5 Выездной турнир по биологии 1987 г.

Ответы

Товарищи!

Предлагаемые ответы отнюдь не являются полными и исчерпывающими, а представляют собой лишь схему для дальнейших размышлений.

9 класс

1. ПЕЧЕНОЧНАЯ ДВУУСТКА питается кровью и клетками печени хозяина, которые она засасывает через ротовую присоску. Непосредственно из крови и клеток печени хозяина она строить свое тело не может, такая пища должна быть переварена, поэтому необходимо наличие развитой пищеварительной системы. Кроме того, у печеночной двуустки нет распределительной системы, и разветвленная пищеварительная система несет ее функции.

ШИРОКИЙ ЛЕНТЕЦ в тонких кишках крупных млекопитающих и человека. В том отделе тонкого кишечника, где он живет, пища уже переварена, и лентец поглощает ее всей поверхностью тела. Поэтому пищеварительная система ему не нужна.

АСКАРИДА также живет в тонких кишках млекопитающих, где пища уже переварена. Но аскарида, в отличие от лентеца, не имеет никаких органов прикрепления. Чтобы удержаться на одном месте, червю приходится активно двигаться навстречу потоку пищи. Аскарида имеет только продольные мышцы, поэтому она может только изгибать свое тело, и не может сокращаться в длину, как дождевой червь. Тело ее снаружи покрыто толстой упругой кутикулой, которая вместе с наполненной жидкостью полостью тола выполняет опорные функции. Поэтому всей поверхностью тела аскарида всасывать пищу не может, и нужна пищеварительная система, но поскольку переваривать пищу аскариде не нужно, пищеварительная система ее устроена очень просто.

2. Вопрос сводится к рассмотрению тех механизмов изоляции, которые могут не действовать при содержании в неволе. Генетическая изоляция, т.е. нескрещиваемость, обычно является следствием накопления изменений в условиях длительного действия других механизмов изоляции. Поэтому вполне естественно положение, когда полная нескрещиваемость еще не достигнута, но в природе действует набор факторов, препятствующих скрещиванию. Можно привести несколько примеров таких ситуаций:

1) Географическая изоляция - организмы обитают в разных частях ареала, в природе не сталкиваются друг с другом, но нескрещиваемость еще не достигнута;

2) Четкая приуроченность отдельных рас данного вида к различным микронишам, что приводит к отсутствию в природе возможности скрещивания. В качестве примера можно привести приуроченность определенных насекомых к кормовым растениям, при условии размножения на кормовых растениях;

3) В природе виды могут различаться по сезонам размножения, а в неволе сроки размножения могут изменяться, например, в связи с постоянными условиями.

4) Роль изолирующего механизма в природе могут играть различия в половом поведении, которое может изменяться при содержании в неволе, например, у позвоночных.

3. Эволюция - не только образование новых видов и более прогрессивных форм (макроэволюция). Это еще и изменение частот генов в популяциях под действием тех или иных факторов (микроэволюция). Возникновения новых видов рода сейчас не наблюдается, так как генетической изоляции между расами и отдельными популяциями нет, а географическая и социальная изоляция стирается в связи с активной миграцией населения и отступлением расовых и национальных предрассудков.

А вот микроэволюция человека, безусловно, продолжается, так как в популяциях человека действуют все факторы микроэволюции: наследственная изменчивость, дрейф генов, отбор, миграции. Эволюция в популяциях человека проявляется в изменении частот генов, контролирующих как биохимические, так и морфологические признаки.

Классический пример отбора по биохимическому признаку случай с серповидноклеточной анемией. Гомозиготы по гену, определяющему это наследственное заболевание нежизнеспособны и элиминируются отбором. Гетерозиготы тоже обладают пониженной жизнеспособностью, зато они устойчивы к возбудителю малярии. Поэтому в тропических странах, где малярия - все еще важный фактор отбора, гетерозиготы имеют преимущество.

Важную роль в эволюции человека играет неслучайность скрещивания в популяциях, поскольку люди сознательно выбирают супругов. Не менее важны эффекты дрейфа, т.е. случайных сдвигов в генетическом составе, особенно в маленьких популяциях, например, у небольших изолированных народов. Большую роль играют и миграции. Развитие транспорта и межнациональных контактов привело к появлению и распространению в популяциях человека генов из других, далеких популяций.

