13 Выездной турнир по биологии 1995 г.

Ответы

7-8 классы

1. Способы защиты могут быть активными: а) укусить или уколоть хищника (зайцы способны пропороть хищнику живот задними лапами, змеи способны извернуться и укусить), б) подействовать на хищника едким веществом, чтобы ему стало больно и он был дезориентирован (кишечнополостные поражают хищника выстреливанием стрекательных клеток; двупарноногие многоножки из специальных парных желез на некоторых сегментах быстро выделяют смесь альдегидов, фенолов и синильной кислоты; кузнечик Poehilocerus bufonius из поедаемых им молочаев извлекает сложные токсины, способные нарушать сердечную деятельность, запасает их в ядовитой железе и выделяет, когда его хватает хищник; жуки-бомбардиры из желез на брюшке выделяют горячую смесь бензохинонов, которая еще и взрывается с резким звуком при этом), в) делать сильные и резкие движения, чтобы вырваться, г) напугать хищника каким-нибудь еще способом (морские рыбы из отр. Тетрадонтовых способны при захвате хищником быстро принять шарообразную форму). Могут также быть пассивные способы: д) отделить от себя схваченную хищником часть, которая потом регенерирует (отделение хвоста у ящериц, вырывание хвостовых перьев у птиц), е) выделять на поверхность тела слизь, которая делает тело скользким и трудным для захвата (некоторые рыбы).

2. Причины, по которым может быть затруднено выращивание тропических растений в домашних условиях: 1) растениям могут требоваться строго определенные симбиотические грибы или микроорганизмы, которых нет в почве в умеренных широтах, в которую их могут пересадить (такая проблема часто возникает при введении в культуру орхидей - семенным путем их в отсутствие симбионтов размножать не удается, приходится специально инфицировать их проростки грибами или размножать вид только вегетативно); 2) есть растения, которые не цветут в условиях удлинения дня летом (т.н. короткодневные), поскольку регуляция цветения у них связана с продолжительностью ежедневного освещения; 3) есть растения очень крупных размеров, которые просто не поместятся в обычной комнате (например, пальмы и древесные растения); причем от того, достигли они необходимого размера или нет, может зависеть их способность цвести и плодоносить; 4) растениям могут требоваться такие условия атмосферной влажности и освещенности, которых тоже невозможно достичь в обычной комнате; 5) у растений могут быть специфические опылители и специальные приспособления к ним, делающие другие способы опыления невозможными; 6) у некоторых растений очень специфичны условия, при которых способны прорасти семена (например, может быть необходимо, чтобы семя прошло через пищеварительную систему животных или плоды вскрываются только при очень высокой температуре - во время пожара в естественном местообитании). В принципе, большинство этих трудностей можно преодолеть специальными агротехническими приемами (например, некоторые любители подвешивают на растения несколько губок и периодически смачивают их водой, чтобы создать необходимую влажность), а добиваться того, чтобы растения цвели не всегда обязательно, как уже говорилось. Но все же требования к комнатным растениям могут заключаться в том, чтобы 1) им не требовались очень специфические экологические условия ни для роста, ни для цветения и семенного размножения, 2) они легко опылялись (а лучше всего, чтобы были самоопыляемыми), 3) они легко переносили обрезку, пересаживание, поддавались различным способам вегетативного размножения.

3. Один из возможных вариантов заполнения таблицы:

           │  Щупальца │  Присоски │ Панцирь
    ───────┼───────────┼───────────┼────────────
    Глаза  │  Медузы   │  Пиявки   │ Броненосцы
    ───────┼───────────┼───────────┼────────────
    Сердце │Головоногие│  Лягушки  │ Черепахи
           │  моллюски │           │
    ───────┼───────────┼───────────┼─────────────
    Жабры  │ Брюхоногие│  Рыбы-при-│ Ракообразные
           │  моллюски │  липалы   │
           │           │           │

4. У эпифитов возможны следующие приспособления: 1) для того, чтобы уменьшилась вероятность падения семени на землю, семя может: а) быть очень мелким и легким, распространяться ветром, б) дополнительно к приспособлениям пункта а) иметь на поверхности различные выросты, увеличивающие трение о воздух и замедляющие опускание (или распространяться ветром может семянка с хохолком-парашютиком), в) распространяться животными, которые проводят на деревьях много времени, оставляют на них свой помет или устраивают кладовые (такими животными могут быть птицы, муравьи); 2) для того, чтобы закрепиться на поверхности растения-субстрата, семя может иметь липкую поверхность или всяческие крючочки и шипики; 3) можно представить себе такую ситуацию, когда цепкие плоды или липкие семена эпифита застревают в шерсти млекопитающих, а животные, стремясь очиститься от них, трутся о стволы и ветки деревьев или о другие растения (такой специфический способ распространения семян известен для омелы (сем. Ремнецветные), но она является полупаразитом древесных растений, поэтому для нее важно то, что при попытке очистить клюв от ее липких семян, птицы, поедающие плоды, повреждают кору на деревьях, и семя прорастает в ранке, где может развить гаустории; для эпифитов повреждение коры не должно быть так существенно, поэтому мы и предполагаем, что животные трутся шерстью и субстрат при этом не повреждают растение); 4) можно представить себе, что эпифит растет на горизонтально расположенных побегах растения-субстрата, тогда у него могут быть поникающие или стелющиеся цветоножки, чтобы плод "ложился" на субстрат и семена оставались там же после его разложения.

