Портал | Содержание | О нас | Авторам | Новости | Первая десятка | Дискуссионный клуб | Чат Научный форум --> Первая десятка "Русского переплета" Темы дня:

Президенту Путину о создании Института Истории Русского Народа. |Нас посетило 40 млн. человек | Чем занимались русские 4000 лет назад?

| Кому давать гранты или сколько в России молодых ученых?

9 КЛАСС

В наших кратких предварительных ответах невозможно предусмотреть и проанализировать все идеи, которые предложат участники олимпиады. Поэтому не следует воспринимать публикуемые ответы как истину в последней инстанции: "Если о чемто в ответе не написано, то значит, эта моя идея была неверной". Все нетривиальные предложения и гипотезы будут при проверке олимпиадных работ проанализированы и оценены в индивидуальном порядке.

ЗАДАЧА 1. ОБ ОРГАНАХ ДЫХАНИЯ

А. Какие органы используются для дыхания во взрослом состоянии животными, перечисленными ниже? (Промежуточные воздухоносные пути указывать не нужно.)

1) аскарида, 2) асцидия, 3) белуха, 4) голотурия, 5) европейский угорь, 6) кобылка, 7) латимерия, 8) мокрица, 9) наутилус, 10) паук-серебрянка, 11) пескожил, 12) пресноводная гидра, 13) протоптер, 14) саламандра, 15) скорпион, 16) слизень, 17) циклоп, 18) широкий лентец.

Б. Для каких животных из перечня в ответе нельзя ограничиться одним названием? С чем это связано?

А. Большинство из перечисленных животных имеют специализированные органы дыхания. Жабры есть у асцидии (обычно говорят о наличии у нее жаберного мешка), европейского угря, кистеперой рыбы латимерии, членистоногого - мокрицы, головоногого моллюска наутилуса, многощетинкового кольчатого червя пескожила и двоякодышащей рыбы протоптера. Легкие используют для дыхания: представитель китообразных белуха, иглокожее голотурия (так называемые водные легкие), паук-серебрянка, протоптер, амфибия саламандра, скорпион и моллюск слизень. Трахейная система имеется у насекомого кобылки, мокрицы (псевдотрахеи) и паука-серебрянки.

Поверхностью тела дышат пресноводная гидра, саламандра (кожное дыхание) и ракообразное - циклоп. Паразиты аскарида и широкий лентец используют анаэробные окислительные процессы.

Б. Неоднозначные ответы в пункте А могут быть связаны с обитанием в двух средах. В этой ситуации у животного возникает необходимость дышать как атмосферным воздухом, так и кислородом, растворенным в воде (саламандра). Сюда же относится временный переход к другому способу дыхания, чтобы пережить неблагоприятные условия (протоптер).

Другая причина неоднозначности ответов - различия между организмами, объединенными одним названием. Так, среди саламандр выделяют группу безлегочных саламандр, которые во взрослом состоянии используют только кожное дыхание.

У некоторых мокриц органами дыхания в воздушной среде служат видоизмененные конечности - жабры, покрытые водной пленкой. Однако у ряда мокриц имеются более приспособленные к дыханию в воздушной среде псевдотрахеи - слепо замкнутые впячивания покровов.

Развитие легких в процессе эволюции паукообразных было связано с видоизменением брюшных жаберных конечностей, которыми обладали их водные предки. Позже возникли трахеи: органы, более приспособленные к воздушному дыханию.

ЗАДАЧА 2. О ПРИЗНАКАХ ВОДОРОСЛЕЙ

А. Для шести систематических групп - (I) бурые водоросли, (II) диатомовые водоросли, (III) зеленые водоросли, (IV) красные водоросли, (V) синезеленые водоросли (цианобактерии), (VI) эвгленовые водоросли - ответьте на следующие вопросы.

1. Имеют ли эти организмы ядро?

2. Имеют ли они хлорофилл?

3. Образуют ли зооспоры?

4. Размножаются ли половым способом?

5. Размножаются ли иными способами, кроме полового?

Ответы представьте в виде таблицы, строки которой соответствуют систематическим группам, столбцы - вопросам.

Б. Составьте определитель в виде тез и антитез, позволяющий установить принадлежность организма к одной из перечисленных выше групп. Постарайтесь обойтись минимальным количеством признаков.

А. Приведем требуемую таблицу:

Б. При решении задачи не нужно переписывать полные описания систематических групп. Определитель должен быть удобным в работе, а не средством демонстрации всех знаний участника олимпиады. Важно обойтись минимальным числом признаков, выбрав для тез и антитез те особенности строения и развития, которые у данных групп водорослей или всегда имеются, или всегда отсутствуют.

К составлению определителя можно подойти поразному. Можно в его основу положить заполненную вами таблицу. (Заметим, что просто применением этой таблицы обойтись не удастся; чтобы отличить, например, диатомовые водоросли от красных, понадобится разбираться в особенностях их способов размножения или других признаках.) А можно при написании нашего определителя опереться на какиенибудь иные характеристики водорослей. Кроме того, даже на основании одного и того же набора признаков можно составить разные определители. Поэтому мы предложим вашему вниманию одну определительную таблицу, никоим образом не настаивая на том, что она - единственно верная и возможная.

1. Наличие ядра:

а) нет - синезеленые водоросли;

б) есть - см. 2.

2. Половое размножение:

а) нет - эвгленовые водоросли;

б) есть - см. 3.

3. Наличие зооспор:

а) нет - см. 4;

б) есть - см. 5.

4. Наличие твердой двустворчатой кремнеземной оболочки (панциря):

а) нет - красные водоросли;

б) есть - диатомовые водоросли.

5. Первое деление зиготы:

а) мейотическое - зеленые водоросли;

б) митотическое - бурые водоросли.

ЗАДАЧА 3. О БОЛЕЗНЯХ РАЗНЫХ ВОЗРАСТНЫХ ГРУПП ЛЮДЕЙ

А. Разделите перечисленные ниже болезни и группы болезней на четыре класса:

(I) болезни, которыми чаще болеют дети;

(II) болезни, которыми чаще болеют люди средних лет;

(III) болезни, которыми чаще болеют люди пожилого возраста;

(IV) болезни, которые распределены среди людей разных возрастов практически равномерно.

1) бешенство, 2) болезнь Альцгеймера, 3) болезнь Боткина, 4) гайморит, 5) гемофилия, 6) гонорея, 7) диатез, 8) ишемическая болезнь сердца, 9) корь, 10) мастит, 11) остеохондроз, 12) рахит, 13) сальмонеллез, 14) сахарный диабет, 15) скарлатина.

Б. С какими причинами может быть связано то, что некоторыми болезнями преимущественно болеют люди определенных возрастных групп? Каждое из приведенных вами соображений проиллюстрируйте не более чем двумя примерами.

А. К болезням, которыми чаще болеют дети, из приведенного перечня относятся гемофилия, диатез, корь, рахит и скарлатина.

Болезни, которыми чаще страдают люди средних лет: гонорея, ишемическая болезнь сердца, мастит.

Болезни, которыми чаще страдают люди пожилого возраста: болезнь Альцгеймера, остеохондроз.

Практически не зависят от принадлежности к той или иной возрастной группе шансы заболеть болезнью Боткина - гепатитом А, сальмонеллезом и сахарным диабетом.

Что касается бешенства и гайморита, то в этих случаях можно привести логичные соображения в пользу преобладания этих болезней у детей - "бесшабашность", отсутствие выработанных привычек по охране собственного здоровья, более тяжелые последствия контактов с любым новым для организма возбудителем. Однако окончательный вывод не кажется однозначным; строго говоря, для ответа следует обратиться к реальным статистическим данным. Поэтому для нас представляется приемлемым отнесение этих заболеваний как к первой, так и к четвертой группе.

Б. К детским болезням относятся:

- инфекционные заболевания, к которым вырабатывается иммунитет на всю жизнь (корь, ветрянка, скарлатина);

- быстро проявляющиеся наследственные нарушения, которые не позволяют организму нормально функционировать и приводят к гибели (гемофилия);

- быстро проявляющиеся и тяжело протекающие заболевания, связанные с родовой травмой;

- заболевания, связанные с неправильным развитием на начальных этапах жизни (рахит).

Людей средних лет чаще всего поражают:

- заболевания, передаваемые половым путем (сифилис, гонорея);

- заболевания, связанные с функционированием половой системы (дисбаланс половых гормонов, нарушения полового поведения и пр.);

- заболевания женщин, связанные с беременностью, родами и лактацией (токсикоз при беременности, внематочная беременность, мастит);

- заболевания, обусловленные житейскими стрессами (пример - ишемическая болезнь сердца; сюда же часто причисляют и язвенную болезнь, но с ней ситуация не столь однозначна);

- заболевания, причиной которых являются неблагоприятные условия при осуществлении профессиональной деятельности (например, силикозы у шахтеров); однако в эту группу не стоит включать расстройства, которые в полной мере разовьются лишь в преклонном возрасте.

Для пожилых людей наиболее характерны заболевания, связанные с длительными изменениями морфологии и функционирования органов и их систем. Причины таких заболеваний очень разнообразны - генетическая предрасположенность (атеросклероз, артериальная гипертензия), давние заболевания или травмы, общее ослабление организма...

Не связаны с возрастом:

- многие инфекционные заболевания (холера, брюшной тиф, болезнь Боткина);

- наследственные заболевания (например, сахарный диабет), если для них не характерно проявление или обострение в определенном возрасте;

- заболевания, передаваемые через кровь (гепатит В); разумеется, здесь на статистику повлияют дополнительные соображения, связанные с частотой переливания крови лицам разных возрастов в данном сообществе;

- травмы и их последствия (хотя в преклонном возрасте восстановительные процессы идут намного хуже);

- многие болезни и нарушения, связанные с неправильным образом жизни, неблагоприятными воздействиями окружающей среды (ожирение, авитаминозы, зоб);

- значительная часть онкологических заболеваний (но далеко не все).

Следует отметить, впрочем, что в конкретном социуме могут преобладать определенные способы распространения тех или иных заболеваний, что изменит наблюдаемую возрастную картину. Так, разным сообществам могут быть свойственны разные возрастные интервалы наркомании и токсикомании.

ЗАДАЧА 4. О ПЛАВАЮЩИХ И ПРИКРЕПЛЕННЫХ ФОТОСИНТЕТИКАХ

А. Какие из перечисленных ниже водных фотосинтезирующих организмов в летний период прикреплены к грунту, а какие - нет?

1) водокрас, 2) вольвокс, 3) кубышка, 4) пузырчатка, 5) рдест, 6) роголистник, 7) ряска, 8) стрелолист, 9) телорез, 10) хара, 11) хламидомонада, 12) элодея.

Б. Какие приспособления к понижению температуры и замерзанию поверхности водоема имеются у двух описанных выше экологических групп организмов?

В летний период к грунту прикреплены: кубышка, рдест, роголистник, стрелолист, хара. Не прикрепляются к грунту: водокрас (мы рассматриваем строго это растение, а не семейство Водокрасовые в целом, к которому относятся и телорез, и элодея), вольвокс, пузырчатка, ряска, телорез, хламидомонада. Что касается элодеи, то ее следует включить в оба списка.

Из приспособлений следует в первую очередь упомянуть наличие покоящихся стадий, переживающих неблагоприятные условия на дне. Вольвокс и хламидомонада вообще зимуют в виде зиготы. Защититься от переохлаждения и других воздействий им помогают толстые оболочки.

