Ответы на вопросы находятся в конце файла (ответы публикуются без редактирования, в тексте перепутана часть номеров, классы, имеются расхождения в формулировках; полностью отсутствуют ответы на вопросы 5(7 кл.), 5(8 кл.), 2(9 кл.), 3(9 кл.), 4(10 кл.) ).
1. Какие недостатки имеются у хитиновых наружных покровов животных и как животные борются с ними?
2. У каких моллюсков отсутствует наружная раковина и почему?
3. Стебли многих растений после опыления удлиняются и разрастаются. Как Вы думаете, зачем растению это надо?
4. Известно, что покровы многих динозавров были снабжены такими образованиями, как шипы, пластины, гребни, рога. Как Вы думаете, какие функции могли нести эти образования?
5. Многие растения имеют пестики с широкими и плоскими рыльцами. Как Вы думаете, каким растениям это дает большие преимущества - насекомоопыляемым или ветроопыляемым? Ответ обоснуйте.
1. Температура тела колибри составляет днем +43 С, а ночью, в покое - +10 С. Как по-Вашему, какими особенностями жизни колибри обусловлена такая особенность их физиологии?
2. Из курса биологии известно, что существуют болезни, связанные с недостатком витаминов - гиповитаминозы. Почему избыток витаминов может также приводить к болезням? Почему иногда симптомы таких болезней совпадают с симптомами гиповитаминозов?
3. Известно, что некоторые растения, (например, мимоза и кислица) в результате прикосновения к ним складываются. Каков приспособительный смысл этой реакции?
4. Какие способы движения в водной среде неприемлемы на суше и почему?
5. Многие факторы внешней среды (температура, влажность, освещенность) влияют на растительные сообщества. Как по-Вашему, на какие сообщества - луговые или лесные - сильнее влияет каждый из этих факторов?
1. Почему, как Вы думаете, в природе существует очень мало морских цветковых растений?
2. Почему, по-Вашему, у домашних животных разнообразие окраски значительно больше, чем у их диких родственников?
3. Как Вы думаете, полезно или вредно внесение видов растений и животных в ту местность, где эти виды обитали в прошлом, но уже не обитают?
4. Какие Вы знаете системы, служащие бесхвостым амфибиям для дыхания? Как по-Вашему, почему их несколько?
5. В северных озерах молодь щуки на ранних стадиях развития питается циклопами. Как Вам кажется, чем могут быть вызваны случаи массовой гибели щурят определенного возраста в условиях изобилия циклопов?
1. Среди дарвинистов бытует мнение, что два вида, занимающие одну экологическую нишу, должны сильнейшим образом конкурировать друг с другом, так что один вид неизбежно вытесняется другим. Почему же мы часто видим, что близкие виды живут в одной местности, казалось бы, в одинаковых условиях?
2. Можно ли ожидать исчезновения из популяции рецессивного гена, который обуславливает болезнь, состоящую в том, что рецессивные гомозиготы по этому гену бесплодны?
3. Какие Вы знаете функции пигментов животных и растений?
4. В некоторых тканях животных и растений между клетками существуют цитоплазматические перемычки разной ширины. По существу, такие ткани представляют собой единое образование, называемое симпластом. Какие это ткани и что дает организму такая их организация?
5. Как Вы думаете, какие из семейств цветковых - розоцветные или сложноцветные - эволюционно древнее? Приведите доводы в пользу своей гипотезы.
Предлагаемые материалы могут быть использованы на олимпиадах и факультативах, а также предлагаться школьникам для самостоятельного изучения. Составители придерживались следующих правил: 1) вопрос подразумевает знание не только узкой области биологии, но и смежных биологических дисциплин; 2) подразумевается наличие у школьника не только фактических знаний, но и умения мыслить логически, обосновывать свою точку зрения; 3) ответ на вопрос должен быть не коротким и однозначным, а представлять собой целый ряд правильных или правдоподобных утверждений и предположений. При составлении критериев в ряде случаев приводились типичные ошибки школьников.
1. Какие недостатки имеются у хитиновых покровов (наружных), и как имеющие такие покровы животные борются с этими недостатками?
Хитиновый покров: а. исключает дыхание через кожу, отсюда специализированные органы дыхания; б. ограничивает рост, отсюда необходимость периодических линек (не обязательно с метаморфозом); в. увеличивает вес тела, поэтому у планктонных животных покров тонкий и есть выросты для увеличения плавучести; г. снижает подвижность, отсюда необходимость сочленений на теле и конечностях.
2. У каких моллюсков нет наружной раковины и почему?
