第29届国际生物学奥林匹克竞赛试题理论1-4

2022-11-22张雁云范六民

生物学通报 2022年1期

关键词：竞争者同义陈述

张雁云范六民周洁杨扬张立

（1 北京师范大学生命科学学院北京 100875 2 北京大学生命科学学院北京 100871 3 华中师范大学第一附属中学湖北武汉 430223 4 清华大学生命科学学院北京 100084）

总时间为3 h。你将在屏幕顶部找到一个倒计时的个人时钟。

你可使用右上角的下拉菜单选择语言。

举起你的旗帜以引起工作人员的注意。

题目

1～15 题：生物化学与分子生物学；16～26 题：动物生理学与解剖学；27～36 题：植物生理学；37～47 题：生态学与进化。

将采用以下计分方案：

1）有4 个陈述的问题：

2）有5 个陈述的问题：

注意：没有负分。尝试回答尽可能多的问题。

生态学与进化

37.狩猎大角羊：大角羊（Ovis canadensis），分布在北美洲，雄性个体以其华丽卷曲的羊角而闻名。对该物种的狩猎在1970年被限制。这种限制使得对公羊（具有大而完全弯曲羊角的雄性）的狩猎非常有价值，有时需要花费超过10 万美元才能捕猎。以这种方式筹集的资金则用于保护大角羊的栖息地。

Coltman 及其同事（2003）的研究表明，加拿艾伯塔省对大角羊的狩猎开展了30 多年，大角羊种群个体平均体重和羊角平均长度的下降与年份之间存在一定的相关性。

判断以下陈述是否正确。

A.观察到的平均体重和角长度的变化意味着大角羊种群的下降

B.基于表型的选择性捕猎，如果针对遗传性状（表型方差的部分由基因型方差解释），可改变种群特征

C.如果角大小的变化主要是由于加性遗传相互作用造成的，则该性状的遗传力会随着时间的推移而降低

D.通过狩猎最长角的雄性，雄性繁殖成功率的变异增加

E.这些趋势确定了角长和体重之间的遗传相关性

38.霍尔丹法则（Haldane’s rule）：现代进化生物学的创始人之一J.B.S.Haldane（1892—1964）指出，如果在杂交后代中，其中一种性别缺失、罕见或不育，则这种性别就是异配性的（2 条染色体不同），例如，在XY 性别决定系统中，XY 杂合体通常都不育或不能存活。Presgraves 和Orr（1998）希望通过研究半合子X 缺失的类群检验霍尔丹法则。

他们关注伊蚊属（Aedes）和按蚊属（Anopheles）的蚊子。伊蚊雄性为XY，雌性为XX，但X 染色体和Y 染色体携带完整的同源基因，而按蚊的Y 染色体退化。通过研究这2 个类群中跨物种杂交得到杂种不育的相关数据（下表）。

提示：假设每个性状都是由多个基因位点控制的。

伊蚊数据

按蚊数据

判断以下陈述是否正确。

A.如果按蚊属的雄性在强烈的选择下，会观察到相同的杂交不育模式

B.在这2 个属中观察到的杂种不育模式与参与杂种不育的等位基因是隐性的观点是一致的

C.如果伊蚊的不育模式与按蚊的相同，就会否定霍尔丹法则

D.伊蚊杂交不育的模式表明该属Y 染色体功能的变化

39.人类选择：Bustamante 等（2005）通过对来自39 个人的11 624 个基因的测序，分析了人类基因组多态性的模式。下表显示同义（不会导致氨基酸替换的变化）和非同义（导致氨基酸替换的变化）单核苷酸多态性（SNPs-种内变异）的分布：

同义的非同义的差异34 099 20 467单核苷酸多态性15 750 14 311

表中的“差异”是指这项研究中的人类基因组与黑猩猩基因组之间的固定差异。

判断以下陈述是否正确。

A.非同义SNP 与同义SNP 的比率大于相对应的非同义差异位点与同义差异位点的比率，表明负选择对人类的影响

B.染色质区域基因的SNP 位点具有更高的同义突变/非同义突变比值

C.宿主特异性病原体引起的进化上的军备竞赛会降低人与黑猩猩在差异位点上的同义/非同义替代的比值

D.黑猩猩种群中存在的SNPs 不能导致黑猩猩种群的任何水平的生殖隔离

40.性别演变：一些关于有性繁殖的演化问题目前还是谜团。多年来，人们提出了许多假说解释这一现象。

判断以下陈述是否正确。

A.有性繁殖对等位基因间关联的影响将提高共适应基因的适合度

B.考虑到大多数突变都是有害的，在小规模种群中性别将抵消无突变个体的损失

C.当有害突变是共显性时，避免有性繁殖生物之间的近亲交配将是有利的

D.预期稳定区域中有性繁殖物种的比例高于不稳定区域

41.肠道微生物与癌症：根据进化的概念，共生是生物体的一个普遍特征，可有助于理解复杂的特征和表型。肠道微生物和宿主在共生中演化，并形成了一个相互依存的整体，这种复杂的关系形成了个体演化适应的生态系统。最近发展的基因组学和宏基因组学方法有助于发现肠道微生物群的变化与宿主健康和疾病之间的联系。