Прикрепленные водные растения часто на зиму утрачивают верхнюю часть; у них зимуют только подземные органы.

Еще одним приспособлением к выживанию в замерзающем водоеме является возрастающее содержание сахаров в цитоплазме. Благодаря этому увеличивается вязкость цитоплазмы и понижается температура ее замерзания. Можно также привести соображения о переключении обмена веществ на альтернативные пути, более устойчивые к низким температурам.

ЗАДАЧА 5. О ВЫРАЩИВАНИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ КУЛЬТУР

А. Из приведенного ниже перечня выберите растения, которые выращивали:

(I) в Древнем Египте,

(II) в античной Греции,

(III) в Европе в XIV в.,

(IV) в Америке в XV в.,

(V) в России в XVI в.

1) виноград, 2) капуста, 3) картофель, 4) кукуруза, 5) лен, 6) огурец, 7) подсолнечник, 8) помидор, 9) пшеница, 10) рис, 11) сахарная свекла, 12) соя, 13) фасоль, 14) хлопчатник, 15) ячмень.

Б. С какими причинами может быть связано изменение ареала выращивания той или иной сельскохозяйственной культуры? Проиллюстрируйте каждую причину не более чем двумя примерами, указав растение и время изменения ареала.

А. В Древнем Египте выращивали виноград, лен, пшеницу и ячмень. В античной Греции выращивали виноград, капусту, лен, пшеницу и ячмень. В Европе в XIV в. выращивали виноград, капусту, лен, огурцы, пшеницу, рис, хлопчатник и ячмень. В Америке в XV в. выращивали картофель, кукурузу, подсолнечник, помидоры, фасоль и хлопчатник. В России в XVI в. выращивали виноград (на юге государства), капусту, лен, огурцы, пшеницу и ячмень.

Заметим, что сахарная свекла должна быть в принципе исключена из нашего рассмотрения, так как она выведена не ранее XVIII в.

Стоит прокомментировать и ситуацию с капустой. По имеющимся данным, это растение начали культивировать на европейском побережье Атлантики. Оттуда капуста распространилась по всей Европе и попала, в частности, в античную Грецию. Однако древние египтяне ее не выращивали. На Руси капуста известна как сельскохозяйственная культура с XII в.

Культурный лен на рассматриваемых территориях - тоже пришелец. Впервые его начали выращивать в Древней Индии. "Захват" этим растением широких территорий в Евразии произошел намного раньше, чем капустой; известно, что в Древнем Египте лен уже выращивали.

Существует мнение (правда, не очень популярное), что картофель попал в Евразию намного раньше XVI в. Так, Н.В.Черкасов привел ряд аргументов, свидетельствующих о распространении этого сельскохозяйственного растения через Аляску, Чукотку и Камчатку! Тем не менее, согласно традиционным представлениям, американские культурные растения "завоевывали" Европу после экспедиций Колумба, причем довольно медленно, и к XVI в. до России фактически ни одно из них не дошло.

Читателя может удивить упоминание риса как европейской культуры. Оказывается, его начали выращивать уже в VII в. в Испании после завоевания ее арабами. (К этому же веку относится и появление риса как культивируемого растения в Египте, но история Древнего Египта к этому времени уже завершилась.)

А не забыли ли мы о сое, не упомянув ее ни в одном из списков? С давних лет она выращивалась в Китае. Сейчас ареал ее культивирования расширился на Юго-Восточную Азию, Африку, США, Австралию, Балканы и другие территории, но эта "экспансия" произошла намного позже временного интервала, который мы рассматриваем в задаче. К XVI в. Дальний Восток не был еще присоединен к Российскому государству и практически не был "освоен" соей.

Привычная нам фасоль - выходец из Америки. Правда, имеются и менее известные виды фасоли, которые издавна выращивали в Евразии, например адзуки - фасоль угловая. Если в ответе на вопрос будет рассмотрено это видовое разнообразие, то подобный анализ, безусловно, заслужит высокой оценки (знать конкретные ареалы каждого вида, разумеется, не обязательно).

Б. Основная причина изменения территории, на которой культивируется та или иная культура, - расширение коммуникационных связей человечества, в результате чего данный район вступает в контакты с другими, ранее изолированными от него районами. Наиболее яркий пример - открытие Нового Света, повлекшее за собой распространение по всему миру американских сельскохозяйственных культур и вселение в Америку европейских и азиатских культур. Другой пример - появление в Европе ряда растений, исходно выращиваемых в арабском (мусульманском) мире. Так, благодаря арабам на Балканах и в Венеции в X-XI вв. появился хлопчатник.

Еще одна причина изменения ареала - воля отдельных исторических личностей. Классические примеры: начало возделывания в России картофеля, подсолнечника, помидоров по указам Петра I и Екатерины II. Можно вспомнить также "экспансию" кукурузы при Хрущеве и совсем недавнее вырубание виноградников в ходе антиалкогольной кампании.

Третья причина - вытеснение одних видов (или сортов) сельскохозяйственных растений другими, которые оказались более качественными или рентабельными. Примеры: замещение американским хлопчатником индийского - более древнего, но худшего качества; сокращение посевов сахарного тростника после распространения сахарной свеклы. С появлением новых технологий исходные предпочтения также могут изменяться.

Далее упомянем изменения ареалов как следствия изменений климата и масштабных агротехнических мероприятий (осушение болот и пр.).

На ареал выращивания может влиять также распространение новых болезней растений и их паразитов.

Наконец, следует упомянуть такое крайне важное соображение, как изменение структуры потребления. Сюда относятся как появление ранее неизвестных товаров (пример - разработка технологий производства каучука и резины и возросший интерес к растениям-каучуконосам), так и локальные последствия рекламы тех или иных продуктов.

ЗАДАЧА 6. О ЛИНЬКЕ

Биологи называют ЛИНЬКОЙ периодическую смену наружных покровов, исключая из этого понятия ситуации, когда у животного постоянно обновляются мелкие элементы (волосы, чешуйки и пр.), но свойства покровов в целом не претерпевают резких изменений.

А. Если придерживаться этого определения, то линяют ли во взрослом состоянии:

1) анаконда, 2) беззубка, 3) броненосец, 4) варан, 5) дикобраз, 6) квакша, 7) морской еж, 8) муравей, 9) песец, 10) ручейник, 11) скворец, 12) степная черепаха, 13) стрекоза, 14) тарантул, 15) чесоточный клещ?

Б. Зачем нужна линька разным животным? Каждое из приведенных вами соображений проиллюстрируйте не более чем двумя примерами.

А. В соответствии с определением к животным, которые линяют во взрослом состоянии, должны быть отнесены: анаконда, варан, квакша, песец, скворец и тарантул. (Впрочем, среди тропических скворцов можно найти и исключения.) Муравей, стрекоза, чесоточный клещ, ручейник линяют только в ходе развития до взрослой особи, но не во взрослом состоянии.

Во многих справочниках линькой называют любую периодическую смену наружных кожных покровов и различных их образований без всяких исключений. Подобное определение, вообще говоря, довольно странное. Ему, например, будет удовлетворять отшелушивание частичек кожи при умывании - явление, которое, очевидно, не заслуживает объединения с истинными линьками. Если проигнорировать условие задачи и последовать за энциклопедиями, то список животных, линяющих во взрослом состоянии, в подобном ответе пополнится броненосцем, дикобразом и степной черепахой.

Переходя к рассмотрению пункта Б, обратим внимание на то, что теперь мы уже не связаны ограничением "...во взрослом состоянии".

Б. 1. Многие организмы, имеющие твердые роговые или хитиновые покровы, без линьки не могли бы расти (пример - рак).

2. У многих млекопитающих и птиц линька является приспособлением к сезонным изменениям температуры.

3. Линька позволяет также корректировать окраску животного в соответствии с меняющимся цветом субстрата (горностай, заяц).

4. Линяя, животное может осуществлять смену фаз жизненного цикла (насекомые).

5. Еще одна задача, которую может решать линька, - замена износившихся элементов покровов.

6. Благодаря линьке животное может (хотя бы частично) избавиться от паразитов или иных нежелательных сожителей. Так, смена панциря у дафнии существенно повышает ее плавучесть вследствие утраты обрастаний.

7. С помощью линьки брачный наряд сменяется на обычный и наоборот.

Этот перечень можно расширить, рассмотрев более экзотические примеры.

ЗАДАЧА 7. О ПЕРВИЧНЫХ И ВТОРИЧНЫХ ПОЛОСТЯХ ТЕЛА

ПЕРВИЧНОЙ ПОЛОСТЬЮ ТЕЛА называется пространство между органами, заполненное жидкостью и лишенное собственных эпителиальных стенок. ВТОРИЧНАЯ ПОЛОСТЬ ТЕЛА (ЦЕЛОМ) - это полость, имеющая эпителиальные стенки мезодермального происхождения (мезодерма - средний зародышевый листок).

А. Имеется ли у перечисленных ниже животных (во взрослом состоянии):

(I) первичная полость тела;

(II) целом?

1) актиния, 2) бычий цепень, 3) виноградная улитка, 4) губка бадяга, 5) дождевой червь, 6) коловратка, 7) коралловый полип, 8) морская звезда, 9) нематода, 10) осьминог, 11) планария, 12) погонофора, 13) скат, 14) человек.

Б. Перечислите функции, которые могут выполнять первичная и вторичная полости тела. Для каждой из функций приведите пример организма, у которого она осуществляется.

А. У актинии, бычьего цепня, губки бадяги, коралловых полипов и планарии отсутствуют и первичная, и вторичная полости тела;

- первичная полость тела имеется у нематоды и коловратки;

- у виноградной улитки и осьминога целом представлен в виде отдельных полостей - вокруг сердца и гонад (у ряда моллюсков эти полости имеют смешанное происхождение);

- дождевой червь, морская звезда, погонофора, скат и человек имеют вторичную полость тела.

В предложенном перечне не было ни одного членистоногого. Однако в порядке дополнительной информации (разумеется, нетребуемой в олимпиадных ответах) прокомментируем ситуацию с этими организмами. У членистоногих в эмбриогенезе формируются зачатки целома. Однако процесс не доходит до образования развитой вторичной полости тела; ее зачатки сливаются с первичной полостью. Таким образом, полость тела у членистоногих смешанная.

Б. Функции полостей тела разнообразны. При их описании можно, например, руководствоваться информацией, которая приведена в учебнике "Биология" Н. Грина, У. Стаута и Д. Тейлора. Кратко перечислим основные соображения.

Заполненная жидкостью полость является гидростатическим скелетом. Благодаря этой жидкости возможно эффективное напряжение кожно-мускульного мешка у круглых и кольчатых червей, а следовательно - и его сокращения. У членистоногих в связи с наличием плотной хитинизированной кутикулы полость тела не выполняет опорной функции.

Функцией полости тела является транспорт (облегчение доставки в нужное место) питательных веществ и других соединений, проникших в полость.

У многих организмов в полости тела "работают" фагоцитирующие клетки.

Важной функцией полости тела является также выделительная (например, у кольчатых червей).

У многощетинковых кольчатых червей под мезодермальным эпителием целома созревают половые клетки, которые затем, после разрыва эпителия, выпадают в полость тела. Важную роль в работе половой системы играет полость тела и у ряда других животных.

Полость тела - удобный резервуар для временного накопления избыточных количеств жидкости.

Наличие полости тела связывают со значительным увеличением размеров (как всего тела, так и отдельных органов), хотя прямую причинно-следственную связь проследить здесь довольно трудно.

