Pearson Edexcel · International A-Level · Biology

תא דם אדום העוזב את ריאותיך נושא חמצן הקשור להמוגלובין, עובר בערוכת דם, סוחב דרך כלי דם נימיים הצרים ממנו, משחרר את החמצן לתא הנשם, וחוזר דרך ורה. כל מבנה במסע הזה בנוי מהמולקולות שהיחידה הזו מתחילה איתן, ושאלת בוחן כלשהי על כך דורשת منك לחבר בין מבנה לפונקציה.

WBI11 מולקולות, תזונה, הובלה ובריאות היא היחידה הראשונה ב-IAS: בוחן כתוב של 1 שעה ו-30 דקות, עם 80 נקודות, כולן חובה. היא בודקת את הנושא 1 (מולקולות, הובלה ובריאות) ואת הנושא 2 (ממברנות, חלבונים, DNA ביטוי גנים). צפו לשאלות נתונים על מחקרי בריאות, חישובים עם כתיבה מדעית, ותשובות מורחבות שמפרטות מבנים ומסבירות מכניזמים.

מים הם תווך ההובלה כי הם מסיס קוטבי. במולקולת מים, החמצן מושך את האלקטרונים המשותפים בחוזקה רבה יותר מאשר מימן; לכל קשר O–H יש קצה שלילי מעט בחמצן וקצה חיובי מעט במימן. זוהי טבע ה-דיפול של המים. מטענים מנוגדים בין מולקולות שכנות יוצרים קשרי מימן, וחלקיקים קוטביים או טעונים (גלוקוז, יוני נתרן, חומצות אמינו) נמסים כי אשכולות מים יוצרים סביבם.

פחמימות מתחברות ומתפוררות בשתי תגובות:

• התכווצות מסירה מולקולת מים כאשר נוצר קשר גליקוזידי בין שני סוכרים.
• הידרוליזה מוסיפה מים חזרה ומפרקת את הקשר.

שתי מולקולות גלוקוז מתכווצות ליצירת מלטוז; גלוקוז פלוס פרוקטוז נותנים סוכרוז; גלוקוז פלוס גלקטוז נותנים לקטוז. שרשראות ארוכות יוצרות פוליסכרידים: אמילוזה (קשרים 1,4-קשורים, מתלהבת לגליל, צפופה), אמילופקטין ו-גליקוגן (שניהם שרשראות 1,4 עם ветвленияים 1,6; גליקוגן הוא מאגר החי animals בכבד ובשרירים). ветвленияים אומרים שיש סוף שרשרת רב, כך שגלוקוז יכול לשחרר במהירות; הגליל אומר שרבה אנרגיה נכנסת למקום קטן.

מעבדה ליבה 1: הערכת ריכוז סוכר וקיטן

סוכרים מצטמצמים מצטמצמים את מגס ה-בנדיקט הכחול בחימום, ונוצר משקע אדום-לבנה. כדי להעריך ריכוז לא ידוע, השוו את הצבע לסטנדרטים בעלי ריכוז ידוע, או קרא את הפתרון במכשיר צבע.

בדיקה פתורה. סטנדרטים של 0, 0.5, 1, 2 ו-4 % גלוקוז נותנים בליעות של 0.02, 0.09, 0.18, 0.35 ו-0.64. דגימה לא ידועה נותנת 0.58. בחלק הישר, כל 1 % מוסיפים כ-0.16 בליעה, כך שהדגימה הלא ידועה נמצאת בקרבת $0.58/0.16 \approx 3.6\%$. קריאה מחוץ לסטנדרטים (אקסטראפולציה מעבר ל-4 %) פחות אמין ממידה בתוכם — נקודה שאותה בוחנים אוהבים שתציין. יוד יוצר כחול-שחור עם קיטן; עוצמת הכחול-שחור נותנת אותה סוג של הערכה עבור קיטן.

טריגליצריד הוא גליצרול אחד פלוס שלושה חומצות שומן, מחוברים על ידי שלוש תגובות התכווצות היוצרות קשרי אסטר. חומצות שומן רוויות אין להן קשרי C=C; שרשראות ישרות עטופות צמודות, כך ששומני בעלי חיים מוצקים בטמפרטורת החדר. חומצות בלתי רוויות יש להן קשר כפול אחד או יותר שמתעוותים את השרשרת, העטיפה רופפת יותר, ושומנים נוזליים. ליפידים מאחסנים אנרגיה רבה יותר每 גרם מאשר פחמימות כי הן יותר מופחתות.

דיפוזיה מספקת לתאים עובי של פחות ממספר עשריות מ"מ בלבד. אורגניזם גדול זקוק להובלה המונית: משאבה וצינורות המספקים לכל תא את הספקיו והוצאת הפסולת שלו. שלושה סוגי כלי דם מתאימים לשלושה תפקדים שונים:

הלב האממלי הוא שני משאבות באיבר אחד. הצד הימני שולח דם לריאות; הצד השמאלי, עם קיר החדר הטוח העבה יותר, שולח דם לגוף. האטריה מקבלות; החדרים הטוחים משלחים. הערוכות הקורונריות מזינות את שריר הלב עצמו – חסימה שם היא התקף לב.

מחזור לבבי

כל פעימה כוללת שלושה שלבים. סיסטולה אטרית לוחצת את הדם הנותר לתוך החדרים הטוחים. סיסטולה ventricular מרימה את הלחץ בחדר הטוח מעל לחץ הערוכה, השסתומים המסכנתיים נפתחים, והדם מודח החוצה. דיאסטולה הרפייה את השריר, הלחץ יורד, השסתומים המסכנתיים נסגרים בחוזקה (הצליל הלב השני), וחללי הלב מתמלאים מחדש מהורידים.

קרואו את האיור כפי שמבחינים ב exam: מצב השסתומים נקבע על ידי הפרש לחצים, לעולם לא לפי הוראה. השסתומים האטרו-ונטריקולריים נפתחים כאשר הלחץ באטריה עולה על הלחץ בחדר הטוח; השסתומים המסכנתיים נפתחים כאשר הלחץ בחדר הטוח עולה על הלחץ באורטה.

המוגלובין הוא חלבון בעל ארבע שרשראות פוליפפטידיות, כל אחת מתקפלת סביב קבוצת הים המכילה יון Fe²⁺ אחד הקושר מולקולת O₂ אחת – סה"כ ארבע. קישור המולקולה הראשונה של חמצן משנה את מבנה כל המולקולה ומקל על הקישורים הבאים: קישור קואופרטיבי נותן לעקומת הדיסוסיאציה של החמצן את צורת ה-S העמומה ולאחר מכן חדה.

בבריאות (pO₂ גבוה) העקומה הופכת שטוחה בקרבת 100 % רוויה. ברקמות במנוחה בסביבות 1–2 kPa העקומה חדה, כך שירידה קטנה ב-pO₂ משחררת כמות גדולה של חמצן – בדיוק במקום שבו הוא נדרש. כאשר הרקמות נושמות בעוצמה הן משחררות יותר CO₂; יוני מימן נקשרים להמוגלובין ומזיזים את כל העקומה לימנה (אפקט Bohr), מה שמחייב שחרור נוסף של חמצן ברקמות העמוסות ביותר.

בדיקה פתורה. ב-pO₂ 2 kPa העקומה הרגילה מראה כ-30 % רוויה והעקומה המוזזת כ-15 % – המוגלובין מחזיק רק כשליש מכמות החמצן בלחץ חלקי זה, ולכן רוב אתרי הקישור הארבעה משוחררים לרקמה בהקדם.

אטרוסקלרוזה מתחילה בפגיעה באנדוטליום המקווה את הערוכה. ההתגובה הדלקתית גדלה, ליפופרוטאינים בצפיפות נמוכה חודרים, שריר חלק וארימת חיבור בונים פלאק, הערוכה צרה ומתקשה, ולבסוף ייתכן שתקיעה או ניתוק של דם יחסמו אותה.

הקרישה עצמה היא קסקדה. פגיעה משחררת תרוםבופלסטין, which (בשילוב עם יוני סידן) ממיר את חלבון הפלזמה המומס פרותרומבין לאנזימה תרומבין; תרומבין ממיר את הפיברינוגן המומס לרשת בלתי מומסה של פיברין שולכדת פלטות ותאים.

לחץ דם מדווח כסיסטולי על פני דיאסטולי. היפרטנסיה, עישון, LDL-כולסטרול גבוה בת血液中, תזונה, חוסר פעילות, גיל, מגדר וגנטיקה הם גורמי סיכון – והם מכפילים, לא מחברים: שני גורמי סיכון בינוניים עשויים להיות משמעותיים יותר מאחד חמור.

קריאת נתוני סיכון לבריאות

שאלות 8 ו9 בכל מבחן מתרחשות כאן. ארבע הרגلات מכסות כמעט את כל הנקודות:

• קורלציה אינה משמעות. שני משתנים הנעים יחד עשויים לשתף גורם נסתר, או הקשר עשוי להיות מקרי.
• השפך על המחקר: מה הייתה הגודל של הדוגמה? איך היא נבחרה? מה נשלט? האם המחקר היה עיוור? האם קיימים גורמי מבלבלים כמו גיל או עישון?
• בצע את החישובים בזהירות: שינוי אחוזי, יחסים בצורה סטנדרטית, קצבים לפי אדם.
• שאל מי או מה חסר: לא-מועברים, מחקרים שלא פורסמו, קווים שהושקו באקסטרפולציה.

