Составители: Научное творческое объединение "Молодые биологи - школе" биологического факультета МГУ.
Введение А.Мушегяна
Редактор д.б.н. проф. Г.М.Длусский
Рецензенты: д.б.н. В.Ю.Поляков (зав. сектором Лаб. им.А.Н.Белозерского МГУ);
А.В.Тихомиров (учитель биологии ЭСШ N 710 АПН СССР)
Биологические олимпиады школьников проводятся в МГУ с 1951 года.
Бессменным организатором первых олимпиад был доцент
биологического факультета К.Н.Благосклонов, не оставлявший эту
работу без внимания до самой своей кончины в 1985г.
Современный облик олимпиада приобрела в начале 1970-х гг. Разработка концепции ее проведения связана с такими именами, как профессор физического факультета С.Э.Шноль, сотрудники биологического факультета Г.М.Длусский (ныне профессор), М.В.Мина, В.И.Лапин, ст.н.с. И1ШИ АН СССР М.Б.Беркинблит. Большую роль в организационном становлении олимпиады сыграл с.и.о. (ныне зав.лабораторией) биологического факультета Д.В.Попов.
Основные принципы биологической олимпиады школьников в МГУ сводятся к следующему.
1. Биология последних десятилетий была наукой необычайно гетерогенной. После ошеломляющих открытий "на стыке о физикой и химией" внимание интересующихся оказалось надолго приковано к молекулярному и субклеточному уровням организации живого. Тем не менее, классические морфология, систематика и экология не теряли поклонников, и здесь также шло накопление важнейшего материала. Эта дифференциация в науке вела к ранней узкой специализации с ее недостатками. Казалось важным, чтобы школьник научился уделять внимание всем биологическим дисциплинам, для чего на олимпиаде МГУ подбирались разнообразные по тематике вопросы. В конечном счете в 80-х годах в биологии большое значение приобрела интеграция разных отраслей, т.е. работа "на стыке биологии о биологией", что только повышает потребность в разносторонне образованных исследователях.
2. Характерной особенностью большинства настоящих биологических проблем является то, что у них нет одного-единственного правильного решения (в отличие от почти всех задач, предлагаемых на математических или физических олимпиадах). Исключение составляют викторинные вопросы типа "Какое растение в древности называлось "огнем гномов", от которых на олимпиаде МГУ отказались. Многочисленные биологические вопросы имеют по несколько правдоподобных ответов; иной раз придумать эти варианты ответа легче, чем проделать сравнительную оценку, определить границы действия разных версий ответа. Но эти свойства биологических вопросов делают их необычайно полезным инструментом развития биологического мышления школьника. Итак, вопросы олимпиады не должны иметь однозначного правильного ответа: правильный ответ на вопрос - это обсуждение нескольких разных версий.
3. Задачи по биологии - элемент обучения, отсутствующий в средней школе. Кроме обучающего значения, задачи могут быть полезны и в диагностике знаний школьника, их типичных ошибок, различий в знаниях между разными группами школьников (иногородние и москвичи, кружковцы и все остальные). Поэтому статистическая и содержательная обработка материалов олимпиады ведется постоянно и позволяет совершенствовать Форму и содержание олимпиады.
4. Олимпиады Минпросов союзных республик проводятся во много этапов, так что уже их областные туры носят не слишком массовый характер. Довольно формальным является состав республиканских туров - по 4 школьника от всех краев, областей и автономных адм. единиц. Далеко не всегда руководители делегаций являются реальными лидерами внешкольной работы в своем регионе. Всесоюзная олимпиада по биологии не проводится.
В этой ситуации важна открытость олимпиады МГУ (в ее первом туре может принять участие любой желающий, в том числе учащиеся ПТУ и работающая молодежь), ее массовость (первый тур в 1987г. собрал более 2 тыс. чел., причем эту цифру следует увеличить в 1,5-1,7 раза за счет разных выездных и заочных турниров). На второй, устный тур олимпиады приглашаются школьники с разных концов страны, причем состав приезжающих участников формируется по двум критериям: либо это ребята и их руководители из мест, где дополнительное биологическое образование ведется на высоком уровне и/или в интересных формах, либо это, наоборот, "биологическая глубинка", в которой необходимо резко активизировать работу со школьниками. Поэтому олимпиада МГУ - место действительного обмена опытом дополнительного образования школьников.
5. Работа со школьниками - важнейшая форма общественной активности студентов и научной молодежи. П.Л.Капица неоднократно указывал, что наилучший путь разобраться самому в научной проблеме - это растолковывать ее другому. Но работа со школьниками ценна не только для научного, но и для педагогического самообразования молодежи. Поэтому не просто поощрялось участие комсомольцев факультета (а впоследствии и других учреждений) в организации и проведении олимпиады, но студенты, аспиранты и сотрудники делали большую часть всей работы. С начала 70-х годов формировался студенческий оргкомитет олимпиады, ставший одним из образований, с недавних пор называемых "неформальными объединениями молодежи". В разные годы ими руководили К.Коротков, Н.Чаянов, Е.Заикин, А.Мушегян. В 1985г. на биофаке создано научное творческое объединение "Молодые биологи - школе", вобравшее в себя, кроме участия в подготовке олимпиады, такие виды деятельности, как работа на биологическом отделении ВЗМШ АПН СССР, школьные кружки, летние школы-лагеря, координация деятельности в разных регионах страны и т.п. Комитет ВЛКСМ биофака МГУ, таким образом, развивает свою работу с неформальными объединениями (первым таким образованием с начала 1960-х гг. была дружина охраны природы).
Построенная на вышеназванных принципах. Биологическая олимпиада школьников в МГУ развивается. В последние годы молодые биологи придумали и ввели большую рассылку приглашений (оповещение всех школ Московского региона), выездные турниры, алгоритмизованную проверку вопросов, типологию биологических задач, биоматематическую олимпиаду. Задуманы новые формы работы. Развивается популярный на факультете олимпийский фольклор. Особую роль в развитии олимпиады в 80-х годах сыграли студенты биофака Д.Нурминский, Л.Ямпольский, М.Голубева, А. Шипунов, М.Болдуману, Ю.Вульф.
В 1987 г. XXXVII олимпиаду проводили Оргкомитет (председатель - декан, профессор М.В.Гусев, зам.председателя - с.н.с. Н.А.Побединский, с.н.с. Е.Ю.Золотухина, студент Г.Г.Тевзадзе), Жюри (председатель - член-корреспондент АН СССР И.А. Шилов, зам.председателя - к.б.н. В.И.Лапин, д.б.н. А.М.Гиляров), НТО "Молодые биологи - школе" (председатель Совета - студ. И.Л.Окштейн).
Вопросы для олимпиады - плод коллективного творчества студентов и сотрудников МГУ и других институтов Москвы. Точное авторство большинства из них установить трудно. Текст ответов составлен по материалам проверки работ школьников и в ряде случаев учитывает их основные ошибки. .8 работе над текстом принимали участие: Л.Аксенова. С.Алексеев, А.Ахманова. С.Глаголев, '.'.Голубева, Н.Гришин, А.Жердев, Н.Жукова, Б.Жуков, Н.Лазаревич, С.Ляпков, Е.Маклашина. Т.Минаева, А.Михеев, Е.Мордашева. А.Мушегян. Е.Надеждина, В.Онипченко, С.Полевова, О.Ромаш, А.Сеннов. Н.Соколова, И.Сорокина, Т.Творогова, О.Тюлина, Е.Федосеева, Н.Формозов. А.Чибалин, О.Червякова, М.Чернобельский, А.Шилина, С.Язвенко.
