Выберите растение с мочковатой корневой системой
Статьи Соросовского Образовательного журнала в текстовом формате
Биология
ЗАДАЧА 1
стержневую корневую систему,
1) банан; 2) белый лотос; 3) вереск; 4) вороний глаз; 5) гранат; 6) женьшень; 7) кокосовая пальма; 8) клюква; 9) ковыль; 10) лещина; 11) ландыш; 12) омела; 13) опунция; 14) подорожник; 15) подсолнечник; 16) рогоз; 17) столетник; 18) хрен.
А. Стержневой называют корневую систему, которая состоит из главного и боковых корней. Даже если главный корень прекратил расти, а боковые достигли большей длины, корневая система все равно считается стержневой. Мочковатой называют корневую систему, образованную придаточными корнями (то есть корнями стеблевого происхождения).
Однако решение задачи не ограничивается простым разделением растений из списка на однодольные и двудольные. Тип корневой системы зависит от возраста растения и способа размножения. Поэтому следует принять во внимание еще несколько важных факторов.
Часто в жизнь растений вмешивается человек и размножает их не семенами, а стеблевыми черенками или отводками. У искусственно размноженных растений все корни придаточные, и поэтому стержневой корневой системы быть не может. Размножение черенками эффективно для лотоса, вереска, граната, клюквы, лещины, опунции, хрена. В принципе можно укоренить и черенки подсолнечника, но это занятие в практическом плане совершенно бессмысленное. При выращивании хрена использование корневых черенков — главный способ размножения, а значит, у хрена корневая система всегда стержневая. Для остальных перечисленных выше растений подобные ситуации менее типичны.
Б. Преимущества стержневой и мочковатой систем — понятие довольно относительное, поскольку в одних и тех же условиях могут обитать растения с обоими типами корневой системы (например, посеянная и вегетативно размноженная лещина). Не следует думать, что эффективность разных корневых систем определяет обеспеченность влагой (если влаги много — мочковатая, если мало — стержневая). На самом деле в степях рядом можно встретить ковыль (мочковатая система) и солодку (стержневая), в пустынях — верблюжью колючку (стержневая), злаки и осоки (мочковатая). И тем и другим растениям удается добраться до грунтовых вод несмотря на анатомические различия. Конечно, можно сформулировать комплексные условия, в которых стержневая корневая система обеспечивает преимущества для выживания в совокупности с одними особенностями строения растения (например, развитостью и долговечностью надземной части), а мочковатая корневая система — в совокупности с другими особенностями. Точно так же на болотах при избыточном увлажнении (когда корневая система расположена в верхних слоях почвы) обитают и росянка с сосной (стержневая корневая система), и осока с клюквой (мочковатая).
Единственное место обитания, где почти не встречаются растения со стержневой корневой системой, — ветви деревьев в тропическом лесу. Стержневой корень в этих условиях не может удерживать зеленую массу. Даже если у проростка была стержневая корневая система, она очень быстро превращается в мочковатую благодаря образованию придаточных корней.
А. Заполните таблицу, поставив «+» в тех случаях, когда две тысячи лет назад на соответствующей территории данное животное уже было домашним (либо одомашнено местными жителями, либо завезено соседями), и «-» в остальных случаях.
Кратко сформулируйте различные роли, которые может играть одомашненное животное в хозяйстве человека. Какие животные были «исполнителями» каждой из этих ролей у разных народов (не только жителей территорий, упомянутых в пункте А.
Б. К началу нашей эры кроме животных, упомянутых в таблице, в Центральной Америке был одомашнен индюк, в Индии — куры, осел, свинья, в Средиземноморье — коза, куры, осел, свинья, голубь, в Японии — куры, свинья.
I. «Источник пищи». Сюда можно отнести как использование в пищу мяса самого животного — корова, овца, свинья, домашняя птица, кролик (у разных народов), собака (Китай), северный олень (народы Севера), так и употребление продуктов его жизнедеятельности (яиц, молока, меда) — корова, коза, домашняя птица (у разных народов), верблюд, лошадь (Азия), лама (Южная Америка), медоносная пчела.
III. «Охотник-мышелов», «охотник-змеелов» — кошка (у разных народов), ласка, змеи (Греция, Древний Рим), мангуст (Индия).