5. Птицам легко приспособиться к жизни в местах обитания человека, если: 1) они способны жить колониями, а это часто зависит от характера их корма: если тот корм, которым они питаются, может быть в поселениях человека найден в больших количествах, то им не надо охранять кормовую территорию и вести территориальный образ жизни, поэтому они селятся вместе; 2) они находят в поселениях человека места для гнезд, похожие на те, которые они используют в природе (дуплогнездники находят дупла, сделанные дятлами, и щели под крышами, сокола и ястребы находят пустые чердаки в каменных домах, напоминающие скалы); 3) взрослым птицам не только легко кормиться самим, но и легко выкормить птенцев (считается, что голуби хорошо приспособились жить рядом с человеком, потому что кормят птенцов "зобным молочком" и не должны постоянно искать зерно или насекомых). Птицы могут с трудом приспосабливаться к близкому соседству с человеком, если: 1) человек на них постоянно охотится (это могут быть промысловые виды или хищники, которых отстреливают); 2) они приспособлены к условиям, очень резко отличающимся от тех, в которых живет человек (океанические птицы).

9 класс

1. Вылизывание имеет следующие функции:
1) Увлажнение слизистых оболочек - чтобы предохранить их от пересыхания; - чтобы удалить с них грязь (например, промывание глаз); - чтобы улучшить в них осязание (например, осязание запаха); - чтобы на них не появлялись трещины (вылизывание губ).
2) Удаление - остатков пищи с морды; - запаха; - просто грязи с поверхности тела (умывание); - паразитов с поверхности тела; - зародышевых оболочек с новорожденного детеныша.
3) Обеззараживание ран.
4) Массаж, усиление кровообращения.
5) Укладка шерсти в определенном направлении.
6) Запоминание запаха или вкуса детеныша или партнера.
7) Ритуал ухаживания.
8) Получение удовольствия.

2. 1) Непосредственно растения потребляют удобрения медленно, поэтому если в аквариум внести сразу большую дозу удобрений, то излишки, не потребленные растениями сразу, создадут условия для массового размножения гетеротрофных бактерий или простейших, а потом эти организмы начнут отмирать или выделять большое количество своих продуктов метаболизма, и вода станет для жизни растений и рыб не пригодна, или увеличится мутность воды и ухудшится световое обеспечение растений;
2) Внесение большой дозы удобрений может быть само по себе вредно для рыб и беспозвоночных, живущих в аквариуме, вызывать их массовую гибель и несбалансированный рост численности поедаемых ими простейших и бактерий (среди которых могут быть фитопатогенные), а также привести к тем же последствиям, что и в пункте 1);
3) Удобрения могут быть плохо растворимы в воде, поэтому при внесении большой дозы выпадут в осадок, после чего станут недоступны для растений, а если выпадут на поверхность самих растений, то еще к тому же могут вызвать у них какую-нибудь травму (типа химического ожога) или уменьшить площадь фотосинтетической поверхности.

3. Можно предположить, например, что кончики волос постепенно выцветают (проверить это можно, сбрив на каком-нибудь участке тела шерсть и накрыв его после этого светонепроницаемым покрытием; для контроля можно сбрить шерсть и на другом участке тела, не затемняя его, а когда волосы на нем отрастут, посмотреть, какого цвета они выросли на затемненном участке). Можно также предположить, что пигмент, выделяемый клетками эпителия в растущий волос, постепенно разрушается или изменяет свой цвет на кончике волоса, потому что понижается температура воздушной среды, в которой кончик волоса оказывается, удалившись от кожи. Чтобы проверить это предположение, можно организовать опыт, как и в первом случае, но закрывать часть шерсти на теле нужно теплонепроницаемым покрытием. Может быть также, что клетки волосяной сумки запрограммированы так, что выделяют сначала один пигмент, потом в течение определенного промежутка времени - другой пигмент, а потом еще может быть и третий. Чтобы проверить это, надо дождаться, пока сбритые волосы отрастут на такую длину, после которой обычно наблюдается появление другой окраски, сбрить их еще раз и посмотреть, будут ли отрастающие волосы такого же цвета, как после первого сбривания, или того цвета, который на контрольном волосе появляется после первого цвета (т.е. расположен ближе к корню).

4. Наиболее известный пример отмирания клеток - редукция личиночных органов (жабр и хвоста) у головастиков; при этом клетки этих органов постепенно лизируются, а освободившиеся из них метаболиты используются организмом в процессе дальнейшего роста, т.е. в этом примере содержатся 2 возможных объяснения смысла массовой гибели клеток (их работа организму в дальнейшем нужна не будет, а вещества пригодятся). Использование питательных веществ гибнущих клеток встречается и у других организмов - у губок, например, яйцеклетки фагоцитируют часть клеток тела. Кроме того, редукция провизорных (зародышевых) органов может и не сопровождаться утилизацией освободившихся веществ и в этих случаях связана только с тем, что орган становится организму бесполезен, а клетки его уже не могут выполнять какие-нибудь другие функции.

Другой пример удаления не нужных больше организму клеток - слущивание отмерших наружных слоев покровных тканей. В принципе это связано не столько с развитием и ростом, сколько с тем, что эти клетки выполняют свои функции уже в мертвом состоянии (в том числе и у тех организмов, которые уже прекратили свой рост) и организму необходимо их периодически обновлять. Но в некоторых случаях массовое отмирание клеток покровных тканей может быть связано с тем, что скорость роста организма превышает нормальную скорость обновления этих клеток (у растущих детей кожа слущивается чаще и более крупными пластинками), или с тем, что если бы эти клетки оставались живыми, то либо они препятствовали бы росту, либо рост постоянно приводил бы к разрывам живой ткани и образованию ран (рост одревесневших побегов растений в толщину, сопровождающийся растрескиванием корки). В связи с этим надо заметить, что примеров клеток, которые выполняют свои функции в мертвом состоянии или во время отмирания, можно привести много (лейкоциты, клетки сальных желез кожи, эритроциты - до известной степени), но в вопросе имеются в виду именно те ситуации, когда отмирание связано с ростом или развитием.

