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?

Биология

9 класс

ЗАДАЧА 1

А. Из приведенного ниже перечня выберите растения, имеющие:

стержневую корневую систему,

мочковатую корневую систему.

1) банан; 2) белый лотос; 3) вереск; 4) вороний глаз; 5) гранат; 6) женьшень; 7) кокосовая пальма; 8) клюква; 9) ковыль; 10) лещина; 11) ландыш; 12) омела; 13) опунция; 14) подорожник; 15) подсолнечник; 16) рогоз; 17) столетник; 18) хрен.

Б. Какими преимуществами для жизнедеятельности растения обладает стержневая корневая система по сравнению с мочковатой? Какими преимуществами обладает мочковатая корневая система по сравнению со стержневой?

А. Стержневой называют корневую систему, которая состоит из главного и боковых корней. Даже если главный корень прекратил расти, а боковые достигли большей длины, корневая система все равно считается стержневой. Мочковатой называют корневую систему, образованную придаточными корнями (то есть корнями стеблевого происхождения).

Проростки почти всех двудольных растений имеют стержневую корневую систему, а однодольных - мочковатую. Соответственно стержневая корневая система имеется у проростков лотоса, вереска, граната, женьшеня, клюквы, лещины, омелы, опунции, подорожника, подсолнечника, хрена, а мочковатая - у проростков банана, вороньего глаза, кокосовой пальмы, ковыля, ландыша, рогоза, столетника.

Однако решение задачи не ограничивается простым разделением растений из списка на однодольные и двудольные. Тип корневой системы зависит от возраста растения и способа размножения. Поэтому следует принять во внимание еще несколько важных факторов.

С возрастом стержневая корневая система может отмирать, а побеги - давать придаточные корни. В результате тип корневой системы меняется. Из представленных в условии задачи растений это относится к лотосу, вереску, клюкве, подорожнику. У данных растений во взрослом состоянии корневая система мочковатая.

Часто в жизнь растений вмешивается человек и размножает их не семенами, а стеблевыми черенками или отводками. У искусственно размноженных растений все корни придаточные, и поэтому стержневой корневой системы быть не может. Размножение черенками эффективно для лотоса, вереска, граната, клюквы, лещины, опунции, хрена. В принципе можно укоренить и черенки подсолнечника, но это занятие в практическом плане совершенно бессмысленное. При выращивании хрена использование корневых черенков - главный способ размножения, а значит, у хрена корневая система всегда стержневая. Для остальных перечисленных выше растений подобные ситуации менее типичны.

Как нетрудно понять из определений, переход от мочковатой корневой системы к стержневой невозможен.

Б. Преимущества стержневой и мочковатой систем - понятие довольно относительное, поскольку в одних и тех же условиях могут обитать растения с обоими типами корневой системы (например, посеянная и вегетативно размноженная лещина). Не следует думать, что эффективность разных корневых систем определяет обеспеченность влагой (если влаги много - мочковатая, если мало - стержневая). На самом деле в степях рядом можно встретить ковыль (мочковатая система) и солодку (стержневая), в пустынях - верблюжью колючку (стержневая), злаки и осоки (мочковатая). И тем и другим растениям удается добраться до грунтовых вод несмотря на анатомические различия. Конечно, можно сформулировать комплексные условия, в которых стержневая корневая система обеспечивает преимущества для выживания в совокупности с одними особенностями строения растения (например, развитостью и долговечностью надземной части), а мочковатая корневая система - в совокупности с другими особенностями. Точно так же на болотах при избыточном увлажнении (когда корневая система расположена в верхних слоях почвы) обитают и росянка с сосной (стержневая корневая система), и осока с клюквой (мочковатая).

Выживание растений обеспечивается прежде всего распределением корней по горизонтам почвы, количеством корневых волосков, глубиной проникновения в почву, степенью разветвленности и механическими свойствами корневой системы.

Единственное место обитания, где почти не встречаются растения со стержневой корневой системой, - ветви деревьев в тропическом лесу. Стержневой корень в этих условиях не может удерживать зеленую массу. Даже если у проростка была стержневая корневая система, она очень быстро превращается в мочковатую благодаря образованию придаточных корней.

ЗАДАЧА 2

А. Заполните таблицу, поставив "+" в тех случаях, когда две тысячи лет назад на соответствующей территории данное животное уже было домашним (либо одомашнено местными жителями, либо завезено соседями), и "-" в остальных случаях.

Б. Какие другие домашние животные имелись к началу нашей эры у народов, обитавших на каждой из упомянутых территорий?

Кратко сформулируйте различные роли, которые может играть одомашненное животное в хозяйстве человека. Какие животные были "исполнителями" каждой из этих ролей у разных народов (не только жителей территорий, упомянутых в пункте А.

А. Начнем с заполнения таблицы.

Б. К началу нашей эры кроме животных, упомянутых в таблице, в Центральной Америке был одомашнен индюк, в Индии - куры, осел, свинья, в Средиземноморье - коза, куры, осел, свинья, голубь, в Японии - куры, свинья.

Распределение домашних животных по выполняемым ролям можно осуществить разными способами. Опишем один из вариантов, не претендуя на его универсальность.

I. "Источник пищи". Сюда можно отнести как использование в пищу мяса самого животного - корова, овца, свинья, домашняя птица, кролик (у разных народов), собака (Китай), северный олень (народы Севера), так и употребление продуктов его жизнедеятельности (яиц, молока, меда) - корова, коза, домашняя птица (у разных народов), верблюд, лошадь (Азия), лама (Южная Америка), медоносная пчела.

II. "Охотники" - собака (у разных народов), гепард, хищные птицы (Азия).

III. "Охотник-мышелов", "охотник-змеелов" - кошка (у разных народов), ласка, змеи (Греция, Древний Рим), мангуст (Индия).

IV. "Перевозчики тяжестей" (в том числе человека), "чернорабочие" - лошадь (у разных народов), верблюд (Азия), буйвол, осел (прежде всего Азия), слон (Индия, Африка), лама (Южная Америка), северный олень (народы Севера).

V. "Воин", "охранник" - лошадь, слон, собака, различные кошачьи, крокодил (у разных народов).

VI. Непищевое использование шерсти, пера, воска, рога, шкур, кости, навоза и пр. - шелкопряд (Китай), медоносная пчела, домашняя птица, овца, коза и др. (у разных народов), северный олень (народы Севера).

VII. "Священное животное", "жертвенное животное" - кошка (Египет), корова (Индия) и др.

VIII. "Украшение дома", "компаньон" - аквариумные рыбки, попугаи, канарейка, кошка, собака, хомяк, павлин (у разных народов).

IX. "Связной" - собака, голубь.

X. "Пастух" - собака.

XI. "Лабораторные животные" - крыса, мышь, дрозофила, шпорцевая лягушка и др. (вне связи с национальными традициями).

ЗАДАЧА 3

А. Выберите из приведенного перечня верные утверждения.

Применение антибиотиков полезно при лечении больных:

1) бешенством; 2) ботулизмом; 3) ветрянкой; 4) гайморитом; 5) диабетом; 6) дифтерией; 7) корью; 8) лейкемией; 9) малярией; 10) миастенией; 11) рахитом; 12) ревматизмом; 13) свинкой; 14) скарлатиной; 15) столбняком; 16) туберкулезом.

Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А. К каждому варианту ответа приведите еще по одному-два примера заболеваний, для которых эффективность или неэффективность антибиотиков обусловлена той же причиной.

Напомним, что антибиотики - это специфические соединения, образуемые микроорганизмами (бактериями и грибами) и способные в очень низких концентрациях оказывать избирательное токсическое действие на другие микроорганизмы и клетки некоторых видов злокачественных опухолей. Отсюда ясно, что антибиотики применяются для лечения инфекционных заболеваний (вызываемых возбудителями-микроорганизмами) и воспалительных процессов. Вирусы устойчивы к действию антибиотиков. Однако при вирусных инфекциях (таких, как грипп, корь, ветрянка) тоже часто назначают антибиотики - не против самого вируса, а для лечения возможных осложнений (бронхиты, пневмонии, гнойные процессы и пр.).

Исходя из этих соображений, верные утверждения, отбираемые нами из перечня, приведенного в пункте А, можно разделить на две группы.

I. Строго инфекционные (не вирусные) заболевания - острый (бактериальный) гайморит, дифтерия, скарлатина и туберкулез. Антибиотики являются основным средством лечения этих болезней.

II. Болезни с вирусными патогенами или иными механизмами возникновения, при которых возможно применение антибиотиков для профилактики осложнений, - корь, лейкемия, ревматизм.

Часть из оставшихся болезней вообще не являются инфекционными:

- диабет связан с недостатком инсулина или с нарушениями в системах организма, реагирующих на этот гормон; микробы, влияющие на эти процессы, науке неизвестны;

- миастения - аутоиммунное заболевание мышц;

- рахит обусловлен недостатком витамина D и нарушением кальциевого обмена.

Использование антибиотиков не окажет положительного воздействия на людей, страдающих этими болезнями.

Что касается остальных болезней (бешенство, ботулизм, ветрянка, малярия, столбняк), то в этих случаях антибиотики подавят сопутствующую микрофлору, но на ход и тяжесть самой болезни это практически не повлияет. К тому же при ботулизме или столбняке динамика развития патологического процесса такова, что больной успеет умереть до того, как антибиотики повлияют на численность микроорганизмов (не связанных с развитием основного патологического процесса).

ЗАДАЧА 4

А. Выберите из приведенного перечня животных, которые:

впадают в зимнюю спячку;

делают на зиму запасы пищи.

1) бобр; 2) еж; 3) жаба обыкновенная; 4) клест; 5) лемминг; 6) медведь белый; 7) медведь бурый; 8) нетопырь; 9) соболь; 10) сойка; 11) соня; 12) сорока; 13) сурок; 14) уж обыкновенный; 15) филин.

Б. Для каких животных спячка - приемлемый способ преодоления неблагоприятных условий зимы, а для каких нет? Почему?

Для каких животных создание запасов пищи - приемлемый способ преодоления неблагоприятных условий зимы, а для каких нет? Почему?

(При ответе не ограничивайтесь рассмотрением организмов, перечисленных в пункте А.)