V. «Воин», «охранник» — лошадь, слон, собака, различные кошачьи, крокодил (у разных народов).
VII. «Священное животное», «жертвенное животное» — кошка (Египет), корова (Индия) и др.
IX. «Связной» — собака, голубь.
XI. «Лабораторные животные» — крыса, мышь, дрозофила, шпорцевая лягушка и др. (вне связи с национальными традициями).
А. Выберите из приведенного перечня верные утверждения.
1) бешенством; 2) ботулизмом; 3) ветрянкой; 4) гайморитом; 5) диабетом; 6) дифтерией; 7) корью; 8) лейкемией; 9) малярией; 10) миастенией; 11) рахитом; 12) ревматизмом; 13) свинкой; 14) скарлатиной; 15) столбняком; 16) туберкулезом.
Напомним, что антибиотики — это специфические соединения, образуемые микроорганизмами (бактериями и грибами) и способные в очень низких концентрациях оказывать избирательное токсическое действие на другие микроорганизмы и клетки некоторых видов злокачественных опухолей. Отсюда ясно, что антибиотики применяются для лечения инфекционных заболеваний (вызываемых возбудителями-микроорганизмами) и воспалительных процессов. Вирусы устойчивы к действию антибиотиков. Однако при вирусных инфекциях (таких, как грипп, корь, ветрянка) тоже часто назначают антибиотики — не против самого вируса, а для лечения возможных осложнений (бронхиты, пневмонии, гнойные процессы и пр.).
I. Строго инфекционные (не вирусные) заболевания — острый (бактериальный) гайморит, дифтерия, скарлатина и туберкулез. Антибиотики являются основным средством лечения этих болезней.
Часть из оставшихся болезней вообще не являются инфекционными:
— миастения — аутоиммунное заболевание мышц;
Использование антибиотиков не окажет положительного воздействия на людей, страдающих этими болезнями.
ЗАДАЧА 4
впадают в зимнюю спячку;
1) бобр; 2) еж; 3) жаба обыкновенная; 4) клест; 5) лемминг; 6) медведь белый; 7) медведь бурый; 8) нетопырь; 9) соболь; 10) сойка; 11) соня; 12) сорока; 13) сурок; 14) уж обыкновенный; 15) филин.
Для каких животных создание запасов пищи — приемлемый способ преодоления неблагоприятных условий зимы, а для каких нет? Почему?
А. Впадают в зимнюю спячку: еж — логично считать, что понятие «еж» объединяет европейского, восточноевропейского, даурского и ушастого ежей (все они впадают в спячку), но не гимнуров — представителей семейства Ежовые, обитающих в Юго-Восточной Азии; жаба обыкновенная; медведь белый — в спячку впадают только беременные и неполовозрелые самки; медведь бурый; нетопырь; соня; сурок; уж обыкновенный.
Б. Спячка — особая форма приспособления к сезонным изменениям условий существования (прежде всего к низкой температуре окружающей среды). Из холоднокровных животных в зимнюю спячку впадают многие рыбы, все амфибии и рептилии, обитающие в высоких и умеренных широтах. Это приспособление выработалось в связи с невозможностью функционирования их организмов при отрицательных температурах и недоступности используемых в пищу беспозвоночных. Из теплокровных животных в зимнюю спячку впадают многие млекопитающие и только один вид птиц (калифорнийский козодой).
1) организмы, рацион которых составляют летающие насекомые (рукокрылые);
3) многие крупные и средние грызуны, живущие на открытых пространствах и не делающие запасов (суслики, сурки, многие хомяки), — в связи с невозможностью добывать корм под снегом;
5) крупные представители отряда Насекомоядные, питающиеся рептилиями, амфибиями и наземными насекомыми (ежи);
Не впадают в спячку представители отрядов, которым свойственны сезонные миграции (Китообразные, Ластоногие, все копытные). Исключение составляют летучие мыши, у которых спячки чередуются с миграциями.
Запасание пищи служит приспособлением, позволяющим сохранять устойчивое питание. Создание запасов свойственно преимущественно высшим группам животных со сложной нервной деятельностью.