Бывают случаи, когда отмирание клеток связано с тем, что на их месте должны образоваться полости - так образуются вторичная полость тела (схизоцель) у червей, относящихся к типам Annelida, Echiurida, Sipunculida, и у т. Pogonophora; полости некоторых желез у млекопитающих, схизогенные смоляные вместилища у хвойных деревьев. В этих случаях можно предположить, что раздвигание клеток для возникновения полости невозможно в организме по механическим причинам, поэтому приходится терять часть клеток (хотя точно этого утверждать нельзя).

В развитии нервной системы млекопитающих есть 2 периода, когда наблюдается массовая гибель клеток. Это происходит после того, как возникнут и стабилизируются синаптические контакты между частью нейронов (вначале в зачатках различных частей нервной системы содержится большое число нейронов и существует много различных вариантов того, между какими рядом лежащими нейронами могут возникнуть синаптические контакты, но потом некоторые из этих контактов работают часто, а некоторые - редко, а зависит это от условий, которым подвергается зародыш в организме матери; в конце концов нейроны, через которые нервные импульсы проходят редко, отмирают, и таким образом повышается точность работы нервной системы). Объяснение этого явления может заключаться в том, что организм вначале создает избыточное число нейронов для того, чтобы выбрать для себя наиболее оптимальный путь развития нервной системы, а избирательная гибель клеток является способом регуляции развития.

Гибель части клеток в процессе формообразования органа происходит и в некоторых других случаях: происходят делеции ткани в зачатках конечностей у птиц и млекопитающих, благодаря чему разделяются зачатки пальцев (а у мутантов, у которых этого не происходит, конечность получается в виде сплошной лопатки), происходит отмирание части клеток в эпителиальном зачатке пера у птиц и он приобретает перистую форму. Точного объяснения того, почему в данном случае происходит именно отмирание, пока что нет.

5. Погружение подземных органов вглубь может, во-первых, происходить за счет постепенного утолщения слоя опада над ними. Во-вторых, корни, развившиеся на этих органах, могут, закрепившись в почве, сокращаться и тянуть растение вниз. Это наблюдается у многих луковичных и корневищных растений (например, у крокуса), а сокращаются корни за счет того, что в них становится меньше воды и уменьшается продольное растяжение клеток проводящей системы, созданное тургором (на таких корнях появляются поперечные складки покровных тканей). Погружение может также быть связано с направлением роста при обновлении органа: у некоторых луковичных растений - нарцисса, тюльпана - луковицы-детки закладываются и растут так, что оказываются ниже замещаемых материнских луковиц; симподиальное нарастание горизонтальных или косо вверх растущих корневищ часто происходит за счет боковых почек нижней стороны побега, поэтому замещающий побег оказывается глубже; у цирцеи альпийской (сем. Кипрейные) есть запасающий подземный зимующий укороченный побег - клубенек; каждый год в пазухе одного из его чешуевидных листьев вырастает вертикальный побег, выходящий на поверхность и вегетирующий, а в пазухе другого чешуевидного листа вырастает подземный столон, на конце которого к концу лета формируется новый клубенек, причем он оказывается глубже, чем клубенек предыдущего года, т.к. столон обладает отрицательным фототропизмом и растет косо вниз.

6. Оба признака, на которые обращено внимание в статье, зависят от степени развитости особей, а она в свою очередь зависит либо от их возраста, либо от условий, в которых они живут. Таким образом объяснение может заключаться либо в том, что рядом с руслом росли преимущественно молодые растения, либо в том, что возле русла условия для роста, развития и вегетативного размножения почему-либо были хуже. Версии, касающиеся возраста: а) если берег намывной, то каждый год на нем образуется новая свеженамытая суша, которую сразу начинает заселять семенное или вегетативное потомство растений, растущих на более старой (и более удаленной от русла) части берега. Понятно, что это потомство будет моложе родительских особей и вегетативная сфера у него еще не успеет сильно развиться, так что в этой ситуации как раз и будет наблюдаться то, что описано в статье; б) если берег полого спускается к воде и на нем нет ложбин и западин, то чем дальше от русла находится какой-нибудь участок берега, тем раньше он после половодья освобождается от затопления и становится пригоден для прорастания семян. Поэтому сначала прорастут семена (лежавшие в почве с осени) на самых дальних от русла площадках, потом постепенно проростки будут появляться все ближе и ближе к воде. Понятно, что те растения, которые проросли раньше, наберут к моменту учета большую биомассу, чем те которые проросли позже. Версии, касающиеся экологических факторов, влияющих на рост взрослых растений: в) вблизи от русла не только у семенного возобновления, но и у многолетних взрослых особей получается короче вегетационный период из-за того, что позже кончается затопление, так что возможно, что растения на близких к руслу площадках из года в год отстают в развитии и накапливают меньшую биомассу, а также хуже размножаются вегетативно и развивают боковые побеги; г) вблизи от русла почвы менее богаты гумусом и азотом из-за того, что река часто откладывает минерализованный субстрат, а бактерии, разлагающие опад прошлых лет, и азотфиксаторы долго находятся в угнетенном состоянии (пока не спадет паводок и не обсохнет почва), так что причиной плохого развития многолетних растений возле русла могут быть слабо развитые почвы; д) из-за длительного затопления прирусловых участков почва на них меньше насыщена кислородом, от чего в ней могут себя хуже чувствовать корни растений, и растения могут медленнее расти и хуже размножаться; е) вблизи от русла на берег откладывается больше наносов, они сильнее погребают и повреждают многолетние части растений, кроме того скорость паводковых вод возле русла больше, от чего растения тоже могут сильнее повреждаться, и медленное развитие может быть связано с этим.