בדיקה בעבודה. מחקר מצא קורלציה בין מחלת חניכיים לבין נזק לאנדוטל. לפני טענה שאחד גורם לשני, יש לרצות מכניזם, דפוס תגובה-מינון, והוצאת גורמים מבלבלים (תזונה, עישון, גיל) — ושאלה "האם הקבוצות הושוו לערך לחץ הדם?" היא בדיוק שאלת גורם מבלבל.

איזון אנרגטי קובע את מסת הגוף. עודף משקל והשמנת יתר נבדקים באמצעות BMI (מסה בק"ג חלקי גובה במטר בריבוע; 18.5–24.9 הוא הטווח הבריא) ויחס מותניים-ירכיים (WHR). שומן רווה בתזונה מעלה את LDL-כולסטרול בדם; שומן בלתי רווה וסיבים מסיסים מורידים אותו.

בדיקה בעבודה. אישה במסת 74 ק"ג ובגובה 1.66 מ': BMI $= 74 / 1.66^2 = 74/2.76 = 26.8$ — נכנסת בדיוק לטווח העודף המשקלי. מותניים בגובה 84 ס"מ וירכיים בגובה 98 ס"מ נותנים WHR $= 84/98 = 0.86$.

כל הטיפולים כרוכים בסיכון לצד היתרון:

• תרופות נגד לחץ דם (בלוקרי בטא, מעכבי ACE, דיורטיקים) מורידות לחץ דם.
• סטטינים (למשל סימבסטטין) חוסמים אנזים בכבד בהרכבת כולסטרול, כך שתאים סופגים LDL מדם.
• נוגדי קרישה (וורפרין) ותרופות נגד צבירה (אספירין) מפחיתות קרישה, ולכן הסיכון לדימום עולה.

שאלה המבקשת ממך "לדון" דורשת גם את הצדדים וגם שיפוט המונח בנתונים הנתונים.

כל משטח חילוף הוא ממברה העוסקת עסקים מבוקרים. מודל המosaic הנוזלי הוא התמונה המקובלת: דו-שכבה פוספוליפידית (נוזלית כי הזנבות יכולות להחליק), מצופה בחלבונים אינטרינסיים החוצים אותה (ערוצים, נשאים), חלבונים חיצוניים, כולסטרול השולט בנוזליות, וגליקופרוטאינים וגליקוליפידים להכרה.

ארבעה מסלולי הובלה:

• פיזור — תנועה נטו למטה בגרדיאנט ריכוז, ללא ATP.
• פיזור מופעל — למטה בגרדיאנט דרך ערוץ או חלבון נשא.
• הובלה פעילה — למעלה בגרדיאנט, מופעלת על ידי ATP, דרך חלבוני נשא שמשתנים בצורתם.
• אוסמוזה — מים זזים מאזור עם פוטנציאל מים גבוה לנמוך דרך ממברה למחצה חדירה. אנדוציטוז ואקזוציטוז מובילים חומר בכמות גדולה בוסיקות.

לדיפוזיה, חוק פיק: הקצב פרופורציונלי ל-(שטח פנים × הפרש ריכוזים) ÷ מרחק דיפוזיה. משטחי החלפת גזים עונים לשלושה קריטריונים: שטח עצום, תחזוקת גרדיאנט, ודופן בעובי של תא אחד או שניים. זוהי הסיבה לכך שמבנה האלבוליות, השריריות והסנפירים בלשוניות הדגים נראים כך.

חומצה אמינוית מכילה קבוצת אמינו, קבוצת קרבוקסיל, מימן וקבוצת R על פחמן מרכזי; שתי חומצות אמינו מתחברות באמצעות קשר פפטידי בתגובת דהידרוגנציה. ה-מבנה הראשוני הוא הרצף; קשרי מימן סלילים אותו ל-מבנה השני; קשרי מימן, יוניים ודיסולפידי נוספים מקפלים את ה-מבנה השלישי; שרשראות נפרדות מתאחדות ל-מבנה הרביעי — ההמוגלובין הוא הדוגמה הקלאסית.

אנזים הוא חלבון whose אתר פעיל מתאים לצורת מצע אחת. הקישור אינו קשיח: המודל של התאמה מושרית כולל גמישות גם במולקולה וגם באתר עד שהם משלימים זה את זה. זוהי הסיבה לכך שטמפרטורה ו-pH משנים את הקצב (הם פועלים על המבנה השלישי), ולמה האתר הפעיל הוא ספציפי.

מדכנים תחרותיים נקשרים לאתר הפעיל ונעלמים בהשפעת עליית ריכוז המצע; מדכנים שאינם תחרותיים נקשרים במקום אחר ומעוותים את האתר, כך שהקצב יורד ללא קשר לריכוז.

בדיקה מודרכת. Q10 מצוטט ב-2.4: בין 10 °C ל-20 °C הקצב מהיר פי 2.4; בין 45 °C ל-55 °C אותו גורם מעיד על כך שהאנזים הדנטורציה קורס בקצב עולה. Q10 מתאר בלבד ואינו מסביר.

מונו-נוקאוטיד הוא פנטוז (דאוקסיריבוז או ריבוז), פוספט ובסיס חנקני. דהידרוגנציה בין הפוספט לסוכר של שכנים יוצרת שרשרת המוחזקת על ידי קשרי פוספודיאסטרים. DNA מורכב משני שרשראות אנטיפרללליות: A זוגי עם T (שני קשרי מימן), G זוגי עם C (שלושה), סלולות לתוך הלולאה הכפולה.

השכפול הוא שמירתי-חלקי: היליקאזה מפרדת את שתי השרשראות, כל אחת משמשת כתבנית, ו-DNA פולימראז מחבר נוקאוטידים חופשיים בכיוון 5' ל-3'. מייסלסון וסטאל גידלו חיידקים תחילה על חנקן כבד ¹⁵N ואז על חנקן קל ¹⁴N; לאחר מחזור שכפול אחד כל ה-DNA היה בצפיפות ביניים, לאחר שני מחזורים חצי היה קל — בדיוק כפי שמודל השמירה החלקי חוזה והחלופיות אוסרות.

גן הוא רצף בסיסים המקודד לרצף חומצות אמינו. הקוד הוא משולשי: שלושה בסיסים לחומצה אמינו. הוא בלתי-מתחבר (נקרא בקבוצות עוקבות), דגנרטיבי (לרוב חומצות האמינו ישנם כמה קודונים, כך שחלק מהמוטציות הן שקטות), וכולל קודונים התחלתיים ועצור.

בדיקה מודרכת. גן בעל 300 זוגות בסיסים המקודד לחלבון בעל 99 חומצות אמינו פלוס קודון עצור: $99 \times 3 + 3 = 300$. ✓

טרנסקריפציה: RNA פולימראז נקשר לגן, משתמש בשרשרת אחת כתבנית ובונה mRNA. טרנסליציה: בתוך הציטופלזמה, ריבוזום קורא את קודוני ה-mRNA, ומוлекуלות tRNA whose אנטיקודונים זוגיים עם קודונים אלו מביאות חומצות אמינו בסדר; קשרי פפטידי מחברים אותן.

מוטציות נובעות מטעויות בשכפול. החלפה מחליפה בסיס אחד: חומצה אמינו אחת משתנה, או שאין שינוי (דגנרציה). הכנסה או מחיקה מוסיפות או מורידות בסיס ומזיזות את מסגרת הקריאה כל האחרים אחריו — הזזת מסגרת, בדרך כלל מושחתת את החלבון.

סיסטית פיברוזיס היא הדגם של הקורס: מחיקה של שלושה בסיסים מורידה פנילאלנין אחת מהחלבון CFTR, כך שהובלת הכולוריד נכשלת, הריר נשאר עבה, והנתיבים האוויריים נחסמים. האלל הוא רצסיבי: נשאים הם בריאים. בדיקות גנטיות יכולות לזהות נשאים, לבצע בדיקות לעוברים (אבחון גנטי לפני השתלה) או לעוברות (אמניוצנטזה, דגימת וילוס צריציות). שאלות בדיקה גנטית תמיד כוללות אתיקה: מי נבדק, מי מקבל את המידע, מה קורה לתוצאה חיובית.

1. הסבר מדוע אמילופקטין משחרר גלוקוז מהר יותר מאמילוז, בהתייחס לקשרים ולקצוות של שרשראות.
2. חשב את BMI של גבר במשקל 91 ק"ג וגובה 1.83 מטר וסווג אותו.
3. במהלך סיסטולה ventricular, אילו שערות פתוחות ואילו סגורות, ולמה?
4. רוויית החמצן ב-4 kPa יורדת מכ-60 % לכ-34 % כשה-CO₂ עולה. הסביר את הגורם המולקולרי.
5. תאר את רצף הקרישה בסדר, מפגיעה באנדותל ועד ליצירת פיברין.
6. מחקר מדווח כי אנשים הניזונים יותר מיוגורט סובלים פחות מהתקפי לב. ציין שלו בדיקות שתבצע לפני שתיאמן בטענה על קשר סיבתי.
7. הסבר מדוע מעכב תחרותי מצמצם את קצב התגובה בתרכוביות נמוכות אך לא בריכוזים גבוהים מאוד.
8. מסלסון וסטאלל שללו הרפליקציה שמרנית. איזה תוצאה, לאחר דור אחד, הביאה לכך?
9. מוטציה של שינוי מסגרת קריאה היא לרוב חמורה יותר ממטעית החלפה. הסבר מדוע, בעזרת המילים משולש ואי-שילוב (degeneracy).
10. ציין שתי יתרונות ושני סיכונים של בדיקה גנטית לנשאים למחלת סיstic fibrosis.