Из млекопитающих без зимних запасов не могут существовать те, кто имеет небольшие размеры (интенсивность метаболизма высока, а жировые отложения формировать попросту негде) и питается семенами и сухими частями растений (этот корм долго хранится). К таким животным относятся многие грызуны (мыши, полевки, песчанки, белки, хомяки и др.) и зайцеобразные (пищухи). Мелкие насекомоядные в течение всей зимы находят под землей достаточно живого корма (почвенные беспозвоночные), поэтому в спячку не впадают и запасов не делают. Хищные зачастую прячут остатки добычи, но поскольку ее легко могут обнаружить по запаху другие хищники, данная стратегия в их питании не является основной.
ЗАДАЧА 5
А. Какие из этих двух вариантов можно встретить у животных следующих типов?
Б. Приведите по одному-два примера животных-фильтраторов, относящихся к каждому из указанных выше типов. (Если это возможно, в примерах должны быть представлены обе стратегии: I и II.)
А. Губки. Личинки губок не являются фильтраторами, жгутики у них выполняют двигательную функцию. Как только личинка прикрепится к субстрату (станет взрослой формой), функция жгутиков изменяется — с их помощью губки начинают фильтровать воду. Таким образом, жгутики, первоначально служившие для передвижения организма в воде, начинают прогонять воду через организм (пример — бадяга).
Моллюски. Свободноплавающие личинки двустворчатых моллюсков превращаются в сидячую форму-фильтратора (примеры — беззубка, устрицы, морской гребешок).
Хордовые. Известны низшие хордовые, которые фильтруют и на личиночной стадии, и во взрослом состоянии. К их числу относится ланцетник. Существуют фильтраторы и среди высших хордовых, например усатые киты. Если не проявлять излишний педантизм и не рассматривать отдельно новорожденных (питающихся, очевидно, материнским молоком), то этих животных можно отнести к «пожизненным» фильтраторам.
Причина использования фильтрации только на личиночной стадии у комаров и мошек понятна — это смена взрослыми особями водной среды обитания на наземную.
Среди выращиваемых человеком растений выделяют группу пропашных культур — растений, которые высеваются рядами с широкими, систематически обрабатываемыми междурядьями.
1) арахис; 2) брюква; 3) горчица; 4) картофель; 5) капуста; 6) конопля; 7) кукуруза; 8) лен; 9) овес; 10) подсолнечник; 11) полба; 12) просо; 13) сахарный тростник; 14) соя; 15) хлопчатник.
Как вы полагаете, что случится, если пропашную культуру выращивать как непропашную (посеять произвольным образом и не обрабатывать грунт)? Будут ли результаты подобного эксперимента одинаковы для разных видов пропашных растений? Ответы обоснуйте.
Б. Междурядья обычно регулярно рыхлят, чтобы уничтожить проростки сорняков. Все пропашные культуры в начале вегетативного сезона развиваются плохо, и их легко могут заглушить быстро растущие сорняки. Кукуруза, конопля, подсолнечник, полба, просо развиваются из семян очень быстро, их можно не рыхлить, поэтому пропашными культурами они не являются. Лен, овес и многие другие злаки сеют загущенно; образующиеся дружные всходы подавляют рост сорняков (а выход продукта, представляющего интерес для земледельца, при плотной посадке этих культур не снижается). Сахарный тростник — многолетнее растение, которое имеет значительный запас питательных веществ, быстро растет и достигает большой высоты. Поэтому сорняки не могут заглушить посадки сахарного тростника. Тем не менее рыхление полезно для всех растений, поскольку оно улучшает воздушный режим корней.
Если пропашную культуру не обрабатывать, сорняки легко ее заглушат. В одних случаях растения могут погибнуть совсем, в других резко упадет количество и качество урожая. Например, капуста при таком выращивании хуже завязывает кочаны, картофель дает мелкие клубни. Сосуществование рядом с сорняками приводит к более высокой влажности, поэтому часть растений будет поражаться грибковыми и бактериальными заболеваниями. Последнее является общим для всех пропашных культур.
В зависимости от того, на какие элементы конечностей опираются при движении млекопитающие, их разделяют на три группы: стопоходящие, пальцеходящие и фалангоходящие.
1) волк; 2) гепард; 3) гризли; 4) жираф; 5) кабан; 6) кенгуру; 7) лось; 8) лошадь; 9) полевка; 10) слон; 11) тушканчик; 12) человек.
А. Из млекопитающих, упомянутых в задаче, к стопоходящим относятся гризли, полевка, слон и человек (обсуждение балетной техники вряд ли оправданно на биологической олимпиаде); к пальцеходящим — волк, гепард, кенгуру и тушканчик; к фалангоходящим — жираф, кабан, лось и лошадь.