7. Во-первых, изучая нормальную анатомию человека при вскрытии трупов, Герофил мог заметить, что с головным мозгом какими-то "веревочками" связаны глаза, органы слуха, органы речи, органы обоняния, причем для опоры всех этих органов "веревочки" не служат, т.к. есть другие опорные структуры (глаза, например, лежат в глазницах черепа). Из этого он мог сделать вывод, что "веревочки" могут служить для передачи собираемой органами чувств информации в мозг и для какой-то связи между мозгом и речью. Сделать вывод, что обработка информации, собираемой органами чувств, происходит не в самих органах чувств, он мог на основании того, что например, люди, лишившиеся зрения, могут вспоминать и воспроизводить в сознании зрительные образы. Во-вторых, он мог понять, что по своему строению мозг не похож на мышцы, кости, жир, пищеварительную систему, не содержит половых продуктов, т.е. не может выполнять те же функции, что все эти органы (правда, вряд ли он мог детально разобраться, что мозг по клеточному строению - это не то же самое, что печень, а особенно - почка, но зато может быть он увидел, что жидкость, содержащаяся в полости головного и спинного мозга никуда не выделяется, поскольку нет протоков, и сделал вывод, что мозг не является железой и не выделяет мочу). Тогда в ответ на вопрос, зачем же в организме мозг, он мог предположить, что для выполнения какой-то другой функции. Помимо нормальной, он изучал, скорее всего, и патологическую анатомию. Поэтому, в-третьих, он мог обратить внимание, что после травм головы возникают психические расстройства или потери памяти, что иногда у людей, страдавших при жизни психическими заболеваниями, при вскрытии наблюдаются патологии только головного мозга (бурые кисты, малый объем полушарий, склеротические изменения кровеносных сосудов); правда, иногда травмы мозга являются не причиной, а последствием психических заболеваний (например, у эпилептиков).

10 класс

1. С Петей М. могло произойти вот что: 1) пойманное им животное - например, кольчатый червь или плоский червь - размножилось в банке бесполым путем (распалось на фрагменты, которые после небольшого переходного периода в виде кусочков странной формы развились в молодых особей); 2) пойманное им животное могло отложить оплодотворенные яйца, а потом умереть и быстро разложиться, а после его смерти из яиц могли вывестись молодые особи; яиц Петя мог в банке не заметить, а кусочками странной формы могли быть разлагающиеся остатки животного или же яйца и были этими странными кусочками; 3) в пойманном животном могли быть паразиты, перешедшие в свободно живущую стадию после смерти хозяина; возможно также, что они-то и съели его остатки; 4) мелкие животные могли попасть в банку извне уже после смерти первого животного (например, их могло занести приливом, затопившим банку, или в банку упал помет птицы, паразитами которой они были - помет и был странными кусочками), при этом они также могли съесть остатки первого животного; 5) животное, пойманное Петей, могло не умереть, а стать настолько прозрачным, что Петя не замечал его в банке (с небольшими медузами и гребневиками это случается); мелкие же животные могли попасть в банку одним из перечисленных выше способов.

2. В сущности вопрос задается о том, по каким признакам вообще можно отличить однолетние растения от многолетних, но кроме того надо представлять себе, какие из этих признаков сохраняются в окаменелом состоянии. Отличия многолетних растений от однолетних заключаются в: а) наличии одревесневших побегов (с опробковевшими покровами, с вторичной древесиной в виде годичных колец) и корней (также с опробковевшими покровами, с вторичной древесиной); у ископаемых остатков часто достаточно хорошо сохраняется структура разных тканей и тканевое строение различных органов, и их можно детально изучать, в том числе делая препараты для микроскопического исследования; б) наличии на побеговых системах остатков листьев прошлых лет (черешков, оснований листовых пластинок или листовых рубцов) или колец от чешуй верхушечных почек, свидетельствующих, что побеговая система прошла несколько циклов роста; эти признаки также часто можно увидеть и на целых окаменелостях и на отпечатках в породе; правда, необязательно один цикл развития побега из верхушечной почки соответствует одному году даже если растение живет в условиях климата с выраженной сменой сезонов (например, многие древесные виды в Средней полосе России за одно лето развивают по 2 верхушечных прироста), а у тропических растений вообще периодичность роста с календарным циклом может быть не связана, так что в дополнение к этим признакам хорошо бы палеоботанику представлять особенности климата, при котором жило данное растение; в) наличии вегетативных органов, относительно которых можно предположить, что они выполняли функцию запасания - мясистых, приближающихся по форме к шару, с большим количеством паренхимных клеток (правда, мясистые листья и стебли, запасающие воду, могут быть и у однолетних растений, но, во-первых, у таких органов должны быть признаки, позволяющие понять, что запасается в них именно вода, - кутикула, эпидермис с мелкими погруженными устьицами, а во-вторых, в развитых зеленых листьях запасные вещества, необходимые для роста в следующем году, не откладываются, поскольку листья растению приходится обновлять в связи со старением хлоропластов, поэтому следует предполагать, что растение многолетнее, только если мясистую консистенцию у него имеют недоразвитые чешуевидные листья); г) наличии почек с плотными покровами, которые могут быть рассчитаны на предохранение точки роста во время неблагоприятных для роста сезонов (у однолетних растений приспособления к переживанию неблагоприятных сезонов проявляются в физиологии - либо вырабатываются механизмы клеточной и тканевой устойчивости, либо ускоряется переход в покоящееся состояние в виде семян); д) размерах растения до известной степени - как бы быстро оно ни росло, но все же ствол длиной в десятки метров и диаметром в десятки сантиметров за 1 год не вырастает даже в тропиках; е) наличии развитой системы подземных побегов, которые можно отличить от надземных по отсутствию развитых листьев, наличию придаточных корней или корнеподобных органов и горизонтальному направлению роста.