תשובות: 1 כמות רבה; 1,6 נקודות ветвление נותנות סופי שרשרת רבים להפרעה בו-זמנית על ידי אנזימים; 2 $91/1.83^2 = 27.2$, משקל עודף; 3 שסתום אטריו-וונטריקולרי סגור, שסתומים סמי-לunar פתוחים, מכיוון ש לחץ ונטריקולרי עולה על לחץ אורטי אך לא על לחץ אטריאלי-ממעלה; 4 יוני מימן מ-CO₂ נקשרים להמוגלובין, משנים את צורתו ומורידים את האפיליות לחמצן (אפקט בוהר); 5 פגיעה חושפת קולגן, פלטות ותאים פגועים משחררים טרומבופלסין, טרומבופלסין + Ca²⁺ ממירים פרותרומבין לתרומבין, תרומבין ממיר פיברינוגן לפיברין, רשת פיברין לוכדת תאים; 6 גודל הדוגמה ובחירה, משתנים מעכבים כמו גיל/פעילות גופנית/תזונה, השוואה עיוורת, מנגנון או תגובה-עוצמה; 7 המעכב מתחרה באתר הפעיל, כך בריכוז גבוה מאוד כל התנגשות עם האתר היא בעיקר עם התרכובית; 8 לאחר דור אחד כל ה-DNA היה ברצועה ביניים אחת — שיטה שמרנית צפויה רצועה כבדה ורצועה קלה; 9 שינוי מסגרת משנה כל משולש לאחר המוטציה, ולכן כל הפרוטאין מאות נקודה הוא רצף חומצות אמינו שונה, בעוד שאי-שילוב מאפשר לרבות מטעית החלפה לשנות כלום; 10 יתרונות — תכנון משפחה מודע, טיפול מוקדם או שינוי בסגנון חיים; סיכונים — חרדה, אפלייה על ידי חברות ביטוח או מעסיקים, תוצאות חיוביות או שליליות שגויות.

התחלת ככל הנראה מכליה מופרית אחת. יחידה זו מסבירה כיצד תא זה התחלק, כיצד העתקים הוסדרו והופחתו ליצירת גמטות, כיצד גנים זהים הפכו רקמות שונות, וכיצד מגוון זה נמדד, מסווג ו— increasingly — מוגן. זוהי היחידה של מיקרוסקופים, חישובים והגדרות שנעשו בדיוק.

WBI12 תאים, פיתוח, מגוון ביולוגי ושימור היא היחידה השנייה ב-IAS: 1 שעות 30 דקות, 80 נקודות, כולן חובה. היא בודקת נושא 3 (מבנה תאי, הרפליקציה ופיתוח) ונושא 4 (מבנה ותפקוד צמחי, מגוון ביולוגי ושימור). צפו לסיווג דיאגרמות, חישובי מיקרוסקופ והגדלה, אינדקס מגוון ושאלות Hardy–Weinberg, וגם תשובות ארוכות על הערכת שימור.

תא אוקאריוטי הוא סט של תאים מיוחדים:

תאים מאורגנים ל-רקמות (תאים דומים), איברים (רקמות העובדות יחד) ומערכות איברים. תא פרוקריוטי אינו מכיל אף אחד מהאורגנלים המוקפים בממברנה: קירית תא, קפסולה חלודה, מולקלת DNA מעגלית אחת ותוספי פלזמיד, 70 ריבוזומים, ולעיתים גם סיבי שחיקה.

הגדלה היא מדד לכמה התמונה גדולה יותר; רזולוציה היא ההפרש הקטן ביותר שעדיין נתפס כשני עצמים נפרדים. מיקרוסקופי אור פותרים כ-200 ננומטר; קרני אלקטרון, בעלות אורך גל קצר משמעותית, מגיעות לרזולוציה של מספר ננומטרים — אך דורשות חתכים דקים צבועים (TEM) או משטחים מצופים זהב (SEM). $M = \text{image size} / \text{actual size}$, שמירה על יחידות עקביות.

בדיקה פעילה. מיטוכונדריה נמדדת ב-14 מ"מ בתמונה המסומנת ×20 000. אורך אמיתי $= 14\,000\ \mu\text{m} / 20\,000 = 0.7\ \mu$ מ' . גרעין שיש לראותו עם הממברנה הכפולה שלו דורש מיקרוסקופ אלקטרונים: שתי הממברנות נמצאות קרוב יותר מהרזולוציה של מיקרוסקופ האור.

מיוזה היא שתי חלוקות ברצף לאחר שכפול DNA אחד, המייצרות ארבעה תאים הפלוئידים ( haploid ) שונים גנטית מתא אחד דיפלואידי ( diploid ). שני תהליכים יוצרים את השונות:

• חלוקה עצמאית — כל זוג הומולוגי נסדר ומתפצל באופן אקראי במיוזה I; כל גמטה מקבלת אחד מכל זוג, מאב או אם באופן אקראי ($2^n$ שילובים).
• מריבה — בשלב הפרופאזת I, כרומטידים הומולוגיים מחליפים מקטעים, מערבבים אללים בתוך זוגות כרומוזומים.

גמטות של יונקים מותאמות למסירה ולאספקה: הזרע מכיל אקרוסום (אנזימי עיכול), חציו של מיטוכונדריות וסיב שחיקה; הביצה תורמת כמעט את כל הפלזמה והזונה פלוצידה החוסמת כניסת זרעים נוספים לאחר התגובה הקורטיקלית. בצמחים פורחים, הצינור האבקי מספק שני גרעינים זכריים: אחד מפרה את הביצה, השני את הגרעינים הקוטביים — הפרה כפולה.

mitosis מייצרת שני תאים דיפלואידים זהים גנטית: גידול, תיקון, רביעה אל sexual . אינטרפאזת ($G_1$, S — שכפול DNA, $G_2$) ממלאה את רוב המחזור; mitosis עצמה כוללת פרופאזה (כרומוזומים מתעבים, ציר סליל מתהווה), מטאפאזה (כרומוזומים נסדרים בקו המשווה), אנאפאזה (סיבי ציר גוררים כרומטידים לקטבים), טלופאזה (ממברנות גרעין מתחדשות), ולאחר מכן ציטוקינזה.

המדד המיוטי $=$ תאים במיוזה $\div$ סך הכל תאים שנמדדו. ערכים גבוהים בבידוק רקמה מצביעים על חלוקה מהירה — סימן לסרטן.

בדיקה פעילה. דחיסת קצה שורש מראה 36 מתוך 450 תאים במצב mitosis : מדד $= 36/450 = 0.08 = 8\%$ . אם המחזור לוקח 20 שעות, mitosis תופסת $0.08 \times 20 = 1.6$ שעות.

תא גזע טוליפוטנטי יכול ליצור אורגניזם שלם (החלוקות הראשונות של הזיגוטה); תא פליפורוטנטי (blastocyst פנימי) יכול ליצור כל רקמה אך לא את האורגניזם כולו. הבדלה מתרחשת באמצעות ביטוי גנים differential : כל תא שומר על הגנום המלא, אך כל סוג מפעיל רק את תת-קבוצתו. גן אחד יכול לייצר חלבוניים שונים באמצעות שינוי post-transcriptional — בחירות splicing של pre-mRNA . הפנוטיפ הסופי משקף גם את הסביבה (גובה דורש גם גנים וגם תזונה) ובמספר מאפיינים, גנים מרובים הפועלים יחד (heredity polygenic המעניקה שונות רציפה).

תאי צמח מוסיפים קירית תא תאית המחוברת לשכנים באמצעות plasmodesmata . שרשראות תאית עטופות ל-m microfibrils שהיצבה הצולבת שלהן נותחת חוזק מתיחה; עיבוי משני עם ליגנין מחזק ומעניק עמידות למים.

מים ויונים חשובים מעבר לשתייה: ניטרט בונה חומצות אמינו, סידן מקשר צלחתין בקירות ומעביר אותות בתוך תאים, מגנזיום נמצא במרכז הכלורופיל — מחסור גורם לעליה להצהיב.

מיון מסדר חיים לפי מאפיינים משותפים; מערכת השלושה תחומים (חיידקים, ארכאה, אוקאריוטה) מבוססת על עדויות מולקולריות – רצפי RNA ריבוזומלי – שחשפו שארכאה קרובות אלינו יותר מחיידקים. בתוך בית גידול, למגוון יש שני מדדים:

• עושר מינים – כמה מינים.
• מדד מגוון – $D = \dfrac{N(N-1)}{\sum n(n-1)}$, כאשר $N$ הוא כל הפרטים ו$n$ ספירת כל מין. ערך גבוה יותר של $D$ מצביע על מגוון גדול יותר.