Пальцехождение характеризуется значительно большей скоростью передвижения, что обусловлено удлинением конечностей и уменьшением площади соприкосновения с землей. Однако эти анатомические перестройки ограничивают манипуляционные возможности. Пальцехождение свойственно высшим хищникам (им нужно догнать добычу и удержать ее), мелким грызунам и насекомоядным, обитающим на открытых пространствах (чтобы быстро уходить от погони и проходить в поисках корма большие расстояния — вспомните тушканчиков и прыгунчиков).
ЗАДАЧА 8
Д-р Аккурат, ознакомившись с планом коллеги, заявил, что такое исследование будет крайне поверхностным, не учитывающим многих факторов.
В полемике с д-ром Наплевайтом можно использовать следующие аргументы.
II. Предложенный план никак не учитывает того обстоятельства, что участки поля могут изначально отличаться по свойствам (плодородию и пр.). Уверенность в том, что полученные различия — следствие действия пестицидов, явно преждевременна.
IV. Следует также отметить, что используемые соединения могут как-то воздействовать на саму пшеницу (причем возможно и положительное и отрицательное влияние на ее урожайность), на свойства почвы, взаимодействовать с вносимыми удобрениями и пр.
VI. Эффективность пестицида существенно зависит от времени его внесения. Оптимальное время для каждого пестицида определяется жизненным циклом организма, против которого он направлен, а значит, оно для разных пестицидов неодинаково.
VIII. Может оказаться, что на опытном поле встречаются виды, штаммы и организмов-вредителей, устойчивые к действию данных пестицидов. Это обстоятельство снижает объективность получаемых данных.
X. Наконец, д-р Наплевайт при изучении «основных причин» не рассматривает потери урожая, связанные с деятельностью человека.
А. Выберите из приведенного перечня выводковых и птенцовых птиц.
Б. Какие особенности образа жизни и строения птицы позволяют с высокой вероятностью (необязательно 100%-ной) предположить, что у данного вида птенцовый тип развития потомков? А какие особенности позволяют предположить выводковый тип развития? Ответ аргументируйте, пояснив связи между этими особенностями и типом развития птенцов.
Б. Поставленные во второй части задачи вопросы не требуют детального описания того, как развиваются птенцы у выводковых и птенцовых птиц (если уж это известно, то зачем «предполагать тип развития потомков» у данной птицы!). Необходимо на основании особенностей развития птенцов логически вывести, какие черты строения и образ жизни характерны для их родителей.
Птенцовые птицы. Птенцы вылупляются голыми или слабо опушенными, со слабо развитой мускулатурой конечностей, слепыми, с закрытыми слуховыми проходами. Температура тела птенцов в первую половину гнездовой жизни непостоянна. К этой группе принадлежат воробьиные, дятлы, кукушки, стрижи, голуби, колибри, ракши, зимородки, веслоногие, удоды, хищники, совы, трубконосые. Птенцовые птицы строят гнезда преимущественно на возвышениях (деревьях, скалах, домах, обрывах). Они добывают пищу в кронах деревьев или в погоне — за млекопитающими, птицами и летающими насекомыми.
ЗАДАЧА 2
1) бронхиальная астма; 2) гемофилия; 3) ишемическая болезнь сердца; 4) кардиосклероз; 5) малярия; 6) недостаточность аортального клапана; 7) недостаточность митрального клапана; 8) подагра; 9) сердечная астма; 10) слоновость; 11) тромбофлебит; 12) фарингит.
Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А.
2. Из перечисленных патологических состояний длительное изменение кровяного давления могут вызывать:
— ишемическая болезнь сердца. Одно из ее проявлений — стенокардия, часто связанная с ростом артериального давления;
Стойкое изменение частоты сердечных сокращений (ЧСС) могут вызывать:
— к проявлениям ишемической болезни сердца относятся, в частности, стенокардия, инфаркт миокарда, постинфарктный кардиосклероз. Для этих патологий характерны тахикардия, нарушения сердечного ритма в виде различных (часто приступообразных) аритмий;
— пороки сердца, среди которых на первом месте по встречаемости стоит порок митрального клапана, на втором — порок клапана аорты. Неполное смыкание створок клапанов приводит к нарушению кровообращения. На первых стадиях гемодинамика может быть нормальной, но развитие заболевания часто сопровождается нарушениями сердечного ритма (так называемые сердцебиения).