Авторы выражают благодарность коллегам по работе со школьниками, а также комитету ВИТКОМ биологического факультета за поддержку этой работы. Рисунки выполнены О.Коноплевой.
ВОПРОС 1.
1) Кальмар. Мантийная полость, помимо воронки, соединяется с внешней средой мантийной щелью. По краю мантийной щели расположены выемки, куда входят хрящевые запонки, расположенные у основания воронки. Кальмар всасывает воду через мантийную щель, замыкает мантийную полость при помощи запонок; затем сокращает брюшную мускулатуру, при этом вода с силой выбрасывается из воронки. Отдача толкает кальмара в сторону, противоположную выбросу воды.
2) Аскарида. Нематоды НЕ ИМЕЮТ кольцевых волокон. Поэтов способны совершать лишь сгибательные и разгибательные движения. Движения достаточно сильные. Однако свободноживущие нематоды являются довольно плохими пловцами.
3) Инфузория-туфелька. Инфузория-туфелька осуществляет движение при помощи согласованной работы множества ресничек, которые покрывают ее тело.
4) Балянус. Усоногие раки живут в морях. Имеют свободно плавающую личинку, которая проходит ряд линек, а затем прикрепляется к субстрату (скалы, камни, сваи) и превращается во взрослую форму. Усоногие сами выделяют материал для построения сложной известковой раковины. Взрослая форма неподвижна. Пищу в рот загоняет ногами.
5) Морская звезда. Иглокожие имеют особую, им только свойственную водно-сосудистую, или амбулакральную систему. Нижняя поверхность каждого луча несет множество амбулакральных ножек - полых тонкостенных мышечных трубочек, оканчивающихся присосками. У основания этих ножек находятся мышечные мешочки, называемые ампулами. Ампулы, сокращаясь, накачивают воду в ножки - ножки вытягиваются. При сокращении мышц ножек вода выталкивается обратно в ампулы. Полости всех амбулакральных ножек соединены каналом, все радиальные каналы объединены кольцевым, который лежит в центральном диске. Кольцевой канал соединен каменистым каналом с мадрепоровой пластинкой, расположенной на спинной стороне и пронизанной множеством пор, соединяющих полость каменистого канала с внешней средой. Двигается морская звезда, попеременно работая различными группами ножек. Систематическое положение этих животных описано в учебниках.
ВОПРОС 2. Обитание мхов в шерсти млекопитающих возможно лишь в специфических условиях. Животное должно вести малоподвижный образ жизни, обитать в достаточно влажных и освещенных местах, что необходимо для нормального фотосинтеза мхов. Такие условия создаются, в частности, в кронах деревьев дождевого тропического леса. Действительно, в настоящее время один из видов мхов обнаружен, наряду с многочисленными водорослями, в шерсти ленивцев. Дополнительным фактором, способствующим закреплению мха в шерсти животного, является медленная и постепенная ее смена (линька), характерная для многих млекопитающих, обитающих в тропиках.
Особенностью мхов, позволяющей им использовать такой субстрат для своего обитания, является: отсутствие корневой системы и потребление элементов минерального питания всей поверхностью, способность довольствоваться небольшим количеством минеральных веществ, содержащихся в атмосферных осадках, эффективное вегетативное размножение наряду с размножением спорами, которые свободно переносятся на большие расстояния.
ВОПРОС 3. Действительно, среди водных животных много прозрачных или полупрозрачных существ. В основном это организмы, обитающие в толще воды: простейшие, коловратки, медузы, гребневики, щетинкочелюстные, различные ракообразные, а также личинки самых разнообразных животных. Встречаются и почти прозрачные донные животные: гидроидные и коралловые полипы, турбеллярии и др. Среди обитающих на поверхности почвы животных лишь немногие в слабой степени прозрачны (тли, некоторые гусеницы), но настоящие стекловидно-прозрачные формы не встречаются.
Это различие объясняется несколькими причинами. Главных причин две.
Во-первых, многим водным животным прозрачность позволяет остаться незаметными для хищников (или для своих жертв). Например, прозрачность спасает дафний от хищников, пользующихся зрением, а прозрачность медуз позволяет им оставаться незаметными для их жертв - рачков или мальков рыб.
На суше такой способ маскировки невозможен. Дело в том, что все организмы содержат большой процент воды; поэтому коэффициент преломления их тела может быть очень близок к коэффициенту преломления воды. Это и означает, что в воде при отсутствии в теле пигментов организм будет невидим. Сделать коэффициент преломления своего тела таким же, как у воздуха, организмы не могут, так как коэффициент преломления определяется скоростью света в данной среде, а скорость света в воздухе всегда выше, чем в живых тканях, содержащих воду. Поэтому даже прозрачный организм на суше будет заметен (например, из-за отбрасываемых бликов; из-за искажения формы предметов, видных сквозь его тело).
Кроме того, как отмечали в ответах школьники, на суше трудно сохранить поверхность тела чистой от пыли, которая делала бы прозрачных животных заметными. Наконец, в воде обычно содержатся взвеси, "муть", и даже частичная прозрачность может поэтому служить для маскировки.
Вторая причина отсутствия прозрачных форм среди наземных животных состоит в том, что пигментация защищает их от вредного воздействия ультрафиолетового излучения. Вода сильно поглощает ультрафиолет, поэтому для водных животных проблема защиты от него обычно не встает. Но в мелких и прозрачных водоемах в высокогорье, где интенсивность ультрафиолетового излучения велика, водные животные, обычно имеющие прозрачные покровы (например, дафнии) приобретают пигментацию и могут становиться почти черными.
Прозрачность может давать водным животным дополнительное преимущество. Она позволяет многим из них (коралловым полипам, некоторым медузам, турбелляриям и др.) жить в симбиозе с фотосинтезирующими организмами (водорослями и цианобактериями), которые обитают внутри тканей хозяина и снабжают его кислородом и органическими веществами.
Нужно отметить, что неокрашенные, полупрозрачные формы есть среди животных, обитающих в почве и в пещерах. Им прозрачность не дает преимуществ; но ультрафиолет им не страшен, а синтез пигментов требует дополнительных затрат. Поскольку покровительственная (и иная) окраска в темноте теряет смысл, без пигментов можно обойтись.
В ответе на этот вопрос большинство школьников указали на первую причину из разобранных выше. Вторая упомянута лишь в очень небольшом проценте работ. О том, что прозрачность позволяет жить в симбиозе с фотосинтезирующими организмами, не написал практически никто. Основная логическая неточность, которую допускали школьники - утверждение, что на суше мир красок разнообразнее, а значит, лучше иметь окраску под цвет фона; в воде же животное окружает вода, вот оно под цвет воды и окрашено. Встретилось также утверждение, что на суше прозрачность вредна из-за того, что более крупные животные могут не заметить прозрачного зверька и затопчут его.
ВОПРОС 4. Под водными будем понимать растения, у которых все тело или его большая часть погружены в толщу воды. Их стебли весьма своеобразны: в них почти отсутствует механическая ткань и сильно редуцирована проводящая. Основной объем стебля занимает аэренхима - паренхимная ткань с массой межклетников. Аэренхима облегчает газообмен, т.к. именно недостаток газов, а не воды, лимитирует метаболизм растения. Из механических элементов часты лишь склереиды - звездообразные клетки, служащие распорками в стебле. То же можно сказать о строении корней, черешков и листьев. Погруженные листья лишены устьиц, у плавающих устьица на верхней стороне. Более или менее редуцирована кутикула, не встречается опущение.