בדיקה בעלת פתרון. בית גידול א': 3 מינים עם ספירות 40, 35, 25 ($N = 100$). $D = 100 \times 99 / (40 \times 39 + 35 \times 34 + 25 \times 24) = 9900 / (1560 + 1190 + 600) = 9900/3350 = 2.96$. בית גידול ב': 3 מינים, ספירות 90, 6, 4: $D = 9900/(8010 + 30 + 12) = 1.23$. אותו עושר, איזון שונה מאוד – $D$ רואה מה שעושר אינו יכול לראות.

בתוך מין אחד, מדד ההטרוזיגוטיות $H =$ (מספר ההטרוזיגוטים) $\div$ (מספר הפרטים) מודד מגוון גנטי. מין שנמצא באף מקום אחר הוא אנדמי – ובית הגידול האי-מוני שלו הופך אותו גם לערך וגם לרגיש.

ניש הוא דרך החיים של מין: תפקידו, הדרישות שלו, הסבלנות שלו. התאמות באותו שלוש רגלים – אנטומיות (פרווה עבה), פיזיולוגיות (ווריאנטים של אנזימים), התנהגותיות (מועד המדיגציה).

משוואת הרדי-ויינברג– עוקבת אחרי תדירות אללים באוכלוסייה גדולה, רבייה אקראית וללא בחירה, הגירה או מוטציה:

$q^2$ = תדרות הגנוטיפ ההomozygous recessive. אם 4 % מאוכלוסייה מציגים את הפנוטיפ ה-recessive, $q^2 = 0.04$, לכן $q = 0.2$, $p = 0.8$, נשאים $2pq = 0.32$.

בדיקה בעלת פתרון. מתוך 500 שועלים, 45 הם homozygous recessive: $q^2 = 0.09$, $q = 0.3$, $p = 0.7$. נשאים צפויים $= 2pq \times 500 = 0.42 \times 500 = 210$.

שאלות שמר רוצות איזון. גני חיות ובנקי זרעים שומרים על מינים מפני הכחדה ומנהלים רבייה בשבי, אך דורשים מקום, מאבדים התנהגות טבעית ומשרתים מספר מוגבל של פרטים; שמירת בית גידול ומסילות שומרות על אקולוגיה בקנה מידה אך דורשות אדמה, כסף ואחוזת רצון פוליטית. יש לקבל את הטיעון הספציפי, לא את הרגש.

עבור המיקרוביולוגיה כאן (וגם ליחידה 4): לגדל חיידקים על אגר מזין או במרק, בשימוש בטכניקה אseptic – לחטא את הקשתים על ידי הצתה, להצית את צוואר הבקבוק, לעבוד קרוב לעלית אוויר, לסגור את הצלחות, לדגור בטמפרטורה מתחת לטמפרטורת הגוף כדי שהפתוגנים אנושיים לא יגדלו. לספור מושבות בצלחות spread או pour (כל מושבה נובעת ממאהל אחד או ממבצע: יחידות יוצרות מושבה), או לספור תאים עם hemocytometer, או לעקוב אחרי עכירות במרק.

בדיקה בעלת פתרון. בשלב Exponential, קבוע קצב הגדילה $k = (\log_{10} N_t - \log_{10} N_0)/(0.301 \times t)$. מ$1 \times 10^4$ ל$4 \times 10^7$ תאים ב4 שעות: $\log$ הפרש $= 3.602$, לכן $k = 3.602/(0.301 \times 4) \approx 3.0$ חלוקות לשעה – כזמן דור של כ20 דקות.

1. חשב את הרוחב האמיתי של גרעין הנראה ברוחב של 24 מ"מ ברזום ×4 000. תן תשובה ב-µm.
2. קרא את שתי התהליכים במיוזה היוצרים מגוון גנטי, והצהר מתי כל אחד מתרחש.
3. לתא יש 2 a.u. של DNA בשלב G1. שרטט כיצד תכולת ה-DNA משתנה לאורך שלב S, מיזה I ומיזה II.
4. הסבר מדוע כל תאי הבסטוציסט יכולים להפוך לכל רקמה, אך תא שריר בוגר אינו יכול.
5. הסבר שתי דרכים בהן ה-xylem מותאם לפונקציה שלו, אחת מבנית ואחת כימית.
6. שני בתי גידול מכילים כל אחד 5 מיני צמחים. הסבר מדוע מדד מגוון עשוי להשתנות ביניהם.
7. באוכלוסייה של 1 000, 16 אנשים מציגים מחלה רצסיבית. חשב את q, p ומספר הנשאים הצפוי.
8. מין של חילזון נפוץ באי בודד. הסבר מדוע מינים אנדמיים נתונים לסיכון הכחדה גבוה יותר.
9. ציינו שלושה תנאים שחובה לקיים באוכלוסייה כדי שהמשוואה של הרדי–ויינברג תתקיים.
10. תנו יתרון אחד וחסר אחד של בנקי זרעים בהשוואה להגנה על בית הגידול.

תשובות: 1 $24\,000/4\,000 = 6\ \mu$m; 2 מעבר גנטי בפאזה I, חלוקה עצמאית במטפאזה/אנפאזה I (וגם II); 3 עולה ל4 בשלב S, יורד לחצי ל2 לאחר המיוזה I, יורד לחצי ל1 לאחר המיוזה II, נשחזר ל2 בהשחלה; 4 תאי הבלסטוציסט הם רב-עצמתיות — כל הגנים עדיין ניתנים להפעלה; תא שריר הפעיל דרכים אחרות לצמיתות בתנאים רגילים; 5 תאים מתים ולניניים חלולים יוצרים עמודות מים רציפות ללא ציטופלזמה לעכב זרימה; הלנין מחסם מים ומחזק את הקירות נגד קריסה; 6 D משקלת את אחידות הנפוצות, לא רק את מספר המינים; 7 $q^2 = 0.016$, $q \approx 0.126$, $p \approx 0.874$, נשאים $2pq \approx 0.22$, כ-220 אנשים; 8 אירוע מקומי בודד (סערה, מחלה, טורף מובא, אובדן בית גידול) מבטל את כל המין בו-זמנית; 9 אוכלוסייה גדולה, הזדווגות אקראית, ללא בחירה/מוטציה/הגירה; 10 בנקי זרעים שומרים מגוון גנטי בזול ובטוח נגד אובדן בית גידול (יתרון), אך המינים קיימים מחוץ לסביבתם האקולוגית — אין אינטראקציות, אין התפתחות במקום, והתיישבות מחדש אינה ודאה (חסר).

You have pipetted Benedict's onto glucose, squashed a root tip, and rinsed beetroot until the water ran clear. WBI13 asks you to write about exactly that work: why each step was done, what makes it fair, how the numbers are turned into tables and graphs, and what the result honestly shows. Nothing in the paper is new theory — it is Units 1 and 2 seen through the eyes of someone who actually did the practicals.

WBI13/01 Practical Skills in Biology I is the third IAS unit: 1 hour 20 minutes, 50 marks, all compulsory, usually three long questions built on core-practical contexts. Calculators and rulers are required. The specification lists what is assessed: solving problems in practical contexts, commenting on design and methods, presenting data, evaluating results with reference to uncertainties 不确定度 and errors, identifying variables, plotting and interpreting graphs, processing data with the mathematical skills of Appendix 6, knowing the apparatus and techniques, and planning an investigation to test a hypothesis 假设.

A question word to respect: justify — every step must be paired with the reason it makes the data valid (rinsing beetroot removes pigment from cut surfaces, so measured absorbance reflects membrane leakage, not slicing damage).

The independent variable 自变量 is what you deliberately change (presence or concentration of trifluralin; alcohol concentration). The dependent variable 因变量 is what you measure (percentage of cells in each mitotic stage; absorbance of leaked pigment). Everything else that could affect the dependent variable is a control variable 控制变量, kept the same with a reason: temperature, because it changes membrane fluidity and enzyme action; volume of solution, because it dilutes pigment differently. Say the variable and the reason — the mark scheme needs both.

A control treatment 对照处理 is a whole treatment left unchanged (solvent with no trifluralin; water instead of methanol) so that any difference can be attributed to the independent variable alone. Repeat readings give reliability, a mean, and a measure of spread; they do not remove a systematic error 系统误差 such as a balance zero error, which shifts every reading the same way.

The paper's contexts come from these. Know each method, its measurements and its pitfalls.

For Core Practical 9, aseptic technique protects you and the culture: work near a Bunsen updraught, open plates briefly, tape (do not seal) lids, incubate below human body temperature so pathogens cannot multiply.

The specification's planning list is your mark scheme. A full-credit plan names: the apparatus; the independent, dependent and controlled variables (each control with its reason); how each variable is measured with the appropriate instrument and technique; whether repeats are appropriate; the safety issues and how they are dealt with; how the data will be used (table headings planned, graph type chosen); and the sources of uncertainty or systematic error with how each is reduced.

Safety in biology is about the specific risk and the specific control: methanol is flammable, so keep it from flames; bacteria are cultured at low temperature so human pathogens do not grow; sharp scalpels cut away from the body.