3. Требуется перечислить причины, вызвавшие в данной ситуации расстройство пищеварения или ухудшение самочувствия, связанное с приемом пищи; такими причинами могли быть: 1) то, что у туземцев и англичан различался состав пищеварительных ферментов, поэтому они не могли переварить пищу, с которой раньше не сталкивались; различия могли быть качественными (у туземцев одни пищеварительные ферменты, у англичан - другие) или количественными (пищеварительные ферменты одни и те же, но у туземцев какого-то фермента больше, чем у англичан, а какого-то меньше); кроме того эти различия могли быть наследственными (тот состав ферментов, который сформировался у англичан, у туземцев не возник бы, даже если бы они долгое время ели пищу англичан; понятно, что это в первую очередь относится к качественному составу ферментов, а связано с тем, что различается состав аллелей пищеварительных ферментов либо под влиянием отбора на способность переваривать специфическую пищу либо под влиянием того, что в небольшой изолированной группе туземцев, которые основали когда-то деревушку, случайно могло не оказаться носителей некоторых аллелей) или приобретенными (если бы англичане долгое время питались пищей туземцев, то в конце концов смогли бы ее переваривать; это в первую очередь касается количественного соотношения различных ферментов); 2) то, что у англичан и туземцев различалась симбиотическая микрофлора кишечника, поэтому при попадании в организм незнакомой пищи имеющиеся в нем бактерии не смогли ее утилизировать; 3) то, что различался состав бактерий, развивающихся на пище англичан и туземцев и попадающих с пищей в организм, поэтому при поедании незнакомой пищи либо на эти бактерии развился иммунный ответ, либо они подавили исходно живших в организме бактерий и те не могли утилизировать пищу; 4) то, что некоторые вещества, содержащиеся в пище туземцев в небольшом количестве, в принципе были для человека слабыми (не смертельными) ядами, но организмы туземцев были к ним адаптированы в результате того, что с детства и всю жизнь их понемногу получали, а организмы англичан адаптированы не были, и англичане действительно отравились; 5) то, что встреча создала для обеих сторон (или только для туземцев) сильный стресс, в результате чего пищеварение расстроилось; 6) то, что расстройство пищеварения может возникать при сочетании в пище некоторых продуктов, при приеме которых в отдельности друг от друга расстройство не случается; в данном случае либо нельзя было сочетать между собой продукты англичан и продукты туземцев, либо нельзя было сочетать между собой некоторые продукты англичан, но об этом не были предупреждены туземцы, либо то же самое могло относиться к продуктам туземцев, о чем не знали англичане; 7) то, что расстройства пищеварения случаются от переедания; 8) то, что пировавшие взрослые жители деревни и англичане выпили много спиртных напитков, и у них возникло алкогольное отравление.

4. Часть возможных возражений против утверждения профессора заключается в том, что раковые клетки все-таки происходят из клеток человеческого организма и не обладают свойствами клеток жгутиконосцев. Первое, что можно было бы проверить в связи с этим, - способны ли раковые клетки переходить в жгутиковую форму. Для этого надо культивировать их in vitro при таких условиях, при которых обычно происходит переход в жгутиковую форму у паразитических жгутиконосцев (а какие это должны быть условия, можно выяснить, посмотрев работы паразитологов), или пробовать добиться перехода в каких-то других условиях, подобранных опытным путем. Во-вторых, можно было бы пронаблюдать митоз раковых клеток и проверить, похож ли он на митоз нормальных человеческих клеток (у паразитических жгутиконосцев типы митоза разнообразны и очень отличаются от митоза человеческих клеток: например, оболочка ядра во время митоза не исчезает, а центриоли находятся вне ядра). В-третьих, можно было бы проверить, сходны ли раковые клетки с клетками жгутиконосцев по другим особенностям строения: например, у многих паразитических жгутиконосцев не обнаружены митохондрии, а у тех, у которых обнаружены, это одна крупная митохондрия на всю клетку, также не похожая на митохондрии клеток человека. В-четвертых, можно было бы попытаться сравнить геном раковых клеток с геномом нормальных клеток человека и с геномом жгутиконосцев. Делать это можно на разных уровнях. Можно сравнить кариотипы (кариотип - это та картина совокупности хромосом клетки, которая видна в метафазе митоза; для каждого вида ее можно охарактеризовать числом хромосом и особенностями их морфологии, т.е. длиной, положением центромер и т.д.). Можно сравнивать сходство последовательностей нуклеотидов в нуклеиновых кислотах методом гибридизации (при этом молекулам сравниваемых нуклеиновых кислот дают возможность комплементарно спариться, а потом разделяют путем плавления получившегося кристаллического вещества и замеряют, сколько тепловой энергии израсходуется на разделение: чем больше израсходуется энергии, тем больше водородных связей потребовалось разрушить между молекулами ДНК, или РНК, или ДНК и РНК, и значит, тем больше каждая молекула похожа на ту, с которой сравниваемая молекула может комплементарно спариться в своей клетке). Понятно, что гомологичные (т.е. кодирующие один и тот же белок) последовательности ДНК или РНК будут больше всего сходны внутри одного и того же вида, а у разных видов будут отличаться между собой больше. В данном случае для проверки сходства геномов можно использовать тот факт, что некоторых белков человека (кератина, инсулина, гемоглобина) у жгутиконосцев нет. Можно выделить из нормальных человеческих клеток последовательности ДНК или РНК, кодирующие эти белки, и провести их гибридизацию с ДНК раковых клеток (а для контроля - с ДНК нормальных человеческих клеток и с ДНК жгутиконосцев), и посмотреть, найдутся ли в раковых клетках полностью комплементарные им последовательности.

