Luku 1

B1.

a) Miksi 1800-luvulla ihmisten oli vaikea ymmärtää käsien pesemisen ja tulehdusten välinen yhteys? Mikrobeja ei ollut mikään nähnyt eikä niistä siten tiedetty mitään.
b) Mikä tärkeä lääketieteellinen läpimurto on Listerin ansiota? Miten Listerin aikanaan tekemiä oivalluksia hyödynnetään nykypäivänä? Leikkauksien yhteydessä kuolleiden potilaiden määrä väheni. Mikrobien tuhoaminen eri tavoin.
c) Louis Pasteur on yksi kuuluisista biologian historian merkkihenkilöistä. Mikä oivallus teki hänestä kuuluisan? Pastörointi, http://fi.wikipedia.org/wiki/Past%C3%B6rointi

C1.
Biomimetiikka on tieteenala, jossa tutkitaan luonnon ilmiöitä ja jalostetaan niistä ihmisiä hyödyttäviä sovellutuksia. Esimerkiksi lentokoneiden aerodynaamisten ominaisuuksien kehittämiseksi on tutkittu lintujen siipien ja sulkien rakennetta. Tarranauhan keksiminen on yksi tunnettu esimerkki. Vuonna 1948 sveitsiläinen insinööri poisti takiaisia koiransa turkista. Hän huomasi samalla, kuinka takiaisen koukut olivat tarrautuneet koiran turkkiin. Myös kissansilmäheijastimet on kehitelty tutkimalla kissojen silmien valohiukkasia heijastavia soluja. Takiaisen (seittitakiainen, Arctium tomentosum) mykerö tarttuu helposti eläinten turkkiin. Yhtenä esimerkkinä biomimetiikasta on trooppisen boxfish-kalan muodon matkiminen erään Mercedes-Benzin automerkin muotoilussa. Selvitä miksi auton teollisessa muotoilussa on haluttu käyttää kalan muotoa mallina.Mercedes-Benz bionic car -automallin muotoilussa on otettu mallia ns. boxfish-kalasta (losserokala). 

V. Mercedes Benzin tuotekehittelyssä oivallettiin, että kalan mallia jäljittelemällä saadaan niukalla materiaalilla tilava ja turvallinen runko, joka on samalla aerodynaaminen. Auton aerodynaamiset ominaisuudet vähentävät puolestaaan energian kulutusta. Aiheesta enemmän: http://www.gizmag.com/go/4133/

C2. Hämähäkin seitti on vetolujuudeltaan viisi kertaa vahvempaa kuin teräs ja parhaaseen ihmisen tekemään synteettiseen kuituun verrattuna kolminkertainen. Saksalaistutkijat ovat onnistuneet selvittämään miten hämähäkki pystyy tekemään nestemäisessä muodossa olevasta seittimateriaalista erittäin nopeasti lankaa. a) Katso video: Kuinka seitti syntyy? https://oppiminen.yle.fi/artikkeli?id=6386.
b) Minkälaisia ominaisuuksia seittilangalla on? Miten sen valmistamistaitoa voisi ihminen hyödyntää? V: Valmistetaan ohuita esineitä ja vaatteita, joilla on suuri vetolujuus ja sitkeys. Hämähäkin seitti on vetolujuudeltaan viisi kertaa vahvempaa kuin teräs ja parhaaseen ihmisen tekemään synteettiseen kuituun verrattuna kolminkertainen.

C3.
a) Anna esimerkkejä, miten näitä Nobel-palkintoon johtaneita tutkimustuloksia on hyödynnetty käytännössä. V: Kantasoluhoitoja voidaan käyttää sairauksien hoidossa.
b) Nämä esimerkit ovat lääketieteen alan Nobel-palkintoja. Miten kuitenkin biologinen tieto on luonut pohjaa näille lääketieteen keksinnöille? V: Muun muassa bioteknologia ja lääketiede hyödyntävät perinnöllisyystieteestä saatuja soluihin ja niiden perintöainekseen liittyviä tietoja. Lääketieteessä tarvitaan perustieteitä muun muassa biologiaa, biokemiaa ja perinnöllisyystiedettä. Voidaankin todeta, että tutkimus on monitieteellistä.
c) Jatka lääketieteen Nobel-palkintolistaa. https://fi.wikipedia.org/wiki/Luettelo_Nobelin_fysiologian_tai_l%C3%A4%C3%A4ketieteen_palkinnon_saaneista