Сама по себе сердечная астма — приступы одышки, обусловленные патологическим повышением давления в левом предсердии, — не приводит к изменению сердечного ритма и кровяного давления. Однако вызывающие ее заболевания обычно связаны с патологиями сердечно-сосудистой системы. Так, сердечная астма наблюдается при ишемической болезни сердца и сопряженных с ней нарушениях, митральном стенозе, мерцательной аритмии, гипертоническом кардиальном кризе и др.
Артериальная гипотензия возникает в результате поражения миокарда (инфаркт миокарда), при снижении периферического сопротивления, кровопотере, низком венозном тонусе. Устойчивая артериальная гипотензия наблюдается при болезнях, сопровождающихся недостаточностью гипофиза или надпочечников.
Брадикардия (низкая частота сердечных сокращений) может быть связана со снижением автоматизма синоатриального узла: при поражениях узла, нарушении проводящей системы (блокада сердца) или под действием систем нервной или гуморальной регуляции (дефицит гормонов щитовидной железы, избыточное содержание в крови желчных кислот).
Регуляция работы органов человека осуществляется двумя системами: нервной и эндокринной. В таблице представлены некоторые гормоны, выделяемые эндокринными железами, и две части вегетативной нервной системы.
Б. Объясните, воздействие на какие органы или процессы соответствует каждому из знаков «+», поставленных вами при заполнении таблицы.
Функции вегетативной нервной системы заключаются в регуляции работы внутренних органов. При этом два отдела вегетативной нервной системы играют неодинаковую роль. В угрожающих ситуациях (связанных у животных с борьбой или бегством от опасности, а у человека — с эмоциональным или физическим напряжением) активируется симпатический отдел. В спокойном состоянии (отдых, сон) преобладают влияния парасимпатического отдела, которые обеспечивают протекание пищеварения и других процессов, направленных на поддержание постоянства внутренней среды организма.
Адреналин, гормон мозгового слоя надпочечников, по химическому строению очень сходен с норадреналином — медиатором симпатических нейронов. Поэтому они вызывают сходные эффекты: расширение зрачков, увеличение частоты и силы сердцебиений, сужение кровеносных сосудов многих органов, рост артериального давления, расширение бронхов, возрастание работоспособности мышц, стимуляцию расщепления гликогена в печени и жиров в жировой ткани (и как следствие — увеличение содержания в крови глюкозы и жирных кислот), торможение перистальтики кишечника и секреции пищеварительных соков и др.
Вазопрессин — гормон задней доли гипофиза. Его второе название — антидиуретический гормон, потому что его действие приводит к снижению диуреза (выделения мочи). Следовательно, вазопрессин вызывает увеличение объема крови и артериального давления. Давление повышается еще и потому, что вазопрессин сужает кровеносные сосуды.
Наконец, окситоцин, тоже гормон задней доли гипофиза, дублирует действие симпатической системы при родах (вызывая сокращение матки) и семяизвержении (сокращая гладкую мускулатуру семявыносящих протоков).
Еще одним интересным примером «парасимпатического» гормона, не упомянутого в задаче, является гастрин. Он вырабатывается клетками стенки желудка и двенадцатиперстной кишки и стимулирует пищеварение: секрецию кислоты, воды и ферментов в желудке и двенадцатиперстной кишке, сокращение стенок желудка.
ЗАДАЧА 4
1) арахисовое; 2) веретенное; 3) горчичное; 4) касторовое; 5) кукурузное; 6) оливковое; 7) подсолнечное; 8) розовое; 9) соевое; 10) хлопковое?
Б. Какие еще растения, используемые человеком для получения масел, вы знаете?
А. Арахисовое масло получают из семян арахиса (земляного ореха). Веретенное масло — техническое масло, получаемое из семян клещевины методом экстракции или горячего прессования. Горчичное масло получают из семян горчицы (существуют также эфирные горчичные масла, которые содержатся в хрене и других растениях). Касторовое масло, как и веретенное, получают из семян клещевины, но другим способом — холодным прессованием. Оливковое масло получают из плодов оливкового дерева (маслины), подсолнечное — из семян подсолнечника, соевое — из бобов сои, хлопковое — из семян хлопчатника, кукурузное — из семян кукурузы. В отличие от перечисленных выше розовое масло — это эфирное масло, получаемое из лепестков розы.