Наконец, если даже допустить, что раком печени действительно называют заболевание, вызываемое паразитическими жгутиконосцами, то надо еще проверить все ли разновидности рака имеют такую же природу, поскольку злокачественные клетки возникают в самых разных тканях и органах, а паразитические жгутиконосцы поселяются не во всех из них (например, не поселяются в коже).

5. Можно дать несколько объяснений: а) Эта аминокислота является побочным продуктом азотного обмена бактерии и служит для выведения из клетки излишков азота; в таком случае эта аминокислота может не являться одной из тех, которые входят в состав белков, и ее выделение на синтез белков в выделяющей ее клетке может не влиять; б) Эта аминокислота может служить для подавления конкурирующих видов бактерий: у многих видов бактерий при наличии во внешней среде какой-либо аминокислоты, входящей в состав белков, синтез этой аминокислоты внутри клетки подавляется, поэтому подавляется и синтез многих белков, отчего бактерии гибнут; кроме того эта аминокислота может быть структурным аналогом какой-нибудь аминокислоты, входящей в состав белков, и ее встраивание в пептидную цепь может приводить к появлению в клетке дефектных белков; наконец, подавление конкурентов может быть связано с изменением кислотно-щелочного баланса почвенного раствора вокруг бактерии; в) Бактерия, выделяющая аминокислоту, может быть свободноживущим симбионтом (например, жить на поверхности корней растений или в их ризосфере или на поверхности мицелия грибов), тогда выделяемая аминокислота может быть полезна тому организму, с которым симбиотирует бактерия, как источник азота или фактор роста; г) Выделяемая аминокислота может служить для привлечения других видов бактерий (например, служащих данному виду пищей); д) При помощи выделения аминокислоты бактерия может изменять внешнюю среду в благоприятную для себя сторону, например, нейтрализовывать почвенный раствор.

6. Периодические снижения численности происходят у популяций тех видов, у которых скорость размножения может сильно варьировать из-за совместного действия нескольких факторов: А - превышения критической плотности популяции (т.е. предельно допустимой на занимаемой популяцией территории численности особей) в результате чего особи испытывают стресс перенаселения и либо становятся менее устойчивы к повальным заболеваниям, либо у них происходит самоподавление размножения; Б - вспышки численности хищников, следующей за вспышкой численности их жертв; В - исчерпания пищевых ресурсов. Действие фактора Б, во-первых, несколько запаздывает по отношению ко времени вспышки численности жертвы, а во-вторых, ослабляет действие фактора А, поскольку снижает плотность популяции жертв, поэтому на хищников как на фактор борьбы с вредителями и спасения урожая в данном случае рассчитывать бессмысленно. Фактор А не подойдет как мера борьбы с вредителями, во-первых, потому что размножившиеся вредители могут расселяться с полей в другие биотопы, (что наблюдается у большинства насекомых, особенно известный пример - саранча), поэтому их популяция стресса перенаселения может не испытать, а вот урожай будет уничтожен, и не только в тот год, когда было увеличено количество пищи, но и на следующий; во-вторых, потому что у вредителей скорость размножения может зависеть не от количества корма и прочих внешних условий, а от наследственной программы вида (например, период развития потомства может быть настолько длинным, что за это время будет умирать много старых особей или плодовитость может быть низкой), поэтому не будут наблюдаться резкие колебания численности; в-третьих, потому что увеличение количества доступного корма может застать популяцию вредителя в тот момент, когда скорость размножения уже будет максимальна и катастрофической вспышки численности не произойдет; в-четвертых, потому что та плотность, которой достигнет популяция после съедания дополнительного корма, может еще не быть критической. Что касается фактора В, то даже если один раз пищевая база популяции вредителя будет подорвана, то полного вымирания все равно скорее всего не произойдет (а выжившие особи получат на следующий год новую порцию пищи) и всегда будет сохраняться возможность миграции вредителей с других полей, поэтому понадобится периодически повторять такое мероприятие, и убытки от повышенных затрат пшеницы и не полученного урожая будут выше, чем прибыль от урожая, иногда спасаемого таким путем.

7. Объяснить эту закономерность можно так: а) при переходе животных какого-то таксона в процессе эволюции к паразитизму у них вначале должно произойти некоторое усложнение внешнего строения, поскольку должны появиться органы, позволяющие проникать в тело хозяина, или закрепляться на нем, или создавать повреждения в его покровах, через которые можно питаться его содержимым (у свободно живущих предков паразитов таких специализированных приспособлений нет - им это не нужно); понятно, что пока такое усложнение не произошло паразит большого вреда хозяину не принесет, т.к. его способы нападения будут мало эффективны, т.е. если паразит проще устроен, чем другие представители данного таксона, то это может означать, что он перешел к паразитизму позже, чем они, или медленнее эволюционировал, поэтому еще недостаточно хорошо приспособился паразитировать и наносит меньше вреда; б) с другой стороны, известно, что специализированные паразиты часто утрачивают многие органы и системы органов, необходимые только свободно живущим животным (опорно-двигательную систему, развитые покровные ткани, выделительную систему, нервную систему), и что эволюция паразитизма идет в таком направлении, чтобы не подрывать пищевую базу паразитического организма, т.е. чтобы не доводить хозяина до быстрой гибели, а долго питаться на нем, ослабляя его ответную реакцию; в этом может заключаться другое объяснение - если паразит проще устроен, чем другие представители данного таксона, то это значит, что он перешел к паразитизму намного раньше или быстрее эволюционировал, поэтому приспособился паразитировать уже достаточно хорошо и наносит меньше вреда; в) часто (и не только у паразитов) эволюция идет по пути полимеризации - увеличения числа одинаковых органов, т.к. за счет этого можно достигнуть более эффективной работы организма (например, если у паразита несколько присосок, он лучше прикрепится к хозяину); такая полимеризация является усложнением строения, поэтому до определенного момента (который определяется соотношением энергетических выгод от увеличения числа органов и энергетических затрат на их развитие и поддержание) чем меньше у паразита однотипных органов (т.е. чем проще он устроен) тем менее эффективно он паразитирует и тем меньше вреда нанесет хозяину.