C4.
a) Redi V: Osoitti että alkusyntyä tapahdu. http://fi.wikipedia.org/wiki/Alkusynty
b) Leeuwenhoek: solubiologian perustaja http://fi.wikipedia.org/wiki/Leeuwenhoek
c) Leonardo da Vinci: mm. anatomian kehittäjä http://fi.wikipedia.org/wiki/Leonardo_da_Vinci
d) Harvey: William Harvey oli verenkierron ”keksijä”. http://fi.wikipedia.org/wiki/William_Harvey
e) Darwin: Evoluutioteorian kehittäjä. http://fi.wikipedia.org/wiki/Charles_Darwin
f) Watson ja Crick: molekyylirakenteen keksijät. http://fi.wikipedia.org/wiki/James_D._Watson
g) Linne: nykyaikaisen eliöiden luokittelun kehittäjä http://fi.wikipedia.org/wiki/Linne
h) endel: perinnöllisyystieteen kehittäjä. http://fi.wikipedia.org/wiki/Mendel
i) Alkmaion: anatomian kehittäjä. http://fi.wikipedia.org/wiki/Alkmaion
j) Lamarck: ensimmäinen evoluutioteorian kehittäjä. http://fi.wikipedia.org/wiki/Lamarck

Luku 2

B1.
a) Jonkin havaitun ilmiön mahdollinen selitys (tieteellinen oletus). Hypoteesi pyritään testaamaan lisähavainnoilla tai kokeilla.
b) Korrelaatio kuvaa kahden muuttujan välistä riippuvuutta.
c) Kokeellisessa tutkimuksessa käytetään aina verrokkiryhmää, jolle tutkittavaa muuttujaa ei vaihdella.
d) Elävissä eliöissä tehtyä tutkimusta.
e) Tutkimusta, joka tehdään koeputkessa, toisin sanoen elävien eliöiden ulkopuolella. In vitro -tutkimuksessa voidaan kuitenkin käyttää eliöiden osia, esimerkiksi soluja tai niiden osia.
f) Tietokoneella tehtyä tutkimusta, esimerkiksi matemaattiset mallinnukset ilmiöstä.

B2.
V: Alexander Fleming keksi 1928 antibiootin, penisilliinin. Fleming kasvatti ja tutki bakteereja. Hän huomasi eräässä bakteeriviljelmässä homepesäkkeen ja sen ympärillä kehän, jossa bakteerit eivät kasvaneet. Hän ei heittänyt ”pilaantuneita” bakteerimaljoja pois vaan rupesi tutkimaan miksi bakteerit olivat tuhoutuneet. Home oli Penicillium notatum-lajia. Aineelle annettiin nimi home-suvun mukaan.

Tutkimuksen vaiheet: havainto (homekasvuston läheisyydessä ei kasva bakteereja), olettamus, että home erittää bakteerien kasvatusliuokseen ainetta, joka tappaa bakteerit), koejärjestelyt ja johtopäätökset.

C1.

1. Syntyykö kärpäsiä ”tyhjästä”. Tapahtuuko alkusyntyä?
2. Kärpäsiä ei synny tyhjästä. Alkusyntyä ei tapahdu.
3. Hän peitti purkkeja siten, että kärpäset eivät päässeet lihapalaan munimaan.
4. Kyllä. Kärpäsiä ei syntynyt purkissa, jonka kannen hän oli peittänyt.
5. Ns alkusyntyä ei tapahdu. Kärpäsiä ei synny itsekseen elottomasta aineesta.
6. Alkusyntyä ei tapahdu maapallolla. Eliöitä syntyy vain lisääntymisen kautta.
7. Biologinen tieto ei perustu uskomuksiin tai huhuihin, vaan havaintoihin ja koetuloksiin.

 

D1.

Hypoteesi: Bakteerien lisääntymistä lihapalassa voi vähentää desinfioimalla.