4. "Цветение" воды (т.е. массовое размножение планктонных водорослей) наблюдается при наличии следующих условий: хорошая освещенность; достаточно высокая температура; наличие в воде органики и биогенных элементов (азот, фосфор, калий и др.), отсутствие животных, способных контролировать численность водорослей. Так, если "цветения" воды в водоеме не было из-за того, что фитопланктон активно потреблялся зоопланктоном, то "цветение" воды в ведре может начаться просто потому, что в ведро не попали организмы зоопланктона, например, если ведро зачерпнули с самой поверхности, а зоопланктон в этот момент держался на большей глубине. Кроме этого, вода в ведре вполне могла нагреться. Высокая температура может сама по себе вызвать "цветение", если остальные условия выполняются. Но при более высокой температуре также снизится растворимость в воде кислорода, и зоопланктон, даже если он попал в ведро, погибнет от его недостатка.

Наконец, может сказаться и лучшая освещенность. В водоеме водоросли размножаются лишь в верхнем, хорошо освещенном слое воды. Если они неподвижны (например, диатомовые водоросли), то происходит постепенное оседание водорослей в глубинные, плохо освещенные слои. Вода в ведре, напротив, полностью хорошо освещена.

И последнее. "Цветения" в водоеме могло не быть из-за нехватки какого-либо биологически важного элемента, например, железа. Железо вполне могло попасть в воду из стенок ведра.

5. Различие может быть вызвано результатами отбора, который в лабораториях и на воле у крыс идет на устойчивость к различным факторам. Например, лабораторные животные проходят отбор на стрессоустойчивость, связанную с неволей. А природные популяции - отбор на поведенческую совместимость, в отличие от лабораторных крыс, у которых из-за отсутствия такого отбора (популяция создается искусственно: крысы ссаживаются в клетки случайным образом) встречаются крайние формы агрессивности (вплоть до того, что крысы загрызают друг друга).

Существенную роль могут играть процессы обучения (условные рефлексы); которые в популяциях, живущих в лабораторных условиях, могут протекать более эффективно.

Небольшой размер и изолированность лабораторных групп крыс приводит к инбридингу, т.е. к ограничению разнообразия генов (в том число, и ответственных за поведение), а значит, к ограничению форм поведения.

Важно учесть возможное различие условий проведения эксперимента в поле и в лаборатории (особенно таких, которые исследователи не могут фиксировать, а животные могут). Например, отличие искусственного освещения от естественного, состав воздуха, запахи, наличие растительности и т.д.

6. Чтобы установить влияние какого-либо одного фактора на биологический объект, можно поставить эксперимент, в котором варьируется только этот фактор, а все остальные сохраняются постоянными.

ОПЫТ 1. Влияние холода

Растение помещают в такие условия, где все факторы среды, за исключением температурного режима, такие же, как в характерных условиях его обитания - длина светового дня, интенсивность освещения, влажность воздуха и почвы, механический и химический состав почвы, угол падения солнечных лучей и т.д. Температура в опыте должна быть ниже, чем на северной границе ареала растении.

Такие же опыты можно провести по отношению к вышеперечисленным факторам. Эксперимент должен быть достаточно длительным, чтобы можно было исследовать влияние сезонных изменений факторов среды.

ОПЫТ 2. Посадить растение за северной границей ареала и исключать по одному влияние исследуемых факторов среды, искусственно поддерживая их на уровне, свойственном типичному местообитанию растений. Такой вариант выгоден тем, что позволяет исследовать влияние не только климатических, но и биологических факторов - наличие опылителей, специфических вредителей, распространителей семян, симбионтов и т.д.

7. Согласно распространенной теории (т.н. теория симбиогенеза), митохондрии клетки произошли от симбиотических бактерий, а пластиды - от симбиотических водорослей. Какие факты Вы можете привести за и против этого предположения?

В пользу теории симбиогенеза свидетельствует ряд черт сходства митохондрий и пластид с прокариотами. Так, в этих органеллах, как и в клетках прокариот, единственная молекула ДНК (кольцевая), мелкие рибосомы, внутренняя мембрана имеет выросты (кристы, тилакоиды), аналогичные мезосомам бактерий и одиночным тилакоидам сине-зеленых водорослей.

Пластиды и митохондрии обладают частичной генетической автономией, т.е. многие белки "для собственного пользования" кодируются их собственной ДНК, и лишь некоторые кодируются ДНК ядра. Продолжительная эволюция симбиотических отношений вполне могла привести к утрате способности к независимому синтезу или передаче информации, особенно, если эти функции дублировались клеткой-хозяином.

