XI МЕЖДУНАРОДНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ОЛИМПИАДА «ЭРУДИТ» ПО ПРЕДМЕТУ БИОЛОГИЯ
реклама
XI МЕЖДУНАРОДНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ОЛИМПИАДА «ЭРУДИТ» ПО ПРЕДМЕТУ БИОЛОГИЯ Примерные ответы на задания для 8 класса Максимальное количество баллов, выставляемое за выполненные задания – 100 баллов. Обратите внимание!!! 1. Для получения максимального количества баллов необходимо давать четкие, правильные, полные и логично выстроенные ответы! 2. Ответы формулируются собственными словами, содержат собственные мысли и не должны содержать бездумно выдернутые куски текста из Интернета! 3. Работы, содержащие одинаковые ответы будут оцениваться минимальным количеством баллов! 4. Ответы высылаются в печатном виде (шрифт Times New Roman 12). Задание №1 (до 25 баллов) Фермеры, будучи профессионалами в области сельского хозяйства, очень хорошо знают, что такое энтомофилия. Именно поэтому они, как правило, к бабочкам относятся гораздо лучше, чем к их личинкам гусеницам. Хотя ни к тем, ни к другим особой любви не испытывают. Вопросы: 1. Как вы думаете, а чем ещё в ближайшем будущем смогут помочь бабочки фермерам выращивать хороший урожай, помимо помощи в опылении растений? 2. Почему именно сегодня возник повышенный интерес к бабочкам у некоторых специалистов, работающих в области сельского хозяйства? 3. С чем связано повышение интереса к бабочкам сегодня? Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего ответа. Ключевые идеи предполагаемого ответа: В ближайшем будущем бабочки будут помогать фермерам, выращивать хороший урожай. На основе феромонов бабочек учёные уже сегодня разработали весьма эффективные способы борьбы с бабочками. С помощью приманок феромонов, бабочек можно собрать в одном месте (локально) и быстро уничтожить. Таким образом, быстро избавится от гусениц, не обрабатывая поля химикатами. Есть вещества отпугивающие бабочек, и если ими обработать растения бабочки на них не будут оставлять гусениц. Это сигналы опасности, наличия угрозы. Их можно использовать для отпугивания бабочек. Как правило, если на листьях растения уже отложены яйца бабочек, они параллельно маркируются веществами, говорящими о том, что это место уже занято. Их можно использовать для отпугивания бабочек. У некоторых бабочек, гусеницы являются хищницами. Например, есть гусеницы, которых питающиеся тлёй (сельскохозяйственный вредитель). Таких бабочек можно использовать для биологической борьбы с насекомыми вредителями. Ту́товый шелкопря́д (лат. Bombyx mori) — это бабочка из семейства настоящие шелкопряды, играющая важную экономическую роль в производстве шёлка. Её разводят специально ради получения шелковой нити и производства шелка. Энтомофагия (поедание насекомых) является широко распространённым явлением по всему миру. Гусениц некоторых бабочек употребляют в пищу, следовательно, специально разводят. Например, бабочек Сатурний пандоры (Coloradia pandora). Используя специализирующиеся на определённых видах растений виды растительноядных насекомых можно осуществлять «биологическую прополку», т.е. избирательно уничтожать сорняки на полях. Разведения бабочек как сувенирной продукции. Например, «свадебные бабочки» или картины из бабочек. ……………………. …………………… …………………… Задание №2 (до 25 баллов) В биологии существуют такие понятия: «вкусовая клетка», «вкусовая почка», «вкусовой сосочек», «вкусовой рецептор». Вопросы: 1. Как вы думаете, чем они отличаются друг от друга? 2. Можно ли у человека найти все эти структуры: «вкусовую клетку», «вкусовую почку», «вкусовой сосочек», «вкусовой рецептор»? Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего ответа. Ключевые идеи предполагаемого ответа: Да, можно. Всё это структурные элементы обеспечивающие работу системы восприятия вкуса. У человека вкусовой анализатор построен иерархически. Клетки, воспринимающие вкусовые раздражения (вкусовые клетки), собраны во "вкусовые почки" (или "луковицы") размером около 70 мкм, а они у многих видов собраны во "вкусовые сосочки". Количество вкусовых клеток во вкусовой почке по одним источникам от двух до шести, по другим - от 30 до 80 (возможно, разные источники придерживаются разной терминологии). Крупные сосочки у основания языка содержат до 500 вкусовых почек каждый, мелкие - на передней и боковых поверхностях - по нескольку почек, а всего у человека несколько тысяч вкусовых почек. Есть четыре типа сосочков, различающихся