Choose the instrument that matches the quantity: a graticule for microscope lengths, a ruler for bench lengths, a colorimeter for colour intensity, a stopwatch for time, a syringe or graduated pipette for small volumes. Quote only the figures the instrument supports: a ruler graduated in millimetres gives a length to the nearest millimetre, with an absolute uncertainty 绝对不确定度 of ± half a division (± 0.5 mm) or ± one division by the conservative course convention — state which you use.

Percentage uncertainty 百分比不确定度 $=$ (absolute uncertainty $\div$ measurement) $\times 100\%$. For a product or quotient of independent measurements, add the percentage uncertainties; for a difference, add the absolute uncertainties first. Significant figures 有效数字: the scheme rejects over-claimed precision — 12.67 % from data given to 4 significant figures is accepted, 12.70 is not, because the final digit invents precision the inputs do not have.

A table earns its marks by rule: each column headed with quantity and unit (permeability / a.u.), units never written inside cells, all data entered exactly, and no units or units-symbols invented for arbitrary instrument readings — the paper supplies a.u. (arbitrary units). Draw the table before entering values so nothing is squeezed in.

Graph rules earn marks the same way: axes labelled with quantity and unit, the independent variable on the x-axis, a scale that uses most of the grid without awkward fractions, no broken axis, points plotted with a sharp cross, and the right form — a bar chart 柱状图 for categoric treatments (bars not touching), a line graph 折线图 for a continuous variable. A best-fit line or curve shows the trend; joining every dot claims a pattern the data may not have.

A gradient 梯度 comes from a large triangle drawn on the best-fit line, at least half the line's length: gradient $= \Delta y / \Delta x$, with the y-unit and x-unit divided out in the answer. Read values off the line (not a data point) when interpolating.

The percentage family recurs every year. Percentage change: $\dfrac{\text{final} - \text{initial}}{\text{initial}} \times 100\%$. Percentage difference (the 2025 formula): difference $\div$ mean of the two values $\times 100\%$. From a bar chart, percentage of cells in a stage $\times$ total cells $=$ cells in that stage — 80 % of 98 cells is 78.4, which reports as 78 cells, because 0.4 of a cell does not exist.

Worked check. Highest cassava region 33.65, lowest 29.64 g per 100 g. Difference $= 33.65 - 29.64 = 4.01$. Mean $= (33.65 + 29.64)/2 = 31.645$. Percentage difference $= 4.01 \div 31.645 \times 100 = 12.67\%$ (2 s.f. acceptable: 13 %; never 12.70 %).

An anomalous result 异常值 is a reading inconsistent with the others — a point far from the line — checked by repeating that treatment, not silently deleted. Improvements must be realistic and named: a colorimeter instead of colour matching (quantitative, removes judgement); zeroing on plain solvent (removes a systematic offset); more concentrations within the range tested (narrows interpolation); repeating to compute a mean and standard deviation 标准差 (SD), standard error or range, then drawing error bars 误差线. To extend a study to variability between organisms, repeat on different individuals under the same conditions — not more measurements on the same one — then report a mean and a named measure of spread.

State the conclusion inside the measured range: a graph is evidence for the model between the first and last data points, and a zero intercept or an unexpected offset is information about the method or the model, not a nuisance.

This unit examines written practical skills. A full-mark answer here does not show that you carried out aseptic technique cleanly, focused a microscope patiently, or squashed a root tip without smearing it — the practical experience itself is developed in class while studying Units 1 and 2, and only written evidence is assessed here. Practise the real practicals; then describe them.

1. In a trifluralin investigation, state the independent variable and explain why some seedlings were placed in solvent without trifluralin.
2. List, in order, the steps for preparing and examining a root-tip squash, naming one acceptable stain.
3. 98 cells are seen; 80 % are in metaphase. How many cells is that? Why is your answer a whole number?
4. Highest region 33.65 and lowest 29.64 g per 100 g of tissue. Calculate the percentage difference using the mean of the two values.
5. A student's beetroot method reads: "cut pieces, put in alcohol, measure colour." Add the three justifications the mark scheme most needs.
6. Which graph type for: (a) permeability of four named liquids; (b) permeability against time over 20 hours?
7. Explain the difference between a quantitative and a semi-quantitative result, with one example of each from the core practicals.
8. State two things repeat readings improve and one thing they cannot remove.
9. Describe how to extend a starch-variability study from one cassava root to many, naming a statistic you would report.
10. Why is 12.70 % rejected when 12.67 % is accepted, in a percentage-difference answer?

Answers: 1 presence (or concentration) of trifluralin; the solvent-only treatment is a control, so any change can be attributed to trifluralin rather than the solvent; 2 cut 4–5 mm of root tip, warm dilute acid, rinse, stain (e.g. Toluidine blue or acetic orcein), squash under a coverslip, scan then count on high power; 3 $0.80 \times 98 = 78.4 \approx 78$ cells, because a fraction of a cell cannot be observed; 4 difference 4.01, mean 31.645, $4.01/31.645 \times 100 = 12.67\%$; 5 equal-sized pieces so surface area does not change pigment loss; rinse first so absorbance reflects membrane leakage not cut damage; a named control variable with reason (e.g. temperature — it affects membrane permeability); 6 (a) bar chart, (b) line graph; 7 quantitative gives an objective measured value (DCPIP volume; colorimeter absorbance), semi-quantitative gives an estimate by judgement against standards (colour matching in Benedict's); 8 reliability and an estimate of spread (mean, SD); a systematic error such as a zero offset; 9 measure roots grown under the same conditions, repeat measurements across different roots, report the mean with SD (or standard error/range/error bars); 10 the input data justify 4 significant figures but not the fourth decimal place invented by rounding up — the scheme accepts 12.67 (or 13), penalising over-claimed precision.

A wheat field intercepts sunlight, fixes carbon, feeds a food chain — and loses energy at every step. This unit follows the energy from photon to ecosystem, then turns to the smallest participants: the microbes that recycle, the pathogens that take, and the immune system that defends. WBI14 is also the most calculation-heavy paper after Unit 1: expect NPP, growth constants, diversity indices and time-of-death arithmetic.

WBI14 Energy, Environment, Microbiology and Immunity is the first IA2 unit: 1 hour 30 minutes, 90 marks, all compulsory. It assesses Topic 5 (Energy Flow, Ecosystems and the Environment) and Topic 6 (Microbiology, Immunity and Forensics).

The overall reaction: $6\mathrm{CO_2} + 6\mathrm{H_2O} \rightarrow \mathrm{C_6H_{12}O_6} + 6\mathrm{O_2}$, driven by light energy. In the thylakoid 类囊体 membranes, the light-dependent reactions 光反应 photolyse water (releasing O₂ and H⁺), photophosphorylate 光合磷酸化 ADP and reduce NADP. In the stroma 基质, the light-independent reactions 暗反应 (Calvin cycle) fix carbon dioxide onto ribulose bisphosphate with rubisco, reduce the products using the ATP and reduced NADP from stage one, and make GALP — some to glucose, most to regenerate RuBP.

Structure matches function: thylakoids stacked for absorbing surface; stroma packed with enzymes for the cycle.

Pigments and spectra

Chlorophyll a and b absorb red and blue light; carotenoids widen the range and protect. The absorption spectrum 吸收光谱 shows what each pigment takes up; the action spectrum 作用光谱 shows what rate of photosynthesis each wavelength drives — their agreement is evidence that these pigments do the work. Chromatography separates pigments by solubility; $\mathrm{Rf} = \text{distance moved by pigment} / \text{distance moved by solvent}$.

Limiting factors 限制因素: light intensity, CO₂ concentration, temperature. A greenhouse raises the weakest of the three — and exam answers say which and why.

Gross primary productivity 总初级生产力 (GPP) is the energy fixed by photosynthesis per area per time (kJ m⁻² yr⁻¹). Plants spend much of it on their own respiration; what remains is net primary productivity 净初级生产力:

Only about 10 % of the energy at each trophic level passes upward — lost to respiration as heat, egestion, excretion and parts never eaten. That is why chains rarely exceed four or five levels and why top predators are rare.

Worked check. A grassland fixes 45 000 kJ m⁻² yr⁻¹ and respirers 19 000. NPP $= 26\,000$ kJ m⁻² yr⁻¹. Cattle eating that grass keep about 10 %: 2 600 kJ m⁻² yr⁻¹. Humans eating the cattle keep 260 — the energy arithmetic behind "eating lower on the chain feeds more people".

Four definitions, precisely: habitat 栖息地 (where), population 种群 (one species' individuals), community 群落 (all populations), ecosystem 生态系统 (community + environment). Abiotic factors (light, water, temperature, pH) and biotic factors (competition, predation, disease) set who lives where and how abundantly — together, the niche 生态位.

Predator and prey cycle with a delay: hares rise, lynx follow, hares fall, lynx starve — a lag of about a quarter cycle.

Succession 演替 begins when pioneer species colonise bare ground; each stage changes the soil and microclimate, enabling the next, until the climax community 顶极群落 stabilises. Measuring abundance uses quadrats and transects (random sampling for estimates, systematic along a gradient) and capture-mark-recapture for animals ($N \approx \text{first catch} \times \text{second catch} / \text{marked recaptures}$).

