решения - Олимпиада имени А.М. Красникова

XII Республиканская олимпиада имени А. М. Красникова
БИОЛОГИЯ
9 класс
Заочный тур
№1. Во флоре Кавказа насчитывается около 6000 видов цветковых растений,
а на такой же площади равнины в Европе – около 2000. Чем вы можете
объяснить это различие?
Среди многих причин богатства растительного покрова Кавказа можно
выделить 4 основные:
1) Большое разнообразие экологических условий. В горах изменения
климата от субтропического до сходного арктическим происходит на
расстоянии 20-30 км (2-3 км по высоте), тогда как на равнине 3-4 тыс. км. А
ведь каждому климату сопутствует определённый комплекс видов растений:
от теплолюбивых каштанов и хурмы до крохотных примул и ясколок
живущих у самого снега.
2) Наличие в горах, в том числе и на Кавказе, особых типов
местообитаний, которые не могут длительно существовать на равнинах. Речь
идёт о скалах, являющихся выходом разнообразных твёрдых пород, как
известковых, так и силикатных. Скалы — прибежище массы эндемичных
видов, которые в других районах нигде более не встречаются. Группа
скальных видов — одна из наиболее многочисленных во флоре Кавказа.
3) Длительность развития флоры Кавказа. С тех пор как в мезозое
возник Кавказский остров, на нем непрерывно развивалась флора. Многие
группы на территории Кавказа эволюционировали десятки миллионов лет. В
то же время на большей части европейской равнины флора была полностью
уничтожена или катастрофически обеднена во время оледенения. Новая
флора на территории европейской части России возникла всего несколько
десятков тысяч лет назад.
4) Еще одна важная причина — наличие на Кавказе многочисленных
изолированных горных ущелий. Небольшие изолированные популяции
одного вида растений с течением времени могут превращаться в
самостоятельные виды. (4 балла)
№2. Известно, что у некоторых животных (зайцы, киты и др.) молоко очень
жирное, а у других (обезьяны, волки) – нет. Предположите объяснение этому
факту на основе своего объяснения попробуйте назвать других животных, у
которых должно быть жирное или нежирное молоко.
Жир — источник энергии, поэтому жирное молоко в первую очередь
имеется у тех животных:
1) детеныши которых кормятся нерегулярно (зайцы, некоторые
копытные, тюлени), с большими перерывами или затрачивают много
энергии. Эти энергозатраты могут быть связаны с большой отдачей тепла во
внешнюю среду у животных, обитающих в воде, теплоёмкость которой
велика, а температура обычно ниже температуры тела млекопитающих,
2) у животных полярных районов,
3) у животных, детеныши которых не имеют убежища;
4) у животных с высокой активностью детенышей (у китов, ряда
копытных, детеныши которых должны самостоятельно следовать за матерью
сразу после рождения),
5) у животных с быстрым ростом (например, у китообразных, для
которых быстрый рост очень выгоден, так как при увеличении размеров
уменьшается удельная поверхность тела и, значит, снижается отдача тепла в
воду).
6) Возможны и другие причины высокой жирности молока, например
необходимость создания у детенышей толстой жировой прослойки.
7) Примеры животных имеющих молоко с высокой жирностью (7
баллов)
У животных, детеныши которых находятся в убежищах (норах, пещерах и т.д.) и
обычно обогреваются теплом матери, медленно растут и созревают, получают молоко
регулярно, а также у животных, обитающих в зонах с теплым климатом, молоко менее
жирное.
№3. Что общего между млекопитающими и головоногими моллюсками?
Сходство головоногих моллюсков с млекопитающими состоит в
следующем
1) Нервная система головоногих имеет сложное строение, ганглии ее
очень большие и образуют единую окологлоточную нервную массу – некий
аналог головного мозга млекопитающих.
2) Головное скопление ганглиев защищено хрящевым «черепом».
Элементы хрящевого внутреннего скелета имеются также в основании
щупалец и плавников.
3) Строение глаз головоногих весьма сходно со строением глаз
млекопитающих: глаза имеют хрусталик, создающий изображение на
сетчатке, и приспособление для рассматривания предметов находящихся на
разном расстоянии от глаз (у головоногих специальная мышца изменяет
расстояние от хрусталика до сетчатки, у млекопитающих мышцы изменяют
кривизну хрусталика).
4) Головоногие, также как и млекопитающие, способны различать
цвета.
5) Кровеносная система головоногих практически замкнутая, в коже и
мышцах у них имеется капиллярная сеть.
6) В крови находится дыхательный пигмент, физиологически
аналогичный гемоглобину.
7) Головоногим моллюскам свойственны сложные формы поведения:
забота о потомстве, устройство гнезда. Они хорошо обучаются. (7 баллов)
№4. На планете Х Вы открыли живые существа, которые состоят из белков,
содержащих 40 аминокислот. У них также обнаружена ДНК, содержащая три
типа нуклеотидов. Что можно предположить о генетическом коде,
используемом этими организмами?
Посмотрим, может ли на планете Х сохраниться земной принцип
кодирования, при котором каждому триплету нуклеотидов соответствует
одна аминокислота. На планете Х возможны 33=27 триплетов нуклеотидов,
которые могут кодировать 40 аминокислот без внесения дополнительной
информации. Возможны разные варианты:
1) Соответствует какому-то триплету и включается в белок при
трансляции лишь часть аминокислот. Остальные получаются из тех
аминокислот, которые вошли в белок при трансляции в ходе работы
специальных ферментов.
2) Генетический код у разных организмов разный и возникал на базе
одних и тех же нуклеотидов, но разных аминокислот. У одних организмов
данный триплет соответствует одной аминокислоте, у других – другой. Тогда
представители этих двух вариантов жизни будут конкурировать за место, но
не за пищу, так как их белки будут построены из разных, почти не
совпадающих наборов аминокислот.
3) Иным является сам принцип кодирования, скажем, триплет
нуклеотидов соответствует упорядоченной паре аминокислот.
4) ДНК на планете Х вообще не имеет отношения к наследственности.
А структуры белков закодированы в каких-то других веществах, скажем в
углеводах. (4 балла)
№5. Чтобы пища в пищеварительном тракте человека переваривалась
эффективно, необходимо регулировать скорость перемещения пищевого
комка, а также интенсивность выделения различных пищеварительных
ферментов. Как вы полагаете, какие параметры (свойства) содержимого
пищеварительного тракта контролируются на разных его участках? Какие
процессы в пищеварительной системе ускоряются или замедляются в
зависимости от величин этих параметров? Обоснуйте целесообразность
описанной вами регуляции.
Какие параметры (свойства, характеристики) содержимого пищеварительного
тракта имеют значение для правильной стратегии пищеварения? Приведем перечень
параметров, реально участвующих в процессах регуляции. Почему пищеварение
необходимо «подстраивать»
под
значения
этих
параметров,
разберитесь
самостоятельно. В принципе, обоснования достаточно просты. Итак, интересующие
организм характеристики содержимого пищеварительного тракта:
* количество (объем);
* агрегатное состояние (жидкое/ твердое);
* влажность (твердая пища может быть как влажной — например, яблоко,
так и
сухой — сухарики);
* осмолярность (количество воды);
* размер частиц;
* температура;
* химический состав ( например, наличие и количество различных жиров и
углеводов);
* уровень кислотности (рН).
Контроль
всех
параметров
пищи
осуществляется
при
помощи
специализированных клеток — рецепторов. Одни из этих клеток способны
воспринимать объем пищи ( при увеличении объема пищи растяжение мембран этих
клеток увеличивается), другие — температуру, третьи — количество воды и т.д. «В
последний раз предупреждаем» (действительно, дошли до последней задачи, а
проблема остается общей): при ответе не нужно переписывать целые разделы из
учебников, посвященные тем биологическим явлениям и объектам, которые были
упомянуты в тексте задачи. В данной задаче это означает — ответ не требует
подробного описания строения и функционирования пищеварительной системы. Знания
о пищеварительной системе нужны, но их следует применить — для каждого отдела
пищеварительного тракта объяснить, какие из параметров перевариваемой пищи
нужно в нем контролировать и чем это полезно организму.
1) Ротовая полость.
А) Здесь оценивается агрегатное состояние пищи. Жидкую пищу
можно сразу проглотить, а твердую — сначала прожевать. Глотать
можно будет, когда частицы достигнут необходимого размера, т.е.
добавляется еще один контролируемый параметр.
Б) Проглотить сухой кусок очень трудно, поэтому в ротовой
полости оценивается еще и влажность пищи. От нее зависит
выработка слюны. Слюноотделение стимулируется также процессом
жевания.
В) Параметром пищи в широком смысле является и ее вкус
(строго говоря, он распадается на информацию, получаемую от
разных типов специальных рецепторов). При усилении вкусовых
ощущений усиливается слюноотделение и отделение сока в
желудке. Благодаря этому пищевой комок из ротовой полости
попадает в уже подготовленную к его встрече среду желудка.
Г) Температура пищевого комка
2) Желудок.
А) В желудке оценивается размер пищевых частиц — из
желудка в двенадцатиперстную кишку (ДПК) поступают только
мелкие частицы. Если частицы пищи недостаточно малы, то
перистальтика желудка усиливается.
Б) Скорость поступления химуса из желудка в ДПК зависит и от
уровня рН — чем ниже оказывается контролируемый рН ( т.е. чем
выше кислотность), тем медленнее будет эвакуироваться химус.
В) В желудке начинается процесс переваривания, поэтому
требуется оценка химического состава пищи: дольше всего в желудке
задерживается жирная пища, меньше всего — пища, богатая
углеводами. Т.е. химический состав химуса на данном этапе тоже очень
важен.
Г) В случае переполнения желудка может возникнуть
защитная реакция в виде рвоты. Этот факт подтверждает, что
количество пищи также относится к параметрам, от которых
зависит интенсивность различных процессов в пищеварительном
тракте.
Д) Еще одним важным параметром, который контролируется
как в желудке, так и в ротовой полости, является температура. Для
чего нужен
этот контроль? В ротовой
полости начинается
переваривание углеводов, а в желудке — переваривание белков.
Оба этих процесса осуществляются специальными ферментами:
углеводы расщепляет амилаза, а белки — пепсин. Характерной
особенностью ферментов является то, что для эффективной работы
им требуется определенная температура. Именно поэтому
оказывается так важен контроль температуры пищевого комка.
Двенадцатиперстная кишка.
А) Химус, попадающий небольшими порциями из желудка в
ДПК, имеет кислый рН, а для эффективной работы ферментов
поджелудочного сока требуется слабощелочная среда. В ДПК
определяется кислотность химуса и в зависимости от нее либо
поступает очередная порция химуса из желудка, либо вырабатывается
бикарбонат-ион (НСО3–), нейтрализующий кислоту.
Б) В зависимости от содержания в химусе жиров в ДПК
поступает желчь. Чем больше жиров, тем больше нужно желчи для их
эмульгирования.
В) Также
в
ДПК
оценивается
содержание
воды
(осмолярность): из гипоосмолярного химуса вода всасывается, а
при гиперосмолярности дополнительная вода поступает в просвет
кишечника.
Тонкий кишечник.
А) В тонком кишечнике анализируется химический состав
перевариваемой пищи, в том числе наличие продуктов расщепления
полимерных питательных веществ. От химического состава химуса
зависит время его пребывания в тонком кишечнике и
интенсивность перистальтических движений (перемешивания) —
жиры остаются в этом отделе дольше всего и в наибольшей степени
стимулируют перистальтику.
Описанная нами регуляция требуется для того, чтобы пища
усваивались наиболее эффективно, а также для избежания лишних
энергозатрат на переваривание и усвоение питательных веществ. (6,5
баллов)
№6. Хищничество, как тип экологических взаимоотношений, широко
распространено в животном мире. Какими способами животные (жертвы)
могут избегать встречи с хищником?
Хищничество – тип экологических взаимоотношений, при котором
представитель одного вида ловит, убивает и поедает представителя другого
вида. Чтобы выжить, жертва должна избежать встречи с хищником.
Рассмотрим два пути избегания хищника жертвой.
А. Избегание встречи с хищником до его обнаружения:
– обитание потенциальной жертвы в среде, недоступной для хищника
(например, в соленых озерах, в горячих водных источниках и т.д.);
– наличие у жертвы короткого популяционного цикла, который
заканчивается в тот период, когда хищников еще нет;
– использование для постоянного обитания мест, недоступных для
хищника (к этому способу отнесем также случай симбиоза с защищенными
животными, например обитание среди игл морского ежа или щупалец
актинии и паразитизм) и сооружение укрытий;
– миграции: например, многие планктонные рачки мигрируют днем на
большую глубину, где темно и где они недоступны для хищников-рыб,
использующих для обнаружения жертвы зрение;
– малозаметность из-за мелких размеров, малой подвижности,
маскировка с помощью различных предметов; отсутствие запаха,
бесшумность; запутывание следов.
Б. Избегание встречи с хищником после его обнаружения:
– бегство, часто «укрытием» служит недоступная для хищника среда:
птица взлетает, бобр ныряет и т.п.; одним из способов бегства может служить
реакция «мнимой смерти», при которой, например, жук падает «замертво» на
землю;
– затаивание;
– выбрасывание защитных веществ: чернильного облака (используется
головоногими моллюсками, отбивает обоняние хищника и отвлекает его
внимание от намеченной жертвы); светящегося облака (используется
глубоководными креветками, ослепляет хищника); ядовитых, едких или
обжигающих аэрозолей или жидкостей; липких веществ, затрудняющих
движения хищника;
– предупреждающая окраска, запах, звук; отпугивающая окраска;
мимикрия;
– сигнал тревоги (оповещение других особей о приближении хищника);
– приспособления, позволяющие заблаговременно обнаружить
хищника (хорошее зрение, слух, обоняние и т.п.), которые полезны в
сочетании с большинством других способов защиты. (5,5 баллов)
№7. Если человек произвольно напрягает мышцу руки и в этот момент
нанести удар по мышце в направлении, перпендикулярном ходу мышечных
волокон, то мышца расслабляется. Объясните, почему так происходит.
1) У позвоночных животных нерв, подходящий к мышце, может только
возбудить её; следовательно, для расслабления мышцы нужно, чтобы по
нерву перестали поступать импульсы. Для этого надо затормозить ту
нервную клетку, аксон которой идет к мышце. Значит, удар по мышце
возбуждает какие-то рецепторы, сигнал от которых, поступая в спинной
мозг, тормозит моторные нейроны. Рецепторами, которые при ударе по
мышце тормозят мотонейроны, являются сухожильные рецепторы.
2) Удар по мышце приводит к разрыву мостиков между актиновыми и
миозиновыми нитями. (2 балла)
№8. В результате изменений ландшафтов особи одного вида животных или
растений проникают в область распространения других близких видов и
дают там гибрид с аборигенами. Каковы могут быть последствия этого?
1) Если межвидовые гибриды одинаково успешно скрещиваются и друг
с другом, и с родительскими видами, в зонах интрогрессии будет
происходить смешение генофондов двух видов и межвидовые различия
будут стираться.
2) Если же гибридные формы по тем или иным причинам
скрещиваются друг с другом чаще, чем с родительскими видами, произойдет
гибридогенное видообразование.
3) Если жизнеспособность гибридов снижена или они стерильны, то
возможны два варианта.
А) Если оба вида окажутся способными выработать взамен
разрушенных механизмов географической или экологической изоляции
какие-либо механизмы, предотвращающие межвидовую гибридизацию,
возникновение межвидовых гибридов довольно быстро прекратится.
Б) В другом случае, когда во взаимопроникающих популяциях
близких видов не возникают наследственные изменения, помогающие
особям отличать представителей своего вида для спаривания,
интенсивность размножения в обеих популяциях будет снижена из-за
непродуктивных скрещиваний с представителями другого вида. (5
баллов)