Tutkimus: 50 lihapalaa eri purkeissa. Joka toisen lihapalaan kosketaan likaisilla käsillä ja joka toiseen palaan kosketaan vasta käsien desinfioinnin jälkeen. Työn voi tehdä esimerkiksi 25 opiskelijaa. Lihapaloja pidetään suljetuissa purkeissa (vain pieniä reikiä kannessa) huoneenlämmössä 2 -5 vrk. Tämän jälkeen tutkitaan bakteerien määrää lihapaloissa. Jos ”likaisilla käsillä” kosketuissa lihapaloissa on enemmän bakteereja, voidaan olettaa, että lihapalaan on päässyt bakteereja ja niiden määrää voidaan vähentää desinfioimalla.

b) Mikrobien tuhoaminen erilaisilla aineilla, desinfiointi. http://fi.wikipedia.org/wiki/Ignaz_Semmelweis

Luku 3

A1. solurakenne, kemiallinen koostumus, aineenvaihdunta, lisääntyminen, elämänkaari, ärtyvyys, itsesäätelykyky, perinnöllisyys ja evoluutio

B1. Niiltä puuttuvat osa eliöille yhteisistä piirteistä:  itsenäinen lisääntymiskyky, oma aineenvaihdunta ja solurakenne

B2. a) Hiili, vety, happi, typpi, rikki, fosfori, b) Esim. Fosfaatti-ioni, c) Esim. Glukoosi (rypälesokeri)

B3. Ravintoaineet, vesi, monet epäorgaaniset aineet, poistavat jäte- ja kuona-aineet.

C2. a) Hedelmöittyminen (kasvissa), b) Tuulipölytys, itsepölytys, vesipölytys, pölytys lintujen tai lepakkojen avulla, c) Luonnon (ihmiselle) tarjoama aineeton tai aineellinen palvelu

D1.

Maasiirat ja kastemadot suosivat kosteita ja varjoisia elinympäristöjä. Vaikka maasiirat elävät maalla, ne hengittävät kiduksilla ja välttävät siksi kuivia ympäristöjä. Niitä löytyy kivien ja oksien alta ja ne liikkuvat mieluiten öiseen aikaan jolloin ilmankosteus on suurempi kuin päivällä. Kastemadot ottavat happea ihon läpi, joten kastemadon pinnan tulee pysyä kosteana ja limaisena.

Hypoteesi: koeläimet hakeutuvat toisaalta kosteaan ja toisaalta pimeään elinympäristöön.

Luku 4

B1.
a) H₂O: vedyn ja hapen muodostama kemiallinen yhdiste / veden ominaislämpökapasiteetti on suuri, jonka ansiosta vesi pystyy sitomaan ja vapauttamaan lämpöä (tasaa lämpöoloja) / vesi on hyvä liuotin ja kuljetin / veden eri olomuodot / veden pintajännitys / vesi on tiheimmillään +4 celsiusasteessa / vesi laajenee jäätyessään
b) Nestemäisellä vedellä on monia elämälle tärkeitä ominaisuuksia: elämä syntyi meressä, jokainen eliö tarvitsee vettä elääkseen: ”elämän neste”, kaikki eliöt (solut) rakentuvat vedestä, solujen elintoiminnot ja kemialliset reaktiot perustuvat veteen liuenneiden aineiden välisiin reaktioihin, vesi on fotosynteesin lähtöaine.

B2.
a) Paine, pimeys, kylmyys
b) Pieni paine, kylmyys, säteily, vähän happea
c) Kuivuus, korkea (ja matala) lämpötila, säteily, vähän kasvillisuutta
d) Suolaisuus
e) Kylmyys, tuulisuus, jää, pimeys
f) Happamuus, entsyymit, hapettomuus
g) Pimeys, ravinteiden puute, paine, lämpötila
h) Lämpötila, pimeys, happamuus, suolaisuus
i) Kylmyys, pieni paine, säteily, ei happea, “painottomuus”

B3. Elämää rajoittavat tekijät: Pienempi lämpötila, vähemmän säteilyä, vuodenaikojen vaihtelevuus

C1.
a) Solun kemiallinen rakenne muuttuu, entsyymien toiminta lakkaa
b) Jotkin bakteerit, entsyymit ja solurakenne sopeutuneet kuumiin olosuhteisiin
c) Kuumassa: entsyymien toiminta heikkenee, nestetasapaino häiriintyy. Kylmässä: solujen kemiallinen toiminta hidastuu
d) Solujen toiminta hidastuu, verenkierto hidastuu, vähentää vaurioiden syntymistä.

