Biologi 2 Høst 2014

Naturvitenskapelig arbeidsmåte starter med å formulere en hypotese (2), som deretter testes ved å utføre et eksperiment (3). Resultatene fra eksperimentet analyseres (1), og til slutt blir hypotesen avvist eller styrket ut fra analysen (4). Rekkefølgen blir dermed 2, 3, 1, 4, som er alternativ B.

Lufttemperaturen varierer gjennom døgnet, med lavere temperatur om natten og høyere midt på dagen. Skal målinger fra ulike dager kunne sammenlignes, må de tas på samme tidspunkt hver gang, slik at forskjellene mellom dagene skyldes reelle endringer og ikke tid på døgnet. Ulike personer eller ulike termometre kan gi noe unøyaktighet, men den store feilkilden her er tidspunktet for målingen. Ulik høyde over bakken påvirker også resultatet, men er ikke hovedproblemet i dette forsøket.

En hypotese er en antakelse som kan testes, og som kan vise seg å være feil. En vitenskapelig teori er en godt underbygget forklaring som er testet og bekreftet gjennom mange uavhengige undersøkelser over tid. Påstand B er derfor feil, siden en hypotese ikke er det samme som en vitenskapelig teori. De andre påstandene stemmer: en hypotese kan være feil, den kan formuleres ut fra hva en forventer skal skje, og den kan bygge på observasjoner.

Figuren viser at hemmeren i utgangspunktet er bundet til enzymet et annet sted enn der substratet binder seg, altså i det allosteriske setet. Etter at hemmeren har løsnet, kan substratet binde seg normalt til det aktive setet. At hemmeren løsner og enzymet igjen fungerer som vanlig, viser at bindingen er reversibel. Riktig svar er derfor C. Var hemmeren bundet i det aktive setet (A og B), ville substratet ikke fått plass der. Var bindingen irreversibel (D), ville hemmeren blitt sittende fast, og enzymet ville forblitt hemmet.

I begge fotosystemene blir klorofyll eksitert av lysenergi, og elektronene som sendes ut, går videre gjennom en elektrontransportkjede. Fra fotosystem 2 går elektronene via en elektrontransportkjede til fotosystem 1, og fra fotosystem 1 går elektronene via en kort elektrontransportkjede videre til NADP+-reduktase. Dette er dermed felles for begge. Vann blir bare spaltet i fotosystem 2 (ikke dannet), NADPH dannes først etter fotosystem 1, og transport av ${\mathrm{H}}^{+}$ over membranen skjer i hovedsak i kjeden mellom de to fotosystemene, ikke i fotosystem 1 alene.

Klorofyll absorberer blått og rødt lys best, og reflekterer grønt lys. Det er derfor planter ser grønne ut for øyet vårt. Grønt lys (530 nm) blir dermed utnyttet minst av planter på land, mens blått (430 nm) og rødt (680 nm) lys utnyttes godt. Gult lys (580 nm) ligger mellom disse og utnyttes noe mer enn grønt, men mindre enn blått og rødt.

I den lysavhengige reaksjonen blir vannmolekyler spaltet (fotolyse) for å erstatte elektronene som fotosystem 2 har mistet til elektrontransportkjeden. Vannets funksjon er dermed å avgi elektroner. Spaltingen av vann gir samtidig ${\mathrm{H}}^{+}$ og ${\mathrm{O}}_2$ som biprodukter, men det er elektronene som trengs for å holde elektrontransporten i gang. Vann tar ikke opp lysenergi selv (det gjør klorofyllet), og vann binder seg ikke til $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ – det skjer i den lysuavhengige reaksjonen.

Både krebssyklusen og calvinsyklusen/syntesedelen er avhengige av enzymer som katalyserer hvert trinn, så påstand A er riktig. ATP brukes i calvinsyklusen, men dannes (som ATP/GTP) i krebssyklusen, så B er feil. Krebssyklusen foregår i mitokondriematriks og calvinsyklusen i kloroplastens stroma, ikke i cytosol, så C er feil. Oksygen dannes verken i krebssyklusen (der dannes $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$) eller i calvinsyklusen (oksygen dannes i den lysavhengige reaksjonen), så D er feil.