Пластиды и митохондрии способны к самостоятельному размножению, не зависящему от деления клетки. Они размножаются делением надвое, схожим с делением прокариот; веретена деления при этом по образуются.

Некоторые особенности биохимии митохондрий и пластид также свидетельствуют об их возможной близости к прокариотам: сходны нуклеотидные последовательности рРНК; синтез белка подавляется хлорамфениколом; отсутствует чувствительность к действию циклогексимида и т.д.

Наконец, еще одним косвенным доводом в пользу теории симбиогенеза является способность многих прокариот к эндосимбиозу. Известна, например, сине-зеленая водоросль, живущая в клетке простейшего. Существуют и сходные с митохондриями эндосимбионты.

Против симбиотического происхождения органелл эукариотических клеток свидетельствуют различия пигментного состава пластид растений и сине-зеленых водорослей. Митохондрии часто не имеют обычной бактериальной палочковидной формы, а обладают трехмерной разветвленной структурой (в мышцах животных). ДНК органелл существенно отличается от бактериальной ДНК по чувствительности к некоторым мутагенам, ее длина значительно меньше длины бактериальной хромосомы.

8 класс

Дорогие ребята! Предлагаем вам ответы на вопросы нашего турнира. Они не являются полными и исчерпывающими, а представляют собой лишь схему для дальнейших рассуждений.

1. Еще в середине прошлого века медики столкнулись с проблемой доказательства микробной природы заболеваний. Главным успехом прошлого века в этом направлении стали так называемые постулаты Коха: для доказательства микробного происхождения заболевания и идентификации возбудителя необходимо:

а) найти этот микроб в больном организме

б) получить культуру этого микроба на искусственной питательной среде

в) воспроизвести заболевание заражением организма выделенной культурой

г) вновь выделить данный микроорганизм из искусственно зараженного организма

В тех случаях, когда данный микроорганизм не может размножаться на искусственных средах (облигатный паразит), для получения культуры патогенного организма используют культуру клеток хозяина.

То, что заболевание вызывается именно деятельностью микроорганизма, а не, например, составляющими культуральной среды, проверяется путем стерилизации среды тем или иным способом. Вообще, при постановке микробиологических экспериментов особое внимание следует обратить на контрольные опыты.

Отличить бактериальное заболевание от эпидемического заболевания, вызванного другими возбудителями (вирусы, грибы, простейшие) можно следующими способами: электронно-микроскопически; путем воздействия антибиотиками (антибиотики не действует на вирусы, есть антибиотики, действующие только на бактерии); путем пропускания среды с возбудителем через бактериальный фильтр (пропускает только вирусы) и другими методами.

2. Все возможные варианты рассмотреть трудно, поэтому можно предложить, например, следующую схему исследований для случая обоеполого лугового цветка.

Опыты ставятся одновременно на нескольких делянках, на каждой - по несколько цветков. В опытах используется мешочек из мелкой сеточки, пропускающий пыльцу и не допускающий насекомое и изолятор - стеклянный колпак, под которым нет движения воздуха, посторонней пыльцы и насекомых.

Ставится следующая серия опытов:
А - обыкновенные цветы на лугу.
Б - цветы в мешках на той же делянке, что и А. Тычинки удалены.
В - цветы в изоляторе. Тычинки удалены.
Г - цветы в изоляторе с удаленными тычинками. Под колпак выпускают насекомых, собранных на растениях А.
Д - цветки в изоляторе с удаленными тычинками, опыленные искусственно.
Е - нормальные цветы в изоляторе.
Ж - цветы с удаленными тычинками в мешках, в изоляторах, опыленные искусственно.
З - Цветы с удаленными тычинками в мешках, в изоляторе.

Результаты эксперимента:

А, Д, Е, Ж - завязались,           Самоопыление
остальные - нет

А, Б, Д, Ж - завязались,
остальные - нет                    Опыление ветром

А, Г, Д, Ж - завязались,
остальные - нет                    Опыление насекомыми

Все результаты могут быть приняты только в случае, если цветы А завязались нормально.