А. Впадают в зимнюю спячку: еж - логично считать, что понятие "еж" объединяет европейского, восточноевропейского, даурского и ушастого ежей (все они впадают в спячку), но не гимнуров - представителей семейства Ежовые, обитающих в Юго-Восточной Азии; жаба обыкновенная; медведь белый - в спячку впадают только беременные и неполовозрелые самки; медведь бурый; нетопырь; соня; сурок; уж обыкновенный.

Делают на зиму запасы пищи бобр, сойка, соня, сорока. Кроме этих животных, для которых создание запасов на зиму принципиально для выживания, могут прятать остатки добычи медведи и соболь.

Б. Спячка - особая форма приспособления к сезонным изменениям условий существования (прежде всего к низкой температуре окружающей среды). Из холоднокровных животных в зимнюю спячку впадают многие рыбы, все амфибии и рептилии, обитающие в высоких и умеренных широтах. Это приспособление выработалось в связи с невозможностью функционирования их организмов при отрицательных температурах и недоступности используемых в пищу беспозвоночных. Из теплокровных животных в зимнюю спячку впадают многие млекопитающие и только один вид птиц (калифорнийский козодой).

Спячка - приемлемый способ переживания зимы для следующих групп млекопитающих:

1) организмы, рацион которых составляют летающие насекомые (рукокрылые);

2) многие грызуны, обитающие на деревьях (сони, бурундуки, некоторые виды белок), - им в связи с небольшими размерами и высокой интенсивностью обмена веществ поддерживать гомотермию сложнее по сравнению с грызунами, проводящими зиму под снегом;

3) многие крупные и средние грызуны, живущие на открытых пространствах и не делающие запасов (суслики, сурки, многие хомяки), - в связи с невозможностью добывать корм под снегом;

4) грызуны, в питании которых значительную долю составляют насекомые и зеленые корма (например, тушканчики);

5) крупные представители отряда Насекомоядные, питающиеся рептилиями, амфибиями и наземными насекомыми (ежи);

6) хищники, в рационе которых значительный процент составляют амфибии, рептилии, насекомые, корешки и ягоды (барсук, медведь, енот, енотовидная собака).

Не впадают в спячку представители отрядов, которым свойственны сезонные миграции (Китообразные, Ластоногие, все копытные). Исключение составляют летучие мыши, у которых спячки чередуются с миграциями.

Низкий процент зимоспящих наблюдается в фауне тундр и Арктики. Здесь теплое время столь коротко, что нет возможности накопить резервные вещества для долгой зимы.

Запасание пищи служит приспособлением, позволяющим сохранять устойчивое питание. Создание запасов свойственно преимущественно высшим группам животных со сложной нервной деятельностью.

У птиц инстинкт запасания развит слабо. Их запасы обычно невелики, а техника сбора и хранения примитивна. Запасы делают те птицы, которые питаются в основном семенами и орехами: поползни, ореховки, сойки и др. Мелкие совы запасают в дуплах грызунов и птиц.

Из млекопитающих без зимних запасов не могут существовать те, кто имеет небольшие размеры (интенсивность метаболизма высока, а жировые отложения формировать попросту негде) и питается семенами и сухими частями растений (этот корм долго хранится). К таким животным относятся многие грызуны (мыши, полевки, песчанки, белки, хомяки и др.) и зайцеобразные (пищухи). Мелкие насекомоядные в течение всей зимы находят под землей достаточно живого корма (почвенные беспозвоночные), поэтому в спячку не впадают и запасов не делают. Хищные зачастую прячут остатки добычи, но поскольку ее легко могут обнаружить по запаху другие хищники, данная стратегия в их питании не является основной.

Копытные зимой успешно добывают корм, разрывая снег или поедая кору деревьев. Заготовка запасов потребовала бы от них слишком много времени и усилий.

ЗАДАЧА 5

Фильтрация является весьма распространенной среди водных животных стратегией добывания пищи. Животные одних видов являются фильтраторами на протяжении лишь части жизни (I), а других - на протяжении всей жизни (II).

А. Какие из этих двух вариантов можно встретить у животных следующих типов?

1) Губки; 2) Иглокожие; 3) Моллюски; 4) Хордовые; 5) Членистоногие.

Б. Приведите по одному-два примера животных-фильтраторов, относящихся к каждому из указанных выше типов. (Если это возможно, в примерах должны быть представлены обе стратегии: I и II.)

Чем может быть обусловлено использование фильтрации лишь на определенных стадиях развития животного?

А. Губки. Личинки губок не являются фильтраторами, жгутики у них выполняют двигательную функцию. Как только личинка прикрепится к субстрату (станет взрослой формой), функция жгутиков изменяется - с их помощью губки начинают фильтровать воду. Таким образом, жгутики, первоначально служившие для передвижения организма в воде, начинают прогонять воду через организм (пример - бадяга).

Иглокожие. Фильтраторами также являются только взрослые животные (пример - морские лилии).

Моллюски. Свободноплавающие личинки двустворчатых моллюсков превращаются в сидячую форму-фильтратора (примеры - беззубка, устрицы, морской гребешок).

У членистоногих возможно несколько вариантов. Среди ракообразных к фильтраторам относятся, в частности, усоногие и листоногие рачки (примеры - водяные блохи, гамарус). Их листовидные конечности служат и для дыхания, и для плавания, и для доставки пищи ко рту. Эти организмы являются фильтраторами с рождения до смерти. А вот среди насекомых можно найти примеры животных, у которых фильтраторами являются обитающие в воде личинки. Так, личинки мошек и комаров осуществляют фильтрацию с помощью усиков на верхней губе.

Хордовые. Известны низшие хордовые, которые фильтруют и на личиночной стадии, и во взрослом состоянии. К их числу относится ланцетник. Существуют фильтраторы и среди высших хордовых, например усатые киты. Если не проявлять излишний педантизм и не рассматривать отдельно новорожденных (питающихся, очевидно, материнским молоком), то этих животных можно отнести к "пожизненным" фильтраторам.

Б. Использование фильтрации в течение части жизни может быть связано с разными причинами. Одна из них - смена образа жизни, когда свободноплавающая личинка прикрепляется к субстрату и становится фильтратором (так происходит у губок, морских лилий, двустворчатых моллюсков). При этом возможны два вида фильтрации: пассивная и активная. Пассивные фильтраторы имеют структуры наподобие ловчих сетей (личинки комаров, морские лилии), а активные сами прогоняют воду через свои фильтры.

Причина использования фильтрации только на личиночной стадии у комаров и мошек понятна - это смена взрослыми особями водной среды обитания на наземную.

ЗАДАЧА 6

Среди выращиваемых человеком растений выделяют группу пропашных культур - растений, которые высеваются рядами с широкими, систематически обрабатываемыми междурядьями.

А. Какие из перечисленных ниже растений являются пропашными?

1) арахис; 2) брюква; 3) горчица; 4) картофель; 5) капуста; 6) конопля; 7) кукуруза; 8) лен; 9) овес; 10) подсолнечник; 11) полба; 12) просо; 13) сахарный тростник; 14) соя; 15) хлопчатник.

Б. Какие виды обработки междурядий используют при выращивании пропашных культур? Чем полезны эти обработки?

Как вы полагаете, что случится, если пропашную культуру выращивать как непропашную (посеять произвольным образом и не обрабатывать грунт)? Будут ли результаты подобного эксперимента одинаковы для разных видов пропашных растений? Ответы обоснуйте.

А. Из перечисленных в задаче растений к пропашным культурам относятся арахис, брюква, картофель, капуста, соя и хлопчатник.

Б. Междурядья обычно регулярно рыхлят, чтобы уничтожить проростки сорняков. Все пропашные культуры в начале вегетативного сезона развиваются плохо, и их легко могут заглушить быстро растущие сорняки. Кукуруза, конопля, подсолнечник, полба, просо развиваются из семян очень быстро, их можно не рыхлить, поэтому пропашными культурами они не являются. Лен, овес и многие другие злаки сеют загущенно; образующиеся дружные всходы подавляют рост сорняков (а выход продукта, представляющего интерес для земледельца, при плотной посадке этих культур не снижается). Сахарный тростник - многолетнее растение, которое имеет значительный запас питательных веществ, быстро растет и достигает большой высоты. Поэтому сорняки не могут заглушить посадки сахарного тростника. Тем не менее рыхление полезно для всех растений, поскольку оно улучшает воздушный режим корней.

Междурядья пропашных культур можно обрабатывать по-разному. До появления всходов их боронуют. Это уменьшает потери влаги из почвы и провоцирует раннее прорастание сорняков. После появления всходов междурядья рыхлят (культиваторами или дисковыми боронами), чтобы уничтожить сорняки. Кроме того, пропашную культуру можно поливать по бороздам между рядами. Иногда почву уплотняют специальными валиками: это увеличивает поступление в ее верхние слои воды по капиллярам. Некоторые культуры (картофель, капусту) окучивают, что позволяет растениям образовывать дополнительные корни и клубни.

Если пропашную культуру не обрабатывать, сорняки легко ее заглушат. В одних случаях растения могут погибнуть совсем, в других резко упадет количество и качество урожая. Например, капуста при таком выращивании хуже завязывает кочаны, картофель дает мелкие клубни. Сосуществование рядом с сорняками приводит к более высокой влажности, поэтому часть растений будет поражаться грибковыми и бактериальными заболеваниями. Последнее является общим для всех пропашных культур.

ЗАДАЧА 7

В зависимости от того, на какие элементы конечностей опираются при движении млекопитающие, их разделяют на три группы: стопоходящие, пальцеходящие и фалангоходящие.

А. Выберите представителей каждой группы из приведенного перечня.

1) волк; 2) гепард; 3) гризли; 4) жираф; 5) кабан; 6) кенгуру; 7) лось; 8) лошадь; 9) полевка; 10) слон; 11) тушканчик; 12) человек.

Б. Каковы преимущества и недостатки каждого из этих способов передвижения? Для каких млекопитающих какой способ оказался оптимальным и почему? (Желательно не давать длинные перечни разных видов, а указать их общие свойства.)

А. Из млекопитающих, упомянутых в задаче, к стопоходящим относятся гризли, полевка, слон и человек (обсуждение балетной техники вряд ли оправданно на биологической олимпиаде); к пальцеходящим - волк, гепард, кенгуру и тушканчик; к фалангоходящим - жираф, кабан, лось и лошадь.

Б. Стопохождение - наиболее примитивный тип передвижения, свойственный большинству млекопитающих. Этот способ не позволяет развивать высокие скорости, но зато он сохраняет большие возможности для лазанья и манипулирования предметами. Стопохождение оптимально для всеядных (человек), зерноядных (грызуны), лазающих (приматы, ленивцы), насекомоядных млекопитающих.