У погруженных растений, которые даже цветут под водой (например, наяды), пыльца червеобразная, а наружная оболочка пыльцы почти исчезла. У всех наземных растений она хорошо развита. Дополнительными указаниями на экологию может стать характер поражений обнаруженных кусочков грибами, насекомыми и т.д.
ВОПРОС 5. В сжигании опавших листьев есть свои положительные и отрицательные стороны. В результате сгорания образуется зола, являющаяся минеральным удобрением для растений.
При сжигании вместе с листьями уничтожаются вредные беспозвоночные (в том числе насекомые), микроорганизмы, споры паразитических грибов.
Однако уничтожение листьев препятствует почвообразованию, утеплению корней листовой подстилкой. При сжигании повреждается почва, корни растений, находящиеся близко к поверхности, гибнут полезные беспозвоночные, семена растений. В городских условиях листья деревьев накапливают содержащиеся в промышленных газах тяжелые металлы, а при сжигании листьев эти металлы с дымом могут снова попадать в атмосферу.
ВОПРОС 6. Каждый вид рыб приспособлен к определенным условиям обитания. Поэтому вода, обладающая физико-химическими свойствами, не подходящими для данного вида, может служить преградой для его распространения.
Для пресноводных рыб преградой является соленая вода (например, многие амурские виды отсутствуют в соседних реках, впадающих в Охотское и Японское моря) и, наоборот, рыбы, живущие в соленой воде, не могут распространяться через пресноводные водоемы. На распространение рыб оказывают влияние и другие показатели химического состава воды: содержание кислорода, токсичных веществ (рыбы не могут жить в заморных озерах, исчезают в районах сброса в реки промышленных отходов) и пр. Холодолюбивые рыбы не могут расселяться через тепловодные водоемы (например, жилой арктический голец в Западной Европе встречается лишь в отдельных горных озерах) и наоборот (обыкновенная сардина не встречается у берегов С.Америки, т.к. ей препятствует холодное Лабрадорское течение); для многих прибрежных морских рыб непреодолимы глубоководные участки открытого океана (европейский керчак встречается у берегов Европы, но не встречается у берегов Америки); участки рек с быстрым течением препятствуют распространению рыб, живущих в стоячей или медленно текущей воде (многие карповые, встречающиеся на равнинных участках рек, отсутствуют в горных участках, даже если там есть подходящие для них биотопы (озера, старицы). Наконец, вода в ином агрегатном состоянии (лед - например. участок промерзшего до дна русла) является непреодолимым препятствием для любых рыб.
ВОПРОС 7.
1) Кислица, печеночница, любка и зимолюбка не цветут одновременно. Сроки цветения: печеночница - начало мая (для Подмосковья - около 1-9 мая; Украина - раньше на 1-1,5 недели); кислица - май; любка - середина июня; зимолюбка - конец июня - июль. Основные ошибки: "зимолюбка цветет осенью или зимой - судя по ее названию", "нет таких растений - любка и зимолюбка".
2) Кислица цветет розовыми цветками (допустим ответ "белые"), печеночница - голубыми, у любки - белые соцветия, зимолюбки - розоватые. Места обитания: кислица - ельник-кисличник, печеночница - разные ельники. Основные ошибки: "цветки любки и печеночницы розовые", "эти цветки не белые" и т.д.
3) Подъельник не паразит, а сапрофит. Ошибка: "растений без хлорофилла не бывает". Кроме того, оценивались идеи: "не все бесхлорофильные растения паразитируют", "не все паразиты лишены хлорофилла", "не все бурые растения лишены хлорофилла".
4) Действительно, места кострищ и пожаров первыми заселяют лишайники. Но они не растут так быстро. Кострища зарастают через 3-5 лет. Оценивалась идея: "лишайники вообще не растут быстро".
5) Маршанция - печеночный мох. Ошибки по пп.4 и 5: "лишайники на кострищах не растут", "нет такого растения - маршанция".
6) "Цветки ромашки": у ромашки - соцветия.
7) "Лютик о желтым млечным соком" - чистотел. Когда сок застывает, он действительно приобретает темно-оранжевый цвет. Для рода "лютик" млечный сок вообще не характерен. Ошибка: "млечный сок не бывает оранжевым".
8) "Крапива с белыми цветами" - яснотка, которую, разумеется, не собирают на щи (иногда в работах ее называли "глухой крапивой"). Оценивались идеи: "Цветки крапивы зеленые", "крапива с белыми цветками - яснотка" и т.д. Ошибка: "крапива не цветет".
ВОПРОС 1. Многие методы борьбы с эпидемическими заболеваниями
человека существовали издревле, хотя бы и в зачаточном
состоянии. В древние и средневековые времена понимали значение
следующих методов:
- изоляция больных в специальных помещениях
(чума) или поселениях (проказа; впрочем, до сих пор неясно, как
передается эта болезнь);
- особая санобработка одежды (халаты, пропитанные дегтем), воды
(серебряная посуда); сжигание личных вещей и жилищ умерших;
особые правила захоронения (глубокие могилы, едкие вещества,
отпугивающие крыс);
- медикаментозное лечение, производившееся самим народом или
более ученым слоем населения (тибетская медицина, например,
успешно применяла сложные травяные смеси для лечения гепатита В;
современные медикаменты на вирусный гепатит не действуют);
- повышение иммунитета организма (втирание оспенных струпьев в
средневековом Китае);
- повышение психологической устойчивости населения (хорошо
проведенное богослужение - мощный стимул для верующего человека).
В современных условиях все эти методы ставятся на научную основу. Новым является выделение возбудителя инфекции, изучение его жизни в культуре, в организме и в природной экосистеме. Весьма важным новым фактором является массовость обследований на носительство инфекции, вакцинаций и уничтожения переносчиков. Новым является подход, основанный на массовом изменении свойств возбудителя или переносчика (например, выпуск стерилизованных самцов комаров). Естественно, по-новому происходит психологическая работа с людьми (особенно с атеистами).
ВОПРОС 2. Прежде всего, отметим, что врач, скорее всего, будет подходить к заболеванию с земными мерками, т.е. искать причину, которую может вообразить (нетривиальную болезнь придумали братья Стругацкие: в их повести "Время дождя" ("Гадкие лебеди") члены одной из популяций людей болели и умирали, если им не давали читать новых книг).
Если держаться в привычных рамках, то следует проверять неблагоприятные факторы среды - физические (излучения, как источник изменений в метаболизме и как мутаген; инфразвук, угнетающий психику и др.), химические (состав атмо-, гидро- и литосферы), биологические (микроорганизмы, паразиты, токсины), изучать симптомы и биохимические основы самой болезни. Подробнее обо всех методах медицинского обследования заболевших можно ознакомиться по медицинской литературе. Мы же коротко охарактеризуем особенности ответов школьников на этот вопрос.