Evidence comes from direct temperature records, ice cores (trapped air giving ancient CO₂), tree rings (dendrochronology 树轮年代学) and pollen layers in peat. The enhanced greenhouse effect 温室效应: outgoing long-wave radiation is absorbed by CO₂, methane and nitrous oxide and re-emitted downward. The gases differ — methane is potent but short-lived; CO₂ lasts centuries; nitrous oxide combines both — so policy weighs global warming potential 全球增温潜势 against lifetime.

Extrapolating a trend beyond its data is a judgement, not a fact: state the assumption (the trend continues) and its weakness. Effects already examined: shifting rainfall and species ranges, and — close to this course — temperature's effect on enzyme rates in cold-blooded organisms and whole ecosystems.

Worked check. Methane's warming potential is about 28× CO₂'s per kg, but it lasts ~12 years against centuries. A one-tonne methane leak matters 28× a one-tonne CO₂ leak this decade, but fades while the CO₂ persists — the arithmetic of "warming potential vs cumulative load".

Evolution is a change in allele frequency 等位基因频率. It needs variation (mutation, meiosis) and a filter: directional selection 定向选择 shifts the mean when the environment moves; stabilising selection 稳定选择 trims the extremes in a stable one. Drift changes frequencies by chance in small populations; gene flow (migration) mixes them back.

Speciation 物种形成 needs isolation: allopatric 异域的 (a physical barrier — allopatric = different homeland) or sympatric 同域的 (reproductive isolation in the same place — behavioural, temporal or genetic). Isolated populations diverge until they can no longer interbreed.

Aseptic technique protects you and the culture: flame the loop to red heat, flame bottle necks, lift lids briefly, seal plates with tape, incubate at 25 °C (never body temperature, so human pathogens cannot multiply). Measure growth by direct cell count (haemocytometer), turbidity 浊度 in broth, or viable counts by dilution plating 稀释涂布 (colonies counted × dilution factor).

The growth curve: lag 延迟期 (enzymes synthesising), log 对数期 (exponential doubling), stationary 稳定期 (deaths = divisions), death 衰亡期. The exponential constant:

Worked check. From $2\times10^4$ to $1.6\times10^7$ cells in 5 hours: log difference $= 2.903$; $k = 2.903/(0.301\times5) = 1.93$ generations per hour — a doubling time of about 31 minutes.

Bacteria: cell wall, plasmids, ribosomes, circular DNA, some with capsule and flagellum. Viruses: nucleic acid (DNA or RNA) in a capsid 衣壳, some with an envelope — no organelles, no metabolism of their own; they hijack host cells. Mycobacterium tuberculosis 结核分枝杆菌 infects lungs, surviving inside macrophages; HIV 人类免疫缺陷病毒 destroys T helper cells, so the immune system collapses and TB reactivates — the classic AIDS-defining illness.

Barriers come first: skin, mucus and cilia, stomach acid, lysozyme in tears, and the clotting cascade sealing wounds.

Non-specific: inflammation (vasodilation and fluid leak bringing phagocytes), phagocytosis, interferon. Specific — antigens 抗原 trigger it:

• Humoral 体液: B effector cells → plasma cells → antibodies 抗体; B memory cells B记忆细胞 remain for the faster, stronger secondary response.
• Cellular 细胞: T helper cells coordinate, T killer cells T杀伤细胞 destroy infected cells, T memory cells persist.

An antibody is four polypeptide chains (two heavy, two light) with a variable region 可变区 forming one specific binding site — the shape that fits one antigen. Immunity splits two ways: active 主动 (your own antibodies — natural infection or vaccination) vs passive 被动 (given antibodies — mother to baby, antiserum); natural vs artificial in each. Vaccination works at the scale of populations too (herd immunity 群体免疫) — but pathogens evolve back: the evolutionary race.

Worked check. A vaccine's second dose produces antibody levels ten times the first and within days rather than weeks: clonal selection finds the memory B cells, which divide rapidly into plasma cells — the secondary response the primary response built.

Bacteriostatic 抑菌的 antibiotics stop bacterial growth; bactericidal 杀菌的 ones kill. Resistance arises by mutation and spreads by selection whenever exposure kills the susceptible and spares the resistant — finishing a course and avoiding unnecessary use both slow it. Hospital-acquired infections thrive where vulnerable patients, invasive devices and resistant strains meet; hand hygiene, sterile procedure and isolating carriers break the chain.

Decomposers recycle carbon and nitrogen — the ecosystem's waste system. The polymerase chain reaction 聚合酶链式反应 cycles denaturation (95 °C), primer annealing (50–60 °C) and extension (72 °C), doubling the target DNA each cycle: $n$ cycles give $2^n$ copies. Gel electrophoresis 凝胶电泳 drags negatively charged DNA fragments through gel — short fragments run furthest. The profile 电泳图谱 of band positions identifies individuals (enough loci differ between unrelated people) and measures relatedness (shared bands).

Time of death narrows by four clocks: body temperature (falls ~1 °C per hour, modified by size, clothing, air), rigor mortis 尸僵 (sets then passes), decomposition degree, and insect succession on the body — each stage's arrivals time-stamp the interval.

Worked check. A body found at 22 °C core temperature in a 15 °C room: $(37-22)/(1\ ^\circ\text{C per hour}) \approx 15$ hours — but state the assumptions (still air, average build) before trusting it.

1. Name the products of the light-dependent reactions used by the Calvin cycle.
2. A crop fixes 60 000 kJ m⁻² yr⁻¹ and respirers 20 000. Calculate NPP and the energy reaching a third trophic level at 10 % transfer each step.
3. Explain why the action spectrum is evidence that chlorophyll carries out photosynthesis.
4. Distinguish directional and stabilising selection with one example of each.
5. Give two reasons a food chain rarely exceeds five trophic levels.
6. A culture grows from $5\times10^3$ to $4\times10^6$ in 6 hours. Calculate k and the doubling time.
7. Explain why a second vaccine dose raises antibody titre far faster than the first.
8. State the difference between bacteriostatic and bactericidal, and why the distinction matters for a patient with a weak immune system.
9. Three PCR cycles from one double-stranded template: how many copies?
10. A body's core is 30 °C. Estimate the time since death under standard assumptions and name one factor that would extend the true interval.

Answers: 1 ATP and reduced NADP; 2 NPP $= 40\,000$; third level $= 400\,\text{kJ m}^{-2}\text{yr}^{-1}$ (10 % of 4 000); 3 wavelengths chlorophyll absorbs best are the wavelengths that drive photosynthesis best; 4 directional — antibiotic resistance shifting the mean; stabilising — human birth weights; 5 energy lost at each step to respiration/heat/egestion, so little remains; producers also lose to respiration before the first transfer; 6 log difference 2.903, $k = 2.903/(0.301\times6) = 1.61$ h⁻¹, doubling ≈ 37 min; 7 memory B cells persist; the second encounter selects clones that divide rapidly into plasma cells — the secondary response; 8 bacteriostatic stops growth (immune system must clear), bactericidal kills outright — a weak immune system needs bactericidal support; 9 $2^3 = 8$ copies; 10 $(37-30)/1 = 7$ hours; heavy clothing or a warm room slows cooling, so true time is longer.

ריצה לקראת אוטובוס והגוף שלך מבצע סימפוניה: שרפים שורפים גלוקוז מהר יותר, הלב מכפיל את היציאה שלו, הנשימה עמוקה יותר, הזיעה מתחילה, והכליות משנות מחדל את שחזור המים שלהן — הכל נשלט ללא מחשבה מודעת. יחידה זו עוקבת אחר המנגנון הזה: נשימה בקנה מידה מולקולרי, שרף ולב בקנה מידה רקמתי, עצבים והורמונים כשליטים, וביוטקנולוגיה כתא החדשני לכך.

WBI15 נשימה, סביבה פנימית, קואורדינציה וטכנולוגיה גנטית הוא היחידה IA2 השנייה: 1 שעה 45 דקות, 90 נקודות. היא בוחנת נושא 7 (נשימה, שרירים וסביבה פנימית) ונושא 8 (קואורדינציה, תגובה וטכנולוגיה גנטית), ושאלה אחת בעלת 20 נקודות מבוססת על מאמר מדעי שפורסם מראש — תלמדו אותו מראש.

נשימה משחררת אנרגיה בשלבים, כל אחד קטליז על ידי אנזים ספציפי. סיכום הנשימה האירובית:

תנאים אנאירוביים עוצרים את השרשרת — NAD מצומצם לא יכול להיות מחזור — ולכן פירובט מקבל את ההידרוגן שלו הופך ל-לקטט בשרף. לאחר פעילות גופנית, לקטט מובא לכבד ומובנה מחדש לגלוקוז (דורש חמצן: חוב החמצן).

מדד נשימה: $\mathrm{RQ} = \mathrm{CO_2}\ \text{produced} / \mathrm{O_2}\ \text{consumed}$. פחמימות 1.0, חלבונים 0.9, שומנים ≈ 0.7 — RQ של אורגניזם חושף מה הוא שורף.

