Ekologi och populationsgenetik

Ekologi och populationsgenetik. Rättningsmall för tentamen 2012-05-09
Här beskrivs översiktligt de svar vi tänkte på frågorna. I essäfrågor sätts poängen förstås också utifrån
hur god argumentationen är.
1. Förklara följande begrepp (vardera 1 p):
a. metapopulation
b. polyandri
c. iteropar
d. livshistoria
e. ideal fri fördelning
f. generationstid
g. inflektionspunkt
h. populationsstorlek.
a. metapopulation: geografisk uppdelning (½p) av en population (subpopulationer) där det sker visst
begränsat genetiskt utbyte (½p) mellan subpopulationerna. Exempelvis populationer på öar i vatten,
bergtoppar, skogdungar på en äng
b. polyandri: en hona som parar sig med flera hanar (½p om parning men fel typ, tex polygyny)
c. iteropar: individerna har mer än en reproduktionstillfälle (½p om reproduktionstillfällen men fel
antal, dvs semelpar)
d. livshistoria: en organisms tidsplanering (½p), tex ålder vid könsmognad, antal avkommor per
reproduktionstillfälle (fekunditet), livslängd (exempel max ½p)
e. ideal fri fördelning: uppdelningen av individer i rummet/tiden (½p) i proportion till resursnivån för
platsen/tidsperioden (½p), dvs att det i slutändan bör vara lika mycket resurser per individ oavsett
antalet individer eller resursens storlek
f. generationstid: medeltiden mellan en individs födelse (½p) och födelsen av dess avkomma (½p)
g. inflektionspunkt: punkten i en logistisk kurva där tillväxten (½p) övergår från ökande till avtagande
tillväxt/punkten för maximal tillväxt/skifte från positivt till negativt täthetsberoende (½p)
h. populationsstorlek: antalet individer (½p) som utgör populationen (½p)
2. Förklara vad variation, ärftlighet och urval betyder och hur de hänger samman för att förklara
evolutionsteorin. (4 p)
Variationen är skillnader i fenotyp (½p) och/eller genotyp (½p) mellan individer i populationen.
Ärftlighet är genetiska skillnader som kan föras vidare (½p) från förälder till avkomma (½p). Urval är
den process som bestämmer vilka fenotyper (½p) som överlever och kan skaffa avkomma (½p).
Fenotypisk variation med genetisk bas gör att urvalet kan gynna olika genetiska varianter (relativt hög
fitness) vilka kan ärvas (½p). Urvalet kan därför leda till att skillnader i allelfrekvenser uppkommer i
populationen från en generation till nästa och detta kan leda till evolution (½p).
3. Vilka för och nackdelar verkar det finnas med sexuell reproduktion? Diskutera både ultimata och
proximata faktorer. (3 p)
Fördelar (max 1.5p):
Variation (½p)
Rensa skadliga mutationer (½p)
Ändrat immunförsvar (½p)
Möjlighet att välja avkommans egenskaper (partnerval) (½p)
Nackdelar (max 1.5p)
Halverat genetiskt bidrag till avkomman (½p)
Förlora gynnsamma mutationer (½p)
Proximata (max 1p)
Energetiskt kostsamt, ex bilda gonader, sekundära sexuella strukturer (½p)
Tidskostnad, ex hitta partner, uppvaktning (½p)
Risker, ex sjukdomsspridning, predation, interaktioner (½p)
4. I tabellen nedan anges frekvenserna för blodgrupperna M-N i ett prov taget ur den isländska
populationen:
Observerat antal
MM
MN
NN
233
385
129
a. Beräkna allelfrekvenserna för M och N. (1 p)
b. Beräkna det förväntade antalet av de olika genotypklasserna givet att populationen befinner sig
i Hardy-Weinbergjämvikt. (1 p)
c. Testa om populationen befinner sig i Hardy-Weinbergjämvikt vid detta locus. Kritiskt värde för
2-fördelningen med 1 frihetsgrad och signifikansnivå 0,05 är 3,84. (2 p)
a) p(M) = (2 * 233 + 129) /(2 * 747) = 0.5696
q(N) = 1 - p(M) = 1 – 0.5696 = 0.4304
b)
genotyp observerat
antal
MM
233
MN
385
NN
129
förväntad frekvens
förväntat antal
p2 = 0.56962 = 0.3244
2pq = 2 * 0.5696 * 0.4304 = 0.4903
q2 = 0.43042 = 0.1852
242.36
366.26
138.38
c)
genotyp
MM
MN
NN
∑
(obs antal – förv antal)2 / förv antal
0.3615
0.9588
0.6358
1.96
X2 ≈1 .96 < 3.841; Nollhypotesen kan inte förkastas, populationen befinner sig i HWE.