Пальцехождение характеризуется значительно большей скоростью передвижения, что обусловлено удлинением конечностей и уменьшением площади соприкосновения с землей. Однако эти анатомические перестройки ограничивают манипуляционные возможности. Пальцехождение свойственно высшим хищникам (им нужно догнать добычу и удержать ее), мелким грызунам и насекомоядным, обитающим на открытых пространствах (чтобы быстро уходить от погони и проходить в поисках корма большие расстояния - вспомните тушканчиков и прыгунчиков).

Фалангохождение - высшая форма пальцехождения, свойственная копытным. Переход к фалангохождению приводит к дальнейшему увеличению скорости передвижения. Однако при этом конечности практически полностью перестают участвовать в добыче корма.

ЗАДАЧА 8

Д-ру Наплевайту было поручено установить основные причины потерь урожая пшеницы на полях. Готовясь к исследованиям, Наплевайт выяснил, что химические средства защиты растений - пестициды - делятся на следующие группы: акарициды (уничтожают клещей), альгициды (водоросли), арборициды (деревья и кустарники), бактерициды (бактерий), гербициды (сорные растения), инсектициды (насекомых), лимациды (моллюсков), нематоциды (круглых червей), ротенциды (грызунов) и фунгициды (грибы). "Значит, - рассуждал д-р Наплевайт, - нужно купить по одному пестициду из каждой группы. Разбив опытное поле на 10 участков, я на каждый из них внесу равные количества соответствующего пестицида одновременно с посевом пшеницы. Чем выше будет урожай на участке, тем больший вред приносили вредители".

Д-р Аккурат, ознакомившись с планом коллеги, заявил, что такое исследование будет крайне поверхностным, не учитывающим многих факторов.

Какие аргументы мог привести д-р Аккурат, обосновывая свое мнение?

В полемике с д-ром Наплевайтом можно использовать следующие аргументы.

I. Зависимость между дозой пестицида и эффективностью его действия для каждого соединения индивидуальна. Взятые д-ром Наплевайтом "равные количества" в одних случаях могут оказаться вполне достаточными, а в других нет.

II. Предложенный план никак не учитывает того обстоятельства, что участки поля могут изначально отличаться по свойствам (плодородию и пр.). Уверенность в том, что полученные различия - следствие действия пестицидов, явно преждевременна.

III. Многие пестициды в действительности обладают комбинированным действием: угнетают жизнедеятельность организмов из разных групп.

IV. Следует также отметить, что используемые соединения могут как-то воздействовать на саму пшеницу (причем возможно и положительное и отрицательное влияние на ее урожайность), на свойства почвы, взаимодействовать с вносимыми удобрениями и пр.

V. Пестициды могут отличаться по стабильности - одни сохраняют токсичность в течение года, а другие быстро разлагаются (их следует вносить несколько раз).

VI. Эффективность пестицида существенно зависит от времени его внесения. Оптимальное время для каждого пестицида определяется жизненным циклом организма, против которого он направлен, а значит, оно для разных пестицидов неодинаково.

VII. Описанная д-ром Наплевайтом методика не исключает того, что пестицид будет распространяться от одного участка к другому (например, с грунтовыми водами).

VIII. Может оказаться, что на опытном поле встречаются виды, штаммы и организмов-вредителей, устойчивые к действию данных пестицидов. Это обстоятельство снижает объективность получаемых данных.

IX. Избирательное уничтожение одних вредителей может способствовать расцвету их конкурентов, также влияющих на урожайность пшеницы.

X. Наконец, д-р Наплевайт при изучении "основных причин" не рассматривает потери урожая, связанные с деятельностью человека.

ЗАДАЧА 1

А. Выберите из приведенного перечня выводковых и птенцовых птиц.

1) бекас; 2) ворона; 3) гага; 4) глухарь; 5) дрофа; 6) желна; 7) какаду; 8) колибри; 9) кукушка; 10) лебедь; 11) лунь; 12) сипуха; 13) соловей; 14) стерх; 15) стриж.

Б. Какие особенности образа жизни и строения птицы позволяют с высокой вероятностью (необязательно 100%-ной) предположить, что у данного вида птенцовый тип развития потомков? А какие особенности позволяют предположить выводковый тип развития? Ответ аргументируйте, пояснив связи между этими особенностями и типом развития птенцов.

А. Из упомянутых в задаче птиц к выводковым относятся бекас, гага, глухарь, дрофа, лебедь и стерх. К птенцовым относятся ворона, желна, какаду, колибри, кукушка, лунь, сипуха, соловей и стриж.

Б. Поставленные во второй части задачи вопросы не требуют детального описания того, как развиваются птенцы у выводковых и птенцовых птиц (если уж это известно, то зачем "предполагать тип развития потомков" у данной птицы!). Необходимо на основании особенностей развития птенцов логически вывести, какие черты строения и образ жизни характерны для их родителей.

Итак, выводковые птицы. Птенцы сразу же или вскоре после вылупления оставляют гнездо и могут самостоятельно питаться и передвигаться. Роль родителей сводится к защите выводка, периодическому обогреву и помощи в поиске пищи. К этой группе относятся бескилевые, куриные (за исключением гоацина), тинаму, дрофы, журавли, утки, гуси, большинство куликов, пастушки, рябки, фламинго. Эти птицы держатся преимущественно на земле или на воде, но не на деревьях. Гнезда строят на земле или на воде. Кормом являются водные и наземные растения, корешки, мелкие нелетающие беспозвоночные - то, что несложно самостоятельно добыть недавно вылупившимся птенцам. Поскольку строение отражает образ жизни, то длинные, перепончатые или приспособленные для копания в земле ноги, а также процеживающий или работающий по принципу ножниц клюв позволяют считать, что данная птица имеет выводковый тип развития.

Птенцовые птицы. Птенцы вылупляются голыми или слабо опушенными, со слабо развитой мускулатурой конечностей, слепыми, с закрытыми слуховыми проходами. Температура тела птенцов в первую половину гнездовой жизни непостоянна. К этой группе принадлежат воробьиные, дятлы, кукушки, стрижи, голуби, колибри, ракши, зимородки, веслоногие, удоды, хищники, совы, трубконосые. Птенцовые птицы строят гнезда преимущественно на возвышениях (деревьях, скалах, домах, обрывах). Они добывают пищу в кронах деревьев или в погоне - за млекопитающими, птицами и летающими насекомыми.

Некоторые птицы занимают промежуточное положение. Например, птенцы гагар и поганок появляются на свет зрячими, хорошо плавают и ныряют, но родители кормят их вплоть до подъема на крыло. Птенцы чаек быстро покидают гнездо, но родители кормят их даже после подъема на крыло. У аистов птенцы вылупляются зрячими и опушенными, но остаются в гнезде до подъема на крыло.

ЗАДАЧА 2

А. Какие из перечисленных ниже заболеваний и патологических состояний человека влияют: на кровяное давление; на частоту сердечных сокращений?

1) бронхиальная астма; 2) гемофилия; 3) ишемическая болезнь сердца; 4) кардиосклероз; 5) малярия; 6) недостаточность аортального клапана; 7) недостаточность митрального клапана; 8) подагра; 9) сердечная астма; 10) слоновость; 11) тромбофлебит; 12) фарингит.

(Для каждого случая укажите, увеличивается или уменьшается соответствующий физиологический параметр.)

Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А.

Какие еще заболевания и патологии человека влияют на кровяное давление, на частоту сердечных сокращений? Ответ обоснуйте. (Желательно не давать длинные перечни разных болезней, а указать их общие свойства.)

2. Из перечисленных патологических состояний длительное изменение кровяного давления могут вызывать:

- бронхиальная астма. При этой болезни развивается гипертензия малого круга кровообращения, то есть повышение давления в легочных сосудах;

- ишемическая болезнь сердца. Одно из ее проявлений - стенокардия, часто связанная с ростом артериального давления;

- пороки сердца. При недостаточности сердечных клапанов неполное смыкание их створок приводит к нарушению насосной функции сердца, а следовательно, к нарушению кровообращения. Наблюдающееся при пороках сердца повышение давления в правом или левом предсердии вызывает рост давления в венах соответственно большого или малого круга кровообращения.

Стойкое изменение частоты сердечных сокращений (ЧСС) могут вызывать:

- бронхиальная астма. Одним из осложнений этой болезни является формирование так называемого легочного сердца, характеризующегося гиперфункцией мускулатуры (миокарда) правых отделов сердца. С легочным сердцем связаны стойкие изменения сердечного ритма разной степени тяжести. При приступах астмы обычно отмечается тахикардия, иногда экстрасистолия, а при тяжелых приступах - также и сердечные аритмии;

- к проявлениям ишемической болезни сердца относятся, в частности, стенокардия, инфаркт миокарда, постинфарктный кардиосклероз. Для этих патологий характерны тахикардия, нарушения сердечного ритма в виде различных (часто приступообразных) аритмий;

- кардиосклероз - это разрастание соединительной ткани в сердечной мышце. Клинические проявления зависят от локализации поражений. Даже микроскопические очаги в области проводящей системы или водителей ритма могут вызывать стойкие аритмии. Изменения ритма возможны и при поражении сердечных клапанов;

- пороки сердца, среди которых на первом месте по встречаемости стоит порок митрального клапана, на втором - порок клапана аорты. Неполное смыкание створок клапанов приводит к нарушению кровообращения. На первых стадиях гемодинамика может быть нормальной, но развитие заболевания часто сопровождается нарушениями сердечного ритма (так называемые сердцебиения).

Изменения ЧСС и кровяного давления возможны, хотя и не являются характерными клиническими симптомами, при различных формах гемофилии, малярии - высокая температура может сопровождаться тахикардией; подагры - узелковые образования иногда располагаются в клапанах сердца, что может нарушать работу сердца; слоновости; тромбофлебита; фарингита. В связи с этим упоминание данных болезней в пункте А будет признано правильным лишь в тех случаях, когда в пункте Б участник олимпиады описывает логичную цепочку, приводящую к изменению ЧСС или кровяного давления.