Основной мировой сбор различных масличных культур (а большинство этих растений специально культивируется человеком) приходится на сезоны, когда созревают плоды и семена. Даже в пределах одного полушария это могут быть разные сезоны: например, на юге северного полушария созревание происходит быстрее, чем в северных широтах. Многие растения произрастают в обоих полушариях. Соответственно сезоны сбора такого растения разные, хотя и называются одинаково. Лето в северном полушарии — это июнь-август, а в южном — декабрь-февраль. Можно этот подход конкретизировать для каждого растения, но общая идея ясна: основной сбор растений, дающих жирные масла, приходится на лето и осень — периоды созревания плодов и семян.
ЗАДАЧА 5
А. Какие из этих видов почек характерны для перечисленных ниже растений?
Б. Как, по вашему мнению, может «включаться» механизм распускания почек? Какие эксперименты позволят проверить выдвинутые вами гипотезы? (При ответе следует принять во внимание, что некоторые почки являются спящими — распускаются через несколько лет после закладки.)
Береза — единственное в приведенном списке растение, соцветие которого успевает развиться летом предыдущего сезона и зимует не в почках. Иначе говоря, соцветие формируется по мере роста побега, не имея «зачатка» — предшественника внутри зимующей почки. Следовательно, у березы нет никаких иных почек, кроме вегетативных.
Генеративные почки, из которых ничего, кроме соцветия, не развивается, бывают у крыжовника и тополя.
I. Повышение температуры. Для проверки можно воспользоваться знакомым нам всем подходом — срезать ветки с покоящихся растений зимой, внести в помещение и поставить в воду. Разумеется, для корректности этого доказательства необходим четкий контроль — сравнение со срезанными ветками, которые находятся в тех же условиях, но при более низкой температуре. Еще более четкие доказательства дадут опыты с изменением температурного режима выращивания целого растения (в оранжереях и пр.).
III. Наличие верхушечных почек роста. Спящие почки открываются после того, как верхушка побега окажется повреждена.
V. Содержание гормонов в побеге. Обычно в начале периода покоя (осень — начало зимы) повышение температуры не приводит к открыванию почек. Способность распускаться появляется у почек не ранее середины зимы. Показано, что к этому времени падает содержание гормонов, ингибирующих рост. У мутантных растений с нарушенным синтезом гормонов-ингибиторов почки распускаются преждевременно. Обработка ингибиторами роста не позволяет почкам открываться.
ЗАДАЧА 6
I) фагоцителла 1 — концентратор, сгущающий микроскопическую пищу в точке ее захвата;
III) фагоцителла 3 — фильтратор, прогоняющий через сквозную полость тела воду с пищевыми частицами и задерживающий их на фильтрах жгутиковых клеток.
1) вторичноротых (иглокожих, погонофор, полухордовых, хордовых); 2) гребневиков; 3) губок; 4) кишечнополостных; 5) кольчатых червей; 6) круглых червей; 7) плоских червей; 8) плакозоев (трихоплакса)?
Непосредственными потомками фагоцителл могут считаться четыре группы животных, упомянутые в условии: плакозои, губки, кишечнополостные и плоские черви.
Губки. Питаются с помощью фильтрации. Жгутиковые клетки гонят воду через сквозную полость. Эти же клетки способны отфильтровывать мелкие пищевые частицы. Губок можно считать потомками фагоцителлы 3.
Плоские черви. Представителями этого типа, наиболее близкими к предковым формам, обычно считают бескишечных турбеллярий. Они не имеют полости тела и покрыты слоем ресничных клеток. Их предком можно считать фагоцителлу 1. Существует и другая точка зрения, согласно которой бескишечные турбеллярии являются вторично упростившейся группой, а предковые формы имели неразветвленную слепо заканчивающуюся кишечную полость. В этом случае наиболее вероятный предок плоских червей — фагоцителла 2. (Оба варианта ответа в олимпиадных работах будут оцениваться положительно.)
Первые три из четырех рассмотренных выше групп являются сравнительно высокоспециализированными. Кроме того, ископаемые остатки губок и кишечнополостных обнаруживают лишь в довольно поздних отложениях. Поэтому наиболее вероятными предками большинства остальных групп можно считать плоских червей.
