От старта и до финишной черты

От старта и до финишной черты
Вот мы и дошли до первой олимпиады. Как Вам, наверное, известно олимпиада проходит
в три этапа, последний, городской, определяет команду, которая поедет на соревноваться
с олимпийцами со всей России. Наша с Вами задача — войти в состав этой команды.
Задания на московской олимпиаде бывают трех типов: задачи на выявление
здравомыслящих людей, тесты, простые в сравнении с тем, что Вам предстоит на
заключительном этапе, и собеседование. В этой главе мы разберем только, как нужно
писать ответы на задачи. Как обмануть тестовую систему и каким образом можно
получить максимум на устном туре, будет разобрано в следующей главе.
Мы надеемся, что Вы прорешали сборник задач по физиологии. В путь!
При написании ответов Вы должны помнить о трех вещах:
1. Вам важно получить максимум баллов.
2. Баллы начисляются проверяющими, у которых есть «правильные ответы»: «рыба».
3. Нужно писать не только ответ, который Вы считаете правильным, но и упоминать
то, что от Вас требует «рыба».
4. Безупречно правильных ответов не существует. От Вас требуется написать ответ,
наиболее соответствующий понятиям современной биологии.
5. Помните, что Вам никто не запрещает высказывать логичные гипотезы. Чем
больше Вы выскажите гипотез, тем больше шансов, угадать «рыбу».
Разберем вопросы и ответы, которые были предложены на Московской городской
олимпиаде по биологии, которая проходила 8 февраля 2004 года. / 11 класс.
«1. В эксперименте по поглощению кислорода митохондриями было обнаружено, что при
добавлении пировиноградной кислоты количество кислорода, поглощаемого за единицу
времени сперва возрастает, а затем возвращается к прежнему уровню, в то время, как при
добавлении яблочной кислоты количество поглощаемого кислорода стабилизируется на
новом, более высоком уровне. Чем можно объяснить этот результат? Нарисуйте график
зависимости количества поглощаемого кислорода от количества добавленной яблочной
кислоты. Объясните этот график».
Мысли уже полюбившегося нам биолога: АРР-ВС: т.к у нас есть два различных
результата действия на систему «митохондрия»: действие пировиноградной кислоты и
яблочной, ищем различия между этими кислотами, точнее в их метаболизме. Находим,
что пируват превращается в ацетил-КоА, который расходуется в цикле Кребса, а яблочная
кислота участвует в нем в роли «катализатора» (т.е. расходуется на первом этапе и
образуется вновь на заключительном). Объяснение наблюдаемому эффекту мы уже
нашли. Осталось нарисовать график. На данном этапе кончается использование
биологического мышления, начинается раздел химии, который называется кинетика.
Примем, что количество потребляемого кислорода пропорционально скорости самой
медленной стадии цикла Кребса. Скорость этой реакции можно описать уравнением
Михаэлиса-Ментен:
V = Vmax*[A]/(Km+[A]), где Km — некая константа, [A] — концентрация вещества, которое
участвует в этой реакции. Ясно, что [A] пропорционально концентрации яблочной
кислоты ([B]). Следовательно, график зависимости количества поглощаемого кислорода
от количества добавленной яблочной кислоты описывается уравнением:
V = k*Vmax*[B]/(Km+[B]). Это гипербола. На всякий случай напишем, что при низких
значениях его можно аппроксимировать наклонной прямой, а при высоких прямой
параллельной оси OX. Это означает, что при высоких концентрациях субстрата
происходит насыщение фермента.
Спросим мнения «рыбы».
Ответ («правильный»): «Похоже на то, что пировиноградная кислота потребляется в
процессе дыхания, в то время как яблочная кислота функционирует, как катализатор,
который возвращается в прежнее состояние после завершения происходящих с ее
участием химических превращений. Действительно, яблочная кислота является одним из
промежуточных продуктов цикла Кребса, обеспечивающего окисление пировиноградной
кислоты. В результате одного оборота цикла Кребса вступившая в него яблочная кислота
возвращается в свое прежнее состояние. При малых количествах яблочной кислоты (и
других промежуточных продуктов цикла Кребса) интенсивность дыхания будет линейно
расти с количеством добавленной яблочной кислоты; если же промежуточных продуктов
цикла много, тогда скорость процесса будет определяться концентрацией ферментов и
наступит насыщение».
«2. Представьте себе, что Вы находитесь в заболоченном осиновом лесу. Что может
происходить с этим лесом в дальнейшем?»
Как нужно думать, если ответ сразу не пришел в голову: АСФ: дальнейшее развитие
определяется влажностью (понятно из вопроса). Свойство системы «влажность»
регулируется сфагнумом — повышение и осиной — осушение. Следовательно, есть две
альтернативы: заболачивание или осушение. Осушение приведет к смене осины березой,
затем елью или дубом.
Ответ («правильный»): «Дальнейшее развитие сообщества может протекать двумя
различными путями. Или лес осушит болото и сфагнум погибнет, или сфагнум лишит
корни деревьев кислорода и погубит их. После того, как лес осушит болото, осину сменит
береза, а затем ель или дуб».
«3. Нарисуйте нервную схему, управляющую мышцей, способной находиться в 3-х
режимах:
а) сокращения;
б) расслабления;
в) дрожи на холоде.
В нервных схемах возбуждающий синапс изображается незакрашенным кружочком, а
тормозной – закрашенным».
В вопросе не сказано, какую конкретно нервную систему рисовать. Нас просят нарисовать
любую нервную систему, которая удовлетворяет трем требованиям. Значит все просто:
минимум знаний, максимум мышления. Давайте мыслить и рисовать последовательно.
1. Из условия ясно, что нужно обязательно нарисовать мышцу и сеть возбуждающих
ее нейронов. Рисуем:
2. Вспомним принцип регуляции: для поддержания мышцы в напряженном состоянии
должны существовать рецептор и система, связывающая его с возбуждающим
нейроном:
3. Чтобы мышцу расслабить нужно «тормознуть» возбуждающий нейрон (видите, как
используется правило «анализа системы структурного»?). Изобразим:
4. Нам осталось вызвать дрожь. Дрожь, если Вы помните, это попеременное
сокращение и расслабление мышцы. Итак, система должна попеременно
переключаться из режима расслабления в режим сокращения и обратно. Что для
этого нужно? — Переключатель! (Как Вы понимаете, это был мгновенный «анализ
системы функциональный».) Кто ж его будет включать? — Тот же нейрон, что
возбуждает мышцу.
5. Если Вы внимательно присмотритесь, то увидите, что наша мышца постоянно
дрожит. Что же делать? Если Вы внимательно присмотритесь, то увидите, что наша
мышца постоянно дрожит. Что же делать? Нужно уметь замораживать
переключатель.
И здесь «рыба» полностью с нами согласна, если не считать того, что только
высокоорганизованные млекопитающие могут понять важность значения регуляции!
Ответ («правильный»): «К мышце, находящейся в состоянии сокращения, подходит цепь
из последовательно соединенных нейронов, связанных возбуждающими синапсами. Ее
работа поддерживает мышцу в режиме сокращения. К одному из этих из этих нейронов
подходит другая цепь, заканчивающаяся тормозным нейроном – срабатывание этой цепи
переводит мышцу в режим расслабления. Для колебаний от одного из концевых нейронов
первой сети должна идти обратная цепь, заканчивающаяся тормозным синапсом,
отключающим один из начальных нейронов первой цепи (и, тем самым, всю цепь). В
нормальных условиях обратная цепь должна быть отключенной, что обеспечивает
подходящая к ней третья нервная цепь с тормозным синапсом. Эта цепь, в свою очередь,
4-й цепью, возбуждающейся на холоде. Соответствующие схемы прилагаются».
4. Всегда ли ядра половых клеток образуются путем мейоза? В каких случаях это не так?
Прочитав вопрос, Вы, может быть, начали перебирать в памяти давным-давно заученные
жизненные циклы. Так задачи не решаются! Зачем терять столько времени, если ответ
написан в вопросе! «Всегда ли …» — Хо-хо! Наверное, не всегда, если спрашивают в
такой форме. Кроме мейоза, есть еще митоз. Однако, чтобы сотворить гаплоидную
половую клетку с помощью митоза, нужен гаплоидный предшественник. Какие знакомые
Вам виды гаплоидны? Многие грибы, водоросли, мохообразные, заростки высших
растений.
«Рыба», как всегда немногословна: говорит про заростки, все остальное, видимо, утаивает.
Ответ («правильный»): «У растений путем мейоза образуются ядра спор, а не ядра
половых клеток. Ядра половых клеток образуются в результате митоза гаплоидных ядер
заростка».
«5. В Евангелии говорится о трех хлебах, которыми Иисус Христос накормил несколько
тысяч верующих. Как по Вашему, что подразумевается под «тремя хлебами»? Какой по
Вашему научный смысл может иметь эта притча? Какое отношение к биологии она
имеет?»
Итак, перефразируем вопрос: Найти сходство между этой притчей и каким-нибудь
биологическим процессом. О чем притча? Чего-то было мало, потом стало много. Причем
хлеб не превратился в колбасу. Почти как на ксероксе. Значит, здесь мы сталкиваемся с
копированием. Что похожего в живых системах? — Копирование генетической
информации. Следовательно, притчу можно рассматривать как повесть о размножении и
копировании информации (можно, но не хочется). Следовательно, три хлеба —
информация, исходящая от Бога, «слово Божие».
Ответ («правильный»): «По-видимому, под тремя хлебами подразумевается «слово
Божие», т.е. информация. Притча характеризует способность информации неограниченно
копироваться (размножаться и тиражироваться). В основе потенциально неограниченной
способности организмов к размножению лежит способность информации неограниченно
копироваться».
Помните, мы говорили о полезности системного подхода? Сейчас Вы оцените его силу во
всей красе, потому что следующий вопрос олимпиады по биологии не имеет никакого
отношения к биологии.
«6. В связи с перегрузкой учащихся в педагогических кругах обсуждается вопрос о
сокращении школьного курса биологии. Предлагается два варианта такого сокращения.
Первый вариант предполагает сократить вдвое время, предназначенное для изучения
ботаники и зоологи, второй – ликвидировать курс «Человек и его здоровье», включив
некоторую часть изучаемого в нем материала в курс зоологии, некоторую часть – в курс
общей биологии. Предложите доводы за и против обоих вариантов. Какой вариант
представляется Вам более приемлемым? Свой ответ обоснуйте».
Опять пускаемся в погоню за баллами. Итак, в чем суть? — Нас спрашивают, о двух
результатах обучения школьников биологии. Какой из них будет лучше? Выбираем
правило, по которому будем решать: предсказать неизвестный результат можно с
помощью АРР-ВС. Следовательно, будем анализировать различия в узлах пересечения
первой системы образования со школьниками и второй со школьниками. Первая в
отличие от второй говорит о том, как биологические знания применять в повседневной
жизни: есть курс «Человек и его здоровье». Вторая в отличие от первой содержит большие
курсы ботаники и зоологии, которые формируют представление о разнообразии живой
природы. Мы предсказали результаты этих систем образования. Осталось понять, что в
будущем более важно: осознание разнообразия и сложности природы или небольшие
знания по санитарии и гигиене. В условиях надвигающихся экологических проблем,
представляется, что ботанику с зоологией лучше оставить.
Вот мы и почувствовали себя на месте учителей:
Ответ («правильный»): «В основе обоих вариантов лежат два принципиально различных
взгляда на задачи, стоящие перед курсом Общей биологии. Сторонники первого подхода
рассматривают биологию, как служанку санитарного просвещения, полагая, что главной
задачей изучения биологии в школе является приобретение практических знаний и
навыков. Сторонники второго полагают, что главной задачей изучения биологии в школе
является познание и осмысление разнообразия живой природы, небольшой частью
которой является человек. Сторонники первой точки зрения стоят на позициях
антропоцентризма, сторонники второй точки зрения – на позициях биоцентризма.
Надвигающийся кризис окружающей среды настоятельно требует от нас перейти на
биоцентрические позиции и научиться ценить разнообразие Жизни. Поэтому второй
вариант более предпочтителен. Однако самым лучшим выходом является сохранение
прежнего числа часов на изучение биологии».
Мы с Вами разобрались, как писать ответы на каверзные вопросы. Впереди взлом тестов и
милая беседа с преподавателями. Напоследок обобщим, как же мы с Вами решили все эти
задачи.