I glykolysen investeres 2 ATP for å starte nedbrytningen av glukose, mens det senere dannes 4 ATP, slik at ATP både forbrukes og dannes underveis. Nettoutbyttet er 2 ATP per glukosemolekyl. Glykolysen er en anaerob prosess og bruker ikke ${\mathrm{O}}_2$, så A er feil. Det dannes NADH, ikke NADPH, så B er feil. Glukose (6 C) blir spaltet til to pyruvatmolekyler (3 C hver) uten at $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ frigjøres i glykolysen, så D er feil.

Figuren viser hvordan glukose brytes ned til pyruvat (prosess I), som deretter omdannes til acetyl-CoA (II A) og går inn i krebssyklusen (II B), før elektrontransportkjeden (III) danner ATP. Prosess I, som går fra glukose til pyruvat, er glykolysen. Oksidativ fosforylering og elektrontransportkjeden hører til prosess III, og lysuavhengig reaksjon/syntesedel er en del av fotosyntesen, ikke celleåndingen.

Prosess II B i figuren er krebssyklusen, som går fra acetyl-CoA og rundt syklusen. Krebssyklusen foregår i mitokondriematriks, altså inne i mitokondriet. Verken cytosol, ribosomet eller kloroplasten er riktig sted: glykolysen (prosess I) foregår i cytosol, ribosomer er stedet for proteinsyntese, og kloroplasten hører til fotosyntesen, ikke celleåndingen.

Prosess III i figuren er elektrontransportkjeden/oksidativ fosforylering, der elektroner overføres gjennom en rekke bærermolekyler i den indre mitokondriemembranen. Til slutt tas elektronene, sammen med ${\mathrm{H}}^{+}$, imot av oksygen, som dermed er den endelige elektronakseptoren og dannes til vann. Uten oksygen stopper elektrontransportkjeden opp. Vann, nitrogen og karbondioksid er ikke nødvendige for at prosess III skal foregå.

Figuren viser at én celle deler seg til fire datterceller gjennom to celledelinger etter hverandre. Dette skjer bare ved meiose, siden mitose gir to identiske datterceller, ikke fire. I figuren har ett av kromosomene fått en strukturell forandring: en del av kromosomet er brutt løs, slik at én datterceller får med seg biten mens en annen mangler den. En forandring i selve kromosomets struktur eller antall er en kromosommutasjon, til forskjell fra en genmutasjon, som er en endring i DNA-sekvensen til ett enkelt gen. Riktig svar er derfor D, kromosommutasjon i meiosen.

Hver DNA-tråd har en 5′-ende, der en fosfatgruppe sitter festet til sukkermolekylet, og en 3′-ende, der sukkermolekylet har en fri OH-gruppe uten fosfat. I figuren er fosfatgruppene festet i to diagonalt motsatte hjørner. Siden de to trådene i DNA-molekylet ligger antiparallelt, viser disse to hjørnene 5′-endene til hver sin tråd. Det motsatte hjørnet uten fosfatgruppe, merket med A, er dermed en 3′-ende. Riktig svar er A.

Aminosyren valin kodes av mRNA-kodonene GUU, GUC, GUA og GUG. Av svaralternativene er det bare D) GUC som er et gyldig kodon for valin. Alternativ C) GTC inneholder T, som ikke finnes i mRNA – mRNA har U i stedet for T – og kan derfor ikke være et mRNA-kodon i det hele tatt. A) CAG koder for glutamin, og B) CUA koder for leucin.

Alleler er ulike varianter av samme gen. Et gen ligger på et bestemt sted, et locus, på et kromosom. Homologe kromosomer er kromosompar der det ene er arvet fra mor og det andre fra far, og de har gener for de samme egenskapene på samme locus. Alleler for samme egenskap finnes derfor på samme sted på de to homologe kromosomene, ikke på ulike steder på samme kromosom eller på et autosom og et kjønnskromosom.

Transkripsjonen lager en pre-mRNA-kopi av genet, med både eksoner og introner. Før mRNA-et forlater cellekjernen og blir oversatt, blir det spleiset: introner klippes ut, og eksonene settes sammen til et ferdig mRNA. Denne spleisingen skjer altså etter transkripsjonen og før translasjonen. Introner fjernes ikke under meiosen eller replikasjonen, som begge gjelder DNA og ikke RNA-prosessering.

