XI МЕЖДУНАРОДНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ОЛИМПИАДА «ЭРУДИТ» ПО ПРЕДМЕТУ БИОЛОГИЯ

XI МЕЖДУНАРОДНАЯ ДИСТАНЦИОННАЯ ОЛИМПИАДА «ЭРУДИТ»
ПО ПРЕДМЕТУ БИОЛОГИЯ
Примерные ответы на задания для 7 класса
Максимальное количество баллов, выставляемое за выполненные задания – 100
баллов.
Задание №1 (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 на
организм животных 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.
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.
 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.
 ………………….
 ………………….
 …………………..
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 №2 (до 25 баллов)
Хорошо известно, что на коже человека содержится гораздо больше
«холодовых» рецепторов, чем «тепловых».
Вопросы:
1. Объясните данное явление?
2. У всех ли людей одинаковое соотношение «холодовых» и «тепловых»
рецепторов на коже? Объясните почему.
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего ответа.
Ключевые идеи предполагаемого ответа:
Наша кожа — один из главных органов чувств. В ней заложена густая
сеть нервных волокон, и от них отходят миллионы тончайших веточек,
заканчивающихся на поверхности кожи чувствительными нервными
приборами — рецепторами. В среднем на один квадратный сантиметр кожи
приходится 100 — 200 болевых рецепторов, 12 — 15 холодовых, 1 — 2
тепловых рецептора и около 25 тактильных. Они - то и переводят различные
раздражения — механические, физические, химические — на универсальный
электроимпульсный язык нервной системы.
Самый распространенный тип кожных Рецепторов — свободные
нервные окончания; они воспринимают в основном болевые ощущения. На
нашей коже практически нет участка, где бы полностью отсутствовали
болевые рецепторы, но распределены они неравномерно. Например, богато
снабжены ими подмышечные и паховые области, а самые "безболевые" —
подошвы, ладони, ушные раковины.
В отличие от оголенных болевых рецепторов, тактильные одеты в
«спецовку». У телец Мейснера нервные окончания упрятаны в
соединительнотканную капсулу, а у телец Меркеля — в диски. Эти
рецепторы воспринимают прикосновение и несут информацию о характере
поверхности предмета. В многослойную соединительнотканную капсулу
одеты и тельца Пачини, воспринимающие давление и вибрацию. На
прикосновения реагируют и нервные сплетения волосковых фолликулов.
Когда волоски, покрывающие наше тело, отклоняются всего на 5 градусов,
это механическое раздражение передается на нервную спираль, которой
оплетено основание волоса, и мы ощущаем даже легчайшую паутинку,
опустившуюся на руку или лицо.
На холодовое воздействие реагируют рецепторы, которые
называют колбами Краузе, а на тепловое — тельца Руффини; их гораздо
меньше, чем колб Краузе. Всего насчитывается около 250 000 холодовых
и 30000 тепловых рецепторов.
Таким образом, число холодовых рецепторов приблизительно в 10 раз
больше числа тепловых, так что на 1 см2 приходится около 25 холодовых
рецепторов и 3 тепловых. Для восприятия ощущения холода служат также
особые тельца - колбы Краузе, а тепла - тельца Гольджи-Маццони.
Распределение тепловых рецепторов в коже и слизистых оболочках также
неравномерно; в одних местах их больше, в других меньше. Наиболее
чувствительными к температурным раздражениям являются кончик языка,
губы, щеки, тыльные поверхности кистей рук, а также кожа области живота.
Температурные рецепторы принимают участие в терморегуляции
нашего тела.
Так, например, при раздражении рецепторов холода происходит
сужение сосудов, теплоотдача уменьшается, происходит задержка тепла в
организме, а при раздражении рецепторов тепла происходит обратное
явление - сосуды расширяются, следовательно, отдача тепла в окружающую
среду увеличивается.
В дикой природе опасности связанные с высокой температурой гораздо
более редки, чем с холодом. Поэтому эволюционно было выгодно
интенсивное развитие холодовых рецепторов. Чаще тепло приходится
сохранять. А для маленьких детей эта проблема ещё более актуальна, т.к. они
тепло теряют гораздо быстрее, чем взрослые.
Поскольку мы теплокровные нам необходимо затрачивать
значительную часть энергии на поддержание постоянной температуры тела
(36,6*С). К её понижению мы более чувствительны. Диапазоны варьирования
- +42 (мах) - +35 минимум.
Реакции на понижение температуры: сужение сосудов, дрожь и т.д.
Они направленны на выработку тепловой энергии и снижение потерь тепла.
Задание №3 (до 25 баллов)
Писатели фантасты очень часто в своих литературных творениях
описывают различные виды животных, научившиеся осуществлять процесс
фотосинтеза в своем теле. Иногда эту способность они даже приписывают
выдуманным ими гуманоидам.