C2. V: lintujen munien kuoret estävät kuivumiselta ja puolukan lehden pieni koko ja vahapintaisuus ovat vettä säästäviä rakenteita.

C3.
a) Sinisorsan räpylät eivät jäädy pakkasella. V: Sinisorsalla on erikoinen vedenkiertosysteemi. Kun lämmin veri virtaa linnun raajoihin, se jäähtyy matkalla niin, että räpylässä lämpötila on hieman nollan asteen yläpuolella. Näin viileistä räpylöistä ei karkaa lämpöä ympäristöön. Lisäksi jäällä seisoessaan sinisorsa työntää vuorotellen raajansa höyhenten sekaan.
b) Karhu ei ruokaile talviunen aikana. V: Kesän ja syksyn aikana karhu kerää rasvakerroksen vararavinnoksi talvea varten.
c) Surviaissääsken toukat elävät vähähappisessa vesien pohjakerroksessa. V: Surviaissääsken toukat selviytyvät lähes hapettomissa olosuhteissa jopa kymmeniä päiviä, koska ne sisältävät runsaasti hemoglobiinia (punainen väri). Hemoglobiinin avulla ne varastoivat vedestä happea. Tämä ominaisuus ei koske kaikkia surviaissääksisukuja.
d) Hylkeet pystyvät olemaan sukelluksessa pitkiäkin aikoja. V: Hylkeillä on enemmän verta ruumiinpainoonsa nähden kuin maanisäkkäillä, siten hylkeiden punasolujen määräkin on suurempi. Tämän ansioista hylkeiden hapensitomiskyky on parempi ja ne pystyvät olemaan sukelluksessa pitkään.
e) Aavikkoketun korvat ovat isot, sen tassut ovat karvapeitteiset ja se saalistaa öisin. V: Aavikkokettu on sopeutunut elämään aavikolla. Suuret korvat haihduttavat lämpöä. Lämpötilan ollessa korkea verenkierto korvissa lisääntyy ja lämpöä haihtuu tehokkaasti. Sen tassut ovat tiheän karvan peitossa ja antavat siten suojaa aavikon kuumalta hiekalta. Aavikolla on öisin viileää, joten kettu saalistaa silloin yön viileydessä liikkuvia pikkujyrsijöitä. Kuumat päiväajat aavikkokettu viettää kaivamissaan onkaloissa.
f) Syvänmeren kalat esim. krottikalat selviävät pimeässä ja kovassa paineessa. V: Syvänmeren kalojen soluissa on erityisen paljon vettä, jolloin lihaskudos on hyytelömäinen. Vesipitoisen koostumuksen takia kalan kudosten tiheys on sama kuin ympäröivän veden. Myös joustavat luut auttavat sopeutumaan kovaan paineeseen.
g) Karhukaiset ovat pieniä, noin 0,1–1 millimetrin kokoisia eläimiä, jotka on luokiteltu omaksi pääjaksokseen. Ne saattavat selvitä hengissä mitä erilaisimmissa ääriolosuhteissa ja pystyvät menettämään jopa 99 prosenttia vedestään säilyen silti hengissä. Niitä elää myös kuumissa lähteissä. V: ”Karhukaisten selviytyminen perustuu niiden lepovaiheeseen. Joutuessaan äärimmäisiin olosuhteisiin, niiden elintoiminnot lähes pysähtyvät ja ne heräävät vasta olosuhteiden palautuessa siedettäviksi. Ne kestävät alle 200 asteen pakkasta ja niitä elää myös kuumissa lähteissä. Ne pystyvät menettämään 99 prosenttia vedestään kuolematta.” Ne ovat pystyneet elämän kuumissa lähteissä ja avaruudessa. ”Ruotsalaistutkijat ovat lähettäneet karhukaisia satelliitin mukana avaruuteen, jonka ääriolosuhteille eliöt olivat alttiina useiden päivien ajan. Osa karhukaisista selvisi ilman suojaa hengissä avaruuden moninkertaisesti maan olosuhteita voimakkaammasta ultraviolettisäteilystä.”