локализацией и формой: грибовидные на кончике языка, листовидные на боковой поверхности, желобковые на передней части языка и нитевидные, не содержащие рецепторов, чувствительных к вкусу, а лишь к температуре и механическому воздействию. Влияние температуры и механического воздействия на ощущение вкуса реализовано не в мозгу (как влияние запаха на ощущение вкуса), а на уровне, лежащем ниже, то есть оно уже предусмотрено строением рецепторного механизма. Считается, что восприятие температуры и механического воздействия важно для возникновения ощущения едкого, вяжущего и терпкого вкуса. Железы между сосочками секретируют жидкость, которая промывает вкусовые почки. Части рецепторных клеток, чувствительные к стимуляции, образуют микроворсинки длиной два мкм и диаметром 0,1-0,2 мкм, выходящие в общую камеру, которая через пору на поверхности сосочка сообщается с внешней средой. Стимулирующие молекулы достигают вкусовых клеток, проникая через эту пору. Одиночные вкусовые почки (не собранные в сосочки) имеются у водных позвоночных на поверхности головы, на жабрах, плавниках, в глотке, у наземных - на обратной поверхности языка, щек, верхней части глотки. Вкусовые чувствительные клетки замещаются очень быстро, продолжительность их жизни составляет всего 10 дней, после чего из базальных клеток формируются новые рецепторы. Новые вкусовые сенсорные клетки связываются с афферентными волокнами, специфичность волокон при этом не меняется. Как сказал бы инженер, детали заменяются, но схема не меняется. Механизм, обеспечивающий такое взаимодействие между рецептором и волокном, неизвестен. Вкусовые рецепторные клетки не имеют аксонов. Информация передается окончаниям чувствительных волокон с помощью трансмиттеров "промежуточных веществ". Обработка вкусового сигнала (как, кстати, и зрительного) организована иерархически. Одиночное нервное волокно разветвляется и получает сигналы от рецепторных клеток разных вкусовых почек, поэтому у каждого афферентного волокна имеется свой "вкусовой профиль". Одни волокна особенно сильно возбуждаются при действии горького, другие - при действии соленого, сладкого и кислого, при этом один класс волокон сильнее реагирует на сахар, чем на соль, а другой наоборот, и т.д. Дальнейшая обработка происходит в мозге. Возможно, что разные эшелоны обработки сигнала - как вкусового, так и зрительного - наследие эволюции (см. эпиграф): эволюция не дает "задний ход", и метод обработки сигнала, реализованный на этапе, когда мозга еще не было, сохраняется у головастого Homo, только этот метод дополняется другими. Может быть, поэтому человек вообще так сложен? В частности, до сих пор неизвестно, на каком уровне, то есть где и как, пять элементарных сигналов образуют все те тысячи вкусов, которое различает тренированный человек. Это может происходить, по крайней мере, в трех разных местах - прямо в клетках, в нервной сети, доставляющей сигнал в мозг и, наконец, в мозге. Проблема!!! До сих пор не ясно, кто является специфическим рецептором - вкусовая почка или вкусовая клетка. Если верна первая гипотеза, то можно предположить, что есть сосочки, содержащие только один вид почек, два или три вида и, наконец, все четыре вида. При этом преобладающее количество почек, возбуждаемых каждым из четырех видов раздражителей, находится в сосочках, расположенных в разных участках поверхности языка, благодаря чему разные участки неодинаково чувствительны к разным воздействиям, но все же до некоторой степени обладают чувствительностью к каждому из них. А некоторые авторы считают, что рецепторные участки вкусовых клеток чувствительны к различным типам вкусовых стимулов, причем каждая вкусовая клетка может иметь несколько типов рецепторных участков. Как именно клетка воспринимает сигнал от вещества - тоже доподлинно не известно. Считается, что рецепторы для соленого и кислого это ионные каналы (причем кислый вкус - это просто водородные ионы), а другие ощущения вызваны тем, что вкусовые вещества воздействуют на клетки не сами, а сначала вступают в химическую реакцию с каким-то белком, а уж результат реакции воздействует на клетки. Действительно, во вкусовых сосочках существуют фракции белковых макромолекул, вступающие в реакцию со сладкими и горькими веществами. В этом случае нечувствительность к сладкому и горькому должна быть связана с нарушениями в деятельности каких-то определенных генов. И действительно, генетические различия между людьми, ощущающими и не ощущающими сладкое, были обнаружены в прошлом году М.