les seves larves s’alimenten de les arrels del panís, que és l’hoste; les plantes afectades creixen menys i produeixen menys gra.

3. Nematodes i bacteris: simbiosi, una relació entre dues espècies en què totes dues se’n beneficien i que és tan estreta que no poden fer la seva funció per separat.

4. Els nematodes necessiten els bacteris per matar les larves (els bacteris en fabriquen les toxines) i obtenir així l’aliment; els bacteris necessiten els nematodes per arribar a les larves i infectar-les, perquè fora d’un nematode no en poden infectar cap.

5. Com que totes dues espècies hi guanyen, la relació entre els nematodes i els bacteris també es pot anomenar mutualisme (en aquest cas, un mutualisme obligatori).

Plantejament L’apartat a demana per què el panís que fabrica betacariofilè ajuda a controlar la plaga; el b, els passos i els enzims per fer el plasmidi recombinant de la figura i en quines cèl·lules s’ha d’introduir.

1. a) El panís modificat fabrica betacariofilè quan les larves l’ataquen. Aquesta substància atreu els nematodes del sòl, que entren a les larves i, amb els seus bacteris, les maten.

2. a) Així hi ha menys larves a les arrels, la planta en pateix menys danys i la plaga es controla: és un control biològic de plagues amb els seus enemics naturals.

3. b) La figura mostra un bacteri del qual s’obté un plasmidi que després s’obre; una planta d’orenga de la qual s’obté el gen que codifica l’enzim que sintetitza el betacariofilè, que també es talla; el plasmidi recombinant; un cultiu de cèl·lules vegetals, i el panís transgènic.

4. b) Pas 1: s’aïlla el plasmidi d’un bacteri i es talla amb un enzim de restricció (endonucleasa de restricció), que l’obre i deixa uns extrems determinats.

5. b) Pas 2: s’aïlla el gen de l’enzim del betacariofilè de les cèl·lules d’orenga i es talla amb el mateix enzim de restricció, de manera que els seus extrems són complementaris dels del plasmidi.

6. b) Pas 3: s’uneixen el gen i el plasmidi obert amb la DNA ligasa, que tanca els enllaços, i s’obté el plasmidi recombinant.

7. b) El plasmidi s’ha d’introduir en cèl·lules embrionàries o meristemàtiques del panís (cèl·lules totipotents), cultivades al laboratori. A partir d’una d’aquestes cèl·lules es regenera una planta sencera, i el gen introduït serà a totes les seves cèl·lules.

8. b) Per a plantes s’acostuma a usar el bacteri Agrobacterium tumefaciens i el seu plasmidi Ti com a vector.