XIII Международная олимпиада «Эрудит. Осень - зима 2015» Биология 8 класс Ответы

XIII Международная олимпиада «Эрудит. Осень - зима 2015»
Биология
8 класс
Ответы
Задание №1 (до 25 баллов): В последнее время правительство РФ уделяет
повышенное внимание проблеме безопасности дорожного движения. Причина –
шокирующая статистика по смертности и травматизму в результате различного
рода ДТП на дорогах России. Появились новые законы, акты, правила и штрафы,
направленные на повышение безопасности дорожного движения. Правительство
РФ разработало даже специальную федеральную целевую программу "Повышение
безопасности дорожного движения в 2013-2020 годах". В результате реализации
данной программы на дорогах нашей страны стали появляться инновационные
инженерно-технические конструкции, задача которых повысить безопасность
дорожного движения. Для созданий такого рода конструкций активно
используются и нанотехнологии. Есть и позитивная динамика по ДТП.
Как ни странно, в этой ситуации представители одного из семейств
о.Lepidóptera могут оказаться весьма полезными для инженеров. Ярким примером
тому могут являться представители подсемейства дневных бабочек из семейства
Nymphalidae, рода Morpho, которых в последнее время называют чудом
креативного дизайна.
Вопросы:
1. Чем же смогут помочь представители одного из семейств о.Lepidóptera
инженерам, работающим над повышением безопасности дорог России?
2. Что же будет представлять собой новация (в будущем инновация),
позаимствованная у представителей одного из семейств о.Lepidóptera
специалистами в области бионики для инженеров?
3. Приведите (или предположите) примеры того, где именно новация,
обсуждаемая в данном задании, может быть применена? Какие
конструкторские решения, использующие данную новацию, могут быть
созданы инженерами и использованы на дорогах России для повышения
безопасности? Следует отметить, что уже есть реальные примеры
использования данной новации в нашей жизни, в частности, на дорогах.
4. В каких ситуациях позаимствованная новация весьма эффективно
используется представителями одного из семейств о.Lepidóptera в реальной
жизни?
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие Ваш ответ.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
Крылья бабочек рода морфо (Morpho) способны
произвести неизгладимое впечатление даже на человека,
не очень склонного к восторгам. Дело в том, что верхняя
сторона крыльев этого поистине удивительного создания
природы покрыта мельчайшими чешуйками, словно
черепицей. Они, преломляя падающий свет, излучают
неповторимый блеск.
Впечатляющий блеск крыльев этих диковинных бабочек целиком
представляет собой оптический спецэффект, в основе которого лежат особенности
преломления света. Металлическим блеском обладает только верхняя сторона
крыльев морфо, покрытая мельчайшими (50 на 100 микрометров) чешуйками,
которые являются природной разновидностью фотонных кристаллов.
При этом в чешуйках бабочек возникает явление тонкослойной
интерференции. Исследования показали: пигмент в нижней части таких
диковинных чешуек не пропускает свет. А лучи света, проходящие через них,
отражаются как от внешних, так и от внутренних поверхностей. В результате два
отражения накладываются и усиливают друг друга, придавая особую яркость
переливающейся окраске чудо-бабочки.
Самым сильным эффектом иризации обладает горная бабочка морфо
Сульковского, имеющая белую окраску. Когда на это насекомое под определенным
углом попадает свет, оно превращается в бирюзовое или лиловое.
Используя структуру крыла бабочки, инженеры создают голографические
покрытия.
Сотрудники Физического института им. П.Н.
Лебедева РАН (ФИАН) нашли способ привлечения
внимания
к
информационным
сообщениям
дорожно-транспортной инфраструктуры.
В
качестве основной технологии для изготовления
дорожных знаков, дорожной разметки, причальных
визиров и прочих сигнальных технических средств,
предлагается
использовать
различные
типы
голограмм.
Современные дороги подчас перенасыщены информацией, что нередко
приводит к рассеянности внимания водителей. Например, о наличии впереди
дорожной полосы ответвления, связанного только с этой полосой, вовсе не
обязательно знать владельцам авто с соседней полосы. Аналогична ситуация с
разрешением или запрещением поворота для отдельных полос на перекрестке.