Максом, Ж-П. Монтмайером и М.Бовриером. В литературе есть сведения о том, что взаимодействие веществ с клеткой имеет несколько стадий, что последние из них носят ферментативный характер, что при этом во вкусовой клетке происходит каталитическое расщепление АТФ и высвобождается энергия, необходимая для возникновения рецепторного потенциала. Возможно, что существует вторая рецепторная система - у некоторых животных обнаружены распределенные между сосочками голые нервные окончания. Они реагируют на высокие концентрации и тормозят активность других рецепторов - то есть осуществляют, выражаясь радиотехническим языком, отрицательную обратную связь, расширяющую динамический диапазон анализатора, то есть способность воспринимать как слабые, так и сильные сигналы. Как это ни странно, связь между химическими свойствами веществ и их вкусом довольно слабая - хотя известно, что некоторые химически подобные вещества имеют близкий вкус, но в большинстве случаев эта связь не отмечена. Например, сладкий вкус имеют сахар, соли свинца и сахарозаменители - вещества, имеющие с точки зрения химика очень мало общего. Но вкусовой анализатор считает иначе. Более того, воспринимаемое качество вещества зависит от его концентрации - например, поваренная соль в малых концентрациях кажется сладкой. Поэтому появляющиеся время от времени сообщения о создании прибора, различающего вкус, можно считать некоторым преувеличением. Можно сделать химанализатор на любое вещество или группу веществ, но до тех пор, пока не понято, как именно работает анализатор природный, мы не сможем утверждать, что созданный нами прибор сможет правильно идентифицировать вкус вещества, которое ему ранее не предъявлялось. Задание №3 (до 25 баллов) В результате многолетних исследований ученые выяснили, что в ходе эволюции многие растения научились вырабатывать химические вещества, которые вредны или смертельно опасны для травоядных животных. Но такую жизненную стратегию выбрали не все растения. Химическая защита некоторых растений имеет не прямое, а косвенное воздействие по принципу «враг моего врага — мой друг». В этом случае выделяемые летучие вещества привлекают хищников, которые регулируют численность травоядных и тем самым способствуют выживанию самих растений. Вопросы: 1. Какие примеры вы можете привести для иллюстрации данной жизненной стратегии растений? 2. Существуют ли такие варианты жизненной стратегии у сельскохозяйственных растений? Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего ответа. «Враг моего врага, мой друг». Ключевые идеи предполагаемого ответа: Халкиды, трихограммы - это паразитические осы. Они питаются нектаром растений, а их личинки питаются гусеницами, тлёй. Привлекает паразитических ос нектар аниса, укропа, сельдерея, пастернака, кориандра. Известно, что халкиды, ихневмониды, трихограммы любят запах сахара. Когда тля начинает пожирать листья, деревья начинают выделять сладкую росу, на которую летят перепончатокрылые. Таким свойством обладают такие растения как: клевер, одуванчик, ежевика, кизил. Мухи журчалки, ктыри летят на запахи ромашки, маргаритки, мяты, бархатцев, золотарника. Эти насекомые уничтожают тлю. Хлопковое растение, подвергшееся нападению гусениц совки тоже способно защищаться. Распробовав на вкус слюну врага, его листья вырабатывают так называемые терпены. Эти летучие ароматические вещества служат приманкой для наездников - браконид, которые откладывают свои яйца прямо в тела гусениц. Вылупившись, они убивают «хозяина». Нидерландский ботаник Марсель Дикке, экспериментируя с бобами, обнаружил, что поражаемые клещами растения приманивали насекомых, естественных врагов клещей, выделяя смесь ароматических веществ – терпеноидов. Как только клещи начинали поедать листья бобов, хищные насекомые устремлялись к ним – там их ждала вкусная пища – сигнал их не обманывал. губоногие многоножки любят запах свеклы, и тем самым уничтожают яйца свекловичного долгоносика. Ежи обожают запах древесины, гнилого компоста. Так после дождя, начинают специфически пахнуть капуста и деревья. Количество ежей в этот момент в огородах увеличивается. Ежи поедают садовых жуков, улиток, слизней. Мирмекофилия. Муравьи вида Pseudomyrmex ferruginea образуют мутуалистические отношения с акациями Acacia cornigera. Они начинаются, когда растение запахом привлекает матку, которая откладывает яйца в одно из вздутий у оснований массивных шипов. По мере разрастания колонии, муравьи заселяют другие шипы, получая от растения ещё и пищу: у оснований листьев выделяется богатый сахарами и аминокислотами нектар, а на самих листьях — содержащие масла и протеины, белковые тельца. Взамен муравьи отгоняют от акации других насекомых, жалят, пытающихся есть её листья, животных и уничтожают ростки растений-конкурентов вокруг. …………………. …………………. ………………….. Существуют также сельскохозяйственные растения выделяющие аттрактанты — вещества, привлекающие насекомых - «защитников». Так, поврежденные гусеницами совок растения выделяют в среду сигнальные вещества, привлекающие животных, питающихся этими фитофагами. Такие «охранники» обнаружены у нескольких десятков видов растений, в том числе у культурных (томаты - Lycopersicon, огурцы Cucumis sativus, кукуруза - Zea mays). Исследователи работали с растениями табака Nicotiana attenuata, листьями которого питались гусеницы бражника Manduca sexta. Как и многие другие растения, при повреждениях табак выделяет химические вещества определенного класса. Ученые выяснили, что в том случае, когда увечья наносятся гусеницами, эти вещества отличаются по строению от "стандартных". Эксперименты показали, что структура химикатов меняется при взаимодействии с секреторными жидкостями, выделяющимися во рту гусениц. Измененные химические вещества привлекают к табаку хищных клопов из рода Geocoris, которые поедают гусениц. Приведенные выше стратегии развиты у кукурузы с паразитическими осами. Эти открытия могут дать начало еще одному натуральному способу защиты растений от вредителей. Исследователи из Ротамстедской испытательной станции уже приступили к созданию пшеницы, выделяющей летучее соединение (E)-β-фарнезен (его способны продуцировать около 400 видов дикорастущих растений). Это вещество отпугивает тлей и привлекает их естественных хищников, в частности, божьих коровок. Идея заключается в использовании для создания генетически модифицированных культур того, что уже использует природа. Это позволит ограничить вмешательство в естественные процессы. Весьма интересный результат исследования. Энтомологи из Вагенингенского университета (Нидерланды) экспериментировали с целой пищевой цепью, состоящей из капусты, гусениц репницы, наездников рода Cotesia, паразитирующих на гусеницах, и целой группы других наездников, паразитирующих на личинках Cotesia. Исследователи обнаружили, что растения, на которых кормятся гусеницы, заражённые наездниками, выделяют иные химические вещества, чем растения, привлекающие здоровых гусениц. На запах растений со здоровыми гусеницами прилетают обычные наездники. Но вот на запах растений с уже заражёнными гусеницами прилетают наездники второй группы, паразитирующие на первых. Выделять химические вещества растения заставляет слюна гусениц. Именно различия в составе слюны и заставляли растения менять состав химических сигналов. Если капусте вводили слюну здоровых гусениц, на неё слетались наездники Cotesia. Если же слюну брали от заражённых гусениц, то прилетали осы, которым были нужны уже сами Cotesia. То есть гусеницы заставляли растения звать на помощь ос, которые помогли бы им, гусеницам, но не растению. Сигналы растения могут привлекать не только паразитоидов первого уровня, но и их врагов. И это, разумеется, следует учитывать при разработке методов защиты сельскохозяйственных культур, которые основаны на привлечении естественных врагов гусениц. Задание №4 (до 25 баллов) Многочисленные прогнозы футурологов предрекают уже через 15 - 20 лет, массовый голод из-за глобального истощения почв, увеличения численности населения и последующего недостатка продуктов питания. Многие ученые в качестве одного из вариантов спасения видят «энтомофагию», то есть поедание насекомых. Вопросы: 1. Как вы отнестись к такому спасения? 2. Есть ли в этом, какой-то биологический смысл? Приведите примеры и аргументы в пользу активного использования «энтомофагии» и созданию ферм по разведению насекомых. 3. С какой целью разводят мушку в. Neoexaireta spinigera? Как организован процесс производства на фермах по её выращиванию? Что используется в качестве корма при выращивании в. Neoexaireta spinigera? Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего ответа. Ключевые идеи предполагаемого ответа: Энтомофагия (Entomophagy) — это явление, связанное с поеданием насекомых, характерное не только для животных, но и человека. В некоторых странах активно используют насекомых в пищу. Название статьи: Европу научат, есть насекомых. Для чего? Заменить коров, овец и свиней на жуков и гусениц - концепция, активно продвигаемая Всемирной продовольственной организацией при ООН. Задача максимум - приучить Европу к энтомофагии - так по-научному называется поедание насекомых. Для Африки, Азии и Латинской Америки тараканы, сверчки, личинки и даже пауки - полноправная часть белкового рациона. По данным ООН, в пищу их употребляют до 2 млрд человек в 80 странах мира. То есть почти треть населения планеты. Тараканьи и сверчковые фермы уже давно стали нормой в Китае и Таиланде. Хотя в так называемых развитых странах энтомофагия ассоциируется с бедностью, такое представление не совсем верно. Например, в КНР за последние 40 лет потребление говядины увеличилось с 10 до 45 кг на человека. При этом спрос на съедобных букашек ничуть не упал. Наоборот, с 2010г. цена на сушеных тараканов в стране выросла в десять раз - с 2х до 20 долл. за фунт. Справедливости ради, нужно сказать, что используют их не только в пищу, но и для производства лекарств. Но главный аргумент в пользу насекомоводства - его потрясающая рентабельность. Например, маржа при разведении тараканов может достигать 400%. Один килограмм мух Neoexaireta spinigera всего за три дня может произвести до 300 кг съедобных личинок. При этом на единицу массы вырабатываемого протеина жуки потребляют в 12 раз меньше кормов и занимают в 100 раз меньше площади. Кроме того, в отличие от коров насекомые почти не производят парниковых газов и аммиака. Главное препятствие для распространения энтомофагии в Европе брезгливость. Впрочем, просветительская работа в этом направлении уже ведется. Например, ЕС предложил грант в 4 млн долл. на исследование в области использования насекомых в пищевой промышленности, а в 2014г. в Нидерландах пройдет грандиозная конференция под названием "Насекомые накормят мир". Вполне вероятно, что скоро мы увидим и масштабные кампании по популяризации новой протеиновой диеты. Кстати, членистоногие, такие как лобстеры и креветки, на Западе тоже когда-то считались вовсе не деликатесом, а пищей бедняков. Еще одно небольшое но: в некоторых странах Евросоюза действуют законы, запрещающие разведение и продажу жучков-паучков в качестве пищевого ингредиента. Однако, власти ЕС обещают, что все санитарные запреты в этом отношении будут отменены в ближайшие десять лет. А дальше? Очевидно, что самая ценная информация в ответе на данный вопрос, это информация о том с какой целью разводят мушку в. Neoexaireta spinigera. Это один из наиболее перспективных видов насекомых, из тех, что предполагается массово разводить. Необходимо было в ответе рассказать о том, как организован процесс производства на фермах по её выращиванию и что используется в качестве корма при выращивании в. Neoexaireta spinigera? Т.е. нужно было продемонстрировать практическое умение работать с информацией, используя любые ресурсы. Для ответа на этот вопрос нужно просто было найти максимум ценной и полезной информации в Интернете и литературно обработать. Мушке в. Neoexaireta spinigera на фермах по её разведению скармливают биоотходы, а точнее навоз (в развитых странах навоз является токсичным веществом, которое требуется немедленно утилизировать). Те с помощью нашей мушки утилизируют токсичные отходы, при этом взамен получают ценный пищевой белок (биомасса личинок) и в довесок биоудобрение (подобное хорошо известному вам биогумусу). Личинок можно использовать для кормления домашних животных (в качестве пищевых добавок) или же готовить из них пищу для человека (например, делать белковую муку и добавлять её в шоколад вместо сухого молока). При организации фермы по разведению мушки в. Neoexaireta spinigera необходимо организовать три параллельно идущих процесса: 1. Подготовка корма для мушки в. Neoexaireta spinigera. 2. Непрерывное производство яиц мушки в. Neoexaireta spinigera. 3. Откорм личинок вышедших из яиц с целью получения биомассы – конечной продукции. Как они могут быть организованными, вам и необходимо было описать. Кстати, энтомофагия в России – это не далёкие перспективы. Это то, что уже встречается здесь и сейчас. Некоторые технологичные продукты питания, продаваемые в супермаркетах, уже содержат компоненты, полученные из насекомых. Пока как добавки.