Более трети школьников (72 из 200) предлагали взять у заболевших анализы, хотя мало кто указывал, какие именно и что в них искать. Предложения: изучать симптомы; изучать пути заражения; анализировать физико-химические факторы среды; изучать поражения больных органов - содержатся в 40-50 работах каждое. Работы, где предлагаются конкретные методы медико-биологических исследований, более редки (ни один метод не упоминается более чем в 30 работах). Идея, что заболевание может происходить от психических факторов (стресс, несовместимость в коллективе) содержится в 14 работах. Резонное указание на возможность болезни, природу которой земной разум понять пока что не в состоянии, в работах школьников не обнаружено.
Характерная ошибка, замеченная проверяющим - незнание примерных размеров бактерий и вирусов.
ВОПРОС 3. Состав материнского молока у млекопитающих является признаком, подверженным отбору. Естественно, что в процессе эволюции в пределах каждого вида выработалось соответствие между составом молока и потребностями детеныша. Поэтому можно с уверенностью утверждать, что "чужое" молоко всегда будет хуже "своего". Важное значение, во-первых, имеет концентрация в молоке различных питательных веществ. Она может варьировать от вида к виду. Так, например, в коровьем молоке белка почти в три раза больше по сравнению с человеческим, но при этом содержание наиболее биологически ценных белков - лактальбумина и лактоглобулина - в молоке обоих видов одинаково. Отличия есть также в солевом и углеводном составе.
Для того, чтобы вскармливание животным молоком было безопасным, его приходятся разбавлять и добавлять в него некоторые вещества (например, углеводы).
В молоке содержится много витаминов, ферментов (амилаза, липаза и т.д.) и антител, определяющих устойчивость детского организма к инфекциям в первые месяцы жизни. Следует ожидать, что они будут хуже работать в организме детеныша другого вида.
Нельзя упускать из вида и "техническую" сторону проблемы. Через молоко от животного к ребенку могут быть перенесены патогенные микроорганизмы (например, возбудитель бруцеллеза от больных коров). Кроме того, молоко - отличная среда для размножения случайно попавших в него микробов. Поэтому неизбежна стерилизация молока перед употреблением. Однако нужно учитывать, что даже кратковременное нагревание может привести к инактивации витаминов, ферментов и антител. В чужом молоке могут содержаться и аллергены.
Не исключено также, что само грудное вскармливание как процесс важно для ребенка в первые месяцы жизни, и утрата такой "прямой" связи с матерью может отрицательно сказаться на развитии ребенка.
ВОПРОС 4. Разнообразие температурных условий на Земле - холодные
пустыни Восточного Памира, тундра, субтропические жаркие пустыни, саванны,
леса наших умеренных широт - привело к возникновению экологических групп
растений, по-разному приспособленных к действию этого вредного фактора.
Приспособления растений распадаются на 2 типа:
1) перенесение крайних температур (т.е. "непривычных" для данного растения);
2) рост в температурных условиях естественного местообитания
(будь то высокие или низкие температуры).
При "непривычных" температурах растения не выживают по разным причинам. При низких отрицательных температурах они обычно погибают от того, что при внутриклеточном льдообразовании механически повреждаются растущими кристаллами льда мембраны клеток. При этом нарушается избирательная проницаемость клетки, мембраносвязанные белки и метаболиты выходят в цитоплазму и бесконтрольно взаимодействуют между собой, что приводит к раскоординации всех жизненных процессов. Кристаллы льда, образующиеся в межклетниках, оттягивают воду из клеток, сокращается клеточный объем, мембрана натягивается между сжимающейся цитоплазмой и клеточной стенкой и лопается. Высокие повреждающие температуры тоже влияют, главным образом, на мембрану, нарушая ее проницаемость для различных веществ, "выпускают" из "клеточных депо" ферменты, гидролизующие белки. Выделяющийся при этом аммиак губительно влияет на клетку. К действию высоких температур очень чувствительна фотосинтетическая система, дыхательные ферменты. При действии крайних температур ответом клетки, как и при любой стрессовой ситуации, будет усиление дыхания, подавление фотосинтеза. Вот от таких повреждений приходится защищаться. В данном случае защита клеток будет иметь временный характер и проявляться на физиологобиохимическом уровне. Известно, что при экстремальных высоких температурах в клетках растений приостанавливается основной синтез и начинают синтезироваться так называемые белки теплового шока. Предполагается, что они предохраняют клетку от перегрева, препятствуя разрушению мембран, распаду основных клеточных белков. Такие же белки-защитники появляются и при низких температурах. Начинают синтезироваться осмотически активные вещества. Мембраны клеток тоже способны быстро перестроиться: при низких температурах они становятся более текучими, а при высоких, наоборот, жесткими, что позволяет сохранить целостность клетки. Вот, пожалуй, и все возможные (недостаточно надежные) способы, которыми могут защититься клетки растений, не приспособленных к данным температурам.
Во втором случае приспособления отражаются на структурной организации клетки. Например, чтобы избежать льдообразования при низких температурах, клетки паренхимы у северных растений содержат разнообразные включения - масла, слизи, сахара, инулин - "растительные антифризы". Столбчатой ассимиляционной ткани свойственна мелкоклеточность, что приводит к возрастанию отношения площади клетки к ее объему и, соответственно, способствует быстрому обезвоживанию. Такие клетки имеют жесткую и толстую клеточную стенку, препятствующую сжиманию протопласта, которое может произойти при потере воды. Плазмодесменные канальцы при понижении температуры способны быстро закрываться специальными белками, т.к. при открытых плазмодесмах в случае образования центра кристаллизации в одной клетке, лед быстро распространяется на всю ткань. В цитоплазме между микрофиламентами образуются дополнительные точки скрепления, т.е. происходит увеличение числа ячеек, заполненых антифризами и тогда не возникает центра кристаллизации и вода переходит в стекловидное состояние. Все перечисленные способы приспособления в разной степени реализуются у разных организмов. У растений, произрастающих в зоне высоких температур, наблюдается сильное развитие механических и проводящих тканей. Клетки эпидермиса выделяют на поверхность листа восковое вещество, образующее толстый защитный слой - кутикулу. Клетки таких растений характеризуются большой вязкостью цитоплазмы. Их белки способны функционировать при таких температурах. Фотосинтетическая и дыхательная система - термоустойчивы.
Известно, что чем моложе клетка, чем на более ранней стадии дифференцировки она находится, тем хуже она переносит воздействие высоких и низких температур, поэтому такие растения защищают активно делящиеся клетки, т.е. почки бывают очень кожистые, у арктических растений закладываются вблизи поверхности земли.
Обводненность клеток также сказывается на устойчивости. Известно, например, что сухая пыльца может выдерживать до -15°С, а влажная при таких температурах погибает. Сухие мхи выдерживают температуру до +95°С, а влажные лишь до +40°С.
Все эти приспособления правильнее было бы назвать не защитой, а адаптацией, потому что данные температуры даже необходимы для существования многих из этих "экстремальных" растений.
ВОПРОС 5. Выделение у растений имеет три основные цели: удалить нежелательные вещества, защитить растение и передать информацию соседям.
Через устьица путем простой диффузии в атмосферу уходит углекислый газ, образующийся при дыхании растений, кислород - один из продуктов фотосинтеза, и вода. Потеря воды (транспирация) - неизбежная плата за фотосинтез, а в жаркую погоду - средство от перегрева. У многих растений есть еще и водяные устьица - гидатоды, - через которые выделяются излишки воды: растение гуттирует. Каждый видел капельки "росы" на листьях злаков, манжеток, по краю листочков земляники. Эта "роса" - результат гуттации.