Пространство видения голографического изображения может быть разделено на
необходимое
количество
воспроизводимых
для
конкретной
позиции
информационных сообщений. Именно их (голограммы) предлагают использовать
сотрудники ФИАНа в качестве альтернативной технологии для производства
дорожных знаков, дорожной разметки, причальных визиров и прочих технических
средств регулирования дорожного движения. Голограммы, способные
переливаться всеми цветами радуги в видимом диапазоне, относительно легки как
в изготовлении первичной голограммы, так и в тиражировании. А значит, при
наличии полезных преимуществ, вполне могут «составить компанию» новейшим
средствам, предлагаемым сегодня для обеспечения безопасности движения,
например, «алмазной» пленке для покрытия знаков или электронным средствам
дистанционного
считывания
информации
о
знаках
для
систем
полуавтоматического управления транспортом.
«Использование голографических дорожных знаков позволило бы иначе
подойти к организации дорожного движения – распараллелить его, или другими
словами, выдавать инструкции каждому участнику движения в зависимости от его
положения на дороге. При этом для конкретных условий или участка дороги
можно записать свой собственный "универсальный знак", – рассказывает
руководитель проекта, заведующий лабораторией Сверхбыстродействующей
оптоэлектроники и обработки информации ФИАН, кандидат физ. мат. наук Андрей
Путилин.
Пример
голографического
ограничительного
дорожного
знака –
максимальная скорость движения в зависимости от угла зрения
Максимальный угол обзора голограммы может достигать 180 градусов, а
минимальный угол обзора конкретного ракурса – доли градуса. Однако
воспроизводить различные изображения с разных точек можно не только в
зависимости от угла зрения, но и от расстояния до голограммы, иными словами,
можно структурировать все пространство вокруг нее. Например, есть возможность
«научить» голографический знак увеличивать яркость – ярко вспыхивать или
начинать мерцать – при приближении к нему транспорта на определенное
расстояние, а известно, что вся изменяющаяся информация хорошо привлекает к
себе внимание.
Также радужные голограммы могут служить в качестве ретро-рефлектора,
отражающего свет фар. В этом случае голографический светоотражатель будет
способен разделять по цвету свет, отраженный от собственных фар конкретного
автомобиля и фар автомобиля, идущего навстречу, идущего по соседней полосе
или выезжающего сзади на обгон.
«Если использовать голограмму в качестве ретро-рефлектора, тогда то, что
освещается конкретным автомобилем, будет светиться его водителю, скажем,
зеленым, а в обратную сторону, например, красным. Это будет показателем того,
что по определенной полосе уже кто-то движется, и значит ехать туда нельзя», –
комментирует Андрей Путилин.
Еще один пример использования голограмм на дороге – оповещение
пешеходов о приближении автомобиля. Не секрет, что пешеходы порой
«забывают» про светофоры, а водители – про «зебру». Голографические мигающие
знаки, встроенные непосредственно в проезжую часть или около нее, могли бы
оповестить пешехода о возможной опасности, а водителя – о пешеходном переходе
впереди, то есть послужить на пользу представителям обеих групп участников
дорожного движения. Но и это отнюдь не все преимущества использования
голограмм на дороге.
«Такого же типа знаки могут использоваться в причальных приспособлениях,
например, визирах, причем там это даже более важно, чем на дороге. Еще на
парковках – там голограмма могла бы сигнализировать о приближении опасной
зоны, например, стены. Еще голограммы можно интегрировать в систему световых
сигналов транспортных средств. То есть это практически вся инфраструктура,
связанная с дорогой, где есть перемещающийся источник света», – подытоживает
руководитель проекта.
В подмосковных городах столицы, да и в самой Москве, в местах
пешеходных переходов очень скоро появятся 3D голограммы переходящих «зебру»
людей. Для организации проекта под названием «Инновационная дорога»
определены два перекрестка: в Москве на Пятницкой и в Долгопрудном.
Изготовлением переходов с 3D голограммой занимается Московский физикотехнический институт. Устройство представляет собой лазерный проектор,
который устанавливают сверху светофора. В местах пешеходных переходов
предусмотрено поставить специальные датчики движения, которые будут
сигнализировать проектору о приближении людей, и тот сразу же создаст
виртуальную проекцию пешеходов. Водитель будет заранее предупрежден, видя
данную проекцию, и успеет вовремя затормозить.
Окраска и внешний вид многих бабочек тем или иным способом связаны с
защитой от врагов.
Морфо Деидамия. Сверху на крыльях широкая
зеленовато-голубая полоса с металлическим блеском,
снизу – коричневый узор с глазками. Хищников
сбивает с толку такая разница в окраске. Птица,
увидев ослепительно голубую бабочку, устремляется
за ней в погоню, но натыкается на другую,
коричневую. Птица летит дальше, а бабочке удается
скрыться.