Вторично утратили раковину головоногие (в связи с переходом к активному плаванию), слизни (жизнь под камнями), крылоногие (планктонное существование), паразитические моллюски. Причины исчезновения раковины у голожаберных моллюсков неясны. У моллюсков из класса бороздчатобрюхих также нет раковины, но это, возможно, наиболее примитивные моллюски, исходно лишенные раковины.
3. Стебли многих растений после опыления удлиняются и разрастаются. Как Вы думаете, зачем растению это надо?
Важно, что это происходит до или во время завязывания плодов. Это может быть необходимо для выноса завязи навстречу свету (при этом стенки завязи и разросшаяся часть стебля фотосинтезируют). Семена на длинной стрелке легче будут разбросаны, разнесены ветром, предоставлены для поедания (если им для прорастания надо пройти через пищеварительный тракт животных) или для прикрепления к животным-переносчикам. Вес зреющего плода растет, а разрастающийся стебель делается более прочным. Идея о том, что "растение просто продолжает рост, вот и стебель удлиняется" сама по себе не оценивалась.
4. Известно, что покровы многих динозавров несли шипы, пластины, гребни, рога. Как Вы думаете, каковы могли быть функции этих образований?
Часто упоминаются следующие возможности: защита (что более вероятно) и нападение (что сомнительно, т.к. шипы располагались на неподходящих для этого местах). Возможна функция терморегуляции, тем более, что, по некоторым данным, динозавры были теплокровными. Эту возможность школьники 7 кл. практически не учитывают.
5. Известно, что некоторые растения (мимоза, кислица) от прикосновения складываются. В чем может быть приспособительный смысл такой реакции?
Можно предположить, что это приспособление против а. выедания (если поникшие листья кажутся несъедобными или, например, резкое складывание листа отпугивает насекомых); б. застаивания воды в пазухах листьев, что важно в тропиках (большинство кисличных - тропические деревья). Может быть и так, что это и вовсе не приспособление, а просто от поранения в клетках падает тургор, и листья складываются. Многие школьники почему-то считают, что у растений есть нервная и мышечная системы.
6. Какие способы движения в водной среде невозможны на суше? Почему?
На суше принципиально невозможны реактивное движение (как у головоногих моллюсков, личинок стрекоз), движение по пленке поверхностного натяжения (водомерки), с помощью "гидравлических" ног (иглокожие). Движение рыб принципиально схоже с движением змей и ящериц.
1. Температура тела колибри составляет днем +43°, а ночью, в покое, 10°С. Как по-Вашему, какими особенностями жизни, колибри обусловлена такая особенность их физиологии?
У колибри очень велико отношение поверхности к объему, поэтому она быстро теряет тепло. Чтобы его восполнить, необходимо поддерживать обмен веществ на высоком уровне. Такое поддержание обусловлено, в частности, высокой температурой тела. Ночью птица впадает в оцепенение, обмен веществ снижается, для его поддержания достаточно +10°С. Это переключение дает возможность экономить энергетические ресурсы. Подобные явления наблюдаются у других мелких птиц и млекопитающих. Ошибкой является мнение о том, что данное явление непосредственно обусловлено изменением температуры среды.
2. Почему не только недостаток, но и избыток витаминов приводит к заболеванию? Почему при этом иногда симптомы гипо- и гипервитаминозов совпадают?
Просто описание разных симптомов не является ответом на вопрос. Основные возможные варианты ответа: а. при избытке витаминов организм теряет возможность их усваивать (приветствуется объяснение о расстройстве соответствующей системы ферментов); б. избыток одних витаминов ведет к плохому усвоению других; в. организм может вообще одинаково реагировать на широкий круг расстройств (реакция типа стресса). Рассуждения о функциях витаминов в организме оценивались не сами по себе, а только плюс к перечисленному.
9. Почему, как Вы думаете, в природе крайне мало морских цветковых растений?
Таких растений мало по сравнению с водорослями и по сравнению с наземными покрытосеменными. Высшим растениям вреден избыток солей (если в клетке их много, то затруднены биохимические процессы и транспирация). В водной среде затруднено опыление (у истинно морских растений нитевидная пыльца приспособлена для подводного опыления). Высшие растения возникли на суше, а в море все экологические ниши были заняты водорослями, что затрудняло вселение цветковых. Приводить кувшинку, ряску и т.п. как пример морских растений нельзя.
10. Какие Вы знаете системы, служащие бесхвостым амфибиям для дыхания? Как по-Вашему, почему их несколько?
Личинки бесхвостых дышат жабрами, причем в начале жизни жабры наружные, а потом они сменяются внутренними. Обитание в воде, при котором имеются жабры, есть проявление у личинки признаков предков - рыб. Взрослые земноводные дышат легкими и кожей. Легкие у них невелики по внутренней поверхности, да и ребер, способных растягивать легкие при вдохе, у амфибий нет. Поэтому воздух нагнетается в легкие с помощью движений дна ротовой полости. Все это делает легкие малоэффективными. Значительная (до 90 %) часть кислорода попадает в организм амфибий через кожу. Поэтому кожа амфибий ничем не покрыта, всегда увлажнена, а у африканской волосатой лягушки покрыта множеством волосовидных выростов для увеличения поверхности. У некоторых амфибий (правда, хвостатых) вовсе нет легких.
11. В северных озерах молодь щуки питается циклопами. Как по-Вашему, можно объяснить случаи массовой гибели щурят определенного возраста в условиях изобилия циклопов?
"Массовая" не значит "полная". Процент гибели растет, так как, достигнув в определенном возрасте большого размера, щурята с трудом ловят циклопов, больше распугивая их, а циклопы еще и недостаточно питательны для крупных, активных хищников. Достигнув определенных размеров, хищные рыбы в северных, бедных кормом озерах начинают питаться собственной молодью.
12. Обоснуйте, какое семейство цветковых - розоцветные или сложноцветные является более эволюционно древним.
Розоцветные древнее. Примитивные черты их цветка: неопределенно большое число частей цветка, эти части расположены по спирали и никогда не сливаются, они не окончательно дифференцированы - бывают переходы между тычинками и лепестками. У сложноцветных частей цветка строго 5, они расположены по кругу и часто срастаются. Чашелистики превращаются в пучки волосков (служат для распространения ветром). Соцветия розоцветных одноцветковые или простые, а у сложноцветных - корзинки со специализированными цветками. Данный вопрос введен, т.к. опыт показывает, что порой школьникам трудно осветить конкретный материал младших классов с новых позиции (напр., эволюционных).
13. Бытует мнение, что два вида, находящиеся в одной экологической нише, остро конкурируют, так что один из них неизбежно вытесняется. Почему же мы часто видим, что два вида (близких) живут в одной местности, казалось бы в одних и тех же условиях?
Близкие виды не обязательно занимают одну и ту же нишу, а могут различаться по спектру пищевых объектов, времени достижения максимальной численности (одни - весной, другие - осенью), тонкостям местообитания (ветки-ствол). Если ниши совпадают, но пищи избыток (трава для копытных), то конкуренции не будет. Ее нет и если численность обоих видов мала из-за хищников. Даже если конкуренция есть, то вытеснение может не наблюдаться, если это долгий процесс. Некоторые животные и растения переживают неблагоприятные условия в виде спор, цист, семян и т.п. Бывает, что ввиду неоднородности пространства и факторов среды в одних точках преимущество имеет один вид, а в других - другой. Наконец, иногда ни один вид не способен вытеснить другого, и их численности колеблются, попеременно достигая пика.
14. Исчезнет ли из популяции рецессивный ген, обуславливающий болезнь с единственным проявлением - бесплодием рецессивных гомозигот?
Пусть в идеальной популяции сначала ген встречается
с частотой р0.
В первом поколении р02 особей будут бесплодны,
а из плодовитых 1-р02 гетерозиготными носителями
будут особи в числе 2р0(1-р0). Частота
встречаемости гена среди плодовитых особей р1 станет см. табл.
В поколениях частота данного гена будет уменьшаться как на рис. Итак, в
идеальной популяции, которых в природе нет, за конечный промежуток времени
ген не исчезнет. Многие школьники не рассматривают реальных популяций, а
между тем, когда частота гена становится малой, в реальной популяции
начинают действовать случайные факторы, которые, проще говоря, могут
привести и к удалению гена из популяции.
15. Какие Вы знаете функции пигментов растений и животных?
Пигменты покровов определяют окраску животных, значение которой очевидно. Хлорофилл и другие пигменты несут фотосинтетические функции. Пигменты в цветах и других частях растения могут играть роль для привлечения опылителей. Некоторые пигменты играют роль в дыхании растений и животных, в зрении (родопсин).
Вопросы и указания составлены сотрудниками и студентами биофака МГУ, ВЗМШ АПН СССР, членами жюри и оргкомитета Биологической олимпиады школьников МГУ. Материалы для комментария получены в ходе олимпиад и турниров проводившихся в Москве, Фрунзе, Новосибирске, Рязани, Орске, Новомосковске. Вопросы, замечания и пожелания просьба присылать по адресу: 119899 Москва МГУ Биологический факультет Оргкомитет олимпиады