5. Beräkna inavelskoefficienten, FI, för individen I i följande släktträd. (1, 1, 1 p)
a)
b)
c)
a) FI = 4(1/2)5 + 2(1/2)3 = 3/8 = 0.375
b) FI = (1/2)5 = 1/32 = 0.03125
c) FI = (1/2)3(1 + 0.125) = 0.140625
6. I en population är de absoluta fitnessvärdena för viabilitet (överlevnad) för de tre genotyperna
A1A1, A1A2 och A2A2 vid ett givet locus 1,5, 1,1 samt 1,0.
a. Beräkna den relativa fitnessen för de tre genotyperna. (1 p)
b. Om p(A1) = 0,5, hur stor andel av populationen kan förväntas överleva i nästa generation (dvs.
hur hög är populationens medelfitness)? (2 p)
a)
genotyper
absolut fitness
relativ fitness
A1A1
1.5
1.5 / 1.5 = 1
A1A2
1.1
1.1 / 1.5 = 0.7333
b) Populationens medelfitness beräknas enligt formel:
= 0.52 * 1 + 2 * 0.5 * 0.5 * 0.7333 + 0.52 * 0.6667 = 0.7832
Cirka 78% av populationen överlever.
A2A2
1.0
1.0 / 1.5 = 0.6667
7. Fotosyntes och respiration är redoxreaktioner och omsätter mycket stora mängder kol i det globala
kolkretsloppet. Skriv ner förenklade reaktioner av fotosyntes och respiration, och beskriv hur kolet
reduceras och oxideras i dessa reaktioner. (2 p)
Fotosyntes: CO2 + H2O  CH2O + O2
0.5 P
Kolet i koldioxid reduceras från oxidationstal +IV till 0, dvs elektroner flyttas från syret i vattnet till
kolet, och därmed oxideras syret i vattnet (-II) till O2 (0) 0.5 P
Respiration: CH2O + O2  CO2 + H2O
0.5 P
Kolet i kolhydraten oxideras till CO2 (oxidationstal går från 0 till +IV),i och med att elektroner flyttas
till syret (som därmed oxideras till H2O). 0.5 P
8. Stora delar av havet är mycket näringsfattiga.
a. Vilka egenskaper hos vattnet bidrar till denna näringsfattigdom? (2 p)
b. Var någonstans kan man hitta näringsrika hav, och varför? (1 p)
a. Vattnet skiktar sig beroende på densitet, och vattnet absorberar solljus och dess värme effektivt
nära ytan. Vattnets densitet är högst vid 4°C, så att det varmare ytvattnet befinner sig ovanpå
det kalla djupvattnet. (1 P). Ifall skiktning inte nämns, ges 0.5 P för utspädning av näring, eller
avstånd från land (korrekta svar, men inte ”vattnets egenskaper” som efterfrågades). Pga
skiktning sjunker detritus undan, ut ur det ljusa och varma ytskiktet, och kan därför inte
återvinnas till näring i ytvattnet. Därför är havens ytvatten generellt mycket näringssfattiga. och
lågproduktiva. (1P)
b. Närigsrika hav hittar man där djupvattnet förs upp till ytan av havsströmmar (upwelling). Detta
djupvatten är näringsrikt eftersom det har varit i kontakt med sedimenten, där näringsämnen
återvinns under nedbrytningen av detritus. (1P) Även haven vid flodmynningar är näringsrika
(kan bli 0.5 P extra i delfråga B).