Очевидно, что для таких животных, проблема голода не так актуальна,
как для обычных. Естественно при наличии солнечного света.
Вопросы:
1. Возникает вопрос, почему подобные животные не возникли в
результате эволюции?
2. Неужели эволюция бессильна в этом направлении совершенствования
животных? Почему?
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего
ответа.
Ключевые идеи предполагаемого ответа:
Эукариотическая
растительная
клетка
возникла
благодаря
эндосимбиогенезу.
Симбиотические взаимодействия, это способ решить проблему
фотосинтеза у животных.
Добывать энергию пожиранием фотосинтетиков оказалось выгодней,
чем перерабатывать свет самим. Но, несмотря на это некоторые животные
демонстрируют чудеса изобретательности в попытках приобрести
способность к фотосинтезу.
Фотосинтез действительно долгое время считался одним из важных
критериев, при помощи которого можно было отличить растения от
животных и прочих существ. Ученые полагали, что из многоклеточных
только растения способны усваивать солнечную энергию и создавать тем
самым то, что называется первичной продукцией экосистемы. Конечно же,
некоторые животные, например, кораллы или морские моллюски, тоже могут
фотосинтезировать, однако они делают это не при помощи собственных
клеток, а благодаря живущим в их телах симбиотическим водорослям
(которые, строго говоря, и занимаются фотосинтезом, отдавая хозяину часть
произведенных углеводов).
Согласно исследованиям французских ученых, у тлей нет хлоропластов
– структур, в которых осуществляется основная часть фотосинтеза. Но у тлей
нашли вещества, называемые каратиноидными пигментами. Помимо участия
в процессах жизнедеятельности: от работы с иммунной системой до
выработки витаминов, они способны улавливать солнечный свет.
Именно от количества каратиноидов зависит цвет насекомых. Ранней весной
растения находятся в «полусонном» состоянии, соков, пригодных для
питания мало. Тут уж хочешь, не хочешь, а приходится искать новые
способы получения питательных веществ.
Поэтому мудрая природа и сотворила чудо. Тли научились добывать
пищу, используя солнечный свет. По этой же причине весной основная масса
тлей окрашена в зеленый цвет. А летом, когда можно вдоволь пить сок
растений, этот процесс приостанавливается
- меняется и окраска насекомых появляются оранжевые особи.
Некоторые моллюски и морские
черви питаются за счет фотосинтеза.
Конечно же, эти животные сами не способны синтезировать органические
вещества из неорганических, но они используют для этого симбиотических
растительных жгутиконосцев зооксантелла и зоохлорелл. Некоторые
животные настолько привыкли питаться при помощи симбионтов, что сами
добывать пищу не способны. Окраска морских ресничных червей конволют
зеленого цвета – это обусловлено тем, что в их тканях находятся
зоохлореллы. Во время отлива, когда обнажается дно на берегу моря, на
песке появляются большие шевелящиеся зеленые пятна. Это черви
«выносят» своих симбионов на свет, без которого не может быть
фотосинтеза.
Как и многие черви, конволюты не имеют кишечника. Они питаются
веществами, синтезируемыми зоохлореллами, живущими в тканях их тела.
Зоохрореллы проникают в организм конволют в тот момент, когда они
только появляются из яиц. Взрослые самки червей откладывают яйца в
коконы. Оболочка кокона выделяет в воду вещества, которые привлекают
зоохлорелл. Они со всех сторон стекаются к коконам и поселяются в
оболочках яиц. Таким образом, выходящая из яиц конволюта уже имеет
своих симбионтов, без которых невозможна ее жизнь. Если молодой червяк
вовремя не успеет приобрести зоохлореллами, он сразу же погибнет от
голода. Фотосинтез возможен только на свету, поэтому у глубоководных
животных,
питающихся
за
счет
симбиотических
жгутиковых,
вырабатываются различные приспособления для увеличения освещенности
своих сожителей. Коралл лептосерис живет в Красном море на глубине более
100 метров, где света очень мало. Чтобы больше света, необходимого для
фотосинтеза, попадало к зооксантеллам, у коралла образовался слой
отражающего пигмента, который лежит прямо под слоем симбиотических
жгутиконосцев.
Гигантские двустворчатые моллюски тридакны, достигающие массы
полтонны и полутора метра в длину, тоже питаются за счет фотосинтеза
зооксаетелл. Они раскрывают створки раковин, чтобы лучше освещать свой
«огород». Края мантии моллюска снабжены специальной оптической
системой. Это небольшие конусовидные прозрачные клетки, узким концом
погруженные в мантию тридакны и образующие светопреломляющий конус,
который предназначен для собирания света и проведение его вглубь тканей,
чтобы зооксантеллы могли расселиться там на большем пространстве.
Случай с Elysia chlorotica (на снимке) выходит далеко за рамки
известных сегодня примеров симбиоза в животном мире (фото E. Nicholas).