Fargeblindhet er kjønnsbundet recessiv og ligger på X-kromosomet. Kvinnens far er fargeblind (${\mathrm{X}}^{\mathrm{h}}\mathrm{Y}$), så hun har arvet hans ${\mathrm{X}}^{\mathrm{h}}$. Siden hun selv ser normalt, er hun bærer: ${\mathrm{X}}^{\mathrm{H}}{\mathrm{X}}^{\mathrm{h}}$. Barnefaren er fargeblind: ${\mathrm{X}}^{\mathrm{h}}\mathrm{Y}$. En sønn arver Y fra faren og ett X fra moren, enten ${\mathrm{X}}^{\mathrm{H}}$ eller ${\mathrm{X}}^{\mathrm{h}}$ med lik sannsynlighet. Sannsynligheten for at sønnen blir fargeblind (${\mathrm{X}}^{\mathrm{h}}\mathrm{Y}$) er derfor 50 %.

En vanlig monohybrid krysning mellom to heterozygote (Aa × Aa) gir genotypeforholdet 1 AA : 2 Aa : 1 aa. Er det full dominans, blir fenotypeforholdet 3:1, og ved ufullstendig dominans eller kodominans blir det 1:2:1 med tre synlige fenotyper. Forholdet 2:1 oppstår når det recessive allelet er letalt i homozygot form (aa), slik at denne gruppa dør før den telles med. Da står AA og Aa igjen i forholdet 1:2, som gir nettopp 2:1 mellom de to gjenværende fenotypene.

PCR, polymerasekjedereaksjon, er en metode for å kopiere opp et bestemt DNA-fragment i svært mange eksemplarer, slik at det blir nok DNA til videre analyse. Metoden bruker DNA-polymerase, primere og gjentatte temperatursykluser med denaturering, priming og forlengelse. PCR kutter, spleiser eller sorterer ikke DNA – det er restriksjonsenzymer, ligaser og gelelektroforese som gjør de oppgavene.

En transgen/genmodifisert organisme har fått satt inn et gen fra en annen art ved genteknologi. En rotte med et pelsfargegen fra en hare har fått et fremmed gen satt inn i arvestoffet sitt, og er derfor transgen. En mutasjon i kjønnscellene hos en hare er en naturlig endring, ikke et gen tilført fra en annen art. Et transplantert organ endrer ikke mottakerens eget arvestoff. En klon er en genetisk kopi av samme art, uten noe fremmed gen.

I gelen har DNA-et fra hvert rør delt seg opp i flere bånd med ulik lengde, i stedet for å vandre som ett samlet bånd. Det viser at DNA-et er kuttet i mindre biter av restriksjonsenzymer før elektroforesen. Ligaser limer DNA-biter sammen og ville gitt færre, ikke flere, bånd. Virus som vektorer er ikke vist i figuren, og plasmider er ikke enzymer – de kan ikke kutte DNA på egen hånd.

DNA er negativt ladd på grunn av fosfatgruppene i ryggraden, ikke positivt ladd slik påstand A sier. Derfor vandrer DNA-bitene mot plusspolen i elektroforesekaret, slik figuren viser med «- pol» til venstre og «+ pol» til høyre. De andre påstandene stemmer: DNA-biter er tilsatt i karet, elektrisk strøm driver vandringen, og de minste bitene beveger seg lettest gjennom gelen og vandrer derfor lengst.

Når soppen får organiske forbindelser fra planten, og planten samtidig får næringsstoffer fra soppen, har begge organismene nytte av samspillet. Et slikt gjensidig fordelaktig forhold kalles mutualisme (her: mykorrhiza). Nedbryting og parasittisme er forhold der én part har nytte på bekostning av en annen, og intraspesifikk konkurranse gjelder individer av samme art, ikke to ulike organismegrupper.

Heterotrofe organismer kan ikke lage sine egne organiske stoffer fra uorganiske stoffer, slik autotrofe organismer gjør ved fotosyntese. De må derfor ta opp ferdig organisk stoff ved å spise eller bryte ned andre organismer. Å leve av bare uorganiske stoffer eller å bygge opp organiske stoffer selv beskriver autotrofe organismer, ikke heterotrofe.

r-selekterte arter satser på mange avkom, kort generasjonstid og rask formering. Mange av dem er ettårige eller kortlevde og rekker bare å formere seg én gang før de dør. K-selekterte arter får derimot få avkom, har lang generasjonstid og gir vanligvis mye omsorg til avkommet. Påstand A, B og D snur derfor om på de typiske trekkene til de to strategiene.

