Задания 2011-12г

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКОГО
ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
Общеобразовательный предмет/ комплекс предметов: «Дорога в медицину»
2010-2011 учебный год
Примеры заданий заключительного этапа
Задание 1 (20 баллов)
Два человека (одного возраста и телосложения) участвуют в беге на дистанции 1000 метров. В конце
дистанции минутный объем дыхания (МОД) у первого бегуна составляет 20 литров, при частоте дыхания
(ЧД) 40 в мин, у второго - 20 литров, при частоте дыхания 50 в минуту.
Кто их них является более тренированным? Объясните, почему? Рассчитайте дыхательный объем
(ДО). Вычислите альвеолярную вентиляцию (АВ) у бегунов, т.е. количество воздуха, непосредственно
участвующее в газообмене, если анатомически мертвое пространство (АМП) у них составляет 150 мл.
Анатомическим мертвым пространством называется объем воздухоносных путей – носоглотки, гортани,
трахеи, бронхов, бронхиол, где не происходит газообмена.
Решение:
Минутный объем дыхания (МОД) — это общее количество воздуха, которое проходит через легкие за
1 мин.
МОД=ЧД×ДО;
ДО=МОД:ЧД
ДО (первого бегуна)=20:40=0,5 л/мин (500 мл/мин)
ДО (второго бегуна)=20:50=0,4 л/мин (400 мл/мин)
Чтобы рассчитать, сколько воздуха поступает в альвеолы за 1 минуту у бегунов нужно из ДО, вычесть
АМП, и умножить на ЧД, следовательно:
АВ=(ДО-АМП) ×ДО
АВ (первого бегуна)=(500-150) ×40=14000 мл/мин или 14 л
АВ (второго бегуна)=(400-150) ×50=12500 мл/мин или 12,5 л
Из полученных расчётов видно, что наиболее тренированным является первый бегун, так как у него
выше альвеолярная вентиляция, реже частота дыхания и больше дыхательный объем.
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов, если только
рассчитал дыхательный объем, то получает 5 баллов. Если участник вычислил альвеолярную вентиляцию
одного бегуна, то получает 10 баллов. Если рассчитал альвеолярную вентиляцию обоих бегунов, но не
сделал вывод, то он получает 15 баллов. 20 баллов получает участник за полный и правильный ответ.
Задание 2 (10 баллов)
В 60-70-х годах 20-го века инсектицид ДДТ применялся для борьбы с сорняками. В тканях пингвинов,
обитающих в Антарктиде, были обнаружены высокие концентрации ДДТ, Известно, что в Антарктиде он не
использовался. Объясните, каким образом ДДТ оказался в организме пингвинов.
2
Решение.
Рассмотрим пищевую цепь: ДДТ из почвы с дождевыми водами попадает в реки, моря. Там он
попадает к различным беспозвоночным, в планктон, которыми питаются рыбы; далее – мигрирует по
пищевым цепям среди рыб, с течением времени добираясь до антарктических видов рыб, которыми
питаются пингвины.
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов, если задача
решена на 50%, нет выводов или они не очень точные, то получает 5 баллов. 10 баллов получает участник за
полный и правильный ответ. Тот участник, который подробно распишет пищевую цепь с консументами
нескольких порядков – получит дополнительно 5 баллов.
Задание 3 (10 баллов)
В чём состоят преимущества полового размножения, в котором участвуют самец и самка, по
сравнению с партеногенетическим или бесполым?
Решение.
Половое размножение приводит к разнообразию потомства за счёт возникновения комбинативной
изменчивости. У особей, размножающихся половым путем, генетически разнообразное потомство будет в
среднем лучше приспособлено к изменяющимся условиям среды, чем генетически одинаковые потомки
бесполого организма. Партеногенез является формой полового размножения организмов, при которой
женские половые клетки (яйцеклетки) развиваются во взрослый организм без оплодотворения. Партеногенез
не предусматривает слияния мужских и женских гамет. Таким образом, обмена генетической информацией
не происходит.
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов. Если сделаны
правильные выводы только о партеногенетическом или только бесполом размножении, или выводы не очень
точные, то получает 5 баллов. 10 баллов получает участник за полный и правильный ответ.
Задание 4 (15 баллов)
Известно, что при близкородственных браках продолжительность жизни потомков в результате таких
браков часто уменьшается, у них выявляются функциональные нарушения, нередки также и различные
врожденные болезни и уродства. Объясните, почему это происходит. Обозначьте нормальный ген «А»,
мутантный (несущий какую-то болезнь) – «а», исходите из того, что мутантный ген как правило является
рецессивным.
Решение.
Подавляющее большинство людей здоровы и гомозиготны по признаку, за который отвечает ген А
(АА). Когда у такого организма будут формироваться половые клетки и гомологичные хромосомы этой
пары разойдутся в две разные гаметы, то каждая из этих гамет будет нести ген А.
Представим теперь, что человек гетерозиготен по рассматриваемому признаку: Аа. Будет ли он
здоровым? Да, поскольку нормальный ген доминирует над мутантным. Однако у этого человека образуются
гаметы двух типов: А и а, то есть одна из них будет нести мутантный ген. Какими могут быть генотипы
потомков от брака людей с генотипами АА и Аа? Рассмотрим все варианты:
Гаметы родителя АА
А
А
Гаметы родителя Аа
А
АА
АА
а
Аа
Аа
В двух случаях получатся здоровые гомозиготные дети (АА), в двух – тоже здоровые, но
гетерозиготные потомки первого поколения (Аа). Когда эти дети будут, в свою очередь, вступать в брак, то
вероятность привнесения со стороны еще одного "а" очень невелика, скорее всего генотип второго родителя
будет АА. Поэтому кто бы из этих потомков ни женился или ни вышел замуж, их дети, потомки второго
поколения, будут здоровыми: при сочетании АА × АА — никаких проблем не возникает, случай же Аа × АА
мы только что рассмотрели. Главное — болезнь не проявится ни у одного ребенка. А если потомки первого
поколения будут заключать браки между собой? Здесь возможны три варианта: при скрещивании АА × АА
или АА × Аа родятся здоровые дети. Но возможно и такое совпадение: Аа × Аа.
Гаметы родителя Аа
А
а
Гаметы родителя Аа
А
АА
Аа
а
Аа
аа
3
Таким образом, при скрещивании Аа × Аа с вероятностью 1:4 родится ребенок с выраженной
болезнью — аа.
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов. Если он решил
только один вариант задачи, например, когда оба родителя гетерозиготны, или один гетерозиготен, а другой
гомозиготен, то получает 5 баллов. Если участник только решил оба варианта схематично (нарисовал
решетки) без выводов, то он получает 10 баллов.15 баллов получает участник за полный и правильный ответ
с выводами.
Задание 5 (10 баллов)
Как доказать, что листопад в наших широтах наступает не от снижения температуры воздуха, а по
другим причинам (укажите, каким)?
Решение:
Явление листопада объясняется фотопериодизмом, т. е. возникновением периодических событий в
жизни растения, зависящих от освещения (по сути – от времени года). Растениям нужен стабильный (не
изменяющийся от года к году) сигнал к началу листопада, именно уменьшение осенью длины светового дня
является таким сигналом. Температура летом и осенью – фактор нестабильный, поэтому заморозки в августе
листопада не вызовут, а долгая тёплая осень листопаду не помешает.
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов. Если сделаны
правильные выводы о влиянии светового дня на листопад, или выводы не очень точные, то получает 5
баллов. Если участник указал, влияют ли другие факторы, например, температура на листопад, то он
получает 10 баллов.
Задание 6 (5 баллов)
Какую роль у окуня играют плавники: грудные, спинной, хвостовой?
Решение:
Хвостовой плавник обеспечивает движение рыбы вперёд, грудные служат рулями глубины (для
изменения движения в вертикальном направлении), а также для замедления движения, хвостовой –
обеспечивает стабилизацию положения тела рыбы при движении (удерживает от качаний вправо или влево).
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов, если сделаны
правильные выводы о роли одного из плавников в жизни рыбы, то получает 1,5 балла. Если участник
правильно описал роль всех плавников, то он получает 5 баллов.
Задание 7 (10 баллов)
Близнецы у человека бывают двух типов: однояйцовые (реже) и разнояйцовые (чаще). Объясните, как
они возникают.
Решение:
Разнояйцовые близнецы образуются при одновременном созревании двух (или более) яйцеклеток,
каждая из которых оплодотворяется собственным сперматозоидом. Поскольку пол зародыша определяется в
момент оплодотворения и зависит от того, какую половую хромосому (Х или У) несёт сперматозоид,
распределение по полу разнояйцовых близнецов случайное (они могут быть как одинакового пола, так и
разного).
При возникновении однояйцовых близнецов одна яйцеклетка оплодотворяется одним
сперматозоидом, начинается развитие зародыша, но через некоторое время (у человека – не более 10-12
суток) зародыш, состоящий из очень большого количества клеток, распадается на несколько клеточных
комплексов (причины этого явления в естественных условиях до конца не известны). При удачном стечении
обстоятельств каждый из этих клеточных комплексов может далее развиваться нормально, и развитие
закончится появлением на свет близнецов (которые всегда будут одного пола).
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов. Если он решил
только один вариант задачи, например, когда рождаются однояйцовые или разнояйцовые близнецы, то
получает 5 баллов. Если участник описал от чего зависит рождение как однояйцовых, так и разнояйцовых
близнецов, то он получает 10 баллов.
4
Задание 8 (20 баллов)
Одной из буферных систем, поддерживающих необходимую для жизнедеятельности организма
кислотность крови, является гидрокарбонатная система. Её действие основано на химической реакции
диссоциации слабой угольной кислоты по первой ступени:
H2CO3
HCO3- +H+
и обеспечивается одновременным наличием в крови угольной кислоты и гидрокарбонатов щелочных
металлов, в основном натрия. Кислотность любого раствора численно выражается величиной рН,
рассчитываемой по формуле pH = - lg[H+], где [H+] – молярная концентрация ионов водорода
(концентрация, выраженная в моль/л). Уровень кислотности гидрокарбонатной буферной системы
определяется уравнением:
pH  6.37  lg
[HCO 3 ]
[H 2 CO3 ]
Где [HCO3-], [H2CO3] – молярные концентрации угольной кислоты и гидрокарбонат-иона в растворе.
Определите молярные концентрации угольной кислоты и гидрокарбоната натрия в модельном растворе,
если его рН равен рН крови (7.40), а суммарная концентрация этих веществ составляет 0.1 моль/л.
Ответ приведите с точностью до тысячных
Решение:
Примем [HCO3-] за х, тогда [H2CO3]= 0,1-х.
Подставив в приведённое уравнение известные значения, получим 7,40=6,37+lg(х/0,1-х).
Решаем уравнение: 1,03= lg(х/0,1-х), х/0,1-х=10 1,03 , откуда х=0,092 моль/л.
Ответ: концентрация гидрокарбоната натрия - 0.092 моль/л, концентрация угольной кислоты – 0.008
моль/л.
Оценка жюри. Если участник олимпиады не решил задачу, то он получает 0 баллов. Если верный ход
решения, но неправильный ответ, то участник получает 10 баллов. Если задача решена полностью, но не
совпал ответ, то он получает 15 баллов. 20 баллов получает участник за полный и правильный ответ.