Специалистам удалось описать удивительный феномен – животноесимбионт, которое подобно растению питается при помощи фотосинтеза. Об
открытии сообщили биологи из университета Южной Флориды (USF) на
ежегодном собрании Общества по интегративной и сравнительной биологии
(SICB 2010).
Сидни Пирс (Sidney Pierce) с коллегами исследовали в лаборатории
необычное существо – морского слизняка Elysia chlorotica, обитающего на
отмелях вдоль восточного побережья США.
Больше всего похожий на зелёный лист, этот слизняк давно уже
вызывал интерес со стороны учёного мира. Ранее было выяснено, что Elysia
chlorotica, подобно некоторым другим своим сородичам, «высасывает»
фотосинтезирующие органеллы (хлоропласты) из съеденных водорослей –
это явление известно как клептопластия (kleptoplasty).
Но новое исследование американцев показывает, что длительные
симбиотические отношения между слизняком и водорослями вида Vaucheria
litorea привели к активации механизма, так называемого горизонтального
переноса генов между этими двумя видами. В случае столь крупного
организма такое явление фиксируется впервые (если не считать подобное
взаимодействие животных и даже людей с вирусами).
Как сообщается в пресс-релизе университета, Пирс и его команда
в ходе
эксперимента
использовали
аминокислоту,
помеченную
радиоактивным «маячком», чтобы установить – слизняки действительно
производят хлорофилл сами, а не полагаются на запасы, полученные от
съеденных водорослей.
Подопытного слизня не кормили около пяти месяцев, пока он не
перестал выдавать пищеварительные отходы. Хлоропласты при этом никуда
из тела животного не исчезли. Радиоактивное
соединение, которое появилось после
пребывания слизняка на свету, биологи
определили как хлорофилл - а.
«Перенесённые» гены были включены
в ДНК
организма
хозяина
и теперь
передаются
следующим
поколениям.
Фактически это означает, что молодому
слизняку нужно один-единственный раз
поесть водорослей (получив от них
хлоропласты), чтобы затем в течение всей своей жизни (а это примерно год)
загорать, не беспокоясь о пище.
Только Elysia chlorotica из целого ряда морских слизняков способны
поддерживать заимствованные хлоропласты столь долго в рабочем
состоянии. А ведь для функционирования этих фотосинтезирующих
органелл необходимо регулярное пополнение ряда веществ, в частности
того же хлорофилла.
По словам учёных, даже выведенные в неволе Elysia chlorotica,
которые никогда не встречались с водорослями, – являются носителями их
фотосинтетических генов. Подробная статья по результатам исследования
будет опубликована в очередном выпуске журнала Symbiosis.
В озере Байкал обитает эндемичное семейство пресноводных губок Lubomirskiidae.
Колонии
Lubomirskia
baicalensis представляют собой длинные
узкие
разветвлённые
стволы,
обычно
растущие
вертикально.
Lubomirskia
baicalensis относится к кремнероговым
губкам,
и
её
тело
пронизано
многочисленными кремниевыми спикулами,
склеенные особым веществом - спонгином.
Особенностью, присущей из пресноводных
губок только Lubomirskia - наличие в теле губки симбиотических
микроскопических зелёных водорослей. Питание губок осуществляется
фильтрацией из воды микроскопических организмов. Именно эта их
особенность определяет их важную роль в экосистемах, в том числе и
байкальских биоценозах.
Их зелёная окраска обусловлена тем, что в теле губок в массе живут
зелёные микроскопические водоросли. Такое совместное неразлучное
проживание зовётся симбиозом. Сами же губки не фотосинтезируют, а
питаются мельчайшими пищевыми частицами - бактериями, водорослевыми
клетками - содержащимися в окружающей воде.
Задание №4 (до 25 баллов)
В биологии принято выделять четыре типа сред обитания: наземно –
воздушную, водную, почвенную и организм как среда обитания для
паразитов. Очевидно, что между этими четырьмя средами обитания
существуют принципиальные отличия.
Вопросы:
1. Чем же отличается наземно-воздушная среда от водной?
2. В чем заключается принципиальное отличие между водной средой
обитания и наземно - воздушной?
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие гипотезу вашего
ответа.
Ключевые идеи предполагаемого ответа:
• содержанием кислорода;
• различиями в колебаниях температуры (широкая амплитуда колебаний
в наземно – воздушной среде);
• степенью освещенности;
•
•
•
•
•
•
плотностью;
давлением;
наличием или отсутствием осмотических явлений;
………………….
………………….
…………………..
Принципиальное отличие в том, что перед организмами они ставят
совершенно разные задачи. Так, например наземным животным необходимо
преодолевать силу тяжести, и тратить немалые усилия на это, а у тех, кто
живет в воде, нет подобных проблем. Выталкивающая сила воды решает эту
проблему сама собой. Именно поэтому животные, живущие в воде, могут
себе позволить иметь большие размеры.