Vertikal genoverføring er overføring av gener fra foreldre til avkom innenfor samme art. Når et resistensgen overføres direkte fra én bakterieart til en annen, for eksempel via plasmider, kalles det horisontal genoverføring, fordi genet flyttes «sidelengs» mellom individer og arter uten forplantning. Mutasjon er en tilfeldig endring i arvestoffet, og overkrysning skjer mellom homologe kromosomer under meiosen – ingen av delene passer her.

Grunnleggereffekt oppstår når en liten gruppe individer grunnlegger en ny populasjon, og denne lille gruppa tilfeldigvis ikke har det samme genutvalget som opphavspopulasjonen. Tilfeldige endringer i allelfrekvens fra én generasjon til neste, uten sammenheng med om allelene gir fordel, kalles genetisk drift. Grunnleggereffekt er derfor en spesiell form for genetisk drift, ikke genflyt (innvandring av individer), naturlig seleksjon (fordel gir høyere overlevelse/reproduksjon) eller seksuell seleksjon (partnervalg).

I feltarbeidet undersøkte vi en ferskvannsdam. Vi fant disse artene og satte dem sammen til et næringsnett:

• Produsenter: planteplankton (Scenedesmus sp.), vanlig tjønnaks (Potamogeton natans)
• Primærkonsumenter: vannloppe (Daphnia longispina), damsnegl (Lymnaea stagnalis), fjærmygglarve (Chironomus sp.)
• Sekundærkonsumenter: ørekyt (Phoxinus phoxinus), trepigget stingsild (Gasterosteus aculeatus), vannkalv (Dytiscus marginalis)
• Toppkonsument: ørret (Salmo trutta)
• Nedbrytere: bakterier og sopp

Næringskjeder i nettet:

planteplankton → vannloppe → ørekyt → ørret
planteplankton → vannloppe → stingsild → ørret
tjønnaks → damsnegl → ørekyt → ørret
tjønnaks → fjærmygglarve → vannkalv → ørret

Ørekyt og trepigget stingsild er begge sekundærkonsumenter og står dermed på samme trofiske nivå. Begge spiser vannlopper. Nisjene deres overlapper, og de konkurrerer derfor om den samme maten. Dette kalles interspesifikk konkurranse.

Blir ørekyta tallrik, spiser den opp mye av vannloppene. Da får stingsilda mindre mat, vokser saktere og får færre unger. Populasjonen av stingsild går ned. Motsatt vei virker det på samme måte.

Konkurransen kan også gjøre at artene deler ressursene mellom seg. Stingsilda kan for eksempel beite mer i vegetasjonen langs land, mens ørekyta beiter i åpent vann. Da blir nisjeoverlappet mindre, og begge artene kan leve i dammen samtidig.

Flaskehalseffekt er en form for genetisk drift, altså tilfeldige endringer i allelfrekvensene i en populasjon.

En hendelse reduserer populasjonen kraftig på kort tid. Det kan være en naturkatastrofe, en epidemi, hard jakt eller at leveområdet blir ødelagt. Hendelsen rammer tilfeldig og er uavhengig av hvilke alleler individene har.

De få individene som overlever, er derfor et tilfeldig utvalg av den opprinnelige populasjonen. De har ikke med seg alle allelene som fantes før. Noen alleler forsvinner helt, andre blir tilfeldig mye vanligere enn de var. Allelfrekvensene i den nye populasjonen blir dermed annerledes enn i den gamle.

Selv om populasjonen vokser seg stor igjen, bygges ikke variasjonen opp med det samme. Nye alleler kan bare komme til ved mutasjon eller innvandring, og det tar lang tid.

Flaskehalseffekt kan føre til at populasjonen får lite genetisk variasjon. Da blir individene i snitt mer i slekt med hverandre, og innavl gir flere individer som er homozygote for skadelige recessive alleler. Populasjonen har også færre varianter å «velge blant» hvis miljøet endrer seg, for eksempel ved en ny sykdom eller et varmere klima. Sjansen for at arten dør ut, øker.

Et konkret eksempel er nordlig elefantsel (Mirounga angustirostris). Arten ble jaktet ned til noen titalls dyr på 1890-tallet. I dag er bestanden på over 100 000 dyr, men den genetiske variasjonen er fortsatt svært liten.

Restriksjonsenzymer er enzymer som bakterier lager for å bryte ned DNA fra virus. De blir kalt «gensakser» fordi de klipper DNA.

Hvert restriksjonsenzym har et aktivt sete som passer til én bestemt basesekvens i DNA-et. Denne gjenkjenningssekvensen er kort, ofte 4–8 basepar, og er som regel et palindrom: den leses likt på begge trådene i retningen 5’→3’.