Gagnière 及其同事（2016）强调了人类肠道微生物群在结直肠癌中的作用。Flemer 及其同事（2018）进行的一项研究中强调，结直肠癌的异质性可能与肠道微生物的种类有关，这些菌群可能是易患病的或具抗药性的。

箱形图显示结直肠癌（CRC）的患者、具有息肉的个体（健康和癌组织之间的中间阶段，其并不总是转向CRC）和健康对照（HC）的细菌群的相对多度。星号表示显著的P 值：∗∗∗表示P＜0.001，∗∗表示P＜0.01，∗表示P＜0.05，P＞0.05

判断以下陈述是否正确。

A.结直肠癌患者与对照组体内的微生物组成差异与癌症的发生关系不大

B.与对照组相比，细菌组2 的丰度变化仅限于息肉患者

C.任何生活于肠道中的细菌群都与结直肠癌的患病风险增加有关

D.与息肉患者相关的微生物群可作为进而发展为结直肠癌患者的高风险指标

42.营养关系：解释生态系统中营养关系的基本方法之一是使用能量金字塔和生物量金字塔，这些金字塔用堆叠的矩形表示。每一个矩形代表一个营养级内的能量或生物量的量。能量和生物量在从一个营养级转移至下一个营养级时都会有一部分从生态系统中流失。因此，当从一个营养级升到上一个营养级时，每个矩形的大小会相应减小。

上图为一些不同生态学系统中的金字塔实例。正如你所见，生物量金字塔在某些生态系统中可倒置

判断以下陈述是否正确。

A.生物量金字塔的倒置是由于异养生物密度过低造成的

B.当生物量金字塔倒置时，不可能像常规的能量金字塔一样，因此，倒置生物量金字塔的能量金字塔也必须倒置

C.在陆地生态系统中自养的生物量通常大于异养生物的生物量

D.浮游植物周转率快的生态系统，生物量金字塔更有可能被倒置

43.竞争排斥：竞争排斥原理认为，当2 个或以上的物种竞争同类有限资源时，优势竞争者会导致劣势竞争者的灭绝。另一方面，某些物种共存于自然资源缺乏的系统中，而它们需要同样有限的资源。例如，猪笼草（食肉植物）被认为是劣势竞争者，Brewer（2003）对猪笼草与另一种植物相互作用进行了研究。

饥饿处理和邻移处理对猪笼草根部干重产生的影响。误差显示为±标准误（猪笼草打开盖子意味着猪笼草可很容易地摄食。改自Brewer，2003）

根据上图判断以下陈述是否正确。

A.当使用相同的资源时，劣势竞争者无法与优势竞争者共存

B.如果周期性的干扰因素去除或减少优势竞争者的种群数量，劣势竞争者可与优势竞争者共存

C.激烈的竞争会导致竞争物种的多样化，使它们能共存，同时降低竞争的强度

D.当猪笼草被饥饿处理时，它们与优势竞争者共存的能力明显降低

44.物种多样性：生态系统中的区域物种多样性通常随着初级生产力的增加而增加，而局域物种多样性与初级生产力之间没有任何明确的关系。这表明区域和局域过程对物种多样性有着明显的影响。

图中说明了4 种假设机制及其对α-多样性（平均局域多样性）和β-多样性（局域间物种组成多样性）的影响。（HNDD：种间负的种群密度依赖，CNDD：种内负的种群密度依赖）

根据上述假设，判断以下陈述是否正确。

A.专性捕食者或宿主特异性病原体将会降低α-多样性

B.增加CNDD 对区域间的群落组成具有同质化作用

C.HNDD 弱的地区群落分化程度较高

D.环境干扰的作用方式类似于增加CNDD 对α-多样性和β-多样性的影响

45.阿德利企鹅躲避捕食者：在阿德利企鹅中，当父母双方离开巢穴寻找食物时，3 周大的小雏鸟聚集在一起被保护起来。该物种的这种社会防御行为不同寻常。当成年阿德利企鹅外出觅食到达海岸时，企鹅会先集群，然后一起跳入海中。阿德利企鹅的天敌（豹海豹）可能潜伏的附近。企鹅有2 个选择，首先是一起跳入水中，或等到1 只企鹅跳入水中，据此确定是否有捕食者。

判断以下陈述是否正确。

A.这是利他行为的一个例子，因为首先跳入水中的企鹅可能会被潜在的捕食者追捕，但可通过帮助其亲属，传递它的基因

B.根据上面的例子，可以说一只企鹅个体的行为会对其他个体正在发生的行为产生影响

C.如果出现了一种新策略，这种策略会使企鹅再次进入海洋而不会遭到攻击，则从长远分析，种群中每个个体都会采用这种新策略

D.导致延迟跳跃的突变最终会固定下来

46.有条件合作：合作是动物演化的一种复杂的行为。有条件合作，例如，直接和间接的互惠、合作伙伴的选择就是这样的复杂行为。利用分析相互作用个体的行为间的相关性，可简单阐述这种行为是如何演化的（见下图）。事实上，这种关联导致合作的个体得到更多的合作，所以，如果有欺骗着，合作就会少，这是一种惩罚。