בדיקה מודגמת. רזפיrometer מראה 60 סמ⦁³ CO⦁₂ שנוצר ו60 סמ⦁³ O⦁₂ שנצרך באותו פרק זמן: RQ = 1.0 — פחמימות. זרע נבוט עם RQ 0.7 שורף מאגרי שומן.

גיד מחבר שריר לעצם; רצועה מחברת עצם לעצם על פני מפרק; שרירים עובדים בזוגות אנטגוניסטיים. סיב שריר שלדי הוא תא משולב, רב-גרעיני ועמוס במיופריבלות המורכבות מאקטין ומיוזין.

התכווצות היא מחזור הגליל החלק: פעולה חשמלית משחררת Ca²⁺; הסידן חושף את אתרי הקישור באקטין; ראש המיוזין המנוע (שפוצץ את ה-ATP) נקשר, מושך את האקטין, ולאחר מכן מתנתק כאשר נקשר ATP חדש — אלפי ראשים בשנייה, כל מכה כמספר ננומטרים.

סיבים מהירים: עבים, מעט מיטוכונדריה, מהירים וחזקים, מתעייפים מהר (ריצה קצרה). איטים: הרבה מיטוכונדריה, אספקת דם עשירה, מיוגלובין — סבולת.

שריר לב מיוגני: הוא מקצף ללא כניסה עצבית. הנוד הסינו-אטריוואלי קובע את הקצב; הגל מתפשט לאtrium עד לנוד הAV, ואז לאורך סיבי פורקה לבטריקלים — ה atrium מתכווצים קודם, הבטריקלים שברית מאוחר יותר.

מרכז הבקרה הקרדיו-ויסקולרי ומרכז הנשימה במדולה הארוכה מתאימים את שתי המערכות לצורך: קולטנים כימיים חושים CO₂ ו-pH, ברורוקפטורים לחץ.

בדיקה מופתרת. במנוחה: 70 cm³ × 72 min⁻¹ ≈ 5.0 dm³ min⁻¹. במהלך מאמץ: 120 cm³ × 150 min⁻¹ = 18 dm³ min⁻¹ — הטבלה שהבחינה אוהבת. נפח נשימה עולה בצעד, נקרא ממסילות ספיאומטר (נפח גללי × קצב נשימה = נפח נשימה דק) .

הומיאוסטזיס שומר על הסביבה הפנימית באיזון דינמי — לא שקט, אלא משתנים מתנודדים בתוך גבולות צרים. משוב שלילי מתקן סטיות בכיוון כלשהו (דגם התרמוסטט); משוב חיובי מגביר אותן (ספירלה, לא לולאה — כמו בפעולה חשמלית או בחום יתר בלתי נשלט).

ויסות חום מתרחש דרך היפוטלאמוס: אובדן חום באמצעות הרחבת כלי דם והזעה; שמירת חום באמצעות הצרות כלי דם, רעידות גוף והתנשמת שיער. אדרנלין מכין לתגובת הלחמה או בריחה — קצב לב, סוכר בדם ודרכי אוויר מגיבים יחד.

הדם נכנס לגלומרול בניפרון בלחץ גבוה — הארטריולה הכניסה רחבה מהארטריולה היציאה — וחומרים קטנים נאלצים לעבור דרך פודוציטים וממברנת הבסיס אלקפסלת בומן (סינון אולטרה: הכל למעט תאים וחלבונים גדולים). הצינור המפותל הקדמי סופג מחדש כל הגלוקוז והחומצות האמיניות בנוסף לרוב המלחים והמים (הובלה פעילה ולאחר מכן אוסמוזה). לולאת הנלה בונה גרדיאנט של פוטנציאל מים לאורך המדולה באמצעות כפל נגד-זרימה. צינור האיסוף קובע את ההחלטה הסופית: ADH מההיפופיזה מזריק אקוואפורינים כדי לספוג יותר מים — שתן מרוכז כאשר יש מחסור במים, דלול כאשר אין.

חומצות אמיניות עודפות מדיאמינוציות בכבד; האמוניה הרעילה הופכת לאוריאה לשחרור.

בדיקה מופתרת. ADH נוכח → קירות צינור האיסוף נבילים → מים יוצאים לאורך הגרדיאנט לתוך הדם במדולה → נפח קטן, שתן מרוכז. אלכוהול מדכא את ADH — נפח גדול, שתן דלול.

גורם תרגום נקשר לקדדת גן ומפעיל או מכבה תרגום. הורמונים סטרואידיים חודרים דרך הממברנה ומשמשים כגורמי תרגום בעצמם — גן אחד יכול לשרת מספר רקמות. אפיקגנטיקה משתקת גנים ללא שינוי ברצף הבסיסים: מתילציה של DNA ועריכת היסטונים (אצטילציה) אורזים את ה-DNA מחוץ להישג יד של מנגנון התרגום. כישלונות חשובים: גן מדכא גידול מתומתל לא יכול לשלוט בחלוקת התאים; טעויות בהטבעה מסבירות את תסמונת פראדר-וילי.

הנוירון הרגוע משאב Na⁺ החוצה ו-K⁺ פנימה (המשאבת נתרן-אשלגן), ושומר על פנים בטמפרטורה של כ−70 mV. גירוי מעבר לסף (כ−55 mV) פותח ערוצי נתרן: פעולה חשמלית של סוג "כול או שום" זוקפת ל+30 mV, ולאחר מכן ערוצי אשלגן מבצעים ריפולריזציה; תקופת החסם מונעת נסיעה אחורית ומגדירה תדר מקסימלי.

בנוירונים מחוספסים ההיגוי קופץ מקשר לקשר (הולכה מלוערית) — הרבה מהר יותר. בסינפסה, כניסת סידן מגרה וקוזות נוירוטרנסמיטור להתמזג עם הממברנה הפרא-סינפטית; הנוירוטרנסמיטור מתפשט ונאחז ברצפטורים פוסט-סינפטיים; אנזימים ממחקים את המרווח לאחר מכן. תרופות פועלות כאן: SSRI חוסמים חזרת סרוטונין ללקיחה, כך שה אות נשאר; לידוקאין חוסם ערוצי נתרן; אקטסטי (MDMA) שוטף את החריץ בסרוטונין ואז משחית אותו.

מערכת העצבים מתחלקת: CNS (מוח, חוט השדרה) ו-PNS — סומטי (רצוני) ו-אוטונומי (בלתי רצוני; סימפתטי מאיצה, פארא-סימפתטי מרגיע). רצפטים הם טרנסדוצרים: מקרבות (אור חלש, רבים לכל תא ביפולרי — רגישות), קונות (צבע, אחד-לאחד — חדות), בנוסף תרמו-רצפטים, כימו-רצפטים, ברורצפטים, נוצי-רצפטים (כאב). קשת הרפלקס בשדרה עוברת מחוששי → מעבר → נוירון מוטורי בחומר האפור של השדרה — מהירה, בלתי רצונית, מגנת. הרגלה היא ירידה בתגובה לגירוי חסר סכנה חוזר.

פיטוכרום מתחלף בין Pr (סופק אדום) ל-Pfr (סופק אדום כמעט אדום); נטיית האדום באור השמש משאירה את Pfr דומיננטית, ושולטת בה germination ובפרחינות לפי אורך יום. אוקסינים מאריכים תאים על ידי חמצון קירות; ג'יברלינים מגיעים אנזימים (אמילז במעטפת האלורואון) שמזיזים עמקה בה germination.

נקודות ציון ותפקידים: חצאי כדור המוח (רצוני, מחשבה), מוח הקטן (תיאום, איזון), היפותרמוס וה pituitary מתחת להם (homeostasis, הורמונים), חולית הגשר (לב, נשימה). MRI מראה מבנה; fMRI מראה פעילות דרך זרימת דם מחמצן; CT סריקות מבניות מהירות; PET מטבוליזם עם סימני רדיו-אקטיביים.

כימיה קודם: פרקינסון הוא חוסר דופמין — מטופל ב-L-Dopa, שעובר את מכשלת הדם-מוח ומומרת לדופמין במוח. סרוטונין נמוך קשור לדיכאון — היעד של SSRI.

DNA רקומבננטי: אנזימת הגבלה חותכת DNA באתר ההיכר שלה, משאירה קצוות דביקים; הגן האנושי (עשוי ללא אינטרונים מ-mRNA) משולב ב-פלזמיד עם ligase DNA; הפלזמיד מ transformed לתאים חיבוריים; גני סימון (עמידות לאנטיביוטיקה או פלואורסצנציה) בוחרים את התאים שספגו אותו. הגדלת קנה במfermenter והבקטריות מפרשות אינסולין אנושי — נקי ובטוח יותר מאשר חילוץ מאיילים. בעלי חיים GM מייצרים חלבונים אנושיים בחלב; סיכונים ויתרונות של צמחי GM (עמידות, תוצרים מול זרימת גנים לצאצא wild) הם ההערכה הסטנדרטית.

מיקרו-אראי מזהים גנים פעילים: דוגמת mRNA היברידיזציה למדגמות משלימות על השבב; נקודות שמדליקות פלואורסצנציה מסמנות גנים שנמצאים בטרנסקריפציה. ביו-אינפורמטיקה משווה רצפים בין מינים ואנשים — איך קרובות נמדדת כעת.