Задание №2 (до 25 баллов): Вам прекрасно известно кто такой стоматолог. Не
мало, наверное, Вам известно и о заболевании зубов. Часть знаний, скорее всего,
получена из личного опыта.
Вопросы:
1. Как вы думаете, у какой группы позвоночных в процессе эволюции впервые
появилась возможность заболевания зубов?
2. С какими особенностями анатомии и физиологии это связано?
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие Ваш ответ.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
Впервые зубная система появляется у рыб. Она недифференцированная –
зубы одинаковые по форме и выполнению функций. По краям челюстных костей
начали расти острые жесткие конусы, которые позволяли лучше удерживать
добычу. Вскоре это преимущество стало решающим для выживания, и постепенно
ротовой инструмент становился все больше и прочнее. Рыбий зуб из
костеподобного материала дентина имеет форму конуса, который покрыт
необычайно жестким слоем – зубной эмалью. Зубная эмаль состоит из
износоустойчивого фосфата кальция (апатита). Она сохраняется на протяжении
миллионов лет в горных породах, поэтому от давно вымерших древних рыб
остаются хорошо сохранившимися, прежде всего, зубы. У рыб, в
противоположность людям, существует постоянная смена зубов. Изношенные зубы
выпадают и заменяются новыми. Такая замена происходит до конца жизни рыбы.
Челюсти усеяны зубами различного возраста и именно того вида, который всегда
обеспечивает функцию кусания. Хищная рыба, не имеющая зубов, испытывала бы
трудности с удерживанием добычи и не смогла бы продолжать свой род, так как
погибла бы от голода. Зубы у акул расположены в несколько рядов, кроме того,
они еще и растут на протяжении всей жизни. Акульи зубы не имеют корней,
поэтому легко теряются, но на смену выпавшим тут же выдвигаются более
молодые зубы из следующего ряда. В течение жизни большой белой акулы у нее
сменяется до 30 тысяч зубов.
Зубы крокодилов, как и всех рептилий, тоже растут всю жизнь, но новый зуб
вырастает в полости старого зуба и развивается по мере стирания предыдущего.
Поскольку зубы у млекопитающих служат для удержания и для измельчения
пищи, то высокий процент того, что между зубами у них могут оставаться волокна
пищи (животные его не могут вытащить). Волокна пищи сгнивают, разрушая
зубную эмаль, то есть появляется заболевание – кариес.
Заболевания зубов характерны для человека, они возникают у него на разных
этапах жизни. Кариес и тому подобное – это своеобразная плата за неправильное
питание, за дизбиоз в ротовой полости. Состояние зубов зависит от микрофлоры
ротовой полости, а микрофлора от той пищи, которую мы едим.
У Амурского тигра нет кариеса!!! И зубы он никогда не чистит.
Задание №3 (до 25 баллов): Каждый вид живого организма стремится занять свою
экологическую нишу, найти свое место в биогеохимическом круговороте веществ,
обеспечить себя пищей и энергией. В связи с этим в экологии принято разделять
живые организмы на три группы: продуценты, консументы и редуценты.
Вопросы:
Могут ли живые организмы одновременно являться:
1.
2.
3.
4.
Продуцентами и консументами?
Продуцентами и редуцентами?
Редуцентами и консументами?
Продуцентами, редуцентами и консументами?
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие Ваш ответ.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
1. Продуцентами и консументами в пищевой цепи одновременно могут быть
следующие организмы:
эвглена зелёная, которая на свету питается как растения за счёт наличия в
клетках хлорофилла (продуцент), в темноте как животное потребляет готовые
органические вещества (консумент);
растения – «хищники», например венерина мухоловка, которые
синтезируют органику в процессе фотосинтеза (продуценты) и потребляют
готовые органические вещества при переваривании насекомых (консументы);
растения – паразиты, например омела белая, способны к фотосинтезу
(продуценты), а готовую органику получают из тканей организма-хозяина
(консументы).
2. Продуцентами и редуцентами одновременно могут быть тионовые
серобактерии. Например, Thiobacillus novellus способна получать энергию за
счёт окисления соединений серы, далее эта энергия используется для синтеза
органических соединений (хемотроф, продуцент), но в то же время хорошо
растёт на средах с сахарами, спиртами и органическими кислотами, разрушает
их и получает энергию (редуцент).
3. Редуцентами и консументами одновременно могут быть факультативные
сапротрофы, например, сумчатые грибы, у которых вегетативная стадия
паразитирует на растениях, питаясь за счёт органических веществ растенияхозяина (консументы), сумчатая стадия обитает на отмерших листьях или
стеблях растений (редуценты). Представителем являются виды рода Rhizopus,
которые образуют серую гниль плодов.