11 класс

1. Способность птиц к подражанию называется имитацией. Птицы-имитаторы встречаются в двух наиболее многочисленных отрядах - Попугаеобразных и Воробьинообразных, причем имитация свойственна большинству представителей этих отрядов, хотя проявляется в разной степени. Имитация бывает немотивированной - птица подражает действительно всем услышанным звукам без разбора (попугаи, врановые, австралийские лиры). Бывает мотивированная имитация - птица заимствует у других видов структурные элементы песни и собственных элементов может даже вообще не иметь, но чужие исполняет в своей тональности, так что перепутать ее песню с песнями других видов нельзя. Иногда такие имитаторы включают в свою песню и подражание звукам неживой природы. Наконец, бывает настоящая имитация - птица использует сигнализацию близких видов (песни, позывки) без изменений (так поступают славки, камышовки). Немотивированная и мотивированная имитация часто являются следствием того, что обучение песне своего вида у птиц основано на подражании взрослым особям, поэтому у них есть внутренняя потребность подражать в период обучения, который у некоторых длится до конца жизни. Правда, более охотно они обычно подражают особям своего вида, и вообще известно, что у большинства птиц есть частичное врожденное представление о том, какую песню они должны исполнять. Но часто им необходим учитель, а без него они не достигают должного уровня мастерства и проигрывают при половом отборе (более разнообразный репертуар дает преимущества самцам у камышовок, овсянок). Может способность к подражанию иметь и отрицательное значение при половом отборе: известно, что говорящие самцы попугаев нравятся самкам меньше, чем обладающие характерной для вида сигнализацией. Настоящая имитация может использоваться для межвидовой коммуникации: птицы могут оповещать близкие по экологии виды, что территория занята, и избегать таким образом межвидовой конкуренции; могут использовать с той же целью крики тревоги: описан случай, когда дрозд-белобровик отогнал с кормежки дроздов-рябинников, имитировав их крик тревоги, а сам остался кормиться в одиночестве.

2. Способы опыления могут по-разному влиять на скорость видообразования у растений: с одной стороны, чем больше радиус разноса пыльцы, тем меньше изоляция популяций, поэтому у ветроопыляемых растений видообразование должно идти медленнее всего, и число видов должно быть самым меньшим, а у самоопыляемых растений - самым большим. С другой стороны, сопряженная эволюция насекомых-опылителей и опыляемых растений теоретически может приводить к тому, что видообразование насекомоопыляемых растений будет идти быстрее чем даже у самоопыляемых, поскольку постоянно будет действовать отбор на соответствие запросам различных опылителей. Хотя в действительности показано, что у растений, которые опыляются многими видами насекомых, быстрее происходит не дифференцировка на много видов, а сокращение числа видов-опылителей, но все же такая гипотеза допустима. Таким образом возможны 2 ранжировки родов в порядке возрастания числа видов: 1) В - А - С   2) В - С - А.

3. Обнаружить, что вне клетки присутствуют целлюлоза или хитин, можно следующими способами: а) постоянно выделять во внешнюю среду некоторое количество ферментов-гидролаз и улавливать образующиеся продукты гидролиза, диффундирующие в клетку; если среди этих продуктов окажутся моно- или олигосахара - начинается синтез окисляющих ферментов; б) природные субстраты, содержащие хитин или целлюлозу, обычно содержат и какие-нибудь растворимые вещества (пектины, небольшие белки), которые могут диффундировать в клетки грибов и бактерий и служить сигналами для синтеза ферментов, разлагающих целлюлозу и хитин и окисляющих продукты их распада; в) первоначальный гидролиз молекул хитина или целлюлозы может произойти по какой-нибудь другой причине (например, под действием органических кислот, выделяемых в почву корнями растений или бактериями в результате метаболизма), а продукты гидролиза уже могут быть растворимы и способны диффундировать.

4. Во-первых, фенотипическое единообразие сортов вовсе не должно означать их генотипического единообразия: у каждого сорта могли быть какие-нибудь рецессивные гены, по которым, например, гомозигота была нежизнеспособна, а гетерозигота получившаяся при объединении рецессивных мутаций разных сортов оказалась жизнеспособна. Также рецессивные мутации при сочетании их с рецессивными или доминантными генами другого сорта могли проявиться в: а) неполном доминировании между генами одного и того же аллеля, б) комплементарном взаимодействии между генами разных аллелей (например, 2 рецессивных гена разных аллелей, оказавшись одновременно в одной клетке, могли стать доминантными в своих аллелях). Один из вариантов первого объяснения заключается в том, что фенотипическое единообразие многих сортов поддерживается только за счет того, что их никогда не размножают семенами, а всегда только вегетативно. Понятно, что уже просто в случае гетерозиготности сортов их потомство при половом размножении будет очень разнообразно по фенотипам. Во-вторых, растения данного вида могли быть двудомными, у них в этом случае имелись половые хромосомы, а значит могло различаться потомство, полученное в реципрокных скрещиваниях (потомство мужской особи сорта А и женской особи сорта В не похоже на потомство женской особи сорта А и мужской особи сорта В). У обоеполых растений также могли быть признаки, сцепленные с полом родителей, - это признаки, определяемые генами митохондрий и хлоропластов, и передающиеся потомству только от яйцеклетки. В-третьих, скрещивание разных сортов часто сопровождается усилением мутагенеза (повышением частоты хромосомных мутаций). Например, это может быть связано с тем, что, переместившись при кроссинговере в хромосому другого сорта, ген попал под влияние регуляторов экспрессии соседних генов и начал (или наоборот перестал) транскрибироваться.