Сезонное опадение листьев (у всех растений), коры или ветвей (у некоторых) - тоже способ избавиться от нежелательных метаболитов, например, оксалатов.
Различные железки служат для выделения в среду разнообразных веществ. Франкения, живущая на солончаках, выделяет соль и откладывает ее в виде кристалликов на листьях. Многие растения выделяют эфирные масла (часто жгучие), нередко имеющие бактерицидную и фунгистатическую активность. Корни некоторых растений выделяют в почву вещества, угнетающие рост других растений. Кроме того, с помощью корневых выделений растения, по-видимому, "общаются" друг с другом. Изучение этого вопроса только начинается.
Нельзя не упомянуть о выделении ароматных веществ и нектара, служащих не только для привлечения опылителей, но и для питания растущих завязей, координации их роста.
ВОПРОС 8. Вопрос относится к типу вопросов "на перечисление", однако для успешного ответа на него требуется умение сопоставлять имеющиеся знания из различных разделов программы.
Чаще всего в ответах упоминалась транспортная функция крови. транспорт газов (02 и СО2) и транспорт питательных веществ и продуктов распада. Далее шли: широко понимаемая защитная функция (сюда входили: иммунитет (объяснения связи между этой функцией и кровью были весьма разноуровневыми), свертывание крови (оценивалось только в случае объяснения, зачем оно нужно,кроме уменьшения кровопотери) и защита от хищников с помощью ядовитой гемолимфы), терморегуляция, гормональная регуляция. Некоторые школьники предпочитали расплывчатую формулировку ("поддержание гомеостаза") - это тоже оценивалось, но невысоко. Очень немногие приводили гидростатическую ("гидростатический скелет") и гидродинамическую (иглокожие, пауки) функции. Оценка той или иной идеи значительно повышалась, если механизм осуществления функции описывался детально, на корректных примерах.
Основные ошибки. Многие школьники вообще не знают термина "гемолимфа" или путают гемолимфу с лимфой позвоночных. Зная, что у насекомых гемолимфа практически не играет роли в транспорте газов, многие школьники предполагают (возможно, неосознанно), что таково положение и у всех, обладающих ею. Другие наделяют гемолимфу иммунными (связывание антигенов) или свертывающими способностями. Очень много путаницы в физиологии земноводных - их крови отказывают в функции транспорта газов (из-за наличия кожного дыхания) и особенно часто - в терморегуляционной функции.
Значительной части школьников вопрос показался неинтересным. человека (около 9%) не отвечали на него.
ВОПРОС 7. Основные способы защиты можно подразделить на способы избежать встречи с хищником, способы индивидуальной защиты от встретившегося хищника и способы сохранения семьи, популяции или другой группировки, даже ценой гибели отдельных особей.
Способы избегания хищника:
- строительство убежищ или использование природных укрытий;
- затаивание;
- покровительственная окраска (часто совместно с затаиванием);
- сожительство с хищником, которому оно приносит пользу, как
способ избежать других хищников.
Способы избежать последствий встречи:
- бегство;
- отвлекающие маневры при бегстве (чернильный мешок головоногих моллюсков);
- разные способы отпугивания (глазчатый пятна у гусениц,
агрессивное поведение);
- мимикрия;
- зубы, копыта, рога и прочие приспособления, которыми можно наносить раны;
- электрические органы;
- ядовитость, несъедобность.
Способы опасения группы:
- забота о потомстве;
- сигнализация об опасности (в том числе с выделением касты сторожей).
ВОПРОС 1. Может, если третий вид прямо (через цепи питания) или косвенно связан с любым из первых двух или с обоими конкурирующими видами. При конкуренции, как при непосредственном взаимодействии, так и при взаимодействии за ограниченный ресурс; может происходить прямое или опосредованное подавление первых двух видов. При этом третий вид будет испытывать как положительные, так и отрицательные воздействия. Так, при аменоализме, паразитизме или хищничестве по отношению к третьему виду, последний получает определенное преимущество, т.к. в любом случае численность первых двух видов снижается. При обратном соотношении, когда третий вид сам выступает в роли хищника, паразита или коменсала или когда первые два вида (или любой из них) связаны о ним взаимоотношениями протокооперации или мутуализма воздействие конкуренции будет отрицательным, т.к. будет снижаться численность доступных жертв, хозяев и т.д. Если в результате конкуренции происходит подавление только одного из первых двух видов, например, при конкурентном вытеснении, то третий вид будет испытывать воздействия в зависимости от того, каким конкретным типом взаимодействий он связан с каждым из конкурирующих видов.
ВОПРОС 2. Каждая клетка многоклеточного организма является только частью этого организма, т.е. структурно-функциональной единицей более сложной системы, которой является организм. Функционирование любой клетки в составе организма в той или иной мере обеспечивает жизнь других клеток и в свою очередь зависит от них. Поэтому клетки многоклеточных образуют специальные межклеточные контакты, которые не только скрепляют клетки между собой, но и выполняют функцию межклеточной коммуникации. В клетках многоклеточных всегда есть рецепторы, воспринимающие химические сигналы от других клеток. Размножение клеток многоклеточных ограничено и зависит от потребностей организма. Клетки многоклеточных всегда более или менее специализированы к выполнению той или иной функции. В процессе онтогенеза они проходят многостадийную дифференцировку, как привило, необратимую. В составе многоклеточного организма всегда можно найти клетки, находящиеся на разных стадиях дифференцировки. В том числе встречаются клетки в терминальной стадии дифференцировки, жизнь которых поддерживается только организмом, например, эритроциты или ситовидные трубки. Естественная или вызванная внешними воздействиями гибель отдельной клетки не означает гибели всего организма. Поэтому клетки многоклеточных (кроме клеток зародышевого пути) имеют ограниченный срок жизни и постоянно обновляются. В клетках же одноклеточных сосредоточены все жизненные функции организма. Их гибель - это гибель организма. Поэтому клетки одноклеточных размножаются неограниченно и в этом смысле "бессмертны". Они взаимодействуют с другими клетками только во время полового процесса. Дифференцировка одноклеточных состоит в переходе одних жизненных форм в другие, причем эти переходы обратимы. В клетках одноклеточных могут содержаться специальные структуры, нужные им для их жизнедеятельности и обычно не встречающиеся у многоклеточных: глазки, сократительная вакуоль, рот, порошица, сложно организованная пелликула. Наконец, все многоклеточные - эукариоты, тогда как среди одноклеточных есть и эукариоты, и прокариоты.
ВОПРОС 3. Основные приспособления к продолжению рода у животных, живущих разреженно, распадаются на две группы. Первая из них - это приспособления, облегчающие встречу половых партнеров при половом размножении. Прежде всего, это разнообразные запаховые метки или системы меток, которые помогают самцу найти готовую к размножению самку (многие хищные); в период размножения запаховое мочение усиливается и у самцов (например, у бурых медведей) что, по-видимому, также позволяет самкам быстро находить самцов. У многих видов (например, некоторые чешуекрылые) самки в период размножения выделяют особые феромоны, к которым самцы высокочувствительны и способны улавливать их за несколько км от самки.