Enzymet binder seg til DNA-et der denne sekvensen står. Så bryter det bindingene i sukker-fosfat-ryggraden i begge trådene, slik at DNA-molekylet deles i to.

Noen restriksjonsenzymer kutter rett over hverandre på de to trådene. Da blir det butte ender. Andre kutter forskjøvet, slik at det stikker ut noen få baser som er enkelttrådede. Disse kalles klebrige ender. Klebrige ender kan baseparre med komplementære klebrige ender på et annet DNA-stykke, så lenge det er kuttet med det samme enzymet.

Enzymet EcoRI er et eksempel. Det gjenkjenner sekvensen GAATTC og kutter mellom G og A på begge trådene, slik at det blir klebrige ender med AATT.

Et eksempel på bruk i genteknologi er produksjon av humant insulin. Insulingenet og et plasmid fra bakterien E. coli kuttes med det samme restriksjonsenzymet. Da får de like klebrige ender. Endene baseparrer, og enzymet DNA-ligase limer sukker-fosfat-ryggraden sammen. Resultatet er et plasmid med rekombinant DNA. Plasmidet settes inn i bakterier som deler seg, og bakteriene produserer insulin som kan renses og brukes som medisin.

Oksidativ fosforylering er det siste trinnet i celleåndingen. Den foregår i den indre membranen i mitokondriet og består av to deler: elektrontransportkjeden og kjemiosmosen.

Elektrontransportkjeden. I glykolysen, i oksidasjonen av pyruvat og i sitronsyresyklusen blir $\mathrm{N}\mathrm{A}{\mathrm{D}}^{+}$ redusert til $\mathrm{NADH}$. I tillegg blir FAD redusert til $\mathrm{F}\mathrm{A}\mathrm{D}{\mathrm{H}}_2$ i sitronsyresyklusen. Disse leverer elektronene sine til proteinkompleksene i den indre mitokondriemembranen. Elektronene blir så sendt trinnvis fra kompleks til kompleks. Hver mottaker holder elektronene sterkere enn den forrige, så elektronene faller til et lavere energinivå for hvert trinn. Energien som frigjøres, brukes til å pumpe ${\mathrm{H}}^{+}$ fra mitokondriematrix og ut i mellommembranrommet.

Protongradienten. Pumpingen gir høy konsentrasjon av ${\mathrm{H}}^{+}$ i mellommembranrommet og lav konsentrasjon i matrix. Det blir også en ladningsforskjell over membranen. Til sammen utgjør dette en protondrivkraft, altså lagret potensiell energi.

Kjemiosmose og ATP-syntese. Membranen slipper ikke ${\mathrm{H}}^{+}$ gjennom noe annet sted enn i enzymet ATP-syntase. Derfor strømmer ${\mathrm{H}}^{+}$ tilbake til matrix gjennom dette enzymet. Strømmen får en del av ATP-syntasen til å rotere, og enzymet kobler ADP og fosfat sammen til ATP. Denne koblingen mellom protonstrøm og ATP-produksjon kalles kjemiosmose.

Oksygenets rolle. Oksygen er den siste elektronmottakeren i kjeden. Oksygen tar imot elektronene og binder ${\mathrm{H}}^{+}$, slik at det dannes vann:

Uten oksygen hoper elektronene seg opp, kjeden stopper, og det blir ingen protongradient og ingen ATP.

Oksidativ fosforylering gir det meste av ATP-et i celleåndingen, omtrent 26–28 av de rundt 30–32 ATP-molekylene per glukosemolekyl.

Ulven er predator, og hjorten er byttedyr. Hjort utgjør om lag 90 % av vinterdietten til ulvene, så de to populasjonene henger tett sammen.

Fra 2000 til 2007 var ulvebestanden høy. Den lå mellom cirka 50 og 100 dyr, med topper på rundt 100 dyr i 2003 og rundt 90 dyr i 2007. I den samme perioden gikk hjortebestanden jevnt nedover, fra cirka 13 000 dyr i 2000 til cirka 4500 dyr i 2007.

Mange ulver gir høyt predasjonstrykk. Ulvene tar flere hjort enn det som fødes, og hjortebestanden synker. Det er altså en negativ sammenheng: når antall ulver er høyt, går antall hjort ned.