5. "Лишние" субъединицы могут быть нужны для: 1) регуляции скорости работы фермента (если служат для связывания активаторов или ингибиторов или сами являются ингибиторами); 2) обеспечения специфичности связывания субстрата, который использует каталитическая субъединица (а сама каталитическая субъединица вовлекала бы в реакцию разнообразные субстраты); 3) регуляции других функций фермента (если связываются с ДНК или являются молекулами-рецепторами, или передают продукт реакции другим ферментам, или осуществляют крепление на мембране); 4) того, чтобы молекула фермента могла участвовать в нескольких стадиях реакции: например, вовлекать в дальнейшую ферментативную обработку продукт деятельности "основной" каталитической единицы, или поставлять энергию для деятельности "основной" единицы (у АТФ-синтетазы есть 2 функции: синтезировать/гидролизовать АТФ и служить переносчиком через мембрану ионов Н⁺; в одних условиях Н⁺ переносятся по градиенту концентрации и выделяющаяся энергия расходуется на синтез АТФ, в других условиях энергия, выделяющаяся при гидролизе АТФ, расходуется на перенос Н⁺ против градиента концентрации), или потреблять энергию, выделяющуюся при реакции (у миозина одна из субъединиц отвечает за гидролиз АТФ, а другая - за передвижение вдоль актина); иногда соединение нескольких функций облегчает выполнение каждой из них (некоторые из субъединиц ДНК-полимеразы способны корректировать новосинтезированную цепь ДНК, а иначе корректировка проходила бы медленнее).

6. 1) При сдавливании может нарушаться целостность или клеточная структура различных тканей (костей, хрящей, покровных тканей, нервной ткани), отчего они уже не могут работать (сдавливание головного мозга, например, приведет к смерти). 2) При сдавливании нарушается кровобращение, т.е. снабжение тканей кислородом и питательными веществами, вследствие чего ткани тоже начинают плохо работать (в первую очередь - нервная), а при длительном сдавливании может произойти их отмирание (например, на коже образуются пролежни). Если длительно сдавлена грудная клетка или горло, то это может привести к смерти, т.к. нарушается снабжение кислородом всего организма. 3) При сдавливании в тканях накапливаются продукты метаболизма, а если начнется отмирание и разложение - трупные токсины. Если после этого фактор сдавливания будет устранен за короткий промежуток времени, то все эти вещества попадут в почки почти одновременно, почки не справятся с возросшей нагрузкой и откажут, отчего человек умрет (это часто бывает причиной смерти людей, освобожденных из-под завалов); если же освобождать человека от сдавливания постепенно, то нагрузка на почки будет возрастать не так быстро. 4) От боли при сдавливании может наступить болевой шок, потеря сознания или даже психическое расстройство.

7. 1) Крупные животные дольше растут и развиваются, мало плодовиты, поэтому размножаются медленно, и если численность их популяций резко упадет (от болезней, нехватки корма, гибели при катастрофических природных явлениях), то будет долго восстанавливаться, а вероятность, что остатки популяции полностью погибнут при повторном воздействии тех же факторов, будет очень велика. 2) По тем же причинам на крупных животных медленнее действует естественный отбор, поэтому мелкие животные приобретали больше приспособлений, повышающих эффективность разных жизненных процессов, оказывались более конкурентоспособными и вытесняли гигантов из сообществ. Например, вымирание гигантских морских свинок в Южной Америке, как считается, было связано с тем, что произошла миграция в область их ареала множества других видов животных, сложились новые связи в сообществах, и гигантские морские свинки оказались вытесненными из своих экологических ниш. 3) Возможно, в некоторых случаях крупные животные подрывали свою пищевую базу за счет того, что очень сильно вытаптывали ландшафт и выедали на нем всю растительность без разбора (ведь многие из них были растительноядными, а те, которые были хищниками, могли подорвать пищевую базу своих жертв вытаптыванием или пострадать от того, что жертвы - тоже довольно крупные по размерам - сами подорвали свою пищевую базу). 4) Те гигантские виды, которые дожили до появления человека, были выбиты им в первую очередь (как наиболее выгодные источники мяса или наиболее опасные хищники).

Вопросы и ответы XIII Выездного Турнира по биологии (1995 г.) подготовлены Научно-Творческим Объединением "Молодые биологи - школе" (под общей редакцией Т.Браславской).

В работе принимали участие: Т.Браславская, Г.Виноградов, Е.Воронина, М.Голубева, М.Горецкая, Н.Иванова, В.Кривокрысенко, А.Криницына, М.Кузнецова, Е.Литвинова, Е.Модестова, Т.Молодцова, И.Окштейн, О.Полесская, П.Потапов, А.Пуреховский, В.Скобеева, А.Хорошавина, Н.Цветкова, А.Шевелев, А.Шипунов, Р.Ямбаева.

(С) НТО "МБ - Ш" 1995 г.