第28屆國際生物學奧林匹克競賽試題 理論1-3

范六民 佟向軍 張雁云 王戎疆 杜 軍

（1 北京大學生命科學學院 北京 100871 2 北京師范大學生命科學學院 北京 100875 3 中國人民大學附屬中學 北京 100080）

理論考試1 共計3 h。

1～11 題：生命藍圖；12～21 題：生命的組成與生長；22～33 題：對世界作出反應；34～46 題：分享世界。

對世界作出反應

22.細胞蛋白圖譜：蛋白質在細胞中的定位決定了其與哪些分子相互作用，進而影響它們的功能。瑞典和劍橋的科學家合作，使用顯微鏡在多種細胞類型中繪制了多于12 000 個人類蛋白的定位。下圖中，圓周周圍的實心條表示每個細胞器內的所有不同類型的蛋白質，不同細胞器中相同類型的蛋白質之間以線條相連。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.大多數蛋白質僅在某一個細胞器中存在

B.大多數線粒體蛋白僅在線粒體中存在

C.大多數在多個細胞器中發現的蛋白質在細胞內均勻分布

23.鈣信號：Jean Hanson（1919—1973）發現了肌肉收縮機理。收縮是由鈣離子在細胞質中積累引起的，松弛過程中鈣離子的累積被迅速消除。鈣離子通過質膜上的通道（圖1）或內質網膜上的通道（圖2）擴散。（圖1紫色）質膜上的通道，去極化時開放，孔寬=1 個原子；（圖2橙色）內質網上的通道，面向細胞質一側結合鈣離子而開啟，孔寬=100 多個原子。下圖顯示了不同胞內區間中主要生物離子的濃度。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.鈣離子從細胞鈣庫流入細胞質基質比從胞外流入細胞質基質更快

B.細胞質鈣離子返回至內質網時，需要逆電化學梯度

C.在質膜上人工表達鈣離子通道（圖2）可改善肌肉功能

D.峰值鈣流在高頻肌肉比低頻肌肉更大

24.動作電位傳播：Alan Hodgkin 爵士（1914—1998）和Andrew Huxley 爵士（1917—2012）解釋了動作電位是如何發生和傳播的。（ⅰ）靜息神經元在膜兩側具有負電壓（膜電位）（膜內為負）；（ⅱ）如果電位負值變小，離子通道打開，使電壓變為正；（ⅲ）通道以時間依賴的狀態關閉；（ⅳ）膜回到靜息負電位前，離子通道不會再次打開；（ⅴ）當膜的一個部分變為正時，電流使得相鄰部分的負值變小。可在蠕蟲的巨大神經元中觸發和測量人工動作電位。將一對鄰近的刺激電極放置在蠕蟲上，然后再沿軸突放置電壓表記錄通過的動作電位。實驗裝置和結果如圖1所示，還用其他裝置進行了實驗（圖2～圖4）。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.如果在圖1裝置中交換電壓表電極，仍可測量到動作電位

B.在圖2裝置中仍可測量到動作電位

C.在圖3裝置中仍可測量到動作電位

D.圖4裝置中測量到的動作電位將比圖1裝置中具有更大的幅度（達到更高的電壓）

25.突觸信息處理：John Eccles 爵士（1903—1997）和Charles Sherrington 爵士（1857—1952）發現了突觸的不同作用，它們決定了神經元如何對相互的刺激作出反應。神經元1、2 和3 被人工激活，且測定了其在4 處引發動作電位的能力。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.同時刺激神經元1 和3，可激發神經元4

B.神經元2 刺激神經元1

C.僅有神經元2 單獨被激發時，神經元4 的電位變得更負

D.如果神經元3 被連續快速刺激2 次，神經元4 將會被激發

26.受體信息處理：雖然Lewis Wolpert（1929—）假設對控制動物發育信號的反應是分級響應，John Gurdon 爵士（1933—）是第1 位將活化受體數量與不同的細胞反應相聯系的科學家。神經遞質乙酰膽堿可產生分級反應，但如果抑制劑BCM高于臨界濃度（＞X mmol／L），則細胞對乙酰膽堿的反應顯著低于各種乙酰膽堿濃度下的最大值。每個乙酰膽堿受體都有一個神經遞質乙酰膽堿的結合位點。

1）判斷以下每個陳述是否正確。

A.BCM 是乙酰膽堿受體的競爭性抑制劑（與乙酰膽堿結合的方式相同）

B.增加乙酰膽堿受體的數量，會增加細胞對乙酰膽堿的敏感性

C.乙酰膽堿處理時，單個的受體產生其最大響應信號的50%

2）計算當完全活躍時，足以產生最大反應的情況下，受體的最小比例。選擇與正確答案最接近的比例。

選項：1%、25%、50%、75%、100%

27.醉果蠅：通過果蠅（Drosophila melanogaster）的上位分析發現了發育和癌癥最重要的信號通路。這樣的篩選還發現，由Arouser基因編碼的蛋白質，介導神經元中沿表皮生長因子受體（Egfr）信號途徑的信號。Arouser敲除突變體果蠅對乙醇異常敏感（容易喝醉）。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.野生型Arouser有助于酒精耐受