1. נסו את שלב הנשימה המתרחש במטריקונדרית ואת אחד מהכניסות שלו.
2. שרירי רץ מייצרים לקטט. הסבירו מדוע, ומה קורה ללקטט לאחר מכן.
3. ראשי מיוזין אינם יכולים להתנתק ללא ATP. הסבירו מה המשמעות לכך עבור שרירים לאחר המוות.
4. חשבו את output הקרדיאלי עבור stroke volume 85 cm³ ו心率 140 min⁻¹.
5. הסבירו מדוע artriolite afferent רחב יותר מאשר efferent arteriole.
6. ציינו שתי הבדלים בין פידבק שלילי וחיובי, עם דוגמה אחת מכל אחד.
7. מדוע מחסוף מגדיל את מהירות ההולכה?
8. סף axon הוא −55 mV. גירוי מניע אותו ל−60 mV. מה קורה ולמה?
9. אור אדום ממיר phytochrome לצורה哪一?
10. הסבר מדוע L-Dopa מוסמנת במקום דופמין עצמו.
11. נקודה במיקרו-אריי פולטת זוהר חזק. מה הדבר מעיד?
12. מדוע יש ליצור את גן האינסולין האנושי מתוך mRNA ולא מתוך DNA גנומי כשמכניסים אותו לחיידקים?

תשובות: 1 תגובת הקישור (או מחזור קרbs) — קלט פירובט (או אצטיל); 2 חמצן מצומצם ולכן NAD מופחת מתחלף על ידי הפחתת פירובט ללקטט; לאחר מכן הלקטט עובר לכבד והופך חזרה לגלוקוז, באמצעות חמצן; 3 בלי ATP המיוזין נשאר קשור לאקטין — קשיחות ריגור; 4 $85 \times 140 = 11\,900\ \text{cm}^3\,\text{min}^{-1} = 11.9\ \text{dm}^3\,\text{min}^{-1}$; 5 הפרש הלחץ מניע את סינון האולטרפילציה של פלזמה לתוך cápsule Bowman; 6 משוב שלילי מחזיר משתנה לקודמת ההגדרה שלו (ויסות חום); חיובי דוחף אותו הרחק יותר (חום עולה); 7 האימפולס מקפוץ בין נקודות Ranvier במקום לעורר דפולריזציה של כל הממברנה — צעדים פחותים, גדולים יותר; 8 שום דבר — סף הגירוי לא הושג, ולכן אין פעולת פוטנציאל (כל או שום דבר); 9 Pfr; 10 דופמין אינו יכול לחצות את מכשלת הדם-מוח אך L-Dopa כן, והוא מומר לדופמין בתוך המוח; 11 שגן זה הועתיק באופן פעיל — ה-mRNA שלו היה נוכח והתקשר; 12 חיידקים אינם יכולים לבצע גזירה של אינטרון, ולכן הגן חייב להיות מגן成熟 mRNA שאינו מכיל אותם עוד.

WBI16 is the last Biology paper you will sit, and it looks like no other: one question may hand you a half-complete statistics table, another asks you to design a whole investigation from a hypothesis you did not choose. Everything comes from the practical work of Units 4 and 5 — respirometers, spirometers, quadrats, dilution plates — but now you must plan, measure, present, test and conclude at IA2 depth.

WBI16/01 Practical Skills in Biology II is 1 hour 20 minutes, 50 marks, all compulsory. The specification's assessed list matches Unit 3's, with one difference in emphasis: plan whole investigations, analyse data and evaluate results and methodology — a 16-mark plan question closes the paper, and statistics enter: standard deviations, null hypotheses and a correlation coefficient with critical values.

The closing question (2025: fitness programmes and recovery time) pays out in named blocks — answer in the same order. Ethics 伦理: informed consent of volunteers; no one is forced to participate. Safety: sterilise or replace the mouthpiece between students (infection); check volunteers are healthy enough for the exercise. Method, nine marks: two groups (with and without the fitness programme); the dependent variable stated as the time for the breathing rate and tidal volume to return to resting values; apparatus used in detail — soda lime in the canister, nose clip, practise breaths first; find the resting values first; the same standardised exercise for everyone; two control variables and the method of control for one; repeats giving means and standard deviations. Recording and analysis: a table of raw times with headings and units from which means are calculated; a bar graph of mean recovery time per group (two groups) tested with a t-test t检验, or a line/scatter graph (several fitness levels) tested with a correlation test. Limitations: volunteers' lives outside the experiment cannot be fully controlled; apparatus difficulties (leaks, soda lime exhausted, abnormal breathing through a mouthpiece).

Random sampling has a method: lay a grid over the area, generate random coordinate pairs (random numbers, or numbers drawn from a bag), and only then visit those points with the quadrat. Saying "sample at random" earns nothing. Record the abiotic variables that matter — soil pH, moisture, minerals, light intensity, season — and control what you can by choosing matched sites. A photograph's magnification 放大倍数 is image ÷ actual: an earthworm 5.0 cm in a photograph and 13.5 cm real gives ×0.37 — photographs can be smaller than life.

A drop of soil suspension holds too many bacteria to count, so dilution plating 稀释倒板法 justifies each step: serially dilute the culture (1 part + 9 parts water, repeated) because raw samples are too numerous to count; spread a known volume on agar to make a lawn so that bacteria are separated into individual colonies; incubate for a fixed time and temperature so that colonies become visible; work aseptically to avoid contamination and counting errors. Count the plate with 30–300 colonies and multiply back by the dilution factor.

The formula is supplied; the skill is completing the table. For five sites with masses 18.1, 19.7, 16.2, 13.8, 17.1 g (mean 17.0): each deviation $(X - \bar{X})$ is squared — 1.21, 7.29, 0.64, 10.24, 0.01 — summed $\sum(X-\bar{X})^2 = 19.39$, divided by $n - 1 = 4$:

To compare two groups, plot mean ± SD (error bars): if the bars do not overlap, the difference is likely significant — properly, a t-test decides.

Null hypothesis 零假设: "there is no correlation between the percentage of oil remaining and the time stored." Rank both variables (largest = 1), find each difference $d$ and square it, then:

Compare the magnitude (0.857, ignore the sign for the comparison) with the critical value 临界值 at $p = 0.05$ for $n = 7$ (0.786). Calculated exceeds critical, so reject the null hypothesis: there is a significant negative correlation between oil remaining and time. Write all three sentences — comparison, reject, conclusion.

Choosing the test: difference between two group means → t-test (bar chart); association between two measured variables → correlation (scatter or line graph). Never a t-test on a correlation question.

The oil-decay graph is a line graph — time is continuous — with labelled axes and units (days; mean % oil left), linear scales, points plotted exactly, and a single best-fit line. The 90-day reading (0.65 %) sits above every neighbour: it is anomalous. The best fit ignores it; you check it by repeating that sampling, never delete it silently.

As with Unit 3: a perfect written plan does not demonstrate that you performed aseptic technique, read a spirometer trace live, or handled organisms ethically in the room. Those competences are built in class while studying Units 4 and 5; this paper examines the thinking around them.

1. Name two artificial hydrogen carriers usable in CP15, and state what happens to their colour as yeast respires.
2. Write a null hypothesis for: "the number of bacteria in soil increases as crude oil is broken down."
3. Masses 18.1, 19.7, 16.2, 13.8, 17.1 g. Compute $\sum(X-\bar{X})^2$ and the standard deviation.
4. Ranks give $\sum d^2 = 104$ with $n = 7$. Calculate $r_s$ and state the conclusion against the 0.05 critical value 0.786.
5. In the oil-decay table, which reading is anomalous, and what two things do you do about it?
6. State two abiotic variables (not temperature) affecting an earthworm study and one method of control.
7. A plan compares two groups' recovery times. Which graph and which statistical test? What changes if five fitness levels are compared?
8. Give the two ethical/safety points the spirometer plan must include before any practical work.
9. Justify "serially dilute the culture" and "spread on agar to make a lawn" in dilution plating.
10. An earthworm is 13.5 cm long and appears 5.4 cm in a photograph. Calculate the magnification.

Answers: 1 TTC, methylene blue or DCPIP; they lose colour (decolourise) as they accept hydrogen/electrons from respiration; 2 there is no correlation between the number of bacteria and the amount of crude oil broken down (equivalently, the correlation coefficient is zero); 3 deviations −0.1…; $\sum(X-\bar{X})^2$ = 1.21 + 7.29 + 0.64 + 10.24 + 0.01 = 19.39; $s = \sqrt{19.39/4} = 2.2$ g; 4 $r_s = 1 - 624/336 = -0.857$; 0.857 > 0.786, reject the null hypothesis: significant negative correlation; 5 the 90-day value (0.65 %): the best-fit line ignores it, and it is checked by repeating that measurement; 6 any two of soil pH, moisture, minerals, light intensity, season; control e.g. measure soil moisture at each site and compare only matched sites; 7 bar graph of means and a t-test; with five levels, a scatter/line graph and a correlation test; 8 informed consent of volunteers (no compulsion); sterilise or replace the mouthpiece to prevent infection; 9 dilution reduces bacterial numbers because the raw sample has too many to count; the lawn separates individual bacteria so each forms a countable colony; 10 $5.4/13.5 = 0.40$ (×0.4).