Сама по себе сердечная астма - приступы одышки, обусловленные патологическим повышением давления в левом предсердии, - не приводит к изменению сердечного ритма и кровяного давления. Однако вызывающие ее заболевания обычно связаны с патологиями сердечно-сосудистой системы. Так, сердечная астма наблюдается при ишемической болезни сердца и сопряженных с ней нарушениях, митральном стенозе, мерцательной аритмии, гипертоническом кардиальном кризе и др.

На артериальное давление и ЧСС влияют нарушения работы системы кровообращения. Из них прежде всего следует упомянуть артериальную гипертензию, при которой артериальное давление стойко повышено. В результате происходят патологические изменения в сердце, возможно нарушение сердечного ритма. Артериальная гипертензия бывает различного происхождения. Она может быть связана с увеличением периферического сопротивления сосудистой системы, с нарушениями функции почек (почечная гипертензия), с нарушениями систем регуляции давления (ренинангиотензиновой и барорефлекторной систем), с гормональными расстройствами и др. Также артериальная гипертензия может развиваться при нарушениях функции сердца (увеличение ударного и минутного объемов и др.).

Артериальная гипотензия возникает в результате поражения миокарда (инфаркт миокарда), при снижении периферического сопротивления, кровопотере, низком венозном тонусе. Устойчивая артериальная гипотензия наблюдается при болезнях, сопровождающихся недостаточностью гипофиза или надпочечников.

Нарушения ЧСС могут иметь разные причины. Тахикардия (учащение сердечного ритма) может быть вызвана экстракардиальными заболеваниями и нарушениями сердечно-сосудистой системы. Она наблюдается при рефлекторных воздействиях (поражении бронхов, кожи, брюшины, слизистых оболочек), тиреотоксикозе, острой кровопотере, анемии, болевых приступах, неврозах, раздражении симпатического нервного ствола (при действии инфекции или опухоли). При хронических анемиях, алкоголизме, тиреотоксикозе, недостаточности кровоснабжения тахикардия может быть постоянной.

Брадикардия (низкая частота сердечных сокращений) может быть связана со снижением автоматизма синоатриального узла: при поражениях узла, нарушении проводящей системы (блокада сердца) или под действием систем нервной или гуморальной регуляции (дефицит гормонов щитовидной железы, избыточное содержание в крови желчных кислот).

ЗАДАЧА 3

Регуляция работы органов человека осуществляется двумя системами: нервной и эндокринной. В таблице представлены некоторые гормоны, выделяемые эндокринными железами, и две части вегетативной нервной системы.

А. Отметьте знаком "+" случаи, когда воздействие гормона и нервных импульсов на какой-либо орган или физиологический процесс приводит к одним и тем же последствиям.

Б. Объясните, воздействие на какие органы или процессы соответствует каждому из знаков "+", поставленных вами при заполнении таблицы.

Чем обусловлена необходимость одновременной работы этих двух регуляторных систем (нервной и эндокринной), во многом дублирующих друг друга?

Функции вегетативной нервной системы заключаются в регуляции работы внутренних органов. При этом два отдела вегетативной нервной системы играют неодинаковую роль. В угрожающих ситуациях (связанных у животных с борьбой или бегством от опасности, а у человека - с эмоциональным или физическим напряжением) активируется симпатический отдел. В спокойном состоянии (отдых, сон) преобладают влияния парасимпатического отдела, которые обеспечивают протекание пищеварения и других процессов, направленных на поддержание постоянства внутренней среды организма.

Действие большинства из приведенных в списке гормонов сходно с действием симпатической нервной системы.

Адреналин, гормон мозгового слоя надпочечников, по химическому строению очень сходен с норадреналином - медиатором симпатических нейронов. Поэтому они вызывают сходные эффекты: расширение зрачков, увеличение частоты и силы сердцебиений, сужение кровеносных сосудов многих органов, рост артериального давления, расширение бронхов, возрастание работоспособности мышц, стимуляцию расщепления гликогена в печени и жиров в жировой ткани (и как следствие - увеличение содержания в крови глюкозы и жирных кислот), торможение перистальтики кишечника и секреции пищеварительных соков и др.

Альдостерон - гормон коркового (наружного) слоя надпочечников. Он усиливает поглощение ионов натрия клетками почечных канальцев, тем самым уменьшая выделение натрия с мочой. Вместе с ионами натрия (по закону осмоса) в организм возвращается и вода. Это приводит к увеличению объема крови и, следовательно, к росту артериального давления (как и при действии симпатической системы).

Вазопрессин - гормон задней доли гипофиза. Его второе название - антидиуретический гормон, потому что его действие приводит к снижению диуреза (выделения мочи). Следовательно, вазопрессин вызывает увеличение объема крови и артериального давления. Давление повышается еще и потому, что вазопрессин сужает кровеносные сосуды.

Глюкагон (гормон поджелудочной железы) и кортизол (гормон коры надпочечников) увеличивают концентрацию глюкозы в крови, как и симпатическая система. Кроме того, кортизол усиливает эффекты воздействия адреналина и норадреналина на клетки многих органов.

Наконец, окситоцин, тоже гормон задней доли гипофиза, дублирует действие симпатической системы при родах (вызывая сокращение матки) и семяизвержении (сокращая гладкую мускулатуру семявыносящих протоков).

Эффекты, сходные с парасимпатической нервной системой, вызывает предсердный гормон. Стимулом к его выделению в кровь (откуда - понятно из названия) служит увеличение растяжения правого предсердия притекающей к нему кровью, которое чаще всего происходит при возрастании объема крови. Действие этого гормона направлено на увеличение выделения воды и натрия почками и, следовательно, на снижение артериального давления. Парасимпатическая система также снижает давление крови, в основном угнетая сердечную деятельность. И парасимпатическая система, и предсердный гормон расслабляют кровеносные сосуды некоторых органов.

Еще одним интересным примером "парасимпатического" гормона, не упомянутого в задаче, является гастрин. Он вырабатывается клетками стенки желудка и двенадцатиперстной кишки и стимулирует пищеварение: секрецию кислоты, воды и ферментов в желудке и двенадцатиперстной кишке, сокращение стенок желудка.

Нервная (вегетативная) и гормональная регуляторные системы значительно отличаются по скорости срабатывания: в первом случае это считанные секунды, во втором - минуты, иногда даже часы. Кроме того, список ныне известных гормонов далеко не ограничивается приведенным в задаче. Функции многих гормонов "не охвачены" вегетативной нервной системой.

ЗАДАЧА 4

А. Из каких органов растений получают следующие масла:

1) арахисовое; 2) веретенное; 3) горчичное; 4) касторовое; 5) кукурузное; 6) оливковое; 7) подсолнечное; 8) розовое; 9) соевое; 10) хлопковое?

Если растение и получаемое из него масло называются по-разному, укажите также название растения.

Б. Какие еще растения, используемые человеком для получения масел, вы знаете?

На какие сезоны приходится основной мировой сбор различных масличных культур? Обоснуйте целесообразность их сбора именно в это время.

А. Арахисовое масло получают из семян арахиса (земляного ореха). Веретенное масло - техническое масло, получаемое из семян клещевины методом экстракции или горячего прессования. Горчичное масло получают из семян горчицы (существуют также эфирные горчичные масла, которые содержатся в хрене и других растениях). Касторовое масло, как и веретенное, получают из семян клещевины, но другим способом - холодным прессованием. Оливковое масло получают из плодов оливкового дерева (маслины), подсолнечное - из семян подсолнечника, соевое - из бобов сои, хлопковое - из семян хлопчатника, кукурузное - из семян кукурузы. В отличие от перечисленных выше розовое масло - это эфирное масло, получаемое из лепестков розы.

Б. Растений, из которых человек научился добывать масло, великое множество. В пункте А были названы главным образом растения, из которых получают жирные масла. Список жирных масел можно дополнить льняным маслом из семян льна, маслом какао из семян ("бобов") какао, кедровым маслом из орешков кедра, кокосовым маслом из мякоти орехов кокосовой пальмы, конопляным маслом из семян конопли, рапсовым маслом из семян рапса и многими другими известными и не очень известными маслами. Кроме того, ряд растений служит источником эфирных масел: жасминовое масло получают из цветков жасмина, гвоздичное - из гвоздичного дерева (содержится в разных его органах), анисовое - из плодов аниса, ванильное - из стручков орхидеи ванили, лимонное содержится в листьях, цветах и кожуре плодов лимона, камфорное - во всех частях камфорного дерева (коричника), хвойное масло и скипидар - в разных частях хвойных деревьев. Этот список тоже может быть дополнен.

Основной мировой сбор различных масличных культур (а большинство этих растений специально культивируется человеком) приходится на сезоны, когда созревают плоды и семена. Даже в пределах одного полушария это могут быть разные сезоны: например, на юге северного полушария созревание происходит быстрее, чем в северных широтах. Многие растения произрастают в обоих полушариях. Соответственно сезоны сбора такого растения разные, хотя и называются одинаково. Лето в северном полушарии - это июнь-август, а в южном - декабрь-февраль. Можно этот подход конкретизировать для каждого растения, но общая идея ясна: основной сбор растений, дающих жирные масла, приходится на лето и осень - периоды созревания плодов и семян.

Эфирные масла получают из лепестков, листьев и других частей растений. Поэтому их сбор чаще всего приходится на весну-лето (с учетом географии). Однако бывают и исключения: ведь сбор проводят в период, когда содержание масла в определенных частях растения максимально.

ЗАДАЧА 5

Почкой растения называют укороченный побег, закрытый листьями (обычно специализированными защитными почечными чешуйками) так, что образуется замкнутая камера. Почки разделяют на вегетативные (I), генеративные, или цветковые (II), и смешанные (III). Вегетативные почки при прорастании образуют ростовые побеги различной длины или розетки листьев; цветковые дают только цветок или соцветие; смешанные - цветки, листья, побеги и новые почки.

А. Какие из этих видов почек характерны для перечисленных ниже растений?

1) береза; 2) вишня; 3) груша; 4) малина; 5) крыжовник; 6) слива; 7) тополь; 8) черешня; 9) шиповник; 10) яблоня.

Б. Как, по вашему мнению, может "включаться" механизм распускания почек? Какие эксперименты позволят проверить выдвинутые вами гипотезы? (При ответе следует принять во внимание, что некоторые почки являются спящими - распускаются через несколько лет после закладки.)

А. Все перечисленные растения обязательно имеют вегетативные почки: ведь первые несколько лет жизни они не плодоносят, то есть не образуют генеративных и смешанных почек. Это означает, что все почки на молодых (неплодоносящих) побегах являются вегетативными.