Ряд видов привлекают половых партнеров при помощи звуков, которые могут издавать как самцы (песня птиц, крики прямокрылых, брачные крики амфибий), так и самки (пение самок бурундуков, крики самок лося, пение цикад). Альтернативой сложным приспособлениям, облегчающим поиск полового партнера, является моногамия (образование постоянных пар). Она часто возникает у видов, обитающих в биотопах со сложной, "островной" структурой, а также появляется у большинства видов при низкой численности, хотя в годы высокой и средней численности она им несвойственна. Как крайний случай моногамии (укрепления связей половых партнеров) можно рассматривать феномен паразитических самцов (некоторые глубоководные рыбы, морские уточки и др.), когда маленький самец приклепляется к нормально развитой самке. Другой тип приспособлений - это синхронизация размножения в местах массового сбора (например, гренландские тюлени имеют лишь три таких места, хотя ареал их охватывает весь север Атлантики). Такой тип размножения требует далеких миграций к местам сбора. Еще одним возможным вариантом является удлинение периода, во время которого особь способна к размножению, с тем, чтобы встреча партнеров в любой момент была результативной. Как частные случаи этого явления можно рассматривать раннее половое созревание, быстрое возобновление половых продуктов и т.д. Еще один случай - консервация спермы самца в половых протоках самки: в данном случае поиски полового партнера сводятся всего к одной встрече. Для ряда видов характерен полный отказ от сложных поисков партнера и переход к размножению без него. Это может быть гермафродитизм, партеногенез или бесполое размножение. Интересно, что при встрече двух гермафродитных полихет-офриотрох их пол может переопределяться, и они приступают к половому размножению. Некоторые партеногенетические рыбы (серебряный карась в Казахстане) нерестятся вместе с другими видами и сперматозоиды других видов стимулируют их икру, запуская деление.
ВОПРОС 4. См. ответ на вопрос 4 седьмого класса.
ВОПРОС 5. ГЭС: затопление земель, наиболее плодородных пойменных участков, зарегулирование стока реки приводит к заилению, исчезают паводки и половодья, играющие очистительную роль.
Образование больших масс воды с замедленным течением (обычно мелкие водоемы) приводит к цветению. Например, Киевское водохранилище уже не может обеспечивать город питьевой водой. Происходит несмешивание годовых стоков воды. Плотины препятствуют ходу проходных рыб, изменяют климат - он делается более влажным, мягким.
ТЭС: Выбросы продуктов сгорания-окоидов углерода, азота и серы а также золы. Работает на невосполнимых ресурсах - торфе, сланце, угле. Создается парниковый эффект.
АЭС: Радиоактивное заражение. Необходимость постоянных захоронений продуктов распада, охлаждающей реакторы воды и т.п.
Ветряные, солнечные, приливно-отливные, волновые - наилучшие, т.к. используют постоянно восполняющуюся энергию солнца, вращения луны и т.п.
Способы уменьшения вредных влияний:
ГЭС: Временные плотины, небольшие водохранилища.
АЭС: Усиление контроля, перевод охлаждения на замкнутый цикл.
ТЭС: Фильтры, улавливающие вредные газы и твердые частицы.
ВОПРОС 6. Практически все ответы так или иначе подразумевали усиление антропогенного влияния на природные популяции. Наиболее часто указывались такие факторы, как смещение ареалов (отступление животных из освоенной человеком местности или, наоборот, заселение ими принципиально новых биотопов (городов, агроценозов) может приводить к встрече видов, ранее изолированных друг от друга) и то, что животные тех видов, численность которых резко снижена, испытывая затруднение в поисках полового партнера, могут скрещиваться с близкими видами (в основном упоминались волко-ообачьи гибриды). Предлагались и механизмы разрушения других форм изоляции - временной (покос и уборочная для луговых и полевых видов сильно стандартизирует сроки размножения; световой режим города сбивает животных, ориентированных на фотопериодизм и т.п.), экологической (уменьшение числа различных биотопов в пределах одного ценоза - например, саженый лес одного возраста с вычищаемым подлеском и сухостоем; разрушение ценозов - распашка степи и т.п.), отологической (в одной из работ предлагался такой механизм: независимое возникновение промышленного меланизма у разных видов бабочек может нейтрализовать изолирующее действие различий в их окраске, тем более, что для самцов некоторых ярко окрашенных видов темная окраска самки - сверхстимул).
Менее высоко оценивались ответы, подразумевавшие непосредственное разрушение человеком межвидовой изоляции: акклиматизацию (или непреднамеренный завоз животных за пределы их ареала), совместное содержание в неволе и т.п.
Неверной была признана идея о том, что большая частота обнаружения гибридов - просто результат более внимательного (или более добросовестного) изучения природных популяций. Действительно, речь в вопросе идет о давно и хорошо известных видах, и никто не мешает современным зоологам пересмотреть коллекции своих предшественников, переопределив "уродцев".
К другим распространенным ошибкам относилось "стихийное дефризианство" школьников - вера во всемогущество мутаций, которые запросто могут превратить брачные участки и ритуалы одного вида в участки и ритуалы другого (а мутагенное загрязнение среды, понятно, растет); а также представления о виде как сорте, породе, породной группе (соответственно, рост числа гибридов - результат деятельности генетиков и селекционеров).
ВОПРОС 7. Могут произойти следующие события: либо популяция исчезнет совсем, не имея возможности самовозобновляться, либо видимых изменений не произойдет, если уровень естественной гибели растений выше, чем уничтожение их при сборе (вспомните полевые васильки), либо - более сложная и многогранная ситуация - будут возникать изменения как в структуре ареала; так и в морфофункциональной организации растений.
Рассмотрим подробно эти изменения. Мы можем наблюдать сокращение ареала произрастания при интенсивном сборе растений на его границе, т.к. здесь популяция очень неустойчива. Возможно и его увеличение за счет распространения семян в букетах на различные расстояния. Уменьшится численность растений внутри ареала. Если сбор ведется в определенные месяцы года, то вполне возможно изменение возрастной структуры популяции, возможен также сдвиг сроков цветения. В результате такого бессознательного отбора, когда уничтожаются растения с красивыми цветами, в популяции сохраняются мелкоцветковые неяркие формы. Если сборщиков привлекает и запах, то, очевидно, по этому признаку тоже произойдет отбор.
Интересно проанализировать разницу в изменениях, которые могут произойти с однолетними и многолетними растениями. Т.к. многолетники могут размножаться вегетативно, то их выживаемость выше. Как правило, сроки развития семян у многолетников длиннее, У тюльпана, например, проходит 4 года от семени до цветка, значит, генетические изменения реализуются только через 4 года. Популяция однолетников более уязвима, потому что сбор на букеты лишает растения возможности оставить семена, но с другой стороны, более подвижна генетически, что позволяет ей лучше приспособиться к существованию в данных условиях.
Популяция, накапливающая такие изменения может просуществовать довольно долго, а может быстро выродиться из-за снижения конкурентоспособности и быть вытеснена другими растениями.
ВОПРОС 1. Нет, не всякое. Будем аргументировать это утверждение:
Во-первых, не всякое изменение последовательности ДНК, нарушение ее структуры "доживет" до того, когда с этого поврежденного участка считается РНК, так как в клетке существует особая система ферментов репарации, которая "исправляет ошибки" в структуре ДНК.
Во-вторых, не все участки ДНК кодируют белки. Например, мутация может произойти в одном из генов транспортной или рибосомной РНК. Плюс к этому, гены эукариот имеют так называемое "мозаичное" строение - участки, которые несут информацию о структуре белка (экзоны), на протяжении одного гена перемежаются о участками, которые не "отвечают" за структуру белка и в дальнейшем вообще удаляются при созревании матричной РНК. Такие участки ДНК называют интродами. В таком случае, мутация, произошедшая внутри интрона, практически не окажет влияние на структуру и функцию белка, который кодируется "мозаичным" геном. Полностью отрицать влияние такой мутации все же нельзя, т.к. интроны нужны для правильного "созревания" мРНК (этот процесс называют сплайсингом) и для регуляции активности некоторых генов. Есть участки ДНК, с которых транскрипция вовсе не идет.
В-третьих, генетический код вырожден, т.е. несколько триплетов могут кодировать одну и ту же аминокислоту. Таким образом, при точечной мутации внутри гена вероятность замены одной аминокислоты на другую снижается.
В-четвертых, мутация может привести к тому, что одна аминокислота в белке все же заменится на другую, но по своим свойствам эти аминокислоты будут различаться мало (т.е. какая-нибудь неполярная кислота заменится на неполярную, ароматическая - на ароматическую). В таком случае структура белка может не измениться, или измениться столь незначительно, что на его функции (например, на ферментативной активности) это не отразится.
В-пятых, известно явление супрессии мутаций, когда изменения в одном гене компенсируются изменениями в другом. Например, бессмысленный кодон, возникший посреди гена, может узнаваться новой мутантной тРНК.
ВОПРОС 2. При половом размножении вероятность для данной особи оставить потомство будет непосредственно зависеть от того, с какой вероятностью произойдет ее скрещивание с особью противоположного пола. Вероятность скрещивания прямо зависит от эффективной численности или, вернее оказать, плотности особей в популяции. Указание на плотность не случайно, т.к. в некоторых случаях даже при низкой численности встреча особей разного пола осуществляется с использованием специальных механизмов или определенных участков (токовища и пр.). С другой стороны, например, у грызунов, высокая численность (плотность) может вызывать реакции стресса, следствием которых будет устранение части особей от размножения. При бесполом размножении (вегетативное размножение у растений, облигатный партеногенез у животных) вероятность оставления потомства у особи женского пола практически не связана с численностью других особей в популяции. Как следствие этого бесполое размножение часто встречается в экстремальных для вида условиях, на границах ареала. Так у арктических растений вегетативное размножение встречается с большей частотой, чем у растений средней полосы.
ВОПРОС 3. Сразу же отметим, что речь идет о растениях, на которых наиболее удобно изучать научные закономерности, а не о хозяйственно важных объектах, работать с которыми приходится независимо от их удобства. Понятно, что лучше всего работать с растением, у которого продолжительность поколения невелика, а потомства достаточно много. Подходящие объекты можно обнаружить среди одноклеточных водорослей, а для высших растений - среди эфемеров. (Зато высшие растения, способные многократно цвести и плодоносить, можно использовать для анализирующего скрещивания родителей с потомством).
Особенности полового размножения очень важны при работе с объектом. Так, горох оказался удобен тем, что строение его цветка защищает пестик от посторонней пыльцы, а самоопыление можно предотвратить, удаляя тычинки с незрелыми пыльниками. Цветковые растения нередко способны также к апомиксису - размножению без оплодотворения. Неконтролируемый переход к апомиксису может полностью исказить анализ, (Так, например, произошло о ястребинкой, на которой пытался подтвердить свои законы Мендель). А вот переход к апомиксису, наступающий в определенных условиях, дает генетику дополнительные возможности. Способность к вегетативному или бесполому размножению также очень ценна, поскольку позволяет получить генетически однородные клоны. (Очень полезно для изучения мейоза и кроссинговера, если все четыре продукта мейоза лежат под одной оболочкой. Так бывает у некоторых водорослей, а также у мужских спор высших растений (распадаются при дозревании)).
Существенно облегчает работу возможность исследовать гаплоидное поколение. Удобны для этого некоторые водоросли. Для семян хвойных возможен цитологический и биохимический анализ гаплоидного эндосперма.
Безусловно важно, чтобы признаки, с которыми приходится работать, были четко выражены, хорошо определены генетически и мало зависели от условий выращивания. (Интересы и методы генетики не ограничиваются генетическим анализом). Ценные данные дает цитогенетический метод, для которого удобнее растения с умеренным числом хорошо отличимых хромосом. Полезна также возможность получать различные хромосомные перестройки и полиплоидные формы.
Хорошо, если можно основать культуру тканей и клеток данного вида. С ней удобнее работать разнообразными методами. Для ограниченного числа видов из такой культуры можно регенерировать целые растения. У растений интересны для изучения вегетативные мутации. На видах, допускающих прививку, можно изучать даже те из них, которые дают неспособный к самостоятельной жизни мутант. У кактусов так получают бесхлорофильные формы.
Для многих частных задач полезными оказываются и иные свойства различных растений. (Но пока они используются далеко не полностью. Причина в том, что научная и практическая важность генетики растений стала понятной лишь недавно, а среди других организмов есть более полно удовлетворяющие перечисленным требованиям).
ВОПРОС 4. Утверждение "а" неверно, во-первых, потому, что полезное уклонение не единично: любые мутации, пусть даже очень редкие, возникают с определенной частотой. Далее, если отбор благоприятствует сохранению таких мутаций, т.е. их носители имеют определенное преимущество, то они имеют возможность распространиться в популяции (увеличить свою частоту). Во-вторых, представлению о "растворении" мутации в последующих поколениях противоречат законы наследования. Для моногенных признаков это означает сохранение любого аллели даже в случае полного отсутствия его фенотипического проявления, для полигенных признаков - еще и возможность постепенных изменений в результате "накопления" мутантных аллелей во всех локусах, ответственных за проявление данного признака.
"б" - для организма вредны мутации с сильным фенотипическим эффектом, мутации, не имеющие такого эффекта, в принципе могут быть полезны (или, как минимум, нейтральны) даже в стабильных условиях. При изменении условий мутации, не снижающие жизнеспособность своих носителей слишком сильно, могут стать полезными, т.е. сделать приспособленность их носителей больше приспособленности особей с прежней нормой.
"в". Внешние факторы, обусловливающие изменения организмов в геологическом масштабе времени, действуют не "мгновенно", что и делает появление изменений, даже очень сильных, принципиально возможным. С другой стороны, из практики селекции некоторых групп, например, микроорганизмов, известно, что сильные изменения могут быть получены за несколько поколений. Это значит, что утверждение "в" верно далеко не во всех случаях.
ВОПРОС 5. Механизмы сукцессий растительных сообществ могут быть достаточно разнообразными. Вопрос подразумевает формулировку нескольких возможных причин смены одних видов другими и описание экспериментов, позволяющих доказать правомерность того или иного объяснения. Приведем несколько возможных вариантов.
1. Согласно концепции Ф.Клементса, основная причина сукцессий - создание видами растений предыдущих стадий благоприятных условий среды для видов последующих стадий. Для проверки этих предположений возможно проведение двух типов экспериментов: а) изучив, например, свойства почвы под растительными сообществами разных стадий сукцессии, искусственно изменять их (например, внося удобрения) и наблюдать, какое влияние оказывают эти свойства почв на ход сукцессии по сравнению с контролем ("нормальным" ходом 'сукцессии); б) удалить виды начальных стадий (выпалыванием, избирательными гербицидами) и сравнить ход сукцессии в этом случае с контрольным.
2. Причиной сукцессии может быть разновременное поступление семян растений в сообщество: семена однолетних сорняков имелись в почве изначально после пашни, а занос семян видов коренной прерии происходит медленно и постепенно в ходе сукцессии. Для проверки этого предположения необходима оценка количества жизнеспособных семян в почве и постановка экспериментов с дополнительным внесением семян видов поздних стадий сукцессии в сообщества начальных стадий.
3. Причиной смен видов может быть разная устойчивость растений к фитофагам, паразитам и болезням. Необходимы прямые опыты, подтверждавшие это предположение, а также полевые эксперименты с искусственным увеличением или уменьшением численности фитофагов или паразитов и оценкой их влияния на ход сукцессии в сравнении о контролем.
4. Причиной смен видов может быть разная толерантность (устойчивость) видов растений начальных и последующих стадий сукцессий к условиям затенения, недостатка элементов минерального питания и др., которые создаются в результате обострения конкурентных отношений между растениями. Семена многих сорняков, например, не прорастают в густой тени. Эксперименты, в которых искусственно создаются такие условия на ранних этапах сукцессии. также могут помочь оценишь роль этих факторов для смены видов.
ВОПРОС 6. Ответ на этот вопрос может быть достаточно пространным. Поэтому нам хотелось увидеть в первую очередь не детальное описание конкретных транспортных систем, а перечень различных механизмов с той или иной их классификацией. Оценка за ответ определялась количеством указанных механизмов, частотой их встречаемости в ответах участников тура, а также значимостью и оригинальностью приводимых идей.
Общий перечень механизмов транспорта, указанных в работах школьников, весьма внушителен - 21 пункт. Оптимальной для упорядочения данных идей нам представляется следующая классификация.
1) Системы переноса веществ между различными органами (транспорт, осуществляемый кровеносной, пищеварительной, выделительной, дыхательной системами, работа секреторных желез);
2) Передача веществ внутри ткани (здесь наиболее содержательно можно охарактеризовать механизмы транспорта во внеклеточных жидкостях - на примере крови, лимфы, а также межклеточный перенос веществ через ограниченные рецепторные участки - на примере синапсов);
3) Транспорт, осуществляемый мембранными структурами клетки, (фагоцитоз, пинодитоз, функционирование аппарата Гольджи);
4) Транспорт в клетке, осуществляемый отдельными молекулами или их комплексами (тРНК, направленный перенос веществ через мембраны, полиферментные комплексы);
5) Физические и химические основы транспорта (диффузия, в том числе через полупроницаемые мембраны; поддержание градиента концентраций веществ за счет их трансформации в организме или обмена с внешней средой; внутри- и межмолекулярные перегруппировки - как для встроенных в мембраны, так и для других веществ).
К сожалению, большинство работ были очень слабыми. Школьники ограничивались несколькими идеями. Из 507 отвечавших на этот вопрос (общее число работ - 528) 194 получили 0 баллов; в этих ответах, как правило, приводится всего один механизм.
Хороших ответов довольно мало. Более трети от максимально допустимого по критерию проверки балла (а именно - более 3 баллов) набрало всего 9 человек. Значительная часть содержательных ответов весьма хаотична. Классификация механизмов, если она имеется, обычно состоит в их разделении на макро- (пп.1,2,5) и микро ( ш! .3-5) уровни. Другие схемы - транспорт различных классов веществ, эволюция механизмов транспорта - практически не встречались.
Учащиеся, догадавшиеся, что в транспорт входят и различные процессы на молекулярном уровне, резко вырывались вперед. В значительной степени с этим связан существенно более высокий средний балл московских школьников по этому вопросу.
Какие идеи чаще всего встречались в работах? Ответ довольно грустный - те, которые в школьных учебниках сопровождаются словом "транспорт": осмос, проводящие пути растений, кровеносная система и тРНК. Вспомнив о транспортной функции белков, ее во многих работах называют их (или ферментов) основной функцией.
ВОПРОС 7. В сущности, вопрос подразумевал главным образом рассмотрение различных функций гнезда. Понятие "гнездо" составителями трактовалось довольно широко - любые постройки, внутри которых сами создавшие их животные или их потомство находятся какое-то время.
Некоторые высказанные школьниками идеи не были предусмотрены при составлении вопроса, однако при проверке признаны правильными и оценены наряду с предусмотренными.
Почти все школьники (491 работа) писали об использовании гнезда для выведения потомства, однако 457 из них не рассматривали вопрос о том, каким же образом оно этому выведению потомства способствует. Довольно часто это утверждение соседствовало с другим, тоже весьма популярным (225 работ) - гнездо как средство защиты от абиотических факторов и создания благоприятного микроклимата. Однако лишь 34 школьника смогли сопоставить обе этих идеи и сформулировать мысль о том, что гнездо - это средство защиты наиболее уязвимых стадий онтогенеза (яйца, детеныши, личинки, взрослые животные в период ограниченной подвижности, например, во время сна, линьки у птиц и т.п.). Эта идея оценивалась выше, чем две предыдущих. Третье место по частоте (84 работы) встречаемости занимало утверждение о гнезде как месте хранения запасов пищи (или других важных ресурсов - например, воздуха у паука-серебрянки). Здесь следует сказать, что оценка любой идеи повышалась, если ее изложение сопровождалось корректными примерами.
Однако некоторые идеи при высказывании их в общем виде не оценивались вообще и учитывались только в случае иллюстрирования их корректными примерами. Таковы четвертая и пятая по частоте встречаемости идеи: "гнездо как своеобразное "орудие" комфортного поведения (58 работ в основном со ссылками на гнезда крупных антропоидов) и как средство защиты от хищников (маскировка или механическая защита, 27 работ). На шестом месте идея об использовании гнезда как "устройства", стимулирующего половое поведение (23 работы).
Далее идут: гнездо как часть ловчей системы (воронка муравьиного льва, норки некоторых пауков, скрывающие их от потенциальной добычи - 1^ работ), как самостоятельный механизм жизнеобеспечения (сорные куры. лабиринтовые рыбы - II работ), место искусственного выращивания пищи (2 работы). Утверждение "гнездо служит субстратом, на который птицы откладывают яйца" никак не оценивалось, но в двух работах был приведен точный пример - чомга, и эта идея была учтена. Наконец, в одной работе была высказана мысль о гнезде как месте информационного взаимодействия у общественных насекомых.
Наиболее распространенная ошибка, строго говоря, не имела отношения к существу вопроса. Дело в том, что термин "животные" многие школьники упорно считают применимым только к млекопитающим, а двое решили, что это "все кроме птиц" В ряде случаев это ограничивало возможные варианты ответов ("У птиц гнезда выполняют и другие функции, но в вопросе говорится о животных"). Многие школьники также не приняли широкого толкования понятия "гнездо", но это вряд ли можно считать ошибкой. Другая характерная ошибка - трактовка гнезда как средства защиты от хищников с некорректными примерами (зарянка, орангутанг) или вообще без оных, а также как "просто места для жилья".
Весьма часто встречались пассажи, не относящиеся к делу: описывались формы птичьих гнезд, излагались азы дарвинизма и т.п.
В целом вопрос, формально будучи вопросом "на перечисление", требовал не столько эрудиции, сколько умения рассуждать и сопоставлять, т.е. отвечал главным требованиям к олимпиадному вопросу. Школьники тоже не жаловались, так как на этот вопрос ответить хоть что-то мог почти каждый.