У некоторых нематод в полости тела находятся ядовитые вещества (например, валериановая кислота), что делает животных несъедобными для хищников. Эту ситуацию можно рассматривать как более специфический пример защитной функции.

ЗАДАЧА 8. О "ПИСЬМЕ МЕНШИКОВА"

Г-н Архивариусов обнаружил письмо Меншикова Петру I трехсотлетней давности, чудом ускользнувшее от внимания историков. "Мин херц! - пишет Алексашка. - А как было мне поручено закупить для Кунсткамеры тварей разных, в нашем отечестве не встречающихся, то прошу возместить расходы на мои приобретения, сделанные в тутошних музеях..."

Далее Меншиков путанно и многословно описывает покупки. Вооружившись справочниками, г-н Архивариусов попытался установить современные названия этих организмов и получил следующий перечень:

1) бизон, 2) болгарская палочка, 3) вампир, 4) выхухоль, 5) гепард, 6) дельфин, 7) дрофа, 8) кенгуру, 9) колибри, 10) ланцетник, 11) лемур, 12) мангуст, 13) морская корова, 14) омуль, 15) тигр, 16) утконос, 17) холерный вибрион, 18) целакант.

А. Какие из расшифровок г-н Архивариусов сделал явно неправильно, поскольку эти организмы не могли быть куплены Меншиковым (не были еще описаны европейскими учеными)? Какие из покупок могли быть осуществлены, но не заслуживают компенсации из казны, поскольку не удовлетворяют условию, поставленному Петром I?

Б. Аргументируйте ответы, данные вами в пункте А.

Во времена Петра I не были еще описаны болгарская палочка, кенгуру, ланцетник, морская корова, утконос, холерный вибрион и целакант.

Кенгуру и утконос - обитатели Австралии. Хотя мореплаватели на протяжении XVII в. неоднократно описывали австралийское побережье, а в последние два десятилетия века высаживались на него, фауна этого материка еще не была изучена. Первым из кенгуру был открыт полосатый валлаби-заяц. Произошло это в 1699 году - чутьчуть позже рассматриваемых в задаче событий. Ланцетник, несмотря на его довольно широкое распространение, был описан Палласом лишь в 1774 году! Морскую корову, обитавшую только на Командорах, открыли в 1741 году (а к 1768 году уже полностью истребили). Целакант (он же латимерия) был открыт лишь в ХХ в. Остается рассмотреть микроорганизмы - холерный вибрион и болгарскую палочку (встречающуюся, разумеется, не только в Болгарии). Хотя качество оптических приборов в XVIII в. было еще довольно низким, исследователи уже могли видеть с их помощью различных "анималькулей" и описывать их форму. Однако мало просто увидеть; необходимо отождествить "зверушку", например, с той или иной болезнью. Занятие это весьма непростое. Ученые научились это делать в основном после работ Роберта Коха только в XIX в.

Рассмотрим теперь перечень оставшихся организмов - тех, которые действительно могли быть приобретены Меншиковым в европейских музеях. Из них в пределах России того времени встречались выхухоль, дельфин, дрофа, омуль и тигр. Правда, относительно выхухоли Алексашка может еще попререкаться с царем, доказывая, что им была куплена пиренейская выхухоль, выделяемая в особый вид. Хотя тигр на Дальнем Востоке довольно редок, а освоение этих земель в XVII в. только начиналось, все же можно считать, что этот колоритный зверь был уже известен не только как "заморская тварь".

Нетривиальна ситуация с гепардом. Ареал этого животного в Азии постоянно сужается, отступая на юг. Так, последние сведения о гепардах на территории СССР относятся к 1973 году. Каким был ареал гепарда 300 лет назад? Разумеется, более широким. Однако вряд ли настолько, чтобы можно было включить гепарда в отечественную фауну. (Гепарды, известные из летописей Киевской Руси, - это прирученные охотничьи животные, обитавшие за пределами их естественного ареала.) Вампиры с точки зрения систематики - чисто американская группа летучих мышей.

ЗАДАЧА 1. ОБ ОТЛИЧИТЕЛЬНЫХ ПРИЗНАКАХ АМФИБИЙ И РЕПТИЛИЙ

А. Из утверждений 1-10 выберите верные. Тритонов и саламандр относят к амфибиям, а не рептилиям, поскольку все они характеризуются следующими признаками, которые имеются и у всех остальных амфибий, а у рептилий - всегда отсутствуют:

1) наличие метаморфоза в ходе развития, 2) внутреннее оплодотворение, 3) кожное дыхание, 4) отсутствие настоящих ребер, 5) отсутствие шейного отдела позвоночника, 6) наличие кожных желез, 7) один круг кровообращения, 8) перемешивание в сердце артериальной и венозной крови, 9) четырехпалые конечности, 10) способность совершать прыжки.

Б. Для каждого из исключенных вами утверждений объясните, в чем состоит его ошибочность.

Хотя на первый взгляд многие из приведенных утверждений кажутся довольно "симпатичными", проверку требованием признаки имеются у всех амфибий, а у рептилий - всегда отсутствуют выдерживает только утверждение 3.

Рассмотрим предложенные высказывания подробнее.

1. Наличие метаморфоза, в результате которого водная личинка превращается в сухопутное животное, - "характерный признак" класса Амфибии. Яйца амфибий лишены оболочек, защищающих от высыхания, и, как правило, не могут развиваться вне воды. Развитие, связанное с водой, и личиночное дыхание посредством жабр характеризуют амфибий как примитивных наземных позвоночных. У рептилий метаморфоз отсутствует.

Тем не менее среди амфибий существуют неотенические виды, которые размножаются на стадии личинки и соответственно не претерпевают метаморфоза. Наиболее известный пример - аксолотли (личинки амбистом).

2. У большинства амфибий оплодотворение наружное (а отнюдь не внутреннее, как было заявлено во втором утверждении). Внутреннее оплодотворение свойственно безногим амфибиям и большинству хвостатых (за исключением семейств Скрытожаберные и Углозубые). Встречается оно и у некоторых бесхвостых амфибий из семейства Гладконогие. У рептилий же оплодотворение только внутреннее.

Заметим, что даже у тех амфибий, которым свойственно наружное оплодотворение, происходит спаривание. Благодаря спариванию обеспечивается одновременное выделение икры и спермы.

3. Кожное дыхание (помимо легочного) имеется у всех амфибий. У семейства Безлегочные саламандры легкие вообще отсутствуют и газообмен осуществляется через кожу и слизистую ротовой полости. Рептилии дышат только легкими; некоторые черепахи - также через поверхность ротовой полости.

4. Ребра амфибий отличаются незначительной длиной и до грудины никогда не доходят. Тем не менее хвостатые амфибии имеют ребра. Правда, в отличие от других позвоночных у них так называемые верхние ребра. У бесхвостых амфибий самостоятельные ребра наблюдаются в виде незначительных рудиментов на двух-трех позвонках или же рудиментарные ребра сращены с поперечными отростками позвонков.

5. В дополнение к туловищному и хвостовому отделам позвоночника рыб у амфибий появляются шейный и крестцовый отделы (каждый из которых представлен всего одним позвонком). У рептилий шейный отдел позвоночника удлиняется.

6. Кожа амфибий содержит значительное количество желез, поддерживающих ее во влажном состоянии. Ядовитый секрет некоторых желез служит защитой от проникновения паразитов и даже от нападения крупных врагов. У рептилий кожа обычно лишена желез. Но бывают и исключения. Так, у крокодилов имеется пара мускусных желез по бокам нижней челюсти. У черепах подобные железы расположены на месте соединения спинного и брюшного щитов.

7. У амфибий "выключается" жаберное кровообращение, а взамен устанавливается непосредственное сообщение по паре дуг от брюшной аорты к спинной. С приобретением легочного дыхания возникает новый, второй круг кровообращения. Он развивается отчасти за счет задней пары жаберных сосудов, которые дают начало легочным артериям, несущим венозную кровь к легким. Окисленная кровь возвращается по легочным венам назад, в сердце. Один круг кровообращения имеется только у личинок амфибий, дышащих жабрами. У рептилий всегда два круга кровообращения.

8. Амфибии имеют трехкамерное сердце (у безлегочных саламандр - двухкамерное), так как перегородка разделяет предсердие на две половины: правую - венозную и левую - артериальную. Желудочек не поделен, но обладает развитой сетью мускульных перегородок, препятствующих смешиванию артериальной и венозной крови. Тем не менее уже в правом предсердии кровь смешанная, так как верхние полые вены приносят в него не только венозную кровь, но и идущую по кожным венам артериальную. В желудочке к этой смеси добавляется порция артериальной крови из левого предсердия. Разделение желудочка при таком кровообращении сделало бы бесполезным кожное дыхание, так как артериальная кровь кожных вен поступала бы только в легкие. Отсутствие перегородки в желудочке приобретает важную роль, когда животное находится под водой и дышит только кожей.

В сердце рептилий, кроме полного разделения предсердий, имеется перегородка, делящая желудочек на две половины. Эта перегородка обычно неполная: отходит от брюшной стенки, но не доходит до спинной. Однако при сокращении желудочка она может "дотянуться" до спинной стенки, полностью разобщая полости. Только у крокодилов имеется полная перегородка. Но даже у них не происходит окончательного разделения венозной и артериальной крови: эти потоки смешиваются в спинной аорте.

9. Передняя конечность хвостатых амфибий обычно имеет четыре пальца, задняя конечность - пять. Однако иногда число пальцев вторично сокращается до трех или двух. Так, у протея три пальца на передних и два на задних конечностях, у сиреновых - только передние конечности с четырьмя или тремя пальцами, у амфиум - две пары конечностей несут по два или три пальца.

На передней конечности бесхвостых амфибий развиты четыре пальца. Первый палец имеется, но рудиментарен. В задней конечности все пять пальцев прекрасно развиты и, кроме того, имеется рудимент переднего пальца из нескольких фаланг.

10. Прыжки - основной способ передвижения бесхвостых амфибий. Могут прыгать и некоторые из хвостатых амфибий, ведущие наземный образ жизни (например, лузитанская саламандра). Способны совершать прыжки и рептилии - многие ящерицы и даже змеи.

ЗАДАЧА 2. ОБ ИЗМЕНЕНИИ ЧИСЛА ЛЕЙКОЦИТОВ

А. Какие из перечисленных ниже событий повлекут за собой повышение числа лейкоцитов в периферической крови человека, а какие - нет?

1) бег на длинную дистанцию, 2) воспаление легких, 3) воспаление почечных клубочков (гломерулонефрит), 4) обморожение, 5) обстоятельное чаепитие, 6) отход ко сну, 7) плотный завтрак, 8) профилактическая прививка от туберкулеза, 9) сдача вступительного экзамена, 10) употребление гематогена.

Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А.

Лейкоциты - одна из самых быстро реагирующих клеточных систем организма. Они играют важную роль в защите от микробов, вирусов и различных чужеродных веществ. Увеличение количества лейкоцитов (лейкоцитоз) происходит при самых разнообразных воздействиях. В связи с этим содержание лейкоцитов в крови является важной медико-диагностической характеристикой.

Врачи принимают во внимание не только общее количество лейкоцитов, но и соотношение численности разных форм этих клеток.

"Омолаживание" лейкоцитов (сдвиг соотношения в сторону юных форм) свидетельствует об интенсивном образовании новых клеток. Это наблюдается при воспалениях и инфекционных заболеваниях, а наиболее ярко выражено при лейкозах (опухолевых процессах, поражающих костный мозг).

