第29屆國際生物學奧林匹克競賽試題 理論1-4

張雁云 范六民 周 潔 楊 揚 張 立

（1 北京師范大學生命科學學院 北京 100875 2 北京大學生命科學學院 北京 100871 3 華中師范大學第一附屬中學 湖北武漢 430223 4 清華大學生命科學學院 北京 100084）

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題目

1～15 題：生物化學與分子生物學；16～26 題：動物生理學與解剖學；27～36 題：植物生理學；37～47 題：生態學與進化。

將采用以下計分方案：

1）有4 個陳述的問題：

?

2）有5 個陳述的問題：

?

注意：沒有負分。嘗試回答盡可能多的問題。

生態學與進化

37.狩獵大角羊：大角羊（Ovis canadensis），分布在北美洲，雄性個體以其華麗卷曲的羊角而聞名。對該物種的狩獵在1970年被限制。這種限制使得對公羊（具有大而完全彎曲羊角的雄性）的狩獵非常有價值，有時需要花費超過10 萬美元才能捕獵。以這種方式籌集的資金則用于保護大角羊的棲息地。

Coltman 及其同事（2003）的研究表明，加拿艾伯塔省對大角羊的狩獵開展了30 多年，大角羊種群個體平均體重和羊角平均長度的下降與年份之間存在一定的相關性。

判斷以下陳述是否正確。

A.觀察到的平均體重和角長度的變化意味著大角羊種群的下降

B.基于表型的選擇性捕獵，如果針對遺傳性狀（表型方差的部分由基因型方差解釋），可改變種群特征

C.如果角大小的變化主要是由于加性遺傳相互作用造成的，則該性狀的遺傳力會隨著時間的推移而降低

D.通過狩獵最長角的雄性，雄性繁殖成功率的變異增加

E.這些趨勢確定了角長和體重之間的遺傳相關性

38.霍爾丹法則（Haldane’s rule）：現代進化生物學的創始人之一J.B.S.Haldane（1892—1964）指出，如果在雜交后代中，其中一種性別缺失、罕見或不育，則這種性別就是異配性的（2 條染色體不同），例如，在XY 性別決定系統中，XY 雜合體通常都不育或不能存活。Presgraves 和Orr（1998）希望通過研究半合子X 缺失的類群檢驗霍爾丹法則。

他們關注伊蚊屬（Aedes）和按蚊屬（Anopheles）的蚊子。伊蚊雄性為XY，雌性為XX，但X 染色體和Y 染色體攜帶完整的同源基因，而按蚊的Y 染色體退化。通過研究這2 個類群中跨物種雜交得到雜種不育的相關數據（下表）。

提示：假設每個性狀都是由多個基因位點控制的。

伊蚊數據

按蚊數據

判斷以下陳述是否正確。

A.如果按蚊屬的雄性在強烈的選擇下，會觀察到相同的雜交不育模式

B.在這2 個屬中觀察到的雜種不育模式與參與雜種不育的等位基因是隱性的觀點是一致的

C.如果伊蚊的不育模式與按蚊的相同，就會否定霍爾丹法則

D.伊蚊雜交不育的模式表明該屬Y 染色體功能的變化

39.人類選擇：Bustamante 等（2005）通過對來自39 個人的11 624 個基因的測序，分析了人類基因組多態性的模式。下表顯示同義（不會導致氨基酸替換的變化）和非同義（導致氨基酸替換的變化）單核苷酸多態性（SNPs-種內變異）的分布：

同義的非同義的差異34 099 20 467單核苷酸多態性15 750 14 311

表中的“差異”是指這項研究中的人類基因組與黑猩猩基因組之間的固定差異。

判斷以下陳述是否正確。

A.非同義SNP 與同義SNP 的比率大于相對應的非同義差異位點與同義差異位點的比率，表明負選擇對人類的影響

B.染色質區域基因的SNP 位點具有更高的同義突變/非同義突變比值

C.宿主特異性病原體引起的進化上的軍備競賽會降低人與黑猩猩在差異位點上的同義/非同義替代的比值

D.黑猩猩種群中存在的SNPs 不能導致黑猩猩種群的任何水平的生殖隔離

40.性別演變：一些關于有性繁殖的演化問題目前還是謎團。多年來，人們提出了許多假說解釋這一現象。

判斷以下陳述是否正確。

A.有性繁殖對等位基因間關聯的影響將提高共適應基因的適合度

B.考慮到大多數突變都是有害的，在小規模種群中性別將抵消無突變個體的損失

C.當有害突變是共顯性時，避免有性繁殖生物之間的近親交配將是有利的

D.預期穩定區域中有性繁殖物種的比例高于不穩定區域

41.腸道微生物與癌癥：根據進化的概念，共生是生物體的一個普遍特征，可有助于理解復雜的特征和表型。腸道微生物和宿主在共生中演化，并形成了一個相互依存的整體，這種復雜的關系形成了個體演化適應的生態系統。最近發展的基因組學和宏基因組學方法有助于發現腸道微生物群的變化與宿主健康和疾病之間的聯系。

Gagnière 及其同事（2016）強調了人類腸道微生物群在結直腸癌中的作用。Flemer 及其同事（2018）進行的一項研究中強調，結直腸癌的異質性可能與腸道微生物的種類有關，這些菌群可能是易患病的或具抗藥性的。

箱形圖顯示結直腸癌（CRC）的患者、具有息肉的個體（健康和癌組織之間的中間階段，其并不總是轉向CRC）和健康對照（HC）的細菌群的相對多度。星號表示顯著的P 值：???表示P＜0.001，??表示P＜0.01，?表示P＜0.05，P＞0.05

判斷以下陳述是否正確。

A.結直腸癌患者與對照組體內的微生物組成差異與癌癥的發生關系不大

B.與對照組相比，細菌組2 的豐度變化僅限于息肉患者

C.任何生活于腸道中的細菌群都與結直腸癌的患病風險增加有關

D.與息肉患者相關的微生物群可作為進而發展為結直腸癌患者的高風險指標

42.營養關系：解釋生態系統中營養關系的基本方法之一是使用能量金字塔和生物量金字塔，這些金字塔用堆疊的矩形表示。每一個矩形代表一個營養級內的能量或生物量的量。能量和生物量在從一個營養級轉移至下一個營養級時都會有一部分從生態系統中流失。因此，當從一個營養級升到上一個營養級時，每個矩形的大小會相應減小。

上圖為一些不同生態學系統中的金字塔實例。正如你所見，生物量金字塔在某些生態系統中可倒置

判斷以下陳述是否正確。

A.生物量金字塔的倒置是由于異養生物密度過低造成的

B.當生物量金字塔倒置時，不可能像常規的能量金字塔一樣，因此，倒置生物量金字塔的能量金字塔也必須倒置

C.在陸地生態系統中自養的生物量通常大于異養生物的生物量

D.浮游植物周轉率快的生態系統，生物量金字塔更有可能被倒置

43.競爭排斥：競爭排斥原理認為，當2 個或以上的物種競爭同類有限資源時，優勢競爭者會導致劣勢競爭者的滅絕。另一方面，某些物種共存于自然資源缺乏的系統中，而它們需要同樣有限的資源。例如，豬籠草（食肉植物）被認為是劣勢競爭者，Brewer（2003）對豬籠草與另一種植物相互作用進行了研究。

饑餓處理和鄰移處理對豬籠草根部干重產生的影響。誤差顯示為±標準誤（豬籠草打開蓋子意味著豬籠草可很容易地攝食。改自Brewer，2003）

根據上圖判斷以下陳述是否正確。

A.當使用相同的資源時，劣勢競爭者無法與優勢競爭者共存

B.如果周期性的干擾因素去除或減少優勢競爭者的種群數量，劣勢競爭者可與優勢競爭者共存

C.激烈的競爭會導致競爭物種的多樣化，使它們能共存，同時降低競爭的強度

D.當豬籠草被饑餓處理時，它們與優勢競爭者共存的能力明顯降低

44.物種多樣性：生態系統中的區域物種多樣性通常隨著初級生產力的增加而增加，而局域物種多樣性與初級生產力之間沒有任何明確的關系。這表明區域和局域過程對物種多樣性有著明顯的影響。

圖中說明了4 種假設機制及其對α-多樣性（平均局域多樣性）和β-多樣性（局域間物種組成多樣性）的影響。（HNDD：種間負的種群密度依賴，CNDD：種內負的種群密度依賴）

根據上述假設，判斷以下陳述是否正確。

A.專性捕食者或宿主特異性病原體將會降低α-多樣性

B.增加CNDD 對區域間的群落組成具有同質化作用

C.HNDD 弱的地區群落分化程度較高

D.環境干擾的作用方式類似于增加CNDD 對α-多樣性和β-多樣性的影響

45.阿德利企鵝躲避捕食者：在阿德利企鵝中，當父母雙方離開巢穴尋找食物時，3 周大的小雛鳥聚集在一起被保護起來。該物種的這種社會防御行為不同尋常。當成年阿德利企鵝外出覓食到達海岸時，企鵝會先集群，然后一起跳入海中。阿德利企鵝的天敵（豹海豹）可能潛伏的附近。企鵝有2 個選擇，首先是一起跳入水中，或等到1 只企鵝跳入水中，據此確定是否有捕食者。

判斷以下陳述是否正確。

A.這是利他行為的一個例子，因為首先跳入水中的企鵝可能會被潛在的捕食者追捕，但可通過幫助其親屬，傳遞它的基因

B.根據上面的例子，可以說一只企鵝個體的行為會對其他個體正在發生的行為產生影響

C.如果出現了一種新策略，這種策略會使企鵝再次進入海洋而不會遭到攻擊，則從長遠分析，種群中每個個體都會采用這種新策略

D.導致延遲跳躍的突變最終會固定下來

46.有條件合作：合作是動物演化的一種復雜的行為。有條件合作，例如，直接和間接的互惠、合作伙伴的選擇就是這樣的復雜行為。利用分析相互作用個體的行為間的相關性，可簡單闡述這種行為是如何演化的（見下圖）。事實上，這種關聯導致合作的個體得到更多的合作，所以，如果有欺騙著，合作就會少，這是一種懲罰。

非人類靈長動物的欺騙與合作關系（改自McNally 等，2013）

判斷以下陳述是否正確。

A.在一定對策和機制條件下，加強合作使欺騙行為演化的可能性低

B.雖然合作行為的總體凈收益高于被欺騙的成本，但背叛者的存在不允許合作持續下去

C.只要不顯著增加合作成本，欺騙就會演化

D.欺騙行為只能發生在新的生境中，因為沒有時間適應新的環境條件

E.靈長類動物的協作性與欺騙率之間的關系，可用該類群中較大的社會群體解釋

47.衰老：個體衰老是整個機體的衰老，這是自然界中普通存在的一種現象，但其確切原因至今仍不清楚。George C.Williams 對此提出了一個進化理論，包括以下假設：

1）體細胞（指身體內的所有體細胞）是繁殖成功的必要條件，但不能傳給后代。

2）等位基因受自然選擇的影響。

3）多效性基因對不同年齡、不同體細胞環境下的適合度有相反的影響。

4）繁殖概率隨年齡的增長而降低。

Williams 舉了一個例子：也許一個基因被選擇是因為其編碼骨骼中的鈣沉積，從而促進幼體的生存，但同樣的基因會促進動脈中鈣的沉積。

判斷以下陳述是否正確。

A.根據該理論，較低的成人死亡率與較低的衰老率相關

B.根據該理論，在性別不同的情況下，性成熟后生殖力下降率較高（但與其他性別具有同等死亡率）的性別應經歷更快的衰老

C.一個基因中等位基因的頻率與前面提及的鈣沉積基因相似，在早期最小，在晚期最大

D.該模型認為衰老是一種適應

（理論考試1 卷完）