Береза - единственное в приведенном списке растение, соцветие которого успевает развиться летом предыдущего сезона и зимует не в почках. Иначе говоря, соцветие формируется по мере роста побега, не имея "зачатка" - предшественника внутри зимующей почки. Следовательно, у березы нет никаких иных почек, кроме вегетативных.

Смешанные почки характерны для семейства Розоцветных: вишня, груша, малина, слива, черешня, шиповник, яблоня. Из этих почек развиваются побеги с листьями и соцветиями на верхушке или соцветие с почками.

Генеративные почки, из которых ничего, кроме соцветия, не развивается, бывают у крыжовника и тополя.

Б. Перечислим и проанализируем факторы, которые реально определяют распускание почек.

I. Повышение температуры. Для проверки можно воспользоваться знакомым нам всем подходом - срезать ветки с покоящихся растений зимой, внести в помещение и поставить в воду. Разумеется, для корректности этого доказательства необходим четкий контроль - сравнение со срезанными ветками, которые находятся в тех же условиях, но при более низкой температуре. Еще более четкие доказательства дадут опыты с изменением температурного режима выращивания целого растения (в оранжереях и пр.).

II. Длина дня. Многие субтропические вечнозеленые растения имеют выраженную сезонность раскрывания почек. Для проверки гипотезы покоящиеся растения необходимо перенести на длину дня, которая наблюдается во время распускания почек.

III. Наличие верхушечных почек роста. Спящие почки открываются после того, как верхушка побега окажется повреждена.

IV. Трофические факторы - обычно наличие азота в почве. Внесение азота вызывает открывание спящих почек.

V. Содержание гормонов в побеге. Обычно в начале периода покоя (осень - начало зимы) повышение температуры не приводит к открыванию почек. Способность распускаться появляется у почек не ранее середины зимы. Показано, что к этому времени падает содержание гормонов, ингибирующих рост. У мутантных растений с нарушенным синтезом гормонов-ингибиторов почки распускаются преждевременно. Обработка ингибиторами роста не позволяет почкам открываться.

В спящих почках скрытые процессы образования новых органов идут синхронно с процессами в обычных почках. Единственное отличие в том, что эти почки открываются не всегда одновременно с остальными. Это зависит от условий питания (см. IV) и от сохранности верхушки побега (см. III).

ЗАДАЧА 6

Согласно мнению ряда зоологов, в эволюции многоклеточных животных ключевую роль играли гипотетические фагоцителлы - двухслойные животные, наружные клетки которых реализовывали двигательную функцию с помощью жгутиков, а внутренние - пищеварительную функцию при исключительно внутриклеточном переваривании. Предполагается, что существовало три типа фагоцителл:

I) фагоцителла 1 - концентратор, сгущающий микроскопическую пищу в точке ее захвата;

II) фагоцителла 2 - седиментатор, осаждающий микроскопическую пищу в замкнутую внутреннюю полость тела;

III) фагоцителла 3 - фильтратор, прогоняющий через сквозную полость тела воду с пищевыми частицами и задерживающий их на фильтрах жгутиковых клеток.

А. Как вы думаете, какие фагоцителлы в рамках этой модели должны считаться предками:

1) вторичноротых (иглокожих, погонофор, полухордовых, хордовых); 2) гребневиков; 3) губок; 4) кишечнополостных; 5) кольчатых червей; 6) круглых червей; 7) плоских червей; 8) плакозоев (трихоплакса)?

Б. Нарисуйте филогенетическое древо животных с точки зрения изложенной выше теории. Объясните, какие изменения образа жизни происходили при каждом из эволюционных переходов, представленных на вашей схеме.

Непосредственными потомками фагоцителл могут считаться четыре группы животных, упомянутые в условии: плакозои, губки, кишечнополостные и плоские черви.

Плакозои. Состоят из двух слоев клеток: наружного жгутиконосного и внутреннего, полости тела не имеют. Питаются, выделяя наружу пищеварительные ферменты и всасывая продукты расщепления. Наиболее вероятный предок - фагоцителла 1.

Губки. Питаются с помощью фильтрации. Жгутиковые клетки гонят воду через сквозную полость. Эти же клетки способны отфильтровывать мелкие пищевые частицы. Губок можно считать потомками фагоцителлы 3.

Кишечнополостные имеют замкнутую полость тела, им свойственно внутриклеточное пищеварение. Пища у них осаждается в полость, как и у фагоцителлы 2.

Плоские черви. Представителями этого типа, наиболее близкими к предковым формам, обычно считают бескишечных турбеллярий. Они не имеют полости тела и покрыты слоем ресничных клеток. Их предком можно считать фагоцителлу 1. Существует и другая точка зрения, согласно которой бескишечные турбеллярии являются вторично упростившейся группой, а предковые формы имели неразветвленную слепо заканчивающуюся кишечную полость. В этом случае наиболее вероятный предок плоских червей - фагоцителла 2. (Оба варианта ответа в олимпиадных работах будут оцениваться положительно.)

Опишем еще два логичных построения, которые представляют несомненный интерес, хотя и не требуются от участников олимпиады. Учитывая сходство личинок губок и турбеллярий с плакозоями, можно предположить происхождение губок от плакозоев (а следовательно, от фагоцителл 1) в результате перехода к сидячему образу жизни и фильтрующему способу питания. Плоских червей часто считают произошедшими от плакозоев в результате перехода к более активному образу жизни, увеличения размеров, усложнения организации (выделение головного конца, появление пищеварительной полости, выделительной системы и т.д.).

Первые три из четырех рассмотренных выше групп являются сравнительно высокоспециализированными. Кроме того, ископаемые остатки губок и кишечнополостных обнаруживают лишь в довольно поздних отложениях. Поэтому наиболее вероятными предками большинства остальных групп можно считать плоских червей.

Гребневиков раньше относили к кишечнополостным, однако теперь выделяют в особый тип. По мнению большинства зоологов, их сходство с кишечнополостными - результат конвергенции при переходе предка, близкого к плоским червям, к жизни в толще воды. Таким образом, гребневиков можно считать непрямыми потомками фагоцителл 1 или 2 (в зависимости от принятой гипотезы о родственных отношениях в типе Плоские черви).

Происхождение круглых червей связывают с появлением у предковых форм, напоминающих турбеллярий, сквозного кишечника и переходом к фильтрующему способу питания (как у современных брюхоресничных червей). Собственно круглые черви, по всей видимости, возникли при переходе к жизни в грунте, потребовавшей более обтекаемой формы тела, прочной кутикулы и развития "гидростатического скелета" - полостной жидкости, находящейся под высоким давлением.

Появление кольчатых червей также связано с возникновением полости тела, заполненной жидкостью. Но поскольку она формируется принципиально иным способом, чем у круглых червей, то можно предположить независимое происхождение кольчатых червей от предков со сквозной кишкой.

Вторичноротых обычно считают произошедшими от сегментированных форм, напоминающих кольчатых червей. Промежуточным этапом этого эволюционного перехода были сидячие фильтраторы. С фильтрацией связано наличие у хордовых жаберных щелей, которые позже стали служить для газообмена. Среди вторичноротых ближе всех к предковым формам полухордовые. Развитие нервной, опорной и двигательной систем было вызвано переходом к активному образу жизни, который в разных группах осуществлялся независимо. Так у хордовых появились нервная трубка, хорда и мускулатура, нервное кольцо, у иглокожих - известковые пластинки и амбулакральная система.

Следовательно, круглые, кольчатые черви и вторичноротые могли произойти от фагоцителл типа 1 (или 2, если считать плоских червей потомками этого типа фагоцителл).

Приведем примеры рассуждений, обосновывающих положение на филогенетическом древе еще некоторых типов животных.

Наиболее вероятными предками членистоногих считаются кольчатые черви. Основные различия между этими двумя группами связаны с наличием у членистоногих конечностей и твердого наружного скелета. Представители двух малочисленных современных типов - онихофоры и тихоходки имеют червеобразное тело, нечленистые конечности и хитиновую кутикулу, то есть близки к промежуточным формам между кольчатыми червями и членистоногими. Дальнейшее развитие членистоногих привело к возникновению членистых конечностей, их специализации для выполнения разных функций (ротовые, ходильные конечности и т.п.), а также специализации и дифференциации отделов тела (голова, грудь, брюшко), сопровождавшейся уменьшением числа сегментов и конечностей.

Происхождение моллюсков связывают либо с кольчатыми, либо с плоскими червями. В первом случае доказательством родства служит сходство личиночных стадий, наличие некоторых линейно расположенных множественных пар органов (например, жабр) и перикардиальной полости, которую считают остатком целома. Во втором случае доказательством служит отсутствие сегментации и полости тела. Защитная раковина, появившаяся у моллюсков, резко изменила общий план их строения: нарушилась метамерия (если предками моллюсков считать кольчатых червей), возникли специфические органы дыхания, выделения и циркуляторная система.

В заключение приведем филогенетическое древо, основанное на изложенных выше соображениях (рис. 1). Представленные на нем форониды - сидячие морские фильтрующие организмы, имеющие ряд общих черт с вторичноротыми. Сплошными стрелками показаны наиболее вероятные эволюционные переходы, пунктирными стрелками - менее вероятные.

ЗАДАЧА 7

Взаимоотношения между организмами разных видов в природных сообществах весьма разнообразны. По предложению В.Н. Беклемишева экологи наряду с наиболее известными трофическими (пищевыми) связями выделяют еще три основных типа связей:

- топические - изменение условий местообитания одного организма в результате жизнедеятельности другого;

- форические - участие одного организма в распространении другого;

- фабрические - использование одним организмом другого организма (живого, мертвого или продуктов его жизнедеятельности) для строительной деятельности.

А. Из приведенного ниже перечня составьте все возможные пары, соответствующие трофическим (I), топическим (II), форическим (III) и фабрическим (IV) связям.

1) береза; 2) бурундук; 3) бурый медведь; 4) гусиный лук; 5) дождевой червь; 6) дуб; 7) жук-олень; 8) землеройка; 9) кабан; 10) майский жук; 11) медуница; 12) подберезовик; 13) прыткая ящерица; 14) рыжий лесной муравей; 15) рябина.

Б. Трофические связи могут быть как прямыми (поедание одним организмом другого организма, его мертвых остатков или продуктов жизнедеятельности), так и косвенными (влияние одного организма на кормовую базу другого или на его возможность стать добычей). Опишите как можно больше принципиально разных вариантов косвенных трофических связей в природных сообществах. Каждый вариант проиллюстрируйте одним-двумя конкретными примерами.