К организмам, выступающим в пищевой цепи в качестве консументов и
редуцентов одновременно, по-моему, можно также отнести микоризные грибы
(груздь, подосиновик, маслёнок, белый гриб). Они получают питательные
вещества, разлагая остатки растений, опад, как редуценты. Но и получают
органические вещества из растения, с которым формируют микоризу, через
гифы, проникающие в клетки растения (консументы).
4. Я смогла выделить только одну группу организмов, которые способны быть
одновременно продуцентами, консументами и редуцентами. Это сине-зелёные
водоросли (цианобактерии). Их поразительные способности получать энергию
и питательные вещества различными способами дали им возможность занять
самые разные экологические ниши, иногда с экстремальными условиями
жизни. За счёт различных способов фототрофного питания (фотосинтез,
фоторедукция, фотогетеротрофизм) они могут быть продуцентами. Многие
фототрофы при избытке в среде органики переходят на гетеротрофный тип
питания (консументы). Некоторые цианобактерии используют для очистки
воды, они разлагают органические вещества, вода становится пригодной для
технического использования (редуценты).
Задание №4 (до 25 баллов): В процессе создания очередного робота военного
назначения ученые биологи и инженеры из американского технологического
университета позаимствовали весьма любопытную технику перемещения в
пространстве у представителей одного из семейств о.Lepidóptera. Несмотря на то,
что понять до конца данный механизм передвижения ученым так и не удалось, они
создали прототип робота, действующего на аналогичных принципах. Особый
механизм перемещения позволяет прототипу робота развивать ускорение около 1g,
в результате чего достигая весьма значительных скоростей.
Специалисты в области робототехники, проводившие экспертизу этого робота,
считают данную новацию весьма полезной. Они заявляют что роботы,
использующие подобную технику перемещения в сочетании с традиционными
вариантами, могут быть весьма эффективными и пригодиться не только для
военных целей, но и в роли спасателей, инспекторов промышленных сооружений
или окружающей среды и т.д.
Вопросы:
1. Что
же
представляет
собой
механизм
перемещения
робота,
позаимствованный у представителей одного из семейств о.Lepidóptera
специалистами в области бионики?
2. Почему робот, использующий данный механизм перемещения, должен его
использовать в сочетании с другими традиционными вариантами?
3. В каких ситуациях данный способ перемещения представители одного из
семейств о.Lepidóptera весьма эффективно используют в реальной жизни?
4. Приведите аргументы и примеры, подтверждающие Ваш ответ.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
Убегающая от хищника гусеница способна
за 0,1 секунды свернуться в кольцо и развить
скорость более 20 сантиметров в секунду,
перекатываясь как колесо. Такой специфический
способ побега удалось воспроизвести мягкому
роботу.
Инженеры и биологи из американского университета Тафтса (Tufts
University) объединили усилия и построили устройство по имени GoQBot, которое
использует любопытную технику «аварийного» перемещения гусениц.
Как объясняет PhysOrg.com, резкое сворачивание в кольцо, которое
прокатывается по поверхности, является одним из самых быстрых «колёсных»
движений в живой природе. Причём авторы исследования подчёркивают: как
именно мускулатура гусениц генерирует в столь краткое мгновение солидный
всплеск мощности – до сих пор не исследовано до конца.
Отсутствие полной ясности с биомеханикой не помешало создать
искусственный аналог спасающейся гусеницы.
Американские учёные построили 10-сантиметрового мягкотелого робота. Он
состоит из силиконовой резины, а в действие приводится за счёт встроенных
катушек из сплава с памятью формы. При их включении бот развивает ускорение
около 1 g и раскручивается более чем до 200 оборотов в минуту. Максимальная
скорость GoQBot превышает полметра в секунду.
Пять инфракрасных излучателей по бокам робота помогли учёным
отслеживать его движение с помощью скоростных камер. Экспериментируя с
машиной, исследователи смогли объяснить, почему гусеницы не используют
«колёсную» технику передвижения как стандарт. Увы, этот метод действует только
на ровной поверхности и к тому же требует большого количества энергии.
Однако роботы могли бы заимствовать у гусениц умение переключаться
между различными режимами перемещения. На открытых пространствах мягкие
машины катились бы с высокой скоростью, а на пересечённой местности
переходили бы на движение ползком.
Максимальное количество баллов – 100