9. Nessie är ett djur av okänd art som observerats i stora, djupa, näringsfattiga sjöar i tempererat
klimat. Det har dock ifrågasatts om hon verkligen finns. Troligtvis borde hon inte vara ensam
eftersom det är svårt att upprätthålla en population bestående av en individ. Det är därför troligt, att
för att Nessie ska existera så måste det ske en tillväxt i Nessies population som vi kan anta är 0,1
ton C per år.
a. Hur mycket kol från primärproduktionen (uttryckt i ton C) utnyttjar Nessies population om de
är piscivora, dvs lever på fisk? Anta att det bara finns en trofinivå för fisk i sjön och att fisken
är obligat djurplanktivor. (2 p)
b. Hur mycket kol från primärproduktionen (uttryckt i ton C) utnyttjar Nessies population om de
är planktivora, dvs livnär sig på växtplankton och djurplankton. Anta att proportionerna mellan
växtplankton och djurplankton är 1:10 och att de fångas och assimileras med samma
effektivitet. (2 p)
c. Förklara skillnaden mellan resultaten i a och b med ord; dvs vilket levnadssätt gör att Nessie
utnyttjar resurserna bäst, och varför? (1 p)
a. Nessies tillväxt är 0,1 ton C per år. Nessie är på trofinivå 4 (växtplankton är nivå 1,
zooplankton nivå 2 och fisk nivå 3). Bara 10% kol går vidare till en högre trofinivå. Mängden
kol från fotosyntesen som Nessie använder är därför 0,1 x 10 x 10 x 10=100 ton C
b. 10% av kolet Nessie behöver tar hon från trofinivå 1 (växtplankton) dvs 0,1 x 0,1 x 10=0,1.
90% kommer från zooplankton (trofinivå 2), dvs 0,1 x 0,9 x 10 x 10=9. 9+0,1=9,1 ton C. Om
man har gjort ett annat antagande om proportionerna mellan zooplankton och växtplankton och
uträkningen är rätt blir det också full poäng.
c. Ju fler trofinivåer desto större förluster. När Nessie använder en lägre trofivå som planktivor
utnyttjas resurserna bäst.
10. Förklara hur exploaterings- och interferenskonkurrens kan gå till bland växter och djur. (5 p)
Termernas förklaring – se bokens glossary (och text). Förklaring och beskrivning av hur det går till:
Växter
Exploatering
Interferens
Djur
Ta upp näring med
Äta frön
rötter
Utestänga andra växter Hävda revir
genom allelopati eller
genom att täcka marken
så att inga andra frön
kan gro
11. Area och konnektivitet är viktiga faktorer för ett områdes diversitet. Hur och varför? (5 p)
Stor area -> plats och resurser för stora populationer -> mindre risk för utdöende genom slumpmässiga
eller miljöstyrda populationsfluktuationer -> flera arter (= öbiogeografisk process)
Stor area -> fler habitattyper -> fler arter
Konnektivitet = mått på hur mycket habitat av samma typ som finns i ett områdes närhet. Handouts
från föreläsning om ekologi och miljöfrågor. Högre konnektivitet -> fler arter kan spridas till området
vilket motverkar utdöenden -> fler arter.
Dessa svar fokuserar på diversitet = artantal, men poäng har även getts för processer som upprätthåller
genetisk diversitet, och diversitet som det mäts i diversitetsindex.
12. Rita in ungerfärliga gränser för biom i Europa på kartan (5 p)
Karta finns i handouts från föreläsning och mindre exakt i lärobokens Fig. 5.8