Происхождение круглых червей связывают с появлением у предковых форм, напоминающих турбеллярий, сквозного кишечника и переходом к фильтрующему способу питания (как у современных брюхоресничных червей). Собственно круглые черви, по всей видимости, возникли при переходе к жизни в грунте, потребовавшей более обтекаемой формы тела, прочной кутикулы и развития «гидростатического скелета» — полостной жидкости, находящейся под высоким давлением.
Вторичноротых обычно считают произошедшими от сегментированных форм, напоминающих кольчатых червей. Промежуточным этапом этого эволюционного перехода были сидячие фильтраторы. С фильтрацией связано наличие у хордовых жаберных щелей, которые позже стали служить для газообмена. Среди вторичноротых ближе всех к предковым формам полухордовые. Развитие нервной, опорной и двигательной систем было вызвано переходом к активному образу жизни, который в разных группах осуществлялся независимо. Так у хордовых появились нервная трубка, хорда и мускулатура, нервное кольцо, у иглокожих — известковые пластинки и амбулакральная система.
Приведем примеры рассуждений, обосновывающих положение на филогенетическом древе еще некоторых типов животных.
Происхождение моллюсков связывают либо с кольчатыми, либо с плоскими червями. В первом случае доказательством родства служит сходство личиночных стадий, наличие некоторых линейно расположенных множественных пар органов (например, жабр) и перикардиальной полости, которую считают остатком целома. Во втором случае доказательством служит отсутствие сегментации и полости тела. Защитная раковина, появившаяся у моллюсков, резко изменила общий план их строения: нарушилась метамерия (если предками моллюсков считать кольчатых червей), возникли специфические органы дыхания, выделения и циркуляторная система.
ЗАДАЧА 7
— топические — изменение условий местообитания одного организма в результате жизнедеятельности другого;
— фабрические — использование одним организмом другого организма (живого, мертвого или продуктов его жизнедеятельности) для строительной деятельности.
1) береза; 2) бурундук; 3) бурый медведь; 4) гусиный лук; 5) дождевой червь; 6) дуб; 7) жук-олень; 8) землеройка; 9) кабан; 10) майский жук; 11) медуница; 12) подберезовик; 13) прыткая ящерица; 14) рыжий лесной муравей; 15) рябина.
(При ответе на вопрос пункта А нужно учитывать только прямые связи всех типов.)
— дождевой червь с подберезовиком, медуницей, гусиным луком, березой, дубом, рябиной, кабаном, прыткой ящерицей и землеройкой;
— дуб с кабаном и бурундуком;
— кабан с жуком-оленем и майским жуком;
— бурый медведь с кабаном, рыжим лесным муравьем и бурундуком.
II. Топические связи. За свет друг с другом конкурируют береза, дуб, рябина и гусиный лук. Дождевой червь изменяет среду обитания всех этих растений (почву). Землеройка и ящерица конкурируют за кормовые ресурсы. Пример непосредственного изменения условий обитания — подщелачивание березой почвы, что делает почву более благоприятной для роста дуба.
IV. Фабрические связи: рыжий лесной муравей — дуб, рябина, береза; бурундук — кабан (обустройство гнезда бурундука кабаньей шерстью); бурый медведь — береза, дуб.
А С В
А С В
А С В
ЗАДАЧА 8
<Зачастую больным приходится удалять миндалины или аппендикс. И оказывается, что без этих органов вполне можно обходиться! Так стоит ли дожидаться болезней? Не лучше ли пресечь их «в зародыше», вырезав миндалины и аппендикс в раннем возрасте?>
Нет, с Кифой Мокиевичем соглашаться не следует.
Миндалины — это скопления лимфоидной ткани в глотке. Их всего шесть: парные небные и трубные, непарные язычная и глоточная. Когда говорят об удалении миндалин, то обычно имеют в виду небные миндалины. (Их нетрудно разглядеть через открытый рот.)
Теперь разберемся с функциями аппендикса. Во-первых, аппендикс (как и большинство отделов желудочно-кишечного тракта) содержит в своей стенке лимфоидную ткань. А значит, он тоже выполняет защитную миссию — здесь созревают лимфоциты, формируется клеточный и гуморальный иммунитет.