B.阻斷Egfr 活性增加酒精敏感性

C.在Arouser敲除突變體果蠅中過表達Akt，會增加酒精敏感性

D.社會隔離Arouser敲除的突變體果蠅，會使它們更像野生型

28.光遺傳學：Tim Bliss（1940—）發現，刺激神經元會使其對未來的刺激更敏感，這是長期記憶的基礎。其機制是因為刺激導致離子通道基因的轉錄。這些通道基因中的一個融合至一種光敏蛋白，并克隆至小鼠體內，就使其能被光纖導入的光激活。按如下處理小鼠：1）在每個細胞中阻斷該通道的轉錄，直至用一個特定的非威脅性的刺激施加在成年小鼠為止；2）這個通道基因的轉錄在每個細胞中被重新阻斷；3）小鼠受到電擊，導致其靜止不敢動，在一小部分小鼠中，電刺激伴隨著光纖向腦中導入閃光；4）再次向小鼠施加非威脅性刺激。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.小鼠形成了閃光與觸電之間的關聯，可解釋4 中靜止不敢動的行為

B.相同的神經元被電擊和光纖閃光激活

C.閃光刺激的小鼠對非威脅性刺激有錯誤的記憶

D.如果在實驗后向對照組小鼠顯示電擊裝置，對照小鼠可能會嚇得靜止不動

29.挖洞鼠：Francis Galton 爵士（1822—1911）開創了行為遺傳學領域。挖洞鼠（Juscelinomys）的洞具有一些可量化的特征，包括逃生通道的有無（圖1）和進口通道的長度（圖2）。物種A 和物種B 雜交，子一代F1和物種A 會交，得到后代BC。在BC 鼠中，進口通道的長度與逃生通道的有無不相關。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.進口通道的長度是由單獨一個基因決定的

B.“有逃生通道”的等位基因對“無逃生通道”的等位基因是顯性的

C.可通過洞穴的特征，將子一代F1與物種A及物種B 區分開

D.決定進口通道長度的基因與決定逃生通道有無的基因，在基因組上離得很近

30.蜜蜂飛行：英國發明的雷達，已被用于追蹤英國蜜蜂（Apis mellifera）的飛行。為了研究蜜蜂的采食行為，進行了下列實驗：1） 假花中放置有糖水，蜜蜂從蜂箱中剛釋放出來（圖1）；2）給蜜蜂一定的時間，從而對該裝置建立經驗（圖2）；3）糖水被從一朵花中全部取出，使其變空，然后置于另一朵花里（圖3）；4）允許蜜蜂對新裝置建立經驗，2 個代表性的飛行分布顯示在圖4a 和4b 中。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.在采集花中糖水時，蜜蜂持續嘗試建立最短的訪問路徑

B.有過經驗的蜜蜂不會搜尋新花，除非環境發生變化

C.如果在它們的路線上遇到非預期的情況，蜜蜂會表現出迷惑的行為

D.蜜蜂會在它們蜂箱周圍可訪問范圍內，訪問所有有營養的花

31.模因論：Richard Dawkins（1941—）提出了模因的思想，Frederic Bartlett 爵士（1886—1969）表明，先前的知識改變了對新刺激的加工處理。Bartlett 要求英國人根據記憶，復制印第安人面具的繪畫。這被傳遞給一個新人進行記憶和復制，并且再次傳遞了幾次（圖1）。最近這項研究已被重復（圖2）。代表性的復制品顯示如圖。

判斷以下每個陳述對于Bartlett 的實驗（圖1）或重復實驗（圖2），哪個更為真實。

選項：實驗1、實驗2

A.記憶傾向于簡化原來的對象

B.對象往往被記憶為更熟悉的對象，而非實際情況

C.該研究的參與者被指示要專注于準確的復制

D.記憶中包括實際物體上不存在的特征

32.垂體：下丘腦是穩態調節中樞，而垂體后葉和垂體前葉分泌的多種激素調節身體的大多數功能。為了研究這3 種結構如何在大鼠（Rattus norvegicus）中協調作用，分別進行電刺激，并觀察2個垂體腺分泌激素的受影響情況（圖1）。隨后，將整個垂體移植至具有不同血液供應的位置，以研究它們為什么通常從下丘腦靜脈接收血液（圖2）。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.下丘腦對2 個垂體腺分泌激素都有控制作用

B.下丘腦血液特異性地具有垂體前葉存活所必需的因子

C.下丘腦神經元支配垂體后葉

D.下丘腦激素導致垂體后葉分泌激素

33.肥胖小鼠：Frederick Banting 爵士（1891—1941）和John Macleod（1876—1935）發現胰島素并發明了現代糖尿病治療方法。這帶動了對體重平衡及肥胖的類似研究：2 只小鼠（Mus musculus）品系（肥胖，Ob；糖尿病，Db）具有相同的過度飲食表型。每個品系都是單基因缺陷，但不同的基因。損傷大腦中專門負責調解饑餓感的弓形核，能產生類似的表型。小鼠通過手術進行連接，允許少量血液在它們之間流動，然后觀察。

判斷以下每個陳述是否正確。

A.手術連接使得小鼠能自由分享營養

B.Db突變體過度產生食欲抑制物質

C.基因Ob和Db的產物在相同的途徑中起作用

D.基因Ob的野生型（WT）產物促進激活弓形核的途徑

E.可通過實施激素治療一些人類肥胖的病例

（待續）