(При ответе на вопрос пункта А нужно учитывать только прямые связи всех типов.)

А. I. Трофические связи образуют:

- дождевой червь с подберезовиком, медуницей, гусиным луком, березой, дубом, рябиной, кабаном, прыткой ящерицей и землеройкой;

- подберезовик с кабаном и березой;

- дуб с кабаном и бурундуком;

- землеройка с жуком-оленем и майским жуком;

- кабан с жуком-оленем и майским жуком;

- майский жук с бурундуком и прыткой ящерицей;

- бурый медведь с кабаном, рыжим лесным муравьем и бурундуком.

(Для простоты мы не уточняем, кто кем в паре питается, а двусторонние связи упоминаем лишь по одному разу.)

II. Топические связи. За свет друг с другом конкурируют береза, дуб, рябина и гусиный лук. Дождевой червь изменяет среду обитания всех этих растений (почву). Землеройка и ящерица конкурируют за кормовые ресурсы. Пример непосредственного изменения условий обитания - подщелачивание березой почвы, что делает почву более благоприятной для роста дуба.

III. Форические связи: подберезовик - кабан (или как исключение бурый медведь); рябина - бурундук.

IV. Фабрические связи: рыжий лесной муравей - дуб, рябина, береза; бурундук - кабан (обустройство гнезда бурундука кабаньей шерстью); бурый медведь - береза, дуб.

Б. Косвенные трофические связи между видами А и В можно рассматривать как взаимодействия между ними, осуществляемые не напрямую, а через какой-то третий элемент С (С может быть как видом живых организмов, так и элементом окружающей среды). В зависимости от того, как именно А и В влияют на С, выделим три принципиальных варианта:

А С В

(например, рыбы, влияющие на численность фитопланктона через зоопланктон);

А С В

(А может влиять на кормовую базу В, как это делают в рассмотренном выше примере землеройка и ящерица);

А С В

(А уменьшает вероятность для В стать добычей какого-то хищника; пример - пятнистый и благородный олени).

ЗАДАЧА 8

Из записных книжек Кифы Мокиевича:

<Зачастую больным приходится удалять миндалины или аппендикс. И оказывается, что без этих органов вполне можно обходиться! Так стоит ли дожидаться болезней? Не лучше ли пресечь их "в зародыше", вырезав миндалины и аппендикс в раннем возрасте?>

Согласны ли вы с Кифой Мокиевичем? Свое мнение аргументируйте.

Нет, с Кифой Мокиевичем соглашаться не следует.

Для чего нужны организму миндалины и аппендикс? Вряд ли только для болезней и последующего оперативного удаления.

Миндалины - это скопления лимфоидной ткани в глотке. Их всего шесть: парные небные и трубные, непарные язычная и глоточная. Когда говорят об удалении миндалин, то обычно имеют в виду небные миндалины. (Их нетрудно разглядеть через открытый рот.)

Перечисленные шесть миндалин образуют так называемое лимфаденоидное кольцо глотки. Главная его функция - защитная: участие в лимфопоэзе (образовании лимфоцитов), формировании клеточного и гуморального иммунитета. Поскольку многие инфекционные агенты попадают в организм через рот и нос, очевидно, что миндалины выполняют защитно-барьерную функцию. Их удаление ослабит защиту организма от инфекций.

Теперь разберемся с функциями аппендикса. Во-первых, аппендикс (как и большинство отделов желудочно-кишечного тракта) содержит в своей стенке лимфоидную ткань. А значит, он тоже выполняет защитную миссию - здесь созревают лимфоциты, формируется клеточный и гуморальный иммунитет.

Во-вторых, аппендикс вырабатывает ряд регуляторных соединений, в частности мелатонин. Мелатонин играет важную роль в регуляции сна, половой активности и высших функций центральной нервной системы.

Теперь понятно, что удаление этих органов "просто так", без достаточных оснований будет вредно, а не полезно. Другое дело, если их нормальная работа в силу каких-то причин (чаще всего инфекции) нарушилась. В случае аппендицита (то есть заболевания аппендикса) поражается стенка отростка, повреждения постепенно становятся сквозными, через появившиеся отверстия содержимое кишечника начинает попадать в брюшную полость, развивается перитонит. Тут уж ясно: либо операция (чем быстрее, тем лучше), либо... Ситуация с миндалинами аналогична. Их удаление оправданно, если миндалины поражены и не защищают организм.

ЗАДАЧА 1

В таблице приведены органы цветкового растения и системы органов человека.

А. Расставьте знаки "+" в тех случаях, когда орган растения и система органов человека выполняют аналогичные функции, и знаки "-" - в остальных случаях.

Б. Обоснуйте данный вами в пункте А ответ, объяснив для каждого "+" в таблице, какие функции являются аналогичными.

(Если какая-то функция осуществляется не у всех цветковых растений, укажите, у каких именно.)

В соответствии с требованиями задачи сначала заполним таблицу, а затем обоснуем решение.

1. Выделительная система человека осуществляет экскрецию отходов метаболизма и осморегуляцию. Растения никогда не синтезируют белок в избытке и поэтому выделяют очень мало азотистых отходов. Можно сказать, что экскреции у них подвергается образующийся при фотосинтезе кислород: его избыток диффундирует в окружающую среду. Многие органические отходы метаболизма откладываются в периодически сбрасываемых листьях или коре, а также в омертвевших постоянных тканях растений (например, в ядровой древесине стебля). Некоторые органические кислоты (танниновая, никотиновая и др.), ионы железа и марганца поступают и накапливаются в листьях, придавая им характерную окраску перед листопадом. Опасные для растения органические кислоты часто связываются с избыточными катионами и образуют нерастворимые кристаллы, которые, не причиняя вреда, хранятся в клетках растения. Подлежащие удалению вещества элиминируются не только с листвой, но и с лепестками, плодами и семенами, хотя экскреция не является главной функцией этих образований.

Осморегуляцию также осуществляют все органы растения. Они имеют различные приспособления для удержания воды (восковая кутикула, мясистые сочные листья, развитая корневая система у ксерофитов) или для защиты от ее избыточного поступления (активное поглощение ионов или выравнивание водного потенциала клетки с окружающей средой с помощью вакуолей у гидрофитов) в зависимости от водного режима среды обитания растения.

2. Дыхание присуще всем органам, тканям и клеткам. Самой высокой интенсивностью дыхания отличаются молодые, быстро растущие органы и ткани. У растения активнее всего дышат репродуктивные органы, затем листья, слабее - стебли и корни. (Заметим, однако, что эти примеры относятся к тканевому дыханию. Физиологи животных обычно разделяют внешнее дыхание (которое, собственно говоря, и осуществляется дыхательной системой человека) и тканевое дыхание.)

3. Аналогом кровеносной системы человека у цветковых растений можно считать проводящую систему, состоящую из флоэмы, по которой органические вещества идут с током жидкости от листьев к другим органам, и ксилемы, по которой вода движется от корня к листьям. Важно понимать, что проводящая система является элементом строения не только стебля, но и других органов цветкового растения.

4. Функции нервной системы - восприятие внешних раздражителей и адекватная реакция на них. У растений нервной системы нет, но, например, реакция листьев мимозы на прикосновение сродни рефлексу отдергивания руки у человека на прикосновение к горячему. Под действием силы тяжести корень растет вниз, а стебель - вверх (геотропизм). Восприятие силы тяжести связано с осаждением содержащих крахмал пластид (амилопластов) в специализированных клетках побега и корня. Реакцией на освещение является гелиотропизм - поворачивание листьев и цветков многих растений, обеспечивающее их расположение параллельно или перпендикулярно солнечным лучам в течение суток.

5. Функцию опоры в растении выполняют корень, закрепляющий и удерживающий его в земле, и стебель, поддерживающий надземные органы. Опорную функцию могут выполнять и листья: например, усики гороха - это видоизмененные листья. К передвижению цветковые растения не способны, однако возможны движения отдельных органов. Сюда можно отнести настические движения листьев в зависимости от освещенности (бобовые) или при прикосновении (мимоза). Многие растения открывают и закрывают цветки в определенное время суток. Тропизмы, или ростовые движения, направляемые внешним стимулом, характерны для всех частей растения. Так, побеги обладают положительным фототропизмом, а корни - отрицательным.

6. Цветковые растения лишены органов пищеварения, поскольку являются автотрофами. Но и в мире автотрофов есть исключения. Например, у росянки края и верхняя сторона покрыты чувствительными волосками с железистой головкой, которая несет каплю липкой жидкости. Волоски захватывают насекомое, лист сворачивается, и добыча переваривается пищеварительными ферментами. Функцию пищеварения у растений-сапрофитов, не имеющих зеленых листьев, осуществляют корни (примеры - гнездовка и подъельник).

7. То, что аналогом половой системы человека у растений является цветок, не нуждается в дополнительной аргументации. Возможность вегетативного размножения вряд ли достаточный аргумент, чтобы считать все органы растения аналогом половой системы.

8. Растение лишено специализированных эндокринных желез, но во многих его частях вырабатываются гормоны, выполняющие функции координации и регуляции. Например, ауксины (стимуляторы роста побегов и корней, а также регуляторы ряда других функций) образуются в точке роста стебля и молодых листьях. Образующиеся в корнях цитокины стимулируют рост побегов и плодов, замедляют старение листьев. Этилен, который содержится в различных органах растений (плодах, цветках, листьях, стеблях и корнях), способствует замедлению роста, ускорению старения клеток, созреванию и опадению плодов, засыханию листьев. Гибберелины прерывают период покоя у луковиц, клубней и семян, а также индуцируют цветение. Они синтезируются в интенсивно растущих органах: верхушечных стеблевых почках, формирующихся семенах, реже в корнях.

ЗАДАЧА 2

Н.И. Вавилов выделил семь центров происхождения культурных растений (в последующих работах их число достигло двенадцати): I) южноазиатский, II) восточноазиатский (китайский), III) юго-западноазиатский, IV) средиземноморский, V) абиссинский, VI) центральноамериканский и VII) южноамериканский.

А. Какие из этих семи центров являются местами начала культивирования и основного природного многообразия сортов следующих растений:

1) виноград; 2) гречиха; 3) какао; 4) капуста; 5) картофель; 6) кукуруза; 7) просо; 8) рис; 9) рожь; 10) сахарный тростник; 11) соя; 12) ячмень?