Теперь понятно, что удаление этих органов «просто так», без достаточных оснований будет вредно, а не полезно. Другое дело, если их нормальная работа в силу каких-то причин (чаще всего инфекции) нарушилась. В случае аппендицита (то есть заболевания аппендикса) поражается стенка отростка, повреждения постепенно становятся сквозными, через появившиеся отверстия содержимое кишечника начинает попадать в брюшную полость, развивается перитонит. Тут уж ясно: либо операция (чем быстрее, тем лучше), либо… Ситуация с миндалинами аналогична. Их удаление оправданно, если миндалины поражены и не защищают организм.
В таблице приведены органы цветкового растения и системы органов человека.
Б. Обоснуйте данный вами в пункте А ответ, объяснив для каждого «+» в таблице, какие функции являются аналогичными.
В соответствии с требованиями задачи сначала заполним таблицу, а затем обоснуем решение.
Осморегуляцию также осуществляют все органы растения. Они имеют различные приспособления для удержания воды (восковая кутикула, мясистые сочные листья, развитая корневая система у ксерофитов) или для защиты от ее избыточного поступления (активное поглощение ионов или выравнивание водного потенциала клетки с окружающей средой с помощью вакуолей у гидрофитов) в зависимости от водного режима среды обитания растения.
3. Аналогом кровеносной системы человека у цветковых растений можно считать проводящую систему, состоящую из флоэмы, по которой органические вещества идут с током жидкости от листьев к другим органам, и ксилемы, по которой вода движется от корня к листьям. Важно понимать, что проводящая система является элементом строения не только стебля, но и других органов цветкового растения.
5. Функцию опоры в растении выполняют корень, закрепляющий и удерживающий его в земле, и стебель, поддерживающий надземные органы. Опорную функцию могут выполнять и листья: например, усики гороха — это видоизмененные листья. К передвижению цветковые растения не способны, однако возможны движения отдельных органов. Сюда можно отнести настические движения листьев в зависимости от освещенности (бобовые) или при прикосновении (мимоза). Многие растения открывают и закрывают цветки в определенное время суток. Тропизмы, или ростовые движения, направляемые внешним стимулом, характерны для всех частей растения. Так, побеги обладают положительным фототропизмом, а корни — отрицательным.
7. То, что аналогом половой системы человека у растений является цветок, не нуждается в дополнительной аргументации. Возможность вегетативного размножения вряд ли достаточный аргумент, чтобы считать все органы растения аналогом половой системы.
ЗАДАЧА 2
А. Какие из этих семи центров являются местами начала культивирования и основного природного многообразия сортов следующих растений:
Б. Представьте себе, что вы собираетесь в экспедицию для пополнения коллекции сортов какого-то культурного растения. На основании исторических данных вы выбрали, в какой из центров происхождения следует направиться. Однако обследовать всю его территорию вы не сможете. Какими соображениями вы будете руководствоваться, определяя маршрут экспедиции? (Ясно, что некоторые из таких соображений пригодны практически для всех видов культурных растений, а некоторые — лишь для части из них.)
Далеко не для всех видов культурных растений происхождение их сортов ограничивается одним центром, поэтому первую часть ответа мы представим в виде таблицы:
— изучение ассортимента крупных сельскохозяйственных рынков данного региона;
— изучение публикаций других специалистов, работавших в данном регионе;
— анализ исторических данных;
Конечно, участники олимпиады вправе предложить и свои оригинальные идеи.
А. При каких из перечисленных ниже заболеваний человека уровень иммуноглобулинов в крови по сравнению с нормой повышен, понижен?
Б. Обоснуйте ответы, данные вами в пункте А.
Рост концентрации иммуноглобулинов в крови наблюдается при инфекционном гепатите (но не при гепатите, вызванном действием токсичных веществ), инфаркте миокарда, коклюше, миеломах, системной красной волчанке, циррозе (как инфекционном, так и алкогольном). Падает содержание иммуноглобулинов у больных с опухолями лимфоидной системы, гипоплазии костного мозга. Что же касается базедовой болезни и чесотки, то для этих заболеваний вряд ли можно построить логические цепочки, приводящие к достоверному изменению уровня иммуноглобулинов.
Стимуляция роста содержания иммуноглобулинов как таковых — занятие достаточно бессмысленное. Плавающие в крови иