Преобладание конкретных групп животных

Много холоднокровных, поскольку тепло и они не остывают. Много рептилий.

Большие кладки мелких яиц – могут прогреваться солнцем и не надо высиживать.

 

7-5 Какие проблемы возникают у растений при утолщении стебля?

Одним из примеров утолщения стебля является появление древесных форм растений. При этом у них появляется кора, в которой не идет фотосинтез, а также из-за этого уменьшается поступление кислорода. Также в связи с тем, что кора твердая, но не гибкая, дерево может сломаться при ветре. Кроме того, дерево утрачивает способность эффективно поворачиваться к источнику света.

Вторая проблема связана со скоростью роста растения. В связи с утолщением стебля количество клеток возрастает, а скорость роста растения падает. Поскольку возрастает количество клеток, следовательно, для их питания становится необходимо тратить больше энергии, следовательно, для фотосинтеза требуется больше солнечного света. Эта проблема частично решается за счёт того, что многие клетки древесных растений выполняют свою функцию, будучи мёртвыми.

Кроме этого необходимо отметить проблемы, связанные с недостатком питательных веществ для других органов, например, цветков и плодов. Из-за увеличения потребности стебля в питательных веществах и энергии, у растения наблюдается разрастание корневой системы.

Отдельно надо заметить, что встречается аномальное утолщение стебля у растения, например, вследствие заражения.

 

Класс

8-1 Почему некоторые вкусы мы обычно считаем приятными, а другие наоборот (сладкое – вкусно, горькое – нет)? Отчего отношение к вкусу может измениться?

Хотя этот вопрос первый по счёту (а значит, самый простой в классе), для многих он оказался весьма трудным, так как они невнимательно прочли его формулировку. Немало участников отвечали на вопрос "за счёт каких структур в теле мы ощущаем вкусы?", который, по правде сказать, им никто не задавал. Не обязательно было перечислять, какие вкусы в принципе может ощущать человек, и рассказывать про вкусовые сосочки.

Рассказ о вкусовых зонах языка тоже не имел никакого отношения к правильному ответу, тем более что практически все допустили в нём досадную ошибку. Почему-то после прочтения школьного учебника у многих создаётся ощущение, что кончик языка воспринимает только сладкое, корень — только горькое, и так далее. Это не так. В любой зоне языка есть рецепторы ко всем вкусам, только их соотношение везде разное. Так что кончик языка воспринимает в основном сладкое, но не только его.

Молодцы те, кто написал: сладкий вкус в природе обычно имеют высококалорийные продукты, содержащие много углеводов, а горький или кислый — всякие ядовитые или испорченные объекты. Это минимальный ответ на первую часть вопроса (почему одни вкусы приятные, а другие нет?). Кроме того, один вкус может казаться приятным ещё и потому, что он с детства ассоциировался у человека с чем-то хорошим. Например, если ребёнку давали конфету в награду за какой-то поступок (убрался в комнате, помог старшим и т.д.), скорее всего, ему и позже будет нравиться сладкое.

Далее, про отношение к вкусу. Отношение — это психологическая оценка, а многие отвечали на вопрос, почему восприятие вкуса может меняться (т.е. почему солёное может показаться кислым). Это уже физиология и разговор отдельный, хотя и кое в чём связанный с отношением к конкретному вкусу, так что ответы только про восприятие не засчитывались.

Многие ответили, что отношение ко вкусу может измениться, если человек или его окружение внушит ему, что этот вкус приятный (или, наоборот, неприятный). Также на отношение к вкусу влияют гормоны, что особенно сильно проявляется в подростковый период и при беременности. Нехватка определённых веществ может подтолкнуть человека попробовать то, что ему никогда не нравилось раньше. Знакомство с новыми сочетаниями вкусов тоже помогает по-новому взглянуть на уже известные. Это почти неизбежно, ведь со временем человек приобретает новый опыт, и в старости ему может уже не нравиться то, что казалось вкусным в детстве.

Заболевания, затрагивающие нервную систему, нарушающие вкусовую чувствительность, могут сыграть определённую роль в изменении отношения ко вкусам. Кроме того, желание есть конкретный продукт резко снизится, если этим самым продуктом отравиться.

Вопрос 8.2. Зачем некоторые растения выделяют горючие и летучие эфирные масла?

Вопреки названию, с химической точки зрения, эфирные масла не относятся ни к маслам (т.е. жирам), ни к эфирам, а представляют собой сложные смеси веществ. Их основные компоненты – различные монотерпены (органические вещества, структура которых в основе имеет две молекулы изопрена). Эфирные масла – один из примеров вторичных метаболитов растений – веществ, не участвующих в основных физиологических процессах (таких как дыхание и фотосинтез) и индивидуальных для каждого вида растений.

Большое количество участников олимпиады вспомнило, что эфирные масла часто имеют сильный запах. Благодаря летучести эфирных масел этот запах может распространятся на некоторое расстояние и служить для привлечения опылителей или распространителей семян растения. Этот ответ ребята приводили чаще всего. Также, некоторые участники предположили, что запах эфирных масел может служить приманкой для жертв хищных растений. Основным механизмом привлечения добычи большинства видов хищных растений является яркая окраска ловчих механизмов и сладкий нектар, который выделяется специальными железками. Но запах может играть второстепенную роль. Авторы этой версии получали некоторое количество баллов. Некоторые участники приводили раффлезию как пример плотоядного растения, приманивающего мух запахом гниющего мяса. Этот пример не верен, раффлезия не является хищным растением, а мух приманивает для опыления. Баллы за такой ответ не начислялись.

Считается, что основная функция эфирных масел не привлечение, а наоборот, отпугивание животных, которые могут повредить растение, в основном, насекомых. Это достигается за счет резкого запаха, токсичности эфирных масел. Например, для отпугивания насекомых служит ментол в эфирном масле мяты или лимонен, характерный для эфирных масел цитрусовых.

Достаточно высокий балл получили школьники, вспомнившие о бактерицидном или фунгицидном действии эфирных масел – способности убивать болезнетворные бактерии и грибы. Также высоко оценивались работы, в которых содержалась версия об использовании эфирных масел растениями для устранения конкурентов. Так, например, некоторые виды шалфея и полыни, произрастающие в южной Калифорнии, выделяют эфирные масла, содержащие камфару и токсичные для травянистых растений.

Накопление в воздухе, окружающем растения, паров эфирных масел, может влиять на теплопроводность воздуха и препятствовать перегреванию организма растения. Такая версия также встречалась в работах.

Некоторые участники олимпиады вспоминали о существовании местообитаний, где происходят частые пожары. Растительность таких мест имеет семена с прочной оболочкой, которая раскрывается только после пожара и новые растения появляются в условиях отсутствия конкуренции и наличия большого количества минеральных веществ в почве (золы). Пожары возникают во время засушливого периода случайно, например, в результате удара молнии. Может быть, наличие эфирных масел у растений повышает вероятность возгорания. Во всяком случае, такой ответ оценивался высоким баллом.

Также в работах фигурировало предположение о том, что эфирные масла являются побочными продуктами реакций, протекающих в растении и не имеют собственной специальной функции, выделяются в качестве «отходов». В прошлом, некоторые ученые придерживались такой теории относительно всех вторичных метаболитов растения, но в современной науке эта точка зрения считается неверной. Тем не менее, школьники, высказавшие такое предположение, получали небольшое количество баллов.

 

8-3. Брачная песня малого тайского дракончика отпугивает молодняк этого вида. Как вы думаете, зачем может быть нужна такая адаптивная особенность?

Формулировка вопроса предполагает не описание значения брачной песни у животных, а конкретную особенность, связанную с влиянием на молодняк. Поэтому ответы, содержащие рассуждения о значениях социальных ритуалов у животных не оценивались. Кроме того, невысокими баллами оценивались общие рассуждения о эволюционном происхождении различных приспособлений в жизни организмов.

Содержательные версии можно разделить на несколько групп.

1. Версии, связанные непосредственно с возрастом и развитием молодняка. Сюда относятся версии, о неполовозрелости молодых дракончиков или недостаточном развитии, для безопасного воспроизведения потомства и последующей заботы о нем. Кроме того, к этой группе можно отнести версию, основанную на предположении о предохранении молодняка от участия в брачных боях, где они, не имея возможности сравнится по силе со взрослыми особями, могли бы получить серьезные повреждения. Версии этой группы встречались достаточно часто.

2. Версии, предполагающие малое количество фенотипических различий у молодых особей и половозрелых самок. В этом случае такая брачная песня нужна для отделения одних от других.

3. Версии, в которых малые тайские дракончики представлены хищниками, которые могут съесть молодняк или новое потомство.

4. Версии, связанные с территориальным поведением данного вида. В этом случае такая песня является сигналом для расселения вида, необходимым условием для ухода молодняка с родительской территории. Кроме того, такая адаптация может уменьшать вероятность близкородственных скрещиваний.

5. Версии, предполагающие длительную заботу о потомстве и отсутствии возможности размножения для самок, ухаживающих за детенышами. Оценка этой версии больше всех остальных зависела от подробности и правдоподобности рассуждений.

В целом вопрос оказался довольно сложным. В ответах редко присутствовало больше 2-3 версий и, как правило, все они раскрывали лишь один из пунктов.

 

8-4 Группа отчаянных ученых решила улучшить конструкцию человеческих связок. Какие их характеристики вы предложили бы улучшить и почему? Где (в каких частях тела) могли бы применяться улучшенные связки?

Почему-то всегда, когда задание касается человека, находится немало тех, кто не отвечает на вопрос, а отрицает саму его суть. Пара десятков человек написали, что улучшать строение человеческих связок нельзя по этическим соображениям, а если бы и было можно, то всё равно бы ничего не получилось. Понятно, что такие ответы не засчитывались, как и вариант "не надо ничего улучшать, человек и так идеален". Если бы последнее было правдой, то растяжения и разрывы связок заживали бы быстрее, не так сильно болели бы, человек был бы сам по себе гибче, спортсменам не приходилось бы так долго и упорно тренироваться, а голос быстрее бы восстанавливался после охрипшего горла. Кстати, все эти примеры можно было упомянуть в ответе на вопрос "почему надо улучшать связки?".

Некоторые вместо связок писали о сухожилиях. А меж тем, связки и сухожилия — не одно и то же. Сухожилия почти не растягиваются из-за низкой эластичности и не поддерживают внутренние органы, а связки — наоборот. Кстати, о связках внутренних органов никто не вспомнил, хотя наверняка многие слышали о грыжах и выпадениях (матки, прямой кишки).

Далее, важно понимать, что функции связок очень тесно связаны с тем, где в организме они находятся. Одни связки хорошо бы сделать более эластичными, но в отдельных случаях это может помешать. Поэтому ответы на вопросы "как улучшить" и "в какой части тела улучшить" неразрывны. Написать "прочность (гибкость) связок нужно повысить во всём теле" было недостаточно для получения высокого балла за ответ. В идеале, стоило упомянуть связки всех крупных суставов, написать, какие характеристики конкретных связок стоит улучшить в каждом и зачем.

Чаще всего участники указывали в качестве характеристик для улучшения эластичность (иногда неверно называя её гибкостью), прочность и способность к регенерации. Некоторые справедливо заметили, что число связок в отдельных суставах (например, коленном) теоретически можно изменить — уменьшить или увеличить.

Кроме связок в конечностях и туловище, можно было вспомнить голосовые связки — конечно, не ограничивая свой ответ только ими. Только надо помнить, что структуры, которые чаще всего называют голосовыми связками, включает в себя ещё и слизистую оболочку гортани, и голосовую мышцу, поэтому правильнее называть их голосовыми складками. Кроме того, двое упомянули связки среднего уха и глазные связки, регулирующие кривизну хрусталика (т.н. цинновы связки). При ухудшении их эластичности снижаются слух и зрение соответственно. А ведь иметь здоровые органы чувств не менее важно, чем, скажем, здоровые конечности.

8-5 Мы, как люди просвещённые, не верим в гороскопы. Тем не менее, месяц рождения животного может заметно повлиять на его размер, цвет, поведение и многое другое. Почему? По возможности, приведите примеры.

В данном вопросе большинство участников олимпиады рассматривало млекопитающих на примере собак и кошек, хотя вопрос касался любых животных. Планцентарные млекопитающие живородящие и вынашивают детенышей в матке. В эмбриональном периоде детеныш питается питательными веществами, которые он получает от матери через общий кровоток. В связи с этим важный фактор, оказывающий влияние на размер детеныша – это питание матери. А количество и состав корма зимой и летом различаются. Также значительно влияет соотношение гормонов матери во время беременности.

Если же рассматривать уже родившегося детеныша, то его внешний вид будет отличаться в зависимости от времени года (разная густота шерсти, зимой детеныши будут слабее в связи с нехваткой витаминов и пр.). Поведение также будет различаться у зимних и летних детенышей. Детеныши, родившиеся летом, будут гораздо активнее, т.к. больше возможности для игр. Также осенью надо гораздо больше охотиться, т.к. добычи становится меньше, и, подражая родителям, осенние и летние детеныши будут вести себя по-разному.

Отдельно надо упомянуть хладнокровных животных. Так, у крокодилов пол детеныша определяется температурой, при которой развиваются эмбрионы в яйце. В связи с этим в разные месяцы соотношение полов в кладке может различаться. Поведение у хладнокровных животных тоже зависит от температуры – чем ниже температура окружающей среды, тем ниже активность животного, таким образом, поведение летних и зимних детенышей будет различаться.

8-6 Как определить, чем на самом деле является видоизмененный орган растения?

Наиболее точно определить происхождение видоизмененного органа можно по его расположению относительно других органов растения, к примеру, колючки листового происхождения находятся на месте листа, а прилистникового рядом с ним. Так же на видоизмененном органе можно обнаружить остатки специфических органов, например на видоизмененных побегах присутствуют почки и чешуевидные листья. Несмотря на изменение внешнего вида, иногда по нему так же можно определить происхождение органа. Однако, особенности тканевого состава (например расположения проводящих пучков) остаются такими же как у изначального органа. Нельзя обойти стороной и функциональные особенности исследуемого органа, например, большинство видоизмененных побегов выполняют функцию вегетативного размножения.

Из экспериментальных подходов определить происхождение видоизмененного органа помогут наблюдение за развитием (как видоизмененного органа, так и всего растения), за реакцией растения на удаление данного органа, а так же сравнение этого растения с близким ему по виду или даже с другим растением этого вида

9-1 Детеныши гигантского кенгуру рождаются очень мелкими, хотя взрослые особи достигают внушительных размеров. Как вы думаете, какие возможности может давать виду рождение мелких детенышей?

Хотя в вопросе есть прямое указание на конкретный вид животного формулировка, предполагает возможность ответа на более широко поставленный вопрос. Однако, такую формулировку разглядели не все участники олимпиады и большинство ответов касается лишь особенностей рождения мелких детенышей именно у кенгуру.

В связи с этим большинство школьников вспомнили, что у кенгуру есть сумка, в которой можно переносить детенышей, выкармливать и прятать от врагов. Конечно, при большом размере кенгуренка это было бы невозможно.

Некоторые также вспомнили, что кенгуру имеют короткий срок вынашивания и логично связали этот факт с малыми размерами потомства. Помимо легкости вынашивания многие отметили и простоту родов, что так же оценивалось положительно. В связи с коротким эмбриональным периодом отмечалось так же, что детеныши рождаются слабо развитыми. Те, кто вспомнили это, сделали еще один логический шаг и подумали о раннем начале функционирования некоторых систем органов, которые на схожем этапе у других млекопитающих не получают достаточного развития. К ним в первую очередь относятся органы чувств и иммунная система. В первом случае большее количество сенсорной информации, получаемой детенышем, находящимся в сумке, а не в матке ведет к скорейшему развитию. Во втором случае все не так однозначно и помимо большего количества инфекций окружающих кенгуренка и дающих толчок для развития адаптивного иммунитета, отмечалось так же снижения риска трансплацентарного переноса инфекции от матери к детеныша. И, хотя эти версии лишь косвенно относятся к вопросу о маленьких размерах детенышей, они были оценены довольно высокими баллами, в тех случаях, когда объяснялась связь между размерами детеныша и стадией его развития.

Версии, не связанные непосредственно с кенгуру включали в себя предположения о большей численности потомства, легкости переноски и маскировки детенышей.

С вопросом справились достаточно хорошо, предлагая разные варианты решения. Количество разнообразных версий в работе достигало 12, а у большинства составило 3-4. При оценке версий от 0,2 до 1,5, средний балл находился в районе 1,7.

 

Побеги некоторых травянистых растений растут горизонтально (стелющиеся), могут также прикрепляться к земле придаточными корнями (ползучие побеги). Придумайте эксперименты, позволяющие выяснить, чем определяется направление роста таких побегов.

В ответе на данный вопрос нужно было придумать и описать эксперимент, который позволил бы выяснить, чем определяется направление роста побега. Одной из частых ошибок было отсутствие непосредственно описания эксперимента в работе. Школьники считали, что они из уроков знают, чем определяется направление роста побегов, и поэтому не нужно придумывать эксперимент, чтобы это проверить. Однако задание заключалось именно в создании эксперимента, поэтому такие работы, даже если и содержали в себе биологически верные утверждения, при оценке получали мало баллов.

В работах, в которых было описание эксперимента, чаще всего встречалось описание опыта, позволяющего определить степень влияния воды и света на направление роста растения. Участники предлагали создать для экспериментального растения неоднородную среду по тому или иному фактору, создать «градиент» фактора (поставить источник света с одной стороны, поливать разные участки земли с разной интенсивностью) и затем пронаблюдать, в какую сторону будет расти побег. Эти версии являются биологически грамотными, так как горизонтальные побеги могут использоваться растением для освоения территории и поиска благоприятных участков для жизни, однако из-за распространенности подобных ответов балл при подобном ответе был средним. Описание аналогичных экспериментов с градиентами, но менее распространенными факторами (минеральными веществами в почве, ядами, температурой окружающей среды, типами грунта) оценивалось более высоко из-за оригинальности версий.

Важным элементом любого эксперимента является наличие адекватного контроля. В случае с ростом побега растения фактором, определяющим направление, может оказаться что угодно, поэтому опыта с одним растением в горшке, стоящим на подоконнике одной стороной к солнцу, недостаточно для изучения влияния света на направленность побега. Работы, в которых участники предлагали не изучать изменение направления роста побега у данного растения, а сравнивать направления роста у двух одинаковых растений, содержащихся в одинаковых, однородных средах, в одних и тех же условиях, за исключением одного фактора (света, воды, минеральных солей), оценивались выше. Дополнительные баллы присваивались работам тех участников, которые вспоминали о необходимости провести эксперимент несколько раз, на нескольких растениях, с использованием основной и контрольной групп.

Некоторые школьники предложили способы проверки важности того или иного фактора в определении направления роста растения. Среди них были преобладали предложения пронаблюдать рост побега растения, допустим, к источнику света, а затем изменить положение источника света и проверить, изменится ли направление роста побега. Так как при данной постановке опыта уменьшается вероятность того, что побег рос в сторону источника света случайно или из-за действия какого-то другого фактора (например, если ползучие побеги опытного растения всегда растут на юг, а экспериментатор поставил лампу на юг), такие предложения оценивались достаточно высоко. В любом эксперименте нужно проверять результаты.

Помимо факторов окружающей среды, которые определяют направление роста всего растения в целом - освещенности, влажности, температуры, существуют факторы, которые могут быть особенно важны для горизонтальных побегов. Это, например, наличие опоры или количество растений вокруг (ползучие побеги могут использоваться растением для расселения, в этом случае ползучий побег должен “обнаружить” свободное место для его потомка). Соответственно, можно провести эксперименты с подставлением рядом с растением опоры или препятствия и наблюдением за направлением роста побега. В данном случае тоже можно использовать “опытные” (с опорой) и “контрольные” (без опоры) растения, а после изменения направления роста побега опору можно убрать.

Эксперимент с определением влияния заселенности окружающего участка на рост побега можно провести, посадив на несколько одинаковых участков с идентичными условиями исследуемые растения, а после этого один участок оставить незаселенным (контрольным), на остальных рассадить другие растения с разной плотностью, в разных углах и так далее.

В нескольких работах встретилась биологически красивая версия о том, что в случае, если исследуемое растение двудомное, то ползучие побеги могут расти по направлению к растению противоположного пола или от растения того же пола. Эту гипотезу можно проверить, поместив несколько идентичных исследуемых растений на площадки с одинаковыми условиями окружающей среды, где а) не будет никаких других растений, б) в одном из углов будет одно растение противоположного пола на таком расстоянии, чтобы оно не мешало расти исследуемому, в) в одном из углов будет растение того же пола, г) в одном из углов будет растение другого вида.

 

9.3. Почему среди животных виды-гермафродиты встречаются гораздо реже, чем раздельнополые?

Начать разбор вопроса придётся с определений и ошибочных версий, поскольку многие неправильно поняли смысл вопроса и не осознали в связи с этим его сложность. Очень многие участники олимпиады спутали гермафродитизм с бесполым размножением или даже гомосексуальностью. Итак, гермафродитизм — это наличие органов, образующих мужские и женские половые клетки у одной и той же особи. Формулировка вопроса ("виды-гермафродиты") подразумевает, что речь идет о естественном гермафродитизме, а не о патологии, встречающейся у некоторых представителей раздельнополых видов.

Часто приводилась версия о том, что гермафродитизм - эволюционно древний признак, ограниченный несколькими примитивными группами животных, и с появлением раздельнополости эти группы оказались вытеснены более продвинутыми формами из большинства ниш и стали малочисленны. Такой сценарий в принципе возможен, но не соответствует действительности: виды-гермафродиты, хоть и встречаются гораздо реже, чем раздельнополые, распространены очень широко (и далеко не только среди “примитивных червей”, а, например, среди рыб). Вообще хотелось бы отметить, что концепция “примитивный-продвинутый” считается устаревшей и не слишком помогает в понимании эволюционной биологии. По современным представлениям многие «примитивные» группы животных (например, плоские и круглые черви) были потомками более сложноорганизованных (см. например http://evolbiol.ru/malahov.htm) В совокупности с неудачным исполнением (например, “гермафродиты появились до эволюции”), это привело к тому, что версия оценивалась невысоко.

Среди преимуществ раздельнополости перед гермафродитизмом называют рекомбинацию генов. Рекомбинация у животных происходит в процессе образования гамет, при слиянии которых образуется новый организм, и является преимуществом полового размножения перед бесполым. Гермафродитизм является формой полового размножения, и в большинстве случаев проходит с перекрестным оплодотворением, т.е. зигота формируется из гамет, полученных от двух разных организмов. Эта ситуация ничем не отличается от ситуации с двумя раздельнополыми родителями. Более того, гермафродитизм (с последовательной сменой пола) может служить для уменьшения степени инбредности в мелких изолированных популяциях, предотвращая спаривания между братьями и сёстрами. Даже у самооплодотворяющихся видов система спаривания как правило предусматривает дополнительных самцов, которые периодически оплодотворяют неродственных им гермафродитных особей (и вид получает все выгоды обеих систем). Т.о., эта версия имеет смысл только для постоянно самооплодотворяющихся гермафродитов, например, гельминтов, и распространенность гермафродитизма в целом не объясняет, поэтому оценивалась невысоко.

Мнения разошлись в вопросе о семейных отношениях гермафродитов. Кто-то считал, что размножаться им трудно и встретить такого же партнера сложно; меж тем вероятность встретить подходящего партнера для них в 2 раза выше, чем для раздельнополых, что делает гермафродитизм особенно удобных для сидячих животных или очень разреженных популяций. Кто-то, наоборот, считал, что “у них слишком много потомков”, как будто это что-то плохое. Кто-то считал, что одному родителю сложнее вырастить потомков, забывая о том, что забота о потомстве - далеко не повсеместное явление в животном царстве. Гермафродитов упрекали в недостаточном вкладе в потомство по сравнению с культурными раздельнополыми, в то время как среди живородящих рыб гермафродитов больше, чем раздельнополых, и в целом он выгоден животным, откладывающим мало яиц, т.к. существенно увеличивает для них итоговое количество потомков за счет достаточно малых дополнительных вложений в размножение. У рыб гермафродитизм встречается чаще среди моногамных или сериально моногамных видов, т.к. в этих условиях менее остро стоит конфликт между функциями полов (меньше выгода для организмов, отлынивающих от производства яйцеклеток). Что касается сложностей претворения в жизнь домостроя и разделения ролей в семье гермафродитов, гермафродитизм иногда служит для коррекции отклонений от оптимального соотношения полов, часто случающегося в небольших популяциях.

Переходим к наиболее разумным версиям. Считается, что гермафродитизм дает виду преимущество в достаточно специфических условиях: когда затруднена встреча с партнером; когда один из полов существенно выигрывает от определенного размера тела или просто в определенном возрасте (соответственно, организм с таким размером может сменить пол на выгодный); в мелких изолированных популяциях (последовательный гермафродитизм снижает уровень инбридинга между братьями и сёстрами, поскольку в таких популяциях высока вероятность отклонения от оптимального соотношения самцов и самок). Нужно подчеркнуть, что гермафродиты не нуждаются в каких-то особых условиях для выживания, даже напротив, более приспособлены к некоторым, чем раздельнополые. Однако в большинстве случаев условия существования отличаются от описанных выше и не дают гермафродитам преимущество перед раздельнополыми, в то время как энергетические затраты на поддержание двух половых систем их обременяют. Более того, специализация по женскому и мужскому типу может требовать противоречащих физиологических и гормональных особенностей, а управление сменой пола - появления достаточно сложных регуляторных путей. Корректное развитие этой версии оценивалось высоко.

Также была высказана идея о невозможности полового отбора у гермафродитов. Вряд ли она верна: в случае, когда партнеров мало, лучше размножаться хоть как-то, чем никак; в случае, когда партнеров много последовательный гермафродитизм может, наоборот, способствовать половому отбору (например, самая крупная самка становится доминантным самцом). Тем не менее, эта версия демонстрирует хороший уровень биологического мышления, и также оценивалась высоко.

 

9.4 Известно, что при повышении температуры возрастает скорость химических реакций. Почему тогда для разных организмов оптимальная температура разная?

Многие участники фактически перефразировали в своих ответах вопрос, написав, что повышение температуры приводит к удалению от оптимальной температуры для организма. Такой ответ оценивался минимальным баллом. Более продуманные ответы, такие, как то, что оптимальная температура может зависеть от размера, образа жизни, среды обитания животного, принадлежности его к холоднокровным или теплокровным видам, оценивались выше. Указание на то, что высокая температура может оказать денатурирующее воздействие на белки организма, которые катализируют большинство происходящих в организме реакций, приносило достаточно высокий балл, поскольку свидетельствует о понимании участником базовых химических процессов. То же самое относилось и к версиям о том, что белки-катализаторы ускоряют реакции гораздо значительнее, чем температура, и о том, что у разных ферментов разных организмов свой оптимум температуры для работы.

Наиболее редкие и «специализированные» версии оценивались наиболее высоко. К таким версиям можно отнести мысли о разной температуре разных органов тела, необходимой для нагрузок, производства половых клеток и т.д.; о необходимости снижения температуры для снижения метаболизма при впадании в спячку; о том, что высокая температура тела приводит к ускорению метаболизма, что, в свою очередь, приводит к более быстрому старению; о том, что у разных животных одного вида часто бывает разная температура тела по многим причинам.

9-5 Известно, что носители наилучших признаков размножаются успешнее остальных. Тогда почему через несколько поколений все не становятся одинаковыми (носителями наиболее успешных признаков)?

 

В данном вопросе было полезно знать основы генетики. Многие вспомнили, что носители наилучших признаков – это особи, несущие доминантный аллель гена. При скрещивании двух гетерозиготных организмов в потомстве будет четверть с мутантным фенотипом, о чем вспомнило большинство участников олимпиады. Однако, дальнейшее развитие этой идеи приводит к тому, что т.к. носители наилучших признаков размножаются успешнее остальных, то частота встречаемости рецессивного аллеля будет постоянно падать и постепенно все особи станут гомозиготными (в идеальном случае). Почему этого не происходит?

Во-первых, в формировании одного признака может участвовать несколько генов, во-вторых, один ген может влиять на формирование многих признаков. Обе ситуации являются примером непрямой связи генотипа с фенотипом, из-за чего встречаемость рецессивного аллеля может и не снижаться.

Вторая группа версий связана с типом скрещивания особей. Животные могут выбирать себе партнера по какому-либо признаку (ассортативность), причем этот признак может не совпадать в исследуемым. Отдельно стоит упомянуть инбридинг, при котором резко возрастает частота фенотипически проявляющихся мутаций.

Последняя группа версий затрагивает взаимодействие с внешней средой. Определенное проявление признака является наилучшим только в определенной среде. Таким образом, при изменении внешних условий наилучшие признаки меняются.

 

9.6. Как узнать, на какой физиологический или биохимический процесс влияет ядовитое для организма вещество (например, антибиотик)?

Как это характерно для вопросов, в которых предлагается что-либо доказать, проверить или предложить эксперимент, на вопрос отвечали достаточно плохо. Большинство отвечающих перечисляли проявления или нарушения, которые может вызвать яд. И совсем немногие предложили действительно способы проверки. Написавшие схему постановки эксперимента получали сразу высокие баллы, особенно те, которые учли, что у опыта должен быть контроль.

Писали, что надо сделать анализы, сдать образцы в лабораторию (и другие способы переложить анализ ситуации на чужую голову). Эти версии оценивались очень слабо.

Предлагали сделать анализ крови, в том числе анализ до и после принятия вещества. В крови отдельно измерить гемоглобин, лейкоциты (реакция иммунной системы), сахар, белок, печеночные ферменты и другие биохимические показатели. Сделать анализ мочи, в т. ч. биохимический, анализ кала.

Измерить пульс, сделать УЗИ, микроскопию тканей, биопсию, ЭЭГ, радиоизотопный анализ и применить компьютерное моделирование затрагиваемого процесса.

Отдельный кластер версий касался постановки эксперимента. Предлагали воссоздать процесс in vitro, добавить ядовитое вещество и пронаблюдать реакцию. Многие отвечали, что надо провести опыт на человеке и оценить его поведение и состояние (или просто оценить самочувствие по заданным показателям), очень хорошо, если учитывался контроль, т. е. состояние человека до проникновение вещества в организм. Кроме того, предлагали провести эксперимент на животных (упоминали в основном крыс) или на бактериях (особенно про антибиотик), а также на культуре тканей или клеток. Указывали, что на модельном организме (например, бактерии) можно вызвать мутацию, при которой этот яд будет вырабатываться и проследить за последствиями.

Следующий блок версий связан с попыткой определить химический состав яда, затем предугадать его фармакокинетику, пути распространения вещества, всасывания и удаления его из организма. Можно также постараться по химической формуле определить, аналогом чего это вещество является в организме и в каких процессах будет участвовать. Писали и про то, что надо выяснить, где в организме находятся рецепторы к этому веществу.

Упоминали возможность сделать кожную пробу и добавить яд в образец крови, но эти версии оценивались низко из-за того, что непонятно, какие выводы можно сделать из результатов опыта.

К сожалению, никто не отметил, что мишенями антибиотиков являются те процессы, которые отличают нас от прокариот-бактерий (синтез и сборка клеточной стенки, репликация кольцевого нуклеоида, синтез белка на бактериальных рибосомах и т. п.), именно благодаря этим различиям удается уменьшить токсичность антибиотиков для нашего организма.