Etter 2007 snur det for ulven. Bestanden faller fra cirka 90 dyr i 2007 til cirka 40 dyr i 2010, og kurven ender på rundt 33 dyr året etter. Forklaringen er at matgrunnlaget er blitt for lite. Færre hjort gir mindre mat per ulv, flere valper dør, og ulvebestanden går ned. Konkurransen mellom ulveflokkene øker også.

Dette er det klassiske samspillet mellom predator og byttedyr: byttedyrpopulasjonen begrenser predatorpopulasjonen, og predatoren begrenser byttedyret. Endringen i ulvebestanden kommer noen år etter endringen i hjortebestanden, altså med en tidsforsinkelse.

Nedgangen i hjortebestanden er ikke helt jevn. Etter at ulvebestanden ble nesten halvert fra cirka 100 dyr i 2003 til cirka 50 dyr i 2005, tok hjortebestanden seg opp igjen fra cirka 6700 dyr i 2005 til cirka 8300 dyr i 2006. Da ulvebestanden var tilbake på cirka 90 dyr i 2007, falt hjortebestanden bratt til under 5000 dyr. Svingningene kommer altså forskjøvet i tid, slik vi venter mellom predator og byttedyr. Samtidig er den samlede nedgangen så stor at også andre forhold trolig virket inn, for eksempel jakt utenfor parken, tørkeår og andre rovdyr som grizzlybjørn.

Utsettingen av ulv ser ut til å ha vært svært positiv for ospa.

Det figurene viser. Andelen ospetrær med spor etter beiting lå på cirka 95 % i 1995. Andelen sank langsomt fram til 2003 og falt så bratt, til cirka 14 % i 2010. Samtidig var gjennomsnittshøyden på ospetrærne uendret på cirka 45 cm fram til 1997. Deretter økte høyden, først sakte og fra 2004 raskt, til cirka 225 cm i 2010.

Sammenhengen. Hjortebestanden falt fra cirka 20 000 dyr i 1995 til cirka 4500 dyr i 2010. Ulven er en viktig del av forklaringen, selv om det bratte fallet de aller første årene kom før ulvebestanden hadde rukket å bygge seg opp. Færre hjort beiter mindre. I tillegg endrer ulv atferden til hjorten: hjorten unngår åpne områder og dalbunner der den lett blir tatt, og oppholder seg kortere tid på hvert sted. Begge deler gir mindre beitepress på ospa.

Når skuddene ikke lenger blir beitet av, kan trærne vokse. Dette er en trofisk kaskade: ulven påvirker ospa indirekte gjennom hjorten. Effekten forsterker seg selv, for når trærne er over rundt to meter, når ikke hjorten opp til skuddene lenger.

Innvendinger. Figurene viser bare samvariasjon, ikke årsak. Andre forhold kan ha bidratt: nedbør- og temperaturendringer, flere bevere som demmer opp og gir fuktigere jord, og jakt på hjort utenfor parken. Beitingen begynte også å avta før ulvebestanden var på topp.

Konklusjon. Samlet er det likevel mest sannsynlig at utsettingen av ulv er hovedårsaken til at ospepopulasjonen vokste opp igjen, fordi både beiteandelen og hjortetallet faller i takt med at ulvebestanden bygger seg opp.

Ulvene i én flokk er vanligvis avkom av det samme ulveparet. De er altså søsken og har mange av de samme allelene. Hadde alle de 31 ulvene kommet fra én eller to flokker, ville den nye bestanden hatt svært liten genetisk variasjon.

En liten utsatt bestand gir i seg selv en grunnleggereffekt: bare en del av allelene i den kanadiske bestanden blir med. Ved å hente dyr fra mange ulike flokker fikk forskerne med flere ulike alleler, og den nye bestanden ble mer lik den opprinnelige.

Stor genetisk variasjon er viktig av to grunner. For det første blir det mindre innavl. Innavl gir flere individer som er homozygote for skadelige recessive alleler, og det kan gi lavere fruktbarhet, svakere immunforsvar og høyere valpedødelighet. For det andre gir variasjon bestanden bedre muligheter til å tilpasse seg ved naturlig seleksjon hvis miljøet endrer seg, for eksempel ved en ny sykdom.

Vi kan lage DNA-profiler av dyrene og sammenlikne dem.

1. Vi tar en vevsprøve, for eksempel blod, hår med rot eller en slimhinneprøve, av tispa, av hver valp og av de to hannulvene.

2. DNA-et isoleres fra cellene i prøvene.

3. Vi velger ut noen DNA-områder som varierer mye mellom individer. Det er ikke-kodende områder med korte, gjentatte basesekvenser, såkalte mikrosatellitter. Antall gjentakelser er ulikt fra individ til individ.

4. Disse områdene kopieres opp i mange kopier med PCR, slik at vi får nok DNA å arbeide med.

5. Fragmentene skilles med gelelektroforese. DNA er negativt ladd og vandrer mot den positive polen. Korte fragmenter vandrer raskest og lengst, så fragmentene sorteres etter lengde. Båndmønsteret som kommer fram, er DNA-profilen til individet.

6. Vi sammenlikner profilene. Hver valp har fått halvparten av allelene sine fra mora og halvparten fra faren. Vi finner derfor først de båndene hos valpene som stemmer med mora. De båndene som blir igjen, må komme fra faren. Den hannulven som har alle disse båndene i sin profil, er faren. Den andre hannen vil mangle ett eller flere av dem.

Vi bruker A for svart pelsfarge og a for grå pelsfarge.

Dominant arv. Svart pelsfarge finnes i alle tre generasjonene i stamtavlen: individ 1, individ 4 og sju av de elleve i siste generasjon. Et recessivt trekk hopper som regel over generasjoner og dukker opp igjen når to bærere får avkom. Her skjer det motsatte.

Anta likevel at svart var recessiv. Da måtte individ 4 være homozygot svart, og både individ 2 og individ 3, som begge er grå hunner og ikke i slekt med hverandre, måtte være bærere av svart-allelet. To uavhengige grå ulver som begge er bærere, er lite sannsynlig. Antar vi i stedet at svart er dominant, holder det at individ 4 er heterozygot Aa. Da er dominant arv den mest sannsynlige forklaringen.

Ikke kjønnsbundet arv. Individ 4 er en svart hann. Hvis genet lå på X-kromosomet, ville han hatt genotypen ${\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}\mathrm{Y}$. Hannen gir alltid X-kromosomet sitt til døtrene, så alle døtrene ville fått ${\mathrm{X}}^{\mathrm{A}}$ og blitt svarte. Men individ 6, 7 og 8 er grå hunner. Individ 4 selv peker samme vei: en hann får X-kromosomet sitt fra mora, og mora hans (individ 2) er grå. Var genet X-bundet, kunne han ikke blitt svart. Derfor kan genet ikke ligge på X-kromosomet, og arven er ikke-kjønnsbundet, altså autosomal.

Genotyper. Individ 2 og individ 3 er grå og må være aa. Individ 4 er svart og har grå avkom, så han er Aa. Individ 1 er svart og må ha gitt A videre, men vi kan ikke avgjøre om han er AA eller Aa.

Vi bruker B for lange ører og b for korte ører. Ved ufullstendig dominans blir BB lange ører, bb korte ører og Bb mellomlange ører.

Genotypene til foreldrene. Individ 3 er grå, altså aa, og homozygot med korte ører, altså bb. Individ 3 er dermed aabb. Individ 4 er Aa for pelsfarge og heterozygot Bb for ørelengde, altså AaBb. Det stemmer med opplysningene: faren hans (individ 1) er BB med lange ører, og mora (individ 2) er bb med korte ører.

Kjønnsceller. Individ 3 (aabb) kan bare lage kjønnsceller med ab. Individ 4 (AaBb) har ukoblede gener, så de fire kombinasjonene AB, Ab, aB og ab blir like vanlige.

Krysningsskjema.

Fenotyper hos avkommet.

• AaBb: svart pelsfarge og mellomlange ører — 1/4 (25 %)
• Aabb: svart pelsfarge og korte ører — 1/4 (25 %)
• aaBb: grå pelsfarge og mellomlange ører — 1/4 (25 %)
• aabb: grå pelsfarge og korte ører — 1/4 (25 %)

Fordelingen blir 1 : 1 : 1 : 1.

Nå ligger genene for pelsfarge og ørelengde på det samme kromosomet, og allelene a og b sitter sammen. Da nedarves de to genene samlet når det ikke skjer overkrysning.

Individ 3. Individ 3 er aabb. Begge de homologe kromosomene bærer a og b. Alle kjønnscellene blir ab.