3. Недостатки плацентарного типа развития вытекают из тех же его особенностей, что и достоинства. Более тесная связь эмбриона с организмом матери порождает следующие трудности:

Во-первых, вынашивание активно развивающегося, потребляющего много энергии зародыша повышает энергетические расходы матери. Во-вторых, это сильно снижает продуктивность размножения из-за длительных сроков беременности и лактации и невозможности одновременного вынашивания большого числа эмбрионов. Тесная связь двух генетически разнородных организмов порождает иммунологические затруднения (вспомните известный пример с резус-несовместимостью). Крупные размеры хорошо сформированного плода приводят к серьезным затруднениям при родах. Кроме того, чтобы детеныш успел вырасти и сформироваться, необходима длительная беременность - период, когда самка наиболее уязвима.

Вообще одной из наиболее распространенных биологических ошибок бывает такая: "Этот класс (тип) организмов в ходе эволюции приобрел такие-то черты высокий организации и получил большие преимущества в борьбе за существование". Не может быть только выгодных черт организации, любое приспособление представляет собой компромисс между его достоинствами и недостатками.

4. Роль пигментов в жизни животных функционально можно разделить на 3 части.

1. Пигменты органов зрения участвуют в восприятии зрительного сигнала. По мере усложнения строения органов зрения механизмы восприятия измеряются, но роль пигментов принципиально сохраняется.

2. Пигменты, содержащиеся в клетках кожи животных, обеспечивают защиту организма от воздействия ультрафиолетового излучения.

3. Наиболее многообразная роль пигментов определяющих окраску тела. Защитная окраска некоторых животных позволяют им остаться незаметными на фоне различных объектов окружающей среды. Эта окраска у одних животных может быть постоянной, у других, например, у хамелеона, она изменяется по мере изменения внешних условий.

Существуют другие разновидности приспособительной окраски, такие, как предупреждающая или отпугивающая окраска, мимикрия, окраска, служащая для привлечения добычи. У многих животных существуют безусловные рефлексы, вызываемые пигментной окраской определенных частей тела. Так, красное пятно на клюве некоторых видов чаек стимулирует глотательный рефлекс у их птенцев.

Изменение пигментной окраски тела может играть роль информативных сообщений поведении животных. Важную роль в поведении животных играет также брачный наряд.

5. При вскармливании ребенка молоком животных могут возникнуть различные опасности, связанные с различным составом молока.

Во-первых, молоко животных может отличаться от человеческого по микроэлементному составу, наличию и содержанию незаменимых аминокислот, балансу насыщенных и ненасыщенных жиров. Это может привести к нарушениям обмена веществ у ребенка. Некоторые вещества, например, углеводы, могут иметься в трудноусвояемой для человека форме. Очень опасно различие в характере и составе биологически активных веществ - витаминов, гормонов, компонентов гуморального иммунитета. При этом наличие "чужих" регуляторов едва ли менее опасно, чем отсутствие "своих". Определенный риск представляет возможность передачи инфекции. Как известно, молоко обладает бактерицидными свойствами по отношению к опасным для данного организма микробам. Но бактерии, патогенные для человека и безвредные для этого животного, могут в молоке сохраняться. И наконец, с технической точки зрения, массовое использование молока животных почти всегда связано с его консервацией, при которой могут теряться его пищевые качества.

Уменьшить эту опасность можно, подбирая молоко и молочные смеси по составу, проводя строгий биохимический и микробиологический контроль за вскармливанием.

6. Мухи относятся к отряду двукрылых и быть с четырьмя крылышками не могут. Это скорее всего скорпионницы, которых иногда называют мухами, но относятся они к самостоятельному отряду скорпионниц. Еще не подросшими их нельзя считать потому, что вышедшие из куколки скорпионницы, как и все насекомые, больше не растут.

Хвойный опад может быть не только прошлогодним, т.к. ели осыпаются всю зиму.

Скрученные в спираль побеги - не гаметофит, а, по всей видимости, спорофит папоротника, его листья. Гаметофит папоротника увидеть трудно, он растет в затененных местах, например, под гниющими бревнами, он плоский, сердцевидной формы, имеет 5-6 мм в диаметре.

У медуницы 5 лепестков и листья простые, а описанное в рассказе растение - печеночница.

Два зяблика, с криком летавших друг за другом, были не парой, а двумя самцами, выгонявшими, по-видимому друг друга с занятой территории. У зябликов четко выражен половой диморфизм: самка имеет гораздо более скромную серо-коричневую расцветку,

Голубой цвет приобретают самцы остромордой лягушки во время брачного периода. После выметывания самками икры их окраска вновь становится обычной.

7. Прежде всего, цепень (N3) изображен на этом рисунке напрасно. Он не входит в экосистему пресноводного водоема, т.к. является паразитом