Ну а если количество лейкоцитов увеличено, но соотношение юных и зрелых форм осталось неизменным? Это означает, что произошел выход уже имеющихся клеток из депо - селезенки, костного мозга, легких. Такой лейкоцитоз носит временный характер и представляет собой нормальную реакцию организма. Вызываться данная реакция может приемом пищи (чтобы предотвратить попадание чужеродных веществ из кишечника), тяжелой физической работой, эмоциональным возбуждением и сильными неприятными ощущениями (независимо от их причины).

Приведенные выше соображения позволяют проанализировать перечень событий, приведенный в условии задачи. Итак, число лейкоцитов в крови возрастает: после бега на длинную дистанцию; при воспалении легких и гломерулонефрите - воспалении почечных клубочков; при обморожении как следствие болевых и иных неприятных ощущений; после плотного завтрака; после прививки; после сдачи экзамена - если он, конечно, потребовал от данного человека мало-мальски ощутимого эмоционального напряжения. Количество лейкоцитов не увеличивается: после чаепития - если чай не заедали большим количеством сладостей; после отхода ко сну - за исключением послеобеденного сна. Употребление гематогена также не увеличивает числа лейкоцитов, поскольку гематоген служит для организма источником дефицитного железа и поэтому преимущественно стимулирует эритропоэз (образование новых эритроцитов).

ЗАДАЧА 3. О ЗУБНЫХ ФОРМУЛАХ МЛЕКОПИТАЮЩИХ

Зубы млекопитающих подразделяют на резцы, клыки и коренные (среди последних различают предкоренные и собственно коренные зубы, но эту особенность мы в задаче рассматривать не будем). ЗУБНАЯ ФОРМУЛА - количество зубов каждого типа в верхней и нижней челюсти - является важной характеристикой в систематике млекопитающих.

А. У каких животных из приведенного ниже перечня отсутствуют:

(I) резцы,

(II) клыки,

(III) коренные зубы?

1) афалина, 2) бегемот, 3) белка, 4) бобр, 5) дикобраз, 6) енот, 7) заяц, 8) коала, 9) морж, 10) муравьед, 11) носорог, 12) осел, 13) подковонос, 14) серна, 15) слон, 16) утконос, 17) хомяк, 18) человек.

Б. В каких случаях для млекопитающего оказывается целесообразной утрата зубов того или иного типа? Каждое из приведенных вами соображений проиллюстрируйте примером.

У большинства млекопитающих зубы дифференцированы. Их устройство отражает пищевую специализацию животного. Резцы имеют долотовидную форму и приспособлены для захвата и разрезания пищи. Следующие за ними клыки имеют значительные размеры и служат для разрывания пищи. Задние (коренные) зубы осуществляют перетирание пищи.

Животные, в рационе которых преобладает растительная пища (в том числе семена и кора), часто утрачивают клыки. Примеры: все зайцеобразные, грызуны, хоботные, даманы и сирены, а также вомбаты, кенгуру, ленивцы, лошадиные, носороги.

Питание муравьями и термитами ведет к полной или почти полной утрате зубов. Примеры: муравьеды, ехидны, трубкозубые, ящеры (панголины).

Утрата зубов наблюдается также и при питании мелкими водными беспозвоночными. Примеры: утконос, усатые киты.

Зубатые киты (дельфиновые, нарваловые, кашалотовые, клюворылые) питаются рыбой и головоногими моллюсками. У них зубы многочисленны и не дифференцированы (гомодонтны).

Раз уж у нас зашла речь о зубных формулах, приведем их для тех организмов, которые были перечислены в условии. Сокращенно обозначают: i - резцы, c - клыки, p - предкоренные, m - коренные зубы. В числителе зубной формулы указывают количество зубов в верхней половине челюсти, в знаменателе - количество зубов в нижней половине челюсти. Итак (не забываем о том, что многие названия из нашего перечня объединяют несколько видов):

Афалина - зубы гомодонтные - до 65/58.

Бегемот - .

Белка - = 20-22.

Бобр - = 20.

Дикобраз - = 20.

Енот - = 40.

Заяц - = 26-28.

Коала - = 30.

Морж - = 18-24.

Муравьед - зубов нет.

Носорог - = 24-34.

Осел - = 36-44.

Подковонос - = 28-32.

Серна - = 32.

Слон - = 26.

Утконос - = 34 (у взрослых особей зубов нет).

Хомяк - = 16.

Человек - = 32 (с учетом "зубов мудрости").

Разумеется, эти конкретные количества приведены нами только для справки. В решении задачи достаточным будет такой ответ:

- у афалины зубы не дифференцированы, выраженные резцы, клыки и коренные отсутствуют;

- у муравьеда, а также у взрослого утконоса зубов вообще нет;

- клыки отсутствуют у белки, бобра, дикобраза, зайца, слона, хомяка, некоторых носорогов и ослов; резцы - у некоторых носорогов.

ЗАДАЧА 4. О ПРИГОТОВЛЕНИИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

А. При изготовлении каких продуктов из приведенного перечня используют:

(I) бактерии;

(II) грибы;

(III) ферментные препараты?

1) брынза, 2) йогурт, 3) квас, 4) квашеная капуста, 5) кукурузные хлопья, 6) овсяное печенье, 7) осветленный яблочный сок, 8) пиво, 9) пресные хлебные лепешки, 10) сливки, 11) сыр рокфор, 12) швейцарский сыр.

Б. Какие это бактерии, грибы, ферменты? В производстве каких еще пищевых продуктов их применяют?

1. Створаживание молока в ходе изготовления брынзы осуществляется с помощью либо пепсина, либо сычужного фермента.

2. При приготовлении йогурта используются молочнокислые бактерии, обычно из рода Lactobacillus. Перед посевом закваски молоко несколько сгущают кипячением или добавлением сухого молока.

3. В производстве кваса используют смесь так называемых квасных дрожжей и молочнокислых бактерий.

4. На первых стадиях заквашивания капусты развиваются факультативно-анаэробные бактерии, способные переносить высокую концентрацию соли. Обычно это представители рода Leuconostoc (L. mesenteroides и др.). При повышении кислотности они вытесняются более ацидофильными бактериями (L. brevis, L. plantarum).

5. Кукурузные хлопья изготовляют просто в вакуумной печке без всякой биотехнологии.

6. В производстве овсяного печенья могут использоваться хлебопекарные дрожжи или разрыхлители на основе бикарбоната натрия.

7. Для осветления соков применяют фермент пектиназу.

8. Пивоварение включает два биотехнологических этапа. Вначале на этапе "затирания" - приготовления пивного сусла - "работают" амилазы. В качестве препарата этих ферментов обычно применяют солод - высушенные и измельченные проростки ячменя. После этого для сбраживания образовавшегося сахара используют пивные дрожжи Saccharomyces cerevisiae.

9. Пресные хлебные лепешки (в частности, маца) готовятся из муки, замешанной на воде. Микроорганизмы в приготовлении этого продукта не участвуют.

10. Сливки получают из молока с помощью сепаратора, физически отделяя капельки жира.

11. По технологии изготовления рокфора требуется добавление больших количеств соли. Поэтому применяют солеустойчивые виды (например, Streptococcus thermophilis) и / или различные виды молочнокислых бактерий Lactobacillus. После образования достаточного количества кислоты вносят сычужный фермент, необходимый для формирования плотного сгустка. Далее в течение нескольких месяцев сыр созревает. При этом микроорганизмы продолжают оказывать медленное протеолитическое и липолитическое воздействие. Перед закладкой в формы на созревание к сыру рокфор добавляют споры плесени Penicillum roqueforti. Этот гриб придает сыру характерный острый вкус.

12. Технологии получения рокфора и швейцарского сыра довольно схожи. В процессе изготовления швейцарского сыра нарезанный кусочками сыр прогревают при 50?С, поэтому сохраняются термоустойчивые бактерии (S. termophilis, Lactobacillus bulgaricus, L. lactis, Propionobacterium shermanii). В созревании швейцарского сыра особую роль играют пропионовокислые бактерии. Пропионаты обеспечивают приятный горьковато-сладковатый вкус сыра, а активное выделение углекислоты приводит к образованию в его толще "ноздрей".

ЗАДАЧА 5. О ПАРНИКОВОМ ЭФФЕКТЕ

А. Выберите из перечисленных утверждений верные. К причинам, вызывающим ПАРНИКОВЫЙ ЭФФЕКТ, относятся:

1) интенсивный синтез фреонов и их выброс в атмосферу, 2) выброс в атмосферу солей тяжелых металлов, 3) сжигание запасов нефти и газа, 4) работа атомных электростанций, 5) работа гидроэлектростанций, 6) уничтожение тропических лесов, 7) снижение прозрачности Мирового океана, 8) падение видового разнообразия флоры, 9) интенсивная распашка земельных угодий, 10) увеличение площади болот, 11) понижение КПД фотосинтеза вследствие антропогенных воздействий, 12) рост сейсмической активности, 13) уменьшение радиуса земной орбиты.

Б. Для каждого из выбранных вами факторов опишите его возможную связь с парниковым эффектом.

Парниковый (оранжерейный) эффект - оптическое свойство земной атмосферы, состоящее в хорошем пропускании солнечного излучения к поверхности Земли и плохом пропускании видимого и инфракрасного (теплового) компонента отраженного излучения. Выраженность парникового эффекта определяется составом атмосферы. Основные составляющие ее газы - азот, кислород и аргон - практически не поглощают тепловых лучей, в отличие от примесей - водяных паров, озона, углекислого газа, взвешенных капель воды и кристалликов льда. Как видим, строго говоря, в задаче следует рассматривать не появление парникового эффекта (он наблюдается всегда, если только в атмосфере имеются перечисленные примеси), а его усиление.

Связи между различными факторами, действующими в биосфере, весьма разнообразны. Поэтому важно отличать четкие зависимости, когда определенное воздействие всегда вызывает строго определенный эффект, и умозрительные построения, в которых множество логических цепочек тянется от начального фактора и заканчивается самыми разными слабо выраженными последствиями. Нас интересует все-таки не богатство фантазии участников олимпиады, а умение ориентироваться в реальных ситуациях. Итак:

1. Выброс фреонов вызывает разрушение озонового слоя. Атмосфера становится более "открытой" для излучений в обоих направлениях. Несмотря на серьезные последствия этих изменений, к усилению парникового эффекта они не приводят.

2. Количества выбрасываемых в атмосферу солей тяжелых металлов несопоставимо меньше, чем содержание в ней газов, влияющих на парниковый эффект. Правда, подобные выбросы могут локально повлиять на облачность в какой-то конкретный день, но общей климатической ситуации это не изменит.

3. Сжигание запасов нефти и газа. Здесь ситуация проще всего, поскольку в результате этих процессов непосредственно высвобождается СО2 .

4, 5. Сама по себе выработка энергии на атомных и гидроэлектростанциях не оказывает влияния на парниковый эффект. Однако полная технология работы и тех, и других электростанций предполагает создание водохранилищ (в случае АЭС - для охлаждения рабочих элементов). Вследствие этого возрастает облачность, а значит, работа электростанций на выраженность парникового эффекта достоверно влияет.

6. Уничтожение тропических лесов. Важно понимать, что речь идет о постоянно действующем факторе (а не о местных пожарах, после которых лес быстро восстанавливается). Каждый год площадь лесов сокращается на значительную величину. Интенсивность фотосинтеза падает, а парниковый эффект усиливается.

7. Поскольку мы не рассматриваем отражение солнечных лучей поверхностью океанов, снижение их прозрачности может нас интересовать лишь в связи с интенсивностью фотосинтеза водных организмов. Однако донная флора вносит незначительный вклад в фотосинтетическую продукцию Мирового океана, а плавающие организмы в ответ на уменьшившееся поступление света просто переместятся в верхние слои воды. Следовательно, снижение прозрачности океанов в настоящее время не является фактором, серьезно влияющим на выраженность "парникового эффекта". Рассуждения же о катастрофических последствиях гибели водных экосистем, изолированных от света и атмосферы нефтяной пленкой, к счастью, пока относятся лишь к отдельным загрязненным участкам, но не к Мировому океану в целом.

8. Падение видового разнообразия флоры теоретически могло бы повлиять на "парниковый эффект". Однако в наших нынешних реалиях наблюдается вытеснение относительно высокопродуктивных природных экосистем высокопродуктивными же агроценозами (что и не удивительно - логично желание крестьянина выращивать в основном урожайные культуры). Поэтому в результате такой замены интенсивность фотосинтеза достоверно не снижается. (Истребление редких видов растений и снижение устойчивости естественных биоценозов - серьезная проблема, но на рассматриваемый нами сейчас парниковый эффект она не оказывает направленного влияния.)

9. Интенсивная распашка земельных угодий усиливает бактериальное дыхание и разложение многолетних запасов органики в почве. Так что по механизму действия этот фактор сопоставим со сжиганием органического топлива.

10. Увеличение площади болот усиливает парниковый эффект довольно необычным образом. Выделяемый на болотах метан увеличивает поглощение теплового излучения еще сильнее, чем углекислый газ. Видимо, эту логическую цепочку следует считать основной при рассмотрении последствий заболачивания.

11. Негативные последствия человеческой активности весьма разнообразны, но снижение КПД фотосинтеза к ним не относится. Как говорится, на нет и суда нет. Можно, конечно, указать некоторые синтетические вещества, влияющие на эту характеристику, но они не производятся и не выбрасываются в таких количествах, чтобы считаться фактором с различимым индивидуальным действием. Обсуждение же последствий какого-то серьезного воздействия на КПД фотосинтеза в будущем малосодержательно - для вымышленного фактора невозможно проанализировать весь спектр его активности.

12. Рост сейсмической активности коррелирует с парниковым эффектом, однако эта связь не причинно-следственная (а в задаче речь идет именно о причинах!). Известно, что одновременно с сейсмической увеличивается и вулканическая активность, а выбросы больших количеств углекислого газа из земных толщ непосредственно обуславливают парниковый эффект.

13. Уменьшение радиуса земной орбиты (торможение Земли и ее медленное падение на Солнце) влечет за собой повышение температуры - крайне медленное и несопоставимое по скорости с рассмотренными выше факторами. "Парниковый эффект" тоже повышает температуру на поверхности Земли - но посредством принципиально иного механизма. На содержание же СО2 в атмосфере радиус земной орбиты не влияет, пока речь идет об уменьшении этого радиуса на доли процента, а не о "перетаскивании" нашей планеты на новое место в Солнечной системе.

ЗАДАЧА 6. О СЫПИ

А. Является ли сыпь симптомом, наблюдающимся у большинства больных:

1) брюшным тифом, 2) ветряной оспой, 3) гемобластозом, 4) клещевым энцефалитом, 5) лепрой, 6) малярией, 7) отитом, 8) подагрой, 9) системной красной волчанкой, 10) скарлатиной, 11) СПИДом, 12) тромбофлебитом, 13) туберкулезом, 14) холерой, 15) чесоткой?

Б. Опишите различные механизмы образования сыпи у человека.

Сыпь - характерный диагностический признак при ветряной оспе (во время острого течения болезни), лепре, или проказе (высыпания разнообразны и многочисленны), системной красной волчанке, скарлатине (сыпь появляется через несколько часов после начала болезни в области щек, туловища и конечностей), чесотке (поражаются преимущественно участки с тонкой кожей, которые подвергаются трению). Также сыпь наблюдается при брюшном тифе (примерно на десятый день), СПИДе (в период первичных проявлений болезни), туберкулезе, особенно в случае туберкулеза кожи. Что же касается больных гемобластозом, или лейкозом, клещевым энцефалитом, малярией, отитом, подагрой, тромбофлебитом и холерой, то у них сыпь обычно отсутствует (бывают, конечно, и исключения - например, если основное заболевание сопровождается другими болезнями или расстройствами нормального функционирования организма).

Наиболее логичная классификация механизмов образования сыпи состоит в выделении следующих классов:

- результаты внешнего воздействия на покровы (холод, тепло, кислоты, щелочи и пр.);

- последствия инфекционных заболеваний;

- сыпь, вызванная воспалениями кожи и микропаразитарными кожными заболеваниями;

- сыпь как результат интоксикации или нарушения обмена веществ.

Исходя из этих начальных посылок, легко можно построить логические цепочки, приводящие к нарушению целостности сосудистого русла и скоплению форменных элементов крови в слоях кожи.

Кроме этого, ценным подспорьем в рассмотрении механизмов образования сыпи может стать детальное рассмотрение ее структурных вариантов. Таких вариантов, существенно отличающихся по путям их формирования, медики выделяют довольно много. Две основные группы составляют первичные и вторичные морфологические элементы сыпи.

В первую группу входят непосредственные следствия патологических процессов: пятна, волдыри, пузыри, пустулы, папулы, бугорки и узлы.

1. Геморрагические пятна развиваются вследствие проникновения эритроцитов через сосудистую стенку при ее повреждении (разрыве) или повышении проницаемости.

2. Пигментные пятна образуются вследствие изменения содержания пигментов (чаще всего меланина) в коже.

3. Волдыри - результат острого отека сосочкового слоя дермы. Они наблюдаются, например, при крапивнице, при отеке Квинке.

4. Пузырек - мелкое полостное образование, содержащее серозную или серозно-геморрагическую жидкость. Пузырьки образуются при герпесе, экземе, потнице.

5. Пузырь - крупное полостное образование, развивающееся в результате экзогенных воздействий (например, при ожоге или отморожении) или эндогенных нарушений (например, при пузырчатке или роже).

6. Пустула (гнойник) - полостное образование с гнойным содержимым. Поверхностные пустулы располагаются в эпидермисе, глубокие - в дерме. Гнойный процесс может охватывать волосяной фолликул (фурункулы), выводной проток сальной железы (угри) и др.

7. Папула - бесполостное поверхностное образование. Воспалительные папулы обусловлены развитием инфильтрата в дерме, расширением кровеносных сосудов, отеком и пролиферацией эпидермиса. Невоспалительные папулы возникают вследствие разрастания эпидермиса (бородавки), дермы (папилломы), отложений в дерме холестерина или солей кальция (ксантомы).

8. Бугорок - бесполостное образование, формирующееся вследствие развития в дерме воспалительного инфильтрата (в частности, при туберкулезе и сифилисе).

9. Узел - ограниченное плотное образование в глубоких слоях дермы и подкожной клетчатки. Узлы обычно обусловлены патологиями воспалительного характера (панникулит, сифилис).

Из первичных морфологических элементов сыпи впоследствии формируются вторичные - чешуйки, корки, трещины, эрозии, язвы, рубцы и др.

ЗАДАЧА 7. О РАЗЛИЧИЯХ ЦИКЛОВ РАЗВИТИЯ В РАЗНЫХ СИСТЕМАТИЧЕСКИХ ГРУППАХ

Структура природной популяции во многом зависит от продолжительности жизни и особенностей размножения особей данного вида. На основании этих признаков выделяют несколько групп организмов:

(I) особи живут короткое время (менее года) и обычно за время жизни размножаются однократно;

(II) жизненный цикл заканчивается в течение года, размножение однократное;

(III) жизненный цикл заканчивается в течение года, размножение многократное;

(IV) многолетний цикл развития, размножение однократное;

(V) многолетний цикл развития, размножение многократное.

А. Какие из этих пяти групп представлены в следующих таксонах:

1) Папоротники, 2) Голосеменные, 3) Покрытосеменные, 4) Членистоногие, 5) Моллюски, 6) Хордовые?

Б. Для каждого из рассмотренных в пункте А таксонов, в котором представлено несколько групп:

- приведите примеры (не более двух) организмов из каждой группы;

- кратко опишите, в каких условиях обитают (какую ЭКОЛОГИЧЕСКУЮ НИШУ занимают) организмы, принадлежащие к каждой из этих групп.

А. Ответ на первый вопрос представим в виде таблицы:

Исключением среди папоротников являются однолетники (группа II) из рода Ceratopteris, растущие на болотах. Все остальные папоротники (например, орляк или кочедыжник) - многолетники, которые могут занимать различные местообитания, преимущественно влажные.

Все голосеменные - многолетники, способные размножаться многократно.

Приведем примеры разных жизненных стратегий у покрытосеменных:

(I) - эфемеры пустынь (например, маки);

(II) - однолетние корнеплоды (редис), многие бобовые (горох, чина);

(III) - известны однолетники, которые цветут на протяжении нескольких месяцев; пример - заборный вьюнок;

(IV) - строго говоря, к этой категории придется отнести все классические двулетники (ботаники рассматривают их отдельно от однолетников и многолетников, но в нашей классификации соответствующая специальная группа не предусмотрена); имеются и немногочисленные виды растений, которые действительно растут в течение ряда лет, а после цветения погибают;

V - древесные (дуб, береза и т. д. и т. п.) и многие травянистые растения.

Членистоногие:

(I) - щитни;

(II) - большинство чешуекрылых;

(III) - в качестве примера назовем комнатную муху; к этой же группе относятся многие тли и водные клопы, некоторые бабочки;

(IV) - майский жук, семнадцатилетняя цикада и пр.;

(V) - речной рак.

Казалось бы, все моллюски должны быть отнесены к группе (V). Исключением (впрочем, вполне понятным) являются слизни и полуслизни - у них однолетний жизненный цикл с одно- либо многократным размножением. Однако имеются "приверженцы" стратегий (II) и (III) и среди водных моллюсков - ацера, тетис и др.

Известный пример стратегии (IV) - проходные рыбы (строго говоря, некоторые особи у них все же выживают после нереста и в результате на протяжении жизни размножаются два или даже три раза). Хотя у многих мелких позвоночных большинство особей гибнет в течение первого года жизни, у них нет каких-либо физиологических особенностей, которые бы обеспечивали обязательный характер такой гибели.

ЗАДАЧА 8. О ПРИМЕНЕНИИ АЗОТНЫХ УДОБРЕНИЙ

Отставной поручик Чебурков приехал в середине лета в свое поместье и решил навести порядок в погребах. Вскоре он обнаружил несколько забытых мешков с азотными удобрениями - аммиачной селитрой. В поместьи Чебуркова выращиваются (в открытом грунте):

1) борщевик, 2) кабачки, 3) картофель, 4) кормовая кукуруза, 5) крыжовник, 6) люцерна, 7) помидоры, 8) редька, 9) рожь, 10) сахарная свекла, 11) фасоль, 12) хрен, 13) чеснок, 14) шпинат, 15) яблоня.

А. Для каких из перечисленных растений немедленное применение этих удобрений приведет к повышению урожая? Для каких из перечисленных растений будет полезнее, если найденные Чебурковым удобрения используют в следующем году, но в более раннее время?

Б. Обоснуйте ответы, данные Вами в пункте А, исходя из того, на какие процессы в растениях и как влияют азотные удобрения.

Для начала разберемся, на какой стадии развития находятся перечисленные растения в середине лета. Имеем:

борщевик - цветение;

кабачки - цветение и плодоношение;

картофель - цветение (и начало клубнеобразования);

кормовая кукуруза - закладка соцветий;

крыжовник - плодоношение;

люцерна - цветение;

помидоры - цветение и плодоношение;

редька - вегетация (посев в середине лета!);

рожь - налив зерна;

сахарная свекла - вегетация;

фасоль - цветение и плодоношение;

хрен - вегетация и цветение;

чеснок - подготовка к покою (накопление питательных веществ);

шпинат - цветение (весенний посев);

яблоня - созревание плодов.

Понятно, что у растений, которые плодоносят, готовятся к плодоношению (причем делают это один раз в сезон!) или к покою, вызвать с помощью нитрата аммония (аммиачной селитры) прибавку урожая не удастся. К этим культурам относятся крыжовник, рожь, чеснок, яблоня. Некоторые культурные растения к середине лета уже должны быть убраны (шпинат на зелень). Если они у Чебуркова еще остались, то урожаем для этих растений следует считать семена.

Кабачки и помидоры, как ни странно, по-разному ответят на внесение удобрения: кабачки увеличат урожай, а вот помидоры его уменьшат, "пустившись" в вегетативный рост.

Подкормка картофеля чем бы то ни было после посадки малоэффективна - все удобрения желательно было вносить при перекопке почвы.

Активно вегетирующие растения - редька, сахарная свекла - нуждаются для роста в азоте. Поэтому внесение удобрения скажется благотворно на их развитии и в конечном итоге позволит повысить урожай.

Что касается люцерны, то стоит порекомендовать немедленно скосить ее и затем удобрить селитрой. Тогда растения смогут быстрее отрасти и дадут прибавку во втором урожае этого года.

Для фасоли все зависит от сорта и стадии развития. Если фасоль вьющаяся, то есть продолжает расти, подкормка увеличит урожай. У кустовой фасоли к середине лета рост остановился и закладка соцветий прекратилась; поэтому ждать прибавки урожая не приходится.

С кормовой кукурузой (убираемой на силос) ситуация тоже неоднозначна. Если дело с цветением зашло слишком далеко, то после середины лета азотные удобрения не подействуют. Если цветоносы еще не заложены - урожай силоса возрастет. Категоричный ответ в этом случае можно дать, лишь основываясь на каких-то допущениях о местонахождении чебурковского поместья.

Цели выращивания борщевика, вообще говоря, могут быть разными. Но в любом случае после закладки соцветия ростовые процессы в листьях замирают. Поэтому увеличить урожай листьев не удастся. Возможно, несколько возрастет урожай семян - но вряд ли именно их получение было целью Чебуркова и его крестьян.

Хрен разворачивает новые листья на протяжении почти всего лета. Применение азотных удобрений поможет растению увеличить биомассу листьев. Соответственно, увеличатся и корневища, которые логично считать урожаем данной культуры.

Обратим внимание и на то, как удобрение может повлиять на урожай следующего года. Для простоты не будем вдаваться в хитрости севооборотов и рассмотрим только многолетние растения. Многие многолетники в середине лета закладывают почки. Избыток азота может привести к бурному росту яблони в ущерб формированию цветочных почек. Кроме того, азотные удобрения могут существенно снизить морозостойкость растений с зимующими надземными органами (яблони, крыжовника). В результате побеги подмерзнут зимой.

Вследствие азотистой подкормки понизится лежкость картофеля (больше клубней станет загнивать при хранении, интенсивнее будут расти побеги зимой), сахарной свеклы, редьки, чеснока. Поэтому с начала августа вносить азотные удобрения под эти культуры не рекомендуют.

Как видите, в некоторых случаях на поставленные вопросы не удается дать однозначный ответ: результат применения удобрения для данной культуры зависит от различных дополнительных обстоятельств. Поэтому при оценке решения для нас важна не столько "правильная" последовательность чисел, выписанных в ответе на пункт А, сколько полнота аргументации. (Это же соображение относится и к ряду других задач.)

ЗАДАЧА 1. О ТИПАХ СОЦВЕТИЙ

А. Укажите, как называются соцветия у перечисленных ниже растений (если, конечно, у них соцветия имеются).

1) баобаб, 2) груша, 3) дуб, 4) калина, 5) клевер, 6) ландыш, 7) лещина, 8) маргаритка, 9) мать-и-мачеха, 10) незабудка, 11) осина, 12) сирень, 13) смородина, 14) тысячелистник, 15) хмель.

Б. Разнообразие типов соцветий, разумеется, не случайно и в существенной степени имеет приспособительное значение. Какие функции могут осуществляться не всеми типами соцветий, а лишь некоторыми из них?

А. Начнем с названий:

баобаб - соцветий нет, цветки одиночные;

груша - щиток;

дуб - тычиночные цветки формируют свисающие сережки, пестичные цветки бывают и одиночные, и сгруппированные по несколько штук;

калина - щиток;

клевер - головка;

ландыш - кисть;

лещина - тычиночные цветки располагаются в повислых сережках (сережки - это сложные цимозные соцветия, составленные из монохазиев и дихазиев); пестичные цветки образуют общее головчатое соцветие из двухцветковых дихазиев;

маргаритка - корзинка;

мать-и-мачеха - корзинка;

незабудка - извилина (монохазий);

осина - сережка;

сирень - пирамидальная метелка;

смородина - цветки собраны в кисти, реже - в пучки или одиночные;

тысячелистник - мелкие корзинки большей частью располагаются в общем щитковидном соцветии, реже - одиночные;

хмель - тычиночные цветки формируют метельчатые соцветия, пестичные - головчатые колосья.

Б. Соцветием называют побег или систему побегов, которые несут цветки. Приспособительная ценность соцветий очевидна - благодаря им возрастает вероятность опыления цветков. Понятно, что насекомое за единицу времени посетит гораздо больше цветков в соцветии, чем если бы они располагались поодиночке. Но вероятность опыления благодаря соцветиям увеличивается и у ветроопыляемых растений. Еще одно преимущество связано с последовательным распусканием цветков в соцветии: благодаря этому семязачатки одного соцветия могут быть оплодотворены пыльцой из разных источников, и генетическое разнообразие семян повысится.

Очень важно, что тот или иной тип соцветия связан с определенным типом соплодия и с конкретными приспособлениями для распространения плодов и семян.

В соцветии возможна дифференциация по строению и функциям между отдельными цветками. Например, в корзинке василька яркие краевые цветки бесплодны и служат для привлечения насекомых-опылителей, а семена дают невзрачные и мелкие средние цветки.

Как правило, каждый тип соцветия приспособлен к определенному способу опыления (ветром, насекомыми или птицами). Скажем, растения с типом соцветия корзинка хорошо приспособлены к опылению насекомыми, но малопригодны для ветроопыления. А вот пыльца растений с типом соцветия сережка переносится ветром.

ЗАДАЧА 2. ОБ ОРГАНОИДАХ У ПРЕДСТАВИТЕЛЕЙ РАЗНЫХ ЦАРСТВ ЖИВЫХ СУЩЕСТВ

Широко используемым в настоящее время является подразделение живых организмов на следующие царства: (I) Бактерии, (II) Архебактерии, (III) Протисты (Простейшие), (IV) Животные, (V) Грибы и (VI) Растения. (При этом вирусы и лишайники считаются особыми таксонами, не входящими в основную систематику.)

А. Для каждого из этих царств укажите, имеются ли перечисленные ниже структуры во всех клетках входящих в него организмов, в части клеток или же всегда отсутствуют.

1) клеточная мембрана, 2) клеточная стенка, 3) митохондрии, 4) пластиды, 5) рибосомы, 6) центриоли, 7) цитоплазма, 8) ядро.

Ответы представьте в виде таблицы, строки которой соответствуют разным царствам, столбцы - структурам.

Б. Для всех случаев, когда в пункте А вы дали ответ в части клеток, приведите по одному примеру наличия и отсутствия данной структуры.

Начинаем с таблицы ("+" - "у всех клеток", "?" - "у части клеток", "-" - "всегда отсутствуют"):

Клеточной стенки лишены некоторые бактерии - микоплазмы.

Хотя обычно архебактериям свойственна клеточная стенка (как и бактериям), но, например, Thermoplasma ее лишена.

В царство Протисты объединяют как организмы, близкие к животным, так и организмы, куда больше напоминающие растения (классический пример последних - эвглена). Они, естественно, отличаются по набору органоидов. Так, у Euglena gracilis пластиды имеются, а у амебы - отсутствуют.

Ядро, разумеется, необходимо для жизнедеятельности любой эукариотической клетки. Однако во всех царствах эукариот можно встретить "тупиковые" стадии развития клеток организма, на которых они утрачивают ядро. Наиболее известный пример - зрелые эритроциты млекопитающих. У них, кстати говоря, отсутствуют все мембранные органоиды.

Тилакоиды у бактерий - впячивания наружной мембраны. Этим они отличаются от пластид водорослей и высших растений - органоидов, имеющих две мембраны (наружную и внутреннюю).

Можно ли привести пример животной клетки, лишенной рибосом? Крайне мало их в сперматозоидах, но направленного разрушения этих органоидов все-таки не происходит.

Ну, а наличие клеточной мембраны и цитоплазмы - непреложное требование к любой клетке, в составе какого бы организма она не находилась.

ЗАДАЧА 3. О ФУНКЦИЯХ ПЕЧЕНИ

А. У каких организмов из приведенного ниже перечня имеется печень (или орган, близкий ей по функциям)?

1) аурелия, 2) геккон, 3) каракатица, 4) катран, 5) ланцетник, 6) махаон, 7) морская звезда, 8) панголин, 9) пескоройка, 10) печеночная двуустка, 11) печеночница, 12) пингвин, 13) протей, 14) прудовик, 15) пчела, 16) рак-отшельник, 17) треска, 18) трипаносома.

Б. Перечислите функции, которые выполняет печень у разных животных. Каждую из функций проиллюстрируйте не более чем двумя примерами.

А. Под названием "печень" могут фигурировать органы, совершенно разные по функциям и происхождению. Поэтому, приняв во внимание все варианты, можно сказать, что печень имеют:

геккон - ящерица;

каракатица - головоногий моллюск;

катран - хрящевая рыба;

ланцетник - бесчерепное хордовое;

морская звезда - иглокожее (печеночные выпячивания);

панголин - млекопитающее;

пескоройка - личинка миноги;

пингвин - птица;

протей - земноводное (есть и одноклеточные организмы с тем же названием; у них никакой печени, разумеется, нет);

прудовик - брюхоногий моллюск;

рак-отшельник - ракообразное;

треска - костистая рыба.

Не имеют печени:

аурелия - медуза;

махаон - насекомое;

печеночная двуустка - плоский червь;

печеночница - это вообще цветковое растение;

пчела - насекомое;

трипаносома - одноклеточный организм (протист).

Приведенный ответ на пункт А задачи вполне достаточен. Однако для справки заметим, что столь широкая трактовка термина не является общепринятой. Строго говоря, печень определяется как специфический для позвоночных орган, являющийся производным кишки и соединенный с последней желчными протоками.

Б. Можно указать следующие основные функции печени позвоночных.

1. Образование и выделение желчи. Под действием желчи жиры пищи распадаются на мельчайшие капельки (эмульгируются), что облегчает их расщепление пищеварительными ферментами. Желчь активирует ферменты, выделяемые поджелудочной железой и железами кишечника (прежде всего - липазы, расщепляющие жиры). Кроме того, желчь стимулирует секрецию кишечного сока и моторику (сократительную активность) тонкого кишечника. Она губительно действует на бактерии, попавшие в кишечник. Желчь способствует всасыванию в кишечнике жирорастворимых витаминов и некоторых других веществ. В результате взаимодействия с желчными кислотами из кровотока выводятся многие "тупиковые" продукты метаболизма (например, билирубин), а также различные токсины и лекарственные препараты.

2. Барьерная роль. Кровь, оттекающая от кишечника, собирается в воротную вену, которая в печени ветвится на капилляры. Эта капиллярная сеть позволяет клеткам печени извлекать из крови и обезвреживать ядовитые вещества, образовавшиеся в результате обменных процессов либо поступившие с пищей.

3. Печень играет важную роль в обмене углеводов. В ней синтезируется гликоген и осуществляется его хранение. При недостаточном поступлении углеводов с пищей гликоген под действием специальных ферментов расщепляется до молекул глюкозы, которые поступают в кровоток и используются клетками организма.

4. В печени синтезируются многие важные для организма белки: все альбумины и значительная часть глобулинов крови, белки, ответственные за тромбообразование, и др.

5. В печени происходит расщепление жиров и ресинтез из полученных фрагментов новых жиров, свойственных данному организму.

6. Печень участвует в метаболизме многих гормонов. В частности, здесь разрушаются гормоны надпочечников и половые гормоны.

7. Печень - один из органов кроветворения.

8. Печень является не только "колыбелью", но и "кладбищем" клеток крови. В этом органе из гемоглобина разрушенных эритроцитов образуется пигмент билирубин, который секретируется в двенадцатиперстную кишку в составе желчи.

9. Наконец печень, как и селезенка, играет роль "депо" крови.

Упомянем необычную роль печени у акул. У них печень содержит очень много жиров и благодаря этому служит "поплавком", поддерживающим акулу в толще воды.

У ланцетника печенью называют крупное мешковидное образование, отходящее от кишки примерно в том же месте, что и печень позвоночных. Основные функции этого органа - образование пищеварительных ферментов и всасывание питательных веществ.

"Печень" беспозвоночных (чаще всего речь идет о печеночных мешках или печеночных придатках) лишь частично выполняет функции, присущие печени позвоночных. В то же время она может брать на себя выполнение некоторых других функций. Печень беспозвоночных - прежде всего орган пищеварения; здесь вырабатывается пищеварительный сок, расщепляющий жиры, белки и даже углеводы (моллюски, иглокожие, ракообразные). Кроме того, клетки печени непосредственно участвуют в пищеварении, фагоцитируя частички пищи и переваривая их внутриклеточно (моллюски, ракообразные). Как и у позвоночных, у беспозвоночных печень служит для запасания питательных веществ, причем не только углеводов, но и жиров (моллюски).

ЗАДАЧА 4. О СТРОЕНИИ СТЕНОК КАПИЛЛЯРОВ

Капилляры кровеносной системы в разных органах и тканях устроены неодинаково. Стенки капилляров могут быть сплошными (когда составляющие их клетки плотно примыкают друг к другу), окончатыми (в стенках есть небольшие отверстия) или прерывистыми (отверстия настолько велики, что через них могут протискиваться даже клетки).

А. Какие капилляры расположены в перечисленных ниже органах человека?

1) головной мозг, 2) жировая ткань, 3) костный мозг, 4) легкие, 5) мочевой пузырь, 6) печень, 7) почки, 8) селезенка, 9) сердце, 10) скелетные мышцы, 11) толстый кишечник, 12) тонкий кишечник.

Б. Для каждого органа из приведенного перечня обоснуйте целесообразность именно такого устройства капилляров.

Строение стенок капилляров зависит от функции органов, в которых они расположены. Там, где невысока интенсивность обмена жидкости между кровью и межклеточными пространствами, капилляры имеют сплошные стенки. Если в ткани требуется интенсивный перенос жидкости с растворенными в ней веществами (из капилляров наружу или наоборот), то у капилляров будет окончатое строение. Ну, а через стенки прерывистых капилляров могут проходить как жидкость, так и клетки крови. В связи с этим капилляры с подобными стенками расположены в тех органах, в которых происходит новообразование форменных элементов крови или их разрушение.

Исходя из этих общих соображений, можно без особого труда разобраться с предложенным перечнем.

Сплошные капилляры:

- в головном мозге; здесь они "самые сплошные", их стенки образуют гематоэнцефалический барьер;

- в жировой ткани; поступление питательных веществ отсюда в кровоток лимитируется не проницаемостью капилляров, а интенсивностью работы ферментов;

- в легких; конечно, скорость обмена через стенки легочных капилляров чрезвычайно высока, однако обмениваются газы, свободно диффундирующие через клеточные мембраны и не нуждающиеся в дополнительных "воротах";

- в мочевом пузыре; на этом участке системы выделения (в отличие от почек) почти ничего не фильтруется и не всасывается;

- в сердце;

- в скелетных мышцах.

Окончатые капилляры:

- в почках; действительно, ведь в почечных клубочках происходит интенсивная фильтрация;

- в толстом и тонком кишечнике; здесь через стенки капилляров всасываются жидкость и растворенные в ней продукты переваривания пищи.

Прерывистые капилляры:

- в костном мозге - основном органе кроветворения (гемопоэза);

- в печени; здесь интенсивно разрушаются эритроциты;

- в селезенке; в этом органе клетки крови и образуются, и разрушаются, да еще и депонируются.

ЗАДАЧА 5. О ДЛИНЕ ОТРОСТКОВ У НЕРВНЫХ КЛЕТОК

Нервная клетка (нейрон) состоит из тела - центральной части с ядром и другими структурами - и отростков. Отростки подразделяют на ДЕНДРИТЫ (по ним возбуждение идет к телу нейрона) и АКСОНЫ (по которым возбуждение распространяется от тела нейрона). Как правило, у нейрона имеется один аксон и много дендритов.

А. Выберите из перечня те нервные клетки человеческого организма, у которых самым длинным отростком является:

(I) аксон;

(II) дендрит.

1) первый нейрон дуги коленного рефлекса, 2) второй нейрон дуги коленного рефлекса, 3) клетки, отростки которых составляют зрительный нерв, 4) нервные клетки, отростки которых в коже воспринимают боль, 5) нервные клетки, отростки которых в коже воспринимают прикосновение, 6) нейроны, по которым в мозг поступает информация от рецепторов вкуса, 7) нейроны, по которым в мозг поступает информация от рецепторов обоняния, 8) тормозящие сердечную активность нейроны, отростки которых расположены в блуждающем нерве, 9) нейроны, отростки которых лежат в задних корешках спинного мозга, 10) нейроны, отростки которых лежат в передних корешках спинного мозга, 11) нейроны, лежащие в узлах пограничных симпатических стволов, 12) двигательный нейрон дуги коленного рефлекса.

Б. Какие общие признаки свойственны нейронам, входящим в группу (I)? А нейронам, входящим в группу (II)?

А. К группе (I) относятся:

- второй нейрон дуги коленного рефлекса;

- нервные клетки, отростки которых составляют зрительный нерв;

- нейроны, по которым в мозг поступает информация от рецепторов обоняния;

- тормозящие сердечную активность нейроны, отростки которых расположены в блуждающем нерве;

- нейроны, отростки которых лежат в передних рогах спинного мозга;

- нейроны, лежащие в узлах пограничных симпатических стволов;

- двигательный нейрон дуги коленного рефлекса (это та же самая клетка, что и упомянутая под номером 2, ведь дуга коленного рефлекса состоит всего из двух нейронов).

К группе (II) относятся:

- первый нейрон дуги коленного рефлекса;

- нервные клетки, отростки которых в коже воспринимают боль;

- нервные клетки, отростки которых в коже воспринимают прикосновение;

- нейроны, по которым в мозг поступает информация от рецепторов вкуса;

- нейроны, отростки которых лежат в задних корешках спинного мозга.

Б. Деление нейронов на две группы не является абсолютным, особенно если речь идет не о конкретных клетках, а о совокупности нейронов с общими функциями. Рассмотрим два примера подобных ситуаций.

Все клетки, отростки которых образуют зрительный нерв, относятся к группе (I), но расположены эти клетки не только в сетчатке глаза, но и в мозге. В сетчатке находятся главным образом ганглиозные клетки - именно их отростки составляют в основном зрительный нерв. В мозге - нейроны, которые регулируют передачу сигнала от клеток сетчатки на ганглиозные клетки, и сосудодвигательные нейроны.

Нейроны, лежащие в узлах пограничных симпатических стволов, имеют длинные аксоны, направленные к периферическим органам. Но в состав этих узлов входят и немногочисленные чувствительные клетки, у которых самым длинным отростком будет дендрит. Благодаря этим чувствительным клеткам вегетативные рефлекторные дуги замыкаются не только в центральной нервной системе, но и на уровне ганглиев.

Именно в группу (I) входят все двигательные нейроны (мотонейроны). Но не только они. Сюда же относятся нейроны, воспринимающие сигналы внешнего мира (в нашем списке представлены зрение и обоняние), которые располагаются не в мозге, а на периферии. Если тело чувствительного нейрона лежит в центральной нервной системе, то он, очевидно, будет иметь длинные дендриты. Подобная клетка попадет в группу (II), которая целиком (по крайней мере, в рамках нашего списка) состоит из рецепторных клеток (боль, прикосновение) или чувствительных клеток второго порядка (вкус). По сути дела эти клетки являются интернейронами - вставочными нейронами рефлекторных дуг. Но поскольку они участвуют в проведении сигналов от рецепторных клеток к мозгу (в "чувствовании"), то их можно отнести к чувствительным клеткам.

Можно высказать ряд соображений об особенностях проведения электрического импульса нервными клетками из групп (I) и (II). Однако этот материал выходит за рамки традиционной школьной программы и поэтому не рассматривается нами как обязательный для получения высоких баллов за данную задачу.

ЗАДАЧА 6. О МЛЕКОПИТАЮЩИХ ЮЖНОЙ АМЕРИКИ

Современных млекопитающих, живущих в Южной Америке, подразделяют на четыре группы в зависимости от того, когда их предки появились на территории этого материка:

(I) обитавшие в Южной Америке к началу третичного периода;

(II) появившиеся в середине третичного периода;

(III) появившиеся в конце третичного периода;

(IV) появившиеся в четвертичном периоде.

А. К каким из этих групп относятся животные из приведенного ниже перечня?

1) бразильский кролик, 2) водосвинка, 3) гривистый волк, 4) игрунка, 5) капуцин, 6) лама, 7) ленивец, 8) лошадь, 9) муравьед, 10) нутрия, 11) опоссум, 12) очковый медведь, 13) скунс, 14) человек, 15) шиншилла.

Б. Укажите пути и способы проникновения млекопитающих разных групп на территорию Южной Америки.

Очевидно, интереснее начать наш ответ не с формального перечня - какие млекопитающие когда появились в Южной Америке, а с описания различных этапов этого заселения.

В одной из задач финального тура прошлогодней Соросовской олимпиады рассматривалась теория "дрейфа материков", согласно которой нынешнее расположение континентов - результат нескольких расколов древних материков и их последующего расхождения. Среди ученых до сих пор ведутся дискуссии о том, в каком порядке и в какое время происходили эти расколы. Тем не менее можно считать установленным фактом, что в конце мезозойской эры начался раскол Гондваны - древнего континента, "осколками" которого являются современные Южная Америка, Африка, Австралия, Индия и Антарктида. (Северная Америка, Гренландия и большая часть Евразии в это время составляли единое целое - Лавразию.)

В меловых отложениях Южной Америки и других гондванских материков уже встречаются сумчатые, в том числе представители современного семейства опоссумов. Конкретные пути расселения сумчатых не вполне понятны, но ясно, что при этом использовались места соединений впоследствии разделившихся материков. К концу мезозоя на территории нынешней Южной Америки можно было встретить и примитивных копытных, не имеющих явных аналогов среди современных видов. Третья группа "старожилов", наблюдаемая в отложениях с самого начала третичного периода, - так называемые ксенартры (от греч. Xenarthra - странно сочлененные). На протяжении довольно долгого времени ксенартры встречаются только в Южной Америке (данные об их находках на других континентах единичны и противоречивы). Видимо, здесь они и возникли - произойдя от какой-то совсем примитивной группы млекопитающих. Довольно рано среди ксенартр выделились подгруппы, соответствующие современным броненосцам, ленивцам и муравьедам. Отсутствие в этой древней фауне плацентарных насекомоядных, грызунов и хищников вызвало интенсивное освоение имевшимися группами млекопитающих самых разнообразных экологических ниш.

Наиболее интересные эволюционные события первой половины третичного периода связаны с резким увеличением разнообразия копытных (причем поначалу - отнюдь не в ущерб сумчатым). Однако в позднем эоцене-раннем олигоцене (проще говоря, в середине третичного периода) происходит резкий прорыв на территорию Южной Америки обезьян и грызунов. От этой волны заселения ведут свою родословную современные агути, водосвинки, нутрии, хутии, шиншиллы (не надо путать этих грызунов с "одноименной" породой кроликов). Место, откуда эти грызуны прибыли в Южную Америку, однозначно не установлено; "рассматриваются кандидатуры" Африки и Северной Америки. Из приматов, появившихся в Южной Америке в середине третичного периода, упомянем игрунок, капуцинов, ревунов, саймири.

Третий, совершенно удивительный этап - перемешивание фаун Северной и Южной Америки. Этот обмен начался совсем недавно - 8-7 млн лет назад. Благодаря особенностям климата и рельефа среднеамериканской перемычки смешение фаун было далеко не полным. В Южной Америке не встретишь типичных для северного материка бобров, рысей или бизонов - даже в подходящих природных условиях. К группам же, преодолевшим этот "фильтр", относятся кролики, белки, собаки, хомяки, волки, еноты, медведи, куницы, скунсы, пумы, олени. (Как видим, появляются некоторые группы грызунов, ранее в Южной Америке не обитавшие.) Обратный путь (из Южной Америки в Северную) проделали очень немногие группы млекопитающих; прежде всего это опоссумы и дикобразы.

Человек проделал тот же путь, начав его еще в Старом Свете, значительно позже - уже в четвертичном периоде.

Остается сказать несколько слов о ламах и лошадях. Копытные, находящиеся в безусловном родстве с современной лошадью и довольно похожие на нее по внешнему виду, появлялись в Южной Америке в начале третичного периода (во время расцвета копытных в отсутствие конкурентов) и в его конце (во время "Великого американского обмена"). И оба раза вымирали. Так что современные южноамериканские лошади появились на этом континенте уже в голоцене, будучи завезены европейцами. Родина верблюдов, как это ни удивительно, - Северная Америка! На этом материке они эволюционировали на протяжении всего третичного периода. К концу третичного периода относится распространение верблюдов в Старый Свет, а чуть позже (практически на грани четвертичного периода) - в Южную Америку. В современной североамериканской и центральноамериканской фаунах верблюдов нет: на своей родине все они вымерли.

ЗАДАЧА 7. О ПРИНЦИПАХ ОБМЕНА ВЕЩЕСТВ В РАЗНЫХ ЦАРСТВАХ ЖИВЫХ ОРГАНИЗМОВ

При характеристике общих принципов обмена веществ у разных организмов применяют следующие понятия:

АВТОТРОФЫ - организмы, использующие углекислый газ как источник углерода при синтезе органических веществ;

ГЕТЕРОТРОФЫ - организмы, не способные к утилизации углекислого газа и нуждающиеся в более сложных источниках углерода;

ФОТОТРОФЫ - организмы, получающие энергию для метаболизма от Солнца;

ЛИТОТРОФЫ - организмы, получающие энергию путем окисления неорганических веществ;

ОРГАНОТРОФЫ - организмы, получающие энергию путем окисления органических веществ.

А. К каким из этих групп относятся:

1) человек, 2) береза, 3) петров крест, 4) бактерии, обитающие в клубеньках бобовых?

Б. В каких царствах (см. задачу 2) встречается каждая из перечисленных стратегий? Приведите не более чем по два примера организмов с каждой из возможных комбинаций стратегий обмена веществ.

А. Береза относится к автотрофам и к фототрофам (она - фотоавтотроф). Человек, петров крест и бактерии, обитающие в клубеньках бобовых, - гетеротрофы и органотрофы. В предложенном перечне нет ни одного литотрофа.

Б. Особенностью царств Бактерии и Растения является наличие среди их представителей всех описанных выше стратегий обмена веществ.

Укажем некоторые группы организмов, соответствующие различным комбинациям этих стратегий:

литоавтотрофы - ацидофильные железобактерии Leptospirillum ferrooxidans, нитрифицирующие бактерии Nitrosolobus;

литогетеротрофы - водородные бактерии, метанобразующие архебактерии;

органоавтотрофы - факультативные метилотрофы, окисляющие муравьиную кислоту;

органогетеротрофы - олень, мухомор;

фотоавтотрофы - ель, фукус;

фотолитогетеротрофы - некоторые цианобактерии, пурпурные бактерии;

фотоорганоавтотрофы - некоторые пурпурные бактерии, эвглена;

фотоорганогетеротрофы - галобактерии, пурпурные бактерии.

ЗАДАЧА 8. ОБ ИЗМЕРЕНИИ СОДЕРЖАНИЯ КРАХМАЛА

Д-р Наплевайт определял содержание крахмала в различных биопробах. С этой целью он смешивал в определенном соотношении раствор йода (йод был добавлен к водному раствору йодида калия) с каждой из тестируемых проб. Затем д-р Наплевайт измерял интенсивность синей окраски и вычислял концентрацию крахмала в пробе с помощью калибровочной кривой, полученной для стандартных растворов очищенного крахмала.

Д-р Аккурат тщательно изучил состав образцов, которые были исследованы его коллегой. Проведенный им химический анализ показал, что эти образцы содержали примеси ряда веществ:

1) альбумина, 2) амилазы, 3) АТФ, 4) гемоцианина, 5) гликогена, 6) глутатиона, 7) лизина, 8) полилизина, 9) рибофлавина, 10) тироксина, 11) трипсина, 12) фруктозы, 13) холестерина, 14) целлюлозы, 15) щавелевой кислоты.

Разумеется, в отдельном образце могли иметься не все примеси, а лишь часть из них.

По мнению д-ра Аккурата, наличие каждого из этих веществ искажает результаты, которые получаются при определении содержания крахмала по методике, которую использовал д-р Наплевайт.

А. Для каких веществ из приведенного перечня утверждение д-ра Аккурата истинно, а для каких - нет?

Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А.

Интенсивность синей окраски (как, разумеется, и любой другой) измеряют по поглощению света определенной длины волны. Длина волны выбирается таким образом, чтобы она соответствовала максимальному поглощению света тем веществом, которое нас интересует (в данном случае - комплексом крахмала с йодом). Источником ошибок при проводимых нами измерениях может стать поглощение света данной длины волны примесями - другими веществами, присутствующими в растворе. Поэтому измерения оптической плотности производят обычно относительно образца сравнения - такой же аликвоты исследуемой жидкости, в которую не добавляли "проявляющий" реактив (у нас в этой роли выступает раствор йода). Поглощение света образцом сравнения принимают за ноль, и уже относительно этого уровня определяют поглощение исследуемых образцов.

Причиной получения ошибочных результатов может стать еще и поглощение света непрореагировавшим реактивом. Однако в нашем случае этот фактор автоматически учитывается при построении калибровочной кривой. К тому же желтый раствор йода практически не поглощает в синей области спектра.

Итак, единственное, в чем мы реально можем заподозрить д-ра Наплевайта, - это в неиспользовании образца сравнения.

Определение содержания крахмала по описанной методике может дать неверные результаты в следующих ситуациях:

1) примеси образуют с йодом окрашенный комплекс или вступают в химическую реакцию, продукт которой окрашен (в обоих случаях под "окрашенностью" мы понимаем поглощение в синей области спектра);

2) примеси сами по себе окрашены - поглощают в синей области спектра;

3) примеси изменяют концентрацию йода, и в результате молекул йода не хватает для формирования комплексов с крахмалом;

4) примеси реагируют с крахмалом, изменяя его концентрацию;

5) примеси влияют на доступность крахмала для молекул йода (например, нарушая обычную пространственную структуру полимерных цепей крахмала).

Какие же из перечисленных в условии задачи примесей могут существенно исказить результаты анализа? Сахара, щавелевая кислота, АТФ и большинство белков (в том числе и ферментов) - вещества бесцветные и поэтому не вносят вклад в синюю окраску. Однако присутствие амилазы может вызвать гидролиз крахмала (либо частичный, либо до полного исчезновения окрашиваемых йодом углеводных цепей) при хранении образцов.

Гликоген - единственное из перечисленных веществ, которое способно взаимодействовать с йодом. В результате этого взаимодействия (по механизму довольно-таки сходному с йод-крахмальной реакцией) образуется комплекс бурого цвета. Максимумы поглощения у комплексов иода с крахмалом и гликогеном различаются, как и можно было ожидать, исходя из визуального отличия окраски. Однако спектры поглощения этих комплексов ощутимо перекрываются, и на измеряемую величину синей окраски наличие в пробе гликогена будет влиять.

Целлюлоза и холестерин - плохо растворимые в воде соединения. Их присутствие в пробах может исказить результаты вследствие мутности раствора (если, конечно, д-р Наплевайт перед анализом не осветлял пробы тем или иным способом).

Раствор рибофлавина имеет желтую окраску, однако в интересующей нас - синей - области спектра практически не поглощает.

У нативного гемоцианина - синяя окраска. Однако наличие этой примеси могло и не повлиять на полученные д-ром Наплевайтом результаты. Дело в том, что комплекс металл-белок в гемоцианине довольно нестойкий. Поэтому он мог и разрушиться в процессе работы с пробами.

Версии о восстановлении йода глутатионом или разложении тироксина с высвобождением йодид-ионов представляются маловероятными (при обычных условиях проведения опыта). К тому же для определения крахмала используют заведомый избыток йода, так что мелкие колебания в концентрации йода не скажутся на измеряемой интенсивности синей окраски.

Материалы подготовили: Бабенко Е.Б., Беркинблит М.Б., Глаголев С.М., Голубинская В.О., Ермоленко Д.Н., Жердев А.В., Крушинская Я.В., Летаров А.В., Маркелова Н.П., Мартьянов А.А., Обрезчикова М.Н., Окштейн И.Л., Парнес Е.Я., Согрешилин С.А., Сосулина Л.Ю., Тарасова О.С., Фадюкова О.Е., Фридман М.В., Чуб В.В.