Individ 4. Individ 4 fikk det ene kromosomet fra mora (individ 2), som er aabb, altså et kromosom med a og b. Det andre kromosomet fikk han fra faren (individ 1). Individ 4 er svart og fikk a fra mora, så A må komme fra faren. Individ 1 er i tillegg homozygot for lange ører (BB), så det samme kromosomet bærer B. Faren ga altså et kromosom med A og B. Individ 4 har derfor allelene A og B på det ene kromosomet og a og b på det andre.

Uten overkrysning kan individ 4 bare lage to typer kjønnsceller: AB og ab. Hver av dem utgjør 1/2.

Krysningsskjema.

Svar. Halvparten av avkommet blir AaBb, altså svart med mellomlange ører. Den andre halvparten blir aabb, altså grå med korte ører.

Pelsfargen bestemmes av pigmenter som cellene lager. Pigmentproduksjonen styres av enzymer og andre proteiner, og hvert protein er kodet av et gen.

En mutasjon er en endring i basesekvensen i DNA-et. Det kan være at én base er byttet ut, satt inn eller fjernet.

Når basesekvensen i genet endres, endres også kodonene i mRNA-et som blir laget ved transkripsjonen. Ved translasjonen blir det da satt inn en annen aminosyre, eller proteinet blir kortere eller lengre enn før.

Aminosyresekvensen bestemmer hvordan proteinet folder seg. Et protein med en annen form får ofte en annen funksjon. Er proteinet et enzym, kan det aktive setet bli endret, slik at enzymet virker dårligere, bedre eller ikke i det hele tatt.

Blir et enzym i pigmentproduksjonen endret på denne måten, lager cellene en annen mengde pigment eller en annen type pigment. Resultatet er en annen pelsfarge. Hos ulv ga mutasjonen svart pels i stedet for grå.

Mutasjonen må ha skjedd i en kjønnscelle for at den skulle kunne gå i arv og spre seg til hele populasjonen.

Det finnes flere mulige forklaringer, og de kan virke sammen.

Naturlig seleksjon. Miljøet er ulikt i de to områdene. I skog er det mørkt og skyggefullt, og en svart ulv er godt kamuflert når den jakter. På åpen tundra uten trær, ofte med snø og lys bakgrunn, er en grå ulv mindre synlig. Ulver som ikke blir oppdaget av byttedyra, fanger mer mat og får flere avkom som vokser opp. Dermed blir allelet for svart pels vanligere i skogen og allelet for grå pels vanligere på tundraen. Dette kalles retningsbestemt seleksjon, og seleksjonstrykket går i hver sin retning i de to miljøene.

Det er også mulig at genet for pelsfarge har andre virkninger enn farge. Forskning tyder på at genet henger sammen med immunforsvaret. Er det flere sykdommer i skogsområdene, kan svarte ulver ha en fordel der uavhengig av kamuflasjen.

Genetisk drift og grunnleggereffekt. Ulvepopulasjoner er ofte små. I små populasjoner kan allelfrekvensene endre seg tilfeldig fra generasjon til generasjon. Hvis noen få ulver grunnla en ny bestand i et område, kan de tilfeldig ha hatt mye av det ene allelet.

Lite genflyt. Ulver i ulike områder parer seg lite med hverandre, særlig når avstanden er stor. Da utveksles få alleler mellom populasjonene, og forskjellene som oppstår, blir stående.

Vi bruker A for allelet for svart pelsfarge og a for allelet for grå pelsfarge. I oppgave 4 kom vi fram til at svart pelsfarge mest sannsynlig er dominant, og vi bygger videre på den antakelsen her.

Allelfrekvensen for grå pels er oppgitt:

Siden det bare finnes to alleler, er summen av frekvensene lik 1:

Hardy-Weinbergs likning gir genotypefrekvensene:

Kontroll: $\mathrm{0,16}+\mathrm{0,48}+\mathrm{0,36}=\mathrm{1,00}$.

Frekvensene av genotypene blir:

• AA (homozygot svart): $\mathrm{0,16}$, altså 16 %
• Aa (heterozygot svart): $\mathrm{0,48}$, altså 48 %
• aa (homozygot grå): $\mathrm{0,36}$, altså 36 %

Siden A er dominant, er 16 % + 48 % = 64 % av ulvene svarte og 36 % grå.

Svaret forutsetter at populasjonen er i Hardy-Weinberg-likevekt: stor populasjon, tilfeldig paring, ingen mutasjoner, ingen inn- eller utvandring og ingen seleksjon på pelsfarge.