Б. Представьте себе, что вы собираетесь в экспедицию для пополнения коллекции сортов какого-то культурного растения. На основании исторических данных вы выбрали, в какой из центров происхождения следует направиться. Однако обследовать всю его территорию вы не сможете. Какими соображениями вы будете руководствоваться, определяя маршрут экспедиции? (Ясно, что некоторые из таких соображений пригодны практически для всех видов культурных растений, а некоторые - лишь для части из них.)

Для начала отметим, что в некоторых работах Вавилова южноазиатский центр происхождения называется индостанским, а юго-западноазиатский подразделяется на среднеазиатский и переднеазиатский.

Далеко не для всех видов культурных растений происхождение их сортов ограничивается одним центром, поэтому первую часть ответа мы представим в виде таблицы:

Вторую часть ответа можно строить по-разному. Мы будем руководствоваться методами Н.И. Вавилова, признанного классика в организации экспедиций за новыми сортами. Итак, при определении маршрута необходимо запланировать:

- изучение ассортимента крупных сельскохозяйственных рынков данного региона;

- посещение местных краеведческих музеев с осмотром гербариев;

- изучение публикаций других специалистов, работавших в данном регионе;

- опрос местного населения (особенно лиц, сведущих в сельском хозяйстве);

- анализ исторических данных;

- анализ косвенных данных: ареалы близкородственных видов, сопутствующих сорняков и др.

Конечно, участники олимпиады вправе предложить и свои оригинальные идеи.

ЗАДАЧА 3

А. При каких из перечисленных ниже заболеваний человека уровень иммуноглобулинов в крови по сравнению с нормой повышен, понижен?

1) базедова болезнь; 2) гепатит; 3) инфаркт миокарда; 4) коклюш; 5) лимфома; 6) миелома; 7) рак костного мозга; 8) системная красная волчанка; 9) цирроз; 10) чесотка.

Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А.

Опишите, какими могут быть механизмы действия препаратов, способствующих повышению уровня иммуноглобулинов в крови. Для лечения каких болезней эти препараты будут полезны, а для каких - неэффективны? (При рассмотрении болезней не ограничивайтесь перечнем, приведенным в пункте А. Желательно не давать длинные списки, а указать общие свойства заболеваний.)

Рост концентрации иммуноглобулинов в крови наблюдается при инфекционном гепатите (но не при гепатите, вызванном действием токсичных веществ), инфаркте миокарда, коклюше, миеломах, системной красной волчанке, циррозе (как инфекционном, так и алкогольном). Падает содержание иммуноглобулинов у больных с опухолями лимфоидной системы, гипоплазии костного мозга. Что же касается базедовой болезни и чесотки, то для этих заболеваний вряд ли можно построить логические цепочки, приводящие к достоверному изменению уровня иммуноглобулинов.

Как нетрудно догадаться, основными факторами, определяющими содержание иммуноглобулинов в крови, является наличие чужеродного (инфекционного) агента, стимулирующего их образование, и состояние клеток, секретирующих антитела, - лимфоцитов и их предшественников в костном мозгу. Возможно и возрастание уровня иммуноглобулинов при отсутствии чужеродного агента: при аутоиммунных заболеваниях (характерным примером которых является системная красная волчанка) из-за нарушений в системе иммунного распознавания антитела начинают вырабатываться против "своих родных" соединений организма. Понятно также влияние на уровень иммуноглобулинов различных онкологических заболеваний, захватывающих "генеалогическое древо" лимфоцитов.

Стимуляция роста содержания иммуноглобулинов как таковых - занятие достаточно бессмысленное. Плавающие в крови иммуноглобулины представляют собой смесь множества вариантов молекул, способных специфически связываться с самыми разными соединениями. Поэтому при борьбе с болезнью важно интенсифицировать наработку антител именно против ее возбудителя (или на худой конец против какого-то опасного вещества, образующегося в организме в результате развития патологических процессов). Иммуностимуляция однозначно бессмысленна при борьбе с неинфекционными заболеваниями. Широкое применение нашли иммуностимуляторы в медицинской и ветеринарной практике для усиления иммунного ответа при проведении профилактических прививок. Для иммуностимуляции людей используют сапрофитные микобактерии или разрушенные клетки вакцины БЦЖ. Адъювантным (иммуностимулирующим) действием обладают многие неорганические и органические соединения - минеральные коллоиды, животные и растительные масла и жиры, липополисахариды и др. Адъюванты могут усиливать воспалительную реакцию, замедлять разложение антигена и его вывод из организма. В ситуациях, когда в организме уже в изобилии имеется инфекционный агент, мероприятия по его сохранению и демонстрации иммунной системе будут явно запоздалыми. Весьма полезными на этом этапе будут медиаторы иммунного ответа - регуляторные вещества, которые продуцирутся лимфоцитами и моноцитами и оказывают влияние на функциональное состояние и взаимодействие клеток, участвующих в иммунном ответе. Многие медиаторы способствуют созреванию иммунокомпетентных клеток либо активируют синтез антител этими клетками.

ЗАДАЧА 4

Ботаники выделяют три типа плодов:

- простые плоды, образующиеся из цветка с одним пестиком;

- сложные плоды, образующиеся из цветка с несколькими пестиками;

- соплодия, возникающие в результате срастания плодов одного соцветия.

А. Разделите по этим группам перечисленные ниже растения.

1) ананас; 2) банан; 3) ваниль; 4) вишня; 5) гранат; 6) ежевика; 7) каштан; 8) инжир; 9) малина; 10) миндаль; 11) морковь; 12) облепиха; 13) одуванчик; 14) осока; 15) смородина; 16) тюльпан; 17) финиковая пальма; 18) яблоня.

Б. Объясните, в каких случаях возникают одно- и многосемянные плоды. Каковы сравнительные достоинства и недостатки тех и других?

А. Из растений, перечисленных в условии задачи, простые плоды имеют банан, ваниль, вишня, гранат, каштан, миндаль, облепиха, одуванчик, осока, смородина, тюльпан, финиковая пальма и яблоня; сложные плоды - ежевика, малина и морковь; соплодия - ананас и инжир.

Б. Односемянные плоды образуются из цветка с одной завязью, состоящей из одного плодолистика с одним семязачатком. Многосемянные плоды могут быть сложными и простыми. Сложные многосемянные плоды образуются из цветка с несколькими пестиками. Простые многосемянные плоды могут образовываться из цветков с одним пестиком, состоящих либо из одного плодолистика с несколькими семяпочками, прикрепленными к его внутренней поверхности, либо из нескольких плодолистиков.

Преимуществом многосемянных плодов является то, что при рассеивании семян вероятность попадания в благоприятные условия и прорастания хотя бы одного или нескольких из них выше, чем у односемянных плодов. Преимуществом односемянных плодов является возможность направить питательные вещества на развитие одного семени, что повышает его жизнеспособность. Недостатки односемянных и плодов можно считать достоинствами многосемянных и наоборот.

ЗАДАЧА 5

Образованию мочи, выводимой из организма человека (вторичной мочи), предшествует стадия формирования первичной мочи, когда под высоким давлением содержимое почечных капилляров фильтруется в капсулы почечных клубочков. Состав плазмы крови, первичной мочи и вторичной мочи, разумеется, неодинаков.

А. Разделите перечисленные ниже соединения на несколько групп в зависимости от соотношения их концентраций в этих трех биологических жидкостях у здорового человека.

1) аскорбат-ионы; 2) билирубин; 3) гемоглобин; 4) глюкоза; 5) инсулин; 6) ионы водорода; 7) ионы натрия; 8) мочевина; 9) пищевые красители; 10) сульфат-ионы; 11) сывороточный альбумин; 12) фенилаланин; 13) фосфат-ионы; 14) холестерин.

(В ответе кратко охарактеризуйте соотношения концентраций для каждой группы и перечислите входящие в нее соединения из перечня.)

Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А. Какие механизмы обеспечивают изменение концентраций разных веществ при формировании первичной мочи; вторичной мочи?

Первичная моча образуется путем выдавливания плазмы крови через почечный фильтр в полость боуменовых капсул. При этом содержащиеся в плазме молекулы сортируются по размеру: мелкие беспрепятственно проходят через фильтр, а крупные задерживаются. Молекулы белков - гемоглобина, сывороточного альбумина и отчасти инсулина - в почках здорового человека не покидают просвета кровеносных капилляров. Ничтожное количество белка, которое все-таки фильтруется, подвергается обратному захвату (пиноцитозу) клетками почечных канальцев. Следовательно, концентрация белков в плазме крови существенно выше, чем в первичной и вторичной моче. (Для гемоглобина приведенные рассуждения имеют лишь теоретическое значение. В плазме крови здорового человека гемоглобина нет - он содержится только в эритроцитах.) Содержание всех остальных веществ из перечня ввиду их низкой молекулярной массы в первичной моче близко к содержанию в плазме крови.

Превращение первичной мочи во вторичную связано с активным поглощением воды. Моча становится более концентрированной. Однако судьба разных веществ, попавших в мочу, оказывается неодинаковой.

I. Молекулы веществ, нужных организму (глюкоза, аминокислоты, из которых в списке приведен фенилаланин, сульфат-ионы и фосфат-ионы), в почечных канальцах подвергаются специфическому обратному поглощению (реабсорбции). Их концентрация во вторичной моче ничтожно мала.

II. Некоторые соединения (аскорбат-ионы, билирубин, холестерин) содержатся в плазме крови в ничтожно малых количествах. Их поглощение требовало бы наличия специальных переносчиков, а результативность этой работы была бы ничтожно мала. Поэтому такие вещества выводятся почками "в полном составе", не подвергаясь обратному поглощению.

III. Токсичные и чужеродные вещества (мочевина, пищевые красители) не только не реабсорбируются, но и секретируются в мочу клетками почечных канальцев. Это же правило выполняется для ионов водорода - плазма крови имеет слабощелочную реакцию, а моча - слабокислую.

Понятно, что в случаях II и III концентрация веществ во вторичной моче намного выше, чем в первичной.

IV. Особое положение занимают ионы натрия. Они подвергаются неполному обратному поглощению. В итоге их содержание в концентрированной вторичной моче лишь ненамного меньше, чем в плазме крови.

ЗАДАЧА 6

Биологи выделяют два основных вида симметрии, характерной для общего плана внешнего строения живых организмов: радиальную и двустороннюю.

А. Какие из этих симметрий можно встретить в перечисленных ниже типах животных?

1) Губки; 2) Иглокожие; 3) Кишечнополостные; 4) Кольчатые черви; 5) Круглые черви; 6) Моллюски; 7) Плоские черви; 8) Хордовые; 9) Членистоногие.

Б. В каких типах животных встречаются оба вида симметрии? Для каждого такого случая приведите по одному-два примера организмов с разной симметрией.

Перечислите известные вам случаи эволюционного перехода в царстве Многоклеточные животные от одного из видов симметрии тела к другому. Какими причинами были вызваны эти переходы?

(При ответе на вопросы пункта Б вовсе необязательно ограничиваться типами, упомянутыми в пункте А.)

У наиболее примитивных многоклеточных животных - губок и плакозоев - какая бы то ни было симметрия тела вообще отсутствует. Кишечнополостным свойственна радиальная симметрия.

Радиально-симметричный план строения свойствен и еще одному типу животных - гребневикам (см. задачу 6 из варианта X класса). Однако наличие у ряда гребневиков дополнительных парных образований - больших покрытых клейкими клетками щупалец, служащих для ловли добычи, - приводит к возникновению основной оси симметрии, как у двусторонне-симметричных животных. Некоторые представители этой группы (например, Coeloplana) имеют уплощенное тело и ползают по дну наподобие плоских червей, то есть приобрели уже достаточно сходства с двусторонне-симметричными организмами.

В связи с направленным движением вперед в теле почти всех высших многоклеточных животных (в том числе во всех остальных типах, упомянутых в условии задачи) прослеживается продольная ось, совпадающая с направлением перемещения. Органы чувств и центры нервной интеграции находятся у переднего конца оси, левая и правая половины тела становятся билатерально-симметричными.

Многие анатомически двусторонне-симметричные животные при переходе к сидячему или малоподвижному образу жизни приобретают радиальную симметрию внешнего строения тела. (Обращаем ваше внимание на то, что в условии задачи речь идет именно о внешнем строении тела, а не о расположении внутренних органов и не об эволюционных связях!) Примерами таких организмов являются иглокожие, камптозои (сидячие родственники кольчатых червей), мшанки. Радиальная симметрия возникает у сидячих животных, поскольку для них "со всех боков" условия одинаковы. Такая форма тела позволяет улавливать пищу, откуда бы она ни приближалась; реагировать на опасность, с какой бы стороны она ни грозила. Отметим, что активно плавающие личинки тех же иглокожих имеют явно выраженную двустороннюю симметрию тела. Интересно, что класс Морские ежи подразделяется на два подкласса: Правильные морские ежи и Неправильные (Сердцевидные) морские ежи. Правильные ежи живут на поверхности дна и имеют радиально-симметричный панцирь. Неправильные ежи роются в грунте, собирая мелкие частички детрита; их тело приобрело двустороннюю симметрию - рот смещен к переднему краю, а анальное отверстие - к заднему. У голотурий - еще одного класса иглокожих - тело имеет выраженную двустороннюю симметрию.

ЗАДАЧА 7

Распределение живых организмов на разных глубинах Мирового океана крайне неравномерно, поскольку необходимые для жизни факторы сосредоточены преимущественно в поверхностных и придонных слоях. Однако в некоторых областях океана (зонах апвелинга) наблюдается нетипичная картина: множество планктона, колоссальные популяции рыб, огромные стаи птиц над водой, бурное развитие донных экосистем. Пять главных зон апвелинга расположены у юго-западного побережья Северной Америки, северо-западного побережья Южной Америки, северо-западного побережья Африки, юго-западного побережья Африки и южного побережья Аравийского полуострова.

А. С какими факторами связано расположение этих пяти апвелингов? Из приведенных ниже причин выберите истинные.

1) активная вулканическая деятельность; 2) активное перемешивание поверхностных слоев воды; 3) высокая отражающая способность дна; 4) глубоководные теплые течения; 5) дыры в озоновом слое атмосферы; 6) крутые склоны берегов; 7) наиболее высокая скорость обмена веществ у обитающих здесь фотосинтетиков; 8) наиболее интенсивное солнечное излучение; 9) наличие в воде микроэлементов, важных для жизнедеятельности; 10) преобладание ветровых потоков с материка.

Б. Объясните, как факторы, указанные вами в пункте А, обеспечивают формирование апвелингов. Исходя из построенной вами при этом модели, попытайтесь предсказать расположение в Мировом океане дополнительных зон апвелинга.

А. Верных ответов два: крутые склоны берегов и преобладание ветровых потоков с материка. Можно также упомянуть активное перемешивание поверхностных слоев воды, но этот фактор является не исходной причиной, а производной двух названных выше причин.

Б. Все крупные апвелинги располагаются у западных побережий близких к экватору территорий с крутыми склонами берегов и преобладанием ветровых потоков с материка в океан.

Крутые берега, поднимающиеся из океана, являются продолжением крутых материковых склонов. В непосредственной близости от материка располагается глубоководная абиссаль. Минеральные биогены оседают и накапливаются на больших глубинах у побережья.

Вращение атмосферы несколько отстает от вращения Земли, что определяет преобладающее направление ветров в этих районах (сила Кориолиса): в южном полушарии - с северо-востока на юго-запад, в северном полушарии - с юго-востока на северо-запад, то есть с материка в океан. Ветер сухой, так как он несет воздушные массы с материка. Поэтому прилегающие к побережью территории - пустыни. Отгоняя от берега поверхностные слои воды, ветровые потоки вызывают их активное перемешивание. В результате минеральные биогены выносятся восходящими потоками с абиссали на поверхность. Создаются благоприятные условия для бурного развития планктона и апвелинговых экосистем.

Периодически в зонах апвелинга возникают очень неприятные явления: при изменении направления ветра перемешивание прекращается, и в подповерхностных слоях (богатых биогенами, но бедных кислородом) активно размножаются анаэробные одноклеточные жгутиконосцы - динофлагеляты. Клетки этих организмов окрашены в красный цвет, а продукты их обмена веществ ядовиты. Такие явления носят название "красные приливы" и приводят к массовой гибели рыбы.

Описанная модель работает и в зонах, более удаленных от экватора (хотя и не вызывает столь разительных изменений). Более мелкие зоны апвелинга следует искать на физической карте, используя два основных критерия:

1) западные побережья материков и крупных островов;

2) большая глубина океана в непосредственной близости от береговой линии.

Дополнительными зонами апвелинга являются, например, западное побережье Австралии и западное побережье Испании.

ЗАДАЧА 8

Д-р Паганель до глубины души возмущен статьей коллеги-энтомолога:

"Автор сообщает, что желто-черная полосатая окраска тела открытой им мухи Obmanus bezzhalostnum свидетельствует о мимикрическом сходстве с открытой автором же осой Modelus zhalostnum. А почему не с тигром? Мало ли на свете полосатых животных! Кому именно подражает (если вообще подражает) данная муха, надо выяснять экспериментально, а не изрекать необоснованные суждения!"

Как бы вы спланировали эксперименты по выявлению вида-модели, которому подражает O. bezzhalostnum?

В планируемом исследовании можно выделить два логических блока.

I. Эксперименты, проверяющие сам факт подражания. Будем формулировать различные гипотезы о характере подражания и описывать возможные способы проверки этих гипотез.

1. Подражающий вид принимает окраску вида-модели для защиты от хищников, которые по каким-то причинам модель не трогают. Для проверки гипотезы проведем следующие эксперименты.

А. Изменим признаки, по которым подражающий вид похож на вид-модель (например, перекрасим таким образом, чтобы маскирующая и предупреждающая функция окраски сохранились, но сходство с осами исчезло). Выявим хищника. Установим, повлияло ли перекрашивание на относительное количество особей подражающего вида, съеденных хищником. При обнаружении заметной разницы можно сделать вывод о мимикрическом сходстве.

Б. Создадим для хищника искусственные условия, близкие к природным. Будем предлагать ему мух как с мимикрической окраской, так и без нее (черно-желтых, но в целом не похожих на ос). Установим, влияет ли полосатая черно-желтая окраска на выбор добычи хищником.

2) Подражающий вид использует окраску модели для проникновения на его территорию, например в колонию роющих ос. Такую гипотезу (даже для явно абсурдных потенциальных моделей - скажем, того же тигра) можно проверить наблюдением за реакцией моделей на различных мух, в том числе O. bezzhalostnum.

При планировании эксперимента важно учитывать:

а) возможность его проведения;

б) возможность неверных выводов, вызванных спецификой содержания подопытных животных;

в) необходимость получения однозначных результатов (выводы типа "стали более раздражительными" без использования конкретных признаков крайне субъективны);

г) продолжительность исследований (вряд ли стоит проводить изучение эволюционных процессов, поскольку такие работы дадут ответ на поставленный вопрос как минимум через десятилетия).

II. Эксперименты, выявляющие модель для подражания.

Часть хищников, поедающих насекомых, - птицы. Опыт, определяющий рацион, они приобретают в течение жизни. Поэтому можно вырастить птицу, которая поедала O. bezzhalostnum, а ос не встречала. Выпустим ее в места обитания O.bezzhalostnum и проследим, каких ос она попытается поймать. Именно эти виды с большой вероятностью являются моделью.

Важно учитывать, что мимикрия часто не ограничивается внешним сходством, а включает также особенности полета и поведения. Кроме того, иногда моделью служит не один вид, а большая группа видов.

Наконец, следует отметить, что для выбора вида-модели наряду с "чистыми" экспериментами эффективно также сравнение ареалов разных видов.

Авторы задач: Е.Б. Бабенко, С.М. Глаголев, А.В. Жердев, А.А. Мартьянов,

И.Л. Окштейн, Е.Я. Парнес, О.С. Тарасова, В.В. Чуб

Материалы, использованные при составлении ответов, предоставили В.В. Алексеев,

Е.Б. Бабенко, М.А. Власова, Н.В. Волкова, С.М. Глаголев, В.О. Голубинская, А.В. Жердев, И.В. Игнатьев,

Д.А. Кнорре, А.А. Мартьянов, М.В. Серикова, Л.Ю. Сосулина, О.С. Тарасова, К.К. Тарасян, О.Е. Фадюкова, В.В. Чуб

Сводный текст подготовлен к публикации А.В. Жердевым