 

C4.
a) Mikrobien ja entsyymien tuhoaminen, b) Mikrobien solutoiminnan hidastaminen, c) Mikrobien solutoiminnan hidastaminen, d) Veden poistaminen, estää mikrobien kasvua, e) Veden poistaminen, estää mikrobien kasvua; f) Happamuus estää mikrobien kasvua

Luku 5

A1.
a) Ensimmäisen alkusolun syntyminen
b) Nykyisten arkkien ja bakteerien kaltaisia yksisoluisia ankariin olosuhteisiin sopeutuneita
c) Kemosynteesi
d) Hapeton, kuuma, UV-säteilyä, meteoriittipommituksia

B1.
a) Fotosynteesin kehittyminen mahdollisti nykyisen eliömaailman kehittymisen / ravintoa toisenvaraisille eliöille / ilmakehään vapautui happea mahdollisti tehokkaan energian vapauttamistavan soluhengityksen / hapesta muodostui UV-säteilyltä suojaava otsonikerros mahdollisti elämän siirtymisen maalle ; happi aiheutti ensimmäisen sukupuuttoaallon--> hapettomiin olosuhteisiin sopeutuneet eliöt kuolivat

b) Aerobisiin olosuhteisiin sopeutuneille esitumaisille kehittyi soluhengitys, joka oli uusi, happea vaativa energian vapauttamistapa. Soluhengityksen avulla voitiin vapauttaa tehokkaammin energiaa kemiallisista yhdisteistä.

B2.
a) megaevoluutio ja elämä siirtyi maalle / kasvikunnan kehitys
b) puuttuu tukisolukko ja johtosolukko / lisääntyminen on vedestä riippuvaa
c) kuivumista estävä pintasolukko ja veden ja ravinteiden kuljettamiseen erikoistunut johtosolukko
d) raajat, keuhkot (aikuisilla) ja tehokas verenkierto. Puutteita: lisääntyminen vedestä riippuvaa ja ihohengitys
e) iho kestää kuivuutta / kannattelevat raajat / sisäinen hedelmöitys / munan sisällä tapahtuva alkionkehitys (kuivuuden kesto ja vararavinto)
f) paljassiemeniset: vahapintaiset lehdet kestävät kylmyyttä ja kuivuutta / siitepöly kulkeutuu helposti uusille alueille / siemen: kestää epäedullisia olosuhteita ; koppisiemeniset eli kukkakasvit: lisääntymistä edistävät rakenteet (kukka ja hedelmä) / siemenet suojassa hedelmän sisällä / koevoluutio pölyttäjien kanssa

C1.

a)

- juuret V: sitoo kasvin maaperään / veden ja ravinteiden otto
- johtosolukko V : toimii ravinteiden ja veden kuljetuskanavana juuren ja varren sekä lehtien välillä
- pintasolukko V: tehtävänä on suojata kasvin elinten sisäkerroksen soluja
- siemen V: lisääntyminen

b)

- raajojen vahvistuminen V: maalla liikkuminen
- keuhkot V: ottavat soluhengitykseen tarvittavaa happea ilmakehästä ja poistavat hiilidioksidia
- paksu iho V: suojaa kuivumiselta
- munuaiset V. säätelevät elimistön veden määrää / poistavat kuona-aineita
- sikiön kehittyminen kohdun tai munankuoren sisällä V: suojaavat kuivumiseltaMuna kestää hyvin kuivuutta ja sen sisällä oli vararavintoa alkionkehitystä varten. Kohdun sisällä sikiönkehitys on suojattua (ulkoiset kolhut, kuivuminen).

C2.
a) - keuhkokaloilla? V: maalla hengittämiseen erikoistunut uimarakosta kehittynyt rakenne - varsieväisillä? V: Varsieväisillä oli ”raajamaiset” varrelliset evät, joiden avulla ne pystyivät siirtymään rannoilla lammikosta toiseen.

b) V: puutteet: iho ei kestä kuivumista / veteen sidottu lisääntyminen, edut: aikuisilla yksilöillä keuhkot, raajat ja hyvä verenkiertojärjestelmä

c) Matelijat olivat ensimmäisiä täysin maaelämään sopeutuneita selkärankaisia. Niillä oli monia etuja maalla elämisen kannalta sammakkoeläimiin verrattuna. Niiden iho kesti kuivuutta ja raajat sopivat maalla liikkumiseen. Niiden verenkierto- ja hengityselimistö olivat sammakkoeläimiä tehokkaammat. Matelijoille kehittyi sisäinen siitos ja munan sisällä tapahtuva alkionkehitys. Muna kesti hyvin kuivuutta ja sen sisällä oli vararavintoa alkionkehitystä varten.” 

d) Istukallisten nisäkkäiden kohdussa tapahtuva yksilönkehitys. Nisäkkäät ovat sopeutuneet vaihteleviin elinolosuhteisiin matelijoita paremmin hyvän liikuntakykynsä, karvapeitteensä, tasalämpöisyytensä, parempien aistien ja hengitys- ja verenkiertoelimistönsä ansiosta.

C3. YTL hyvän vastauksen piirteet  (tehtävä 12). 

D1. YTL hyvän vastauksen piirteet (tehtävä 11).

Luku 6

B1. Makromolekyyleillä tarkoitetaan suurikokoisia molekyylejä. Makromolekyylejä ovat DNA, glykogeeni ja proteiini(t)

B2.
a) Proteiini, joka nopeuttaa solussa tapahtuvia kemiallisia reaktioita
b) Proteiinisynteesissä (ribosomeilla)
c) Tuma (sisältää tiedon proteiinin rakenteesta), ribosomit (proteiinien tuottaminen)

B3.
DNA: tieto proteiinien rakenteesta ja solun toiminnasta
RNA: Siirtää DNA:n sisältämän informaation ribosomeille, jossa tuotetaan proteiineja

C1.
a) Eroja: sienisolulla ei viherhiukkasia, soluseinän koostumus erilainen. Yhteistä: molemmilla solukalvo, solulima, tuma, ribosomit ja monia muita soluelimiä. Molemmilla soluseinä.
b) Eroja: Esitumaisilla ei tumaa ja kalvorakenteisia soluelimiä, monien soluelinten ja kromosomien rakenne erilainen. Aitotumaisia: esim. ihminen, mänty, herkkutatti, tohvelieläin. Esitumaisia: esim. kolibakteeri, sinilevät

D1.
b) vesi on erinomainen liuotin, joten solun kemialliset reaktiot tapahtuvat veteen liuenneiden aineiden kesken / Kasvit: kasvi ottaa ravinteet veteen liuenneessa muodossa juuriensa avulla / haihtumisimu nostaa vettä kasvissa ylös lehtiin / vesi kuljettaa yhteyttämistuotteita ja ravinteita / vesi saa aikaa kasvia tukevan nestejännityksen / vesi on fotosynteesin raaka-aine
c) solulimassa ja solunesteontelossa
d) soluhengityksen
e) proteiineja
f) glukoosi eli rypälesokeri on solun tärkein energialähde / tärkkelys ja glykogeeni ovat sokerin varastomuotoja / selluloosa on kasvin soluseinän rakennusmateriaali
g) lipidejä on solukalvossa ja eläimillä rasvasoluissa / proteiineja on mm. solukalvon kuljettajaproteiinit (esim. ionipumput) / kromosomit koostuvat DNA-molekyylistä / RNA:ta on kolmea tyyppiä: lähetti-rna, siistäjä-rna ja ribosomi-rna /kromosomeissa on DNA:n lisäksi proteiinimolekyylejä

D3. 
a) X-akselilla kuvataan selittävä asia eli lämpötila, Y-akselilla tutkittava asia eli lopputuote.
b) Reaktio on nopein lämpötilassa 37, joten se on entsyymin optimilämpötila, Toimintaympäristöksi on esimerkiksi tasalämpäinen ihmiselimistö.
c) Kun lämpötila kohoaa yli +45 asteen, entsyymin toiminta hidastuu ja lopulta lakkaa kokonaan 55 asteessa. Ilmiön selittää se, että ko. korkeassa lämpötilassa proteiini denaturoituu eli proteiinin rakenne muuttuu → enstyymi ei toimi.
d) happamuus (alhainen pH), inhibiittorit (entsyymin aktiiviseen kohtaan tarttuva entsyymin toimintaa estävä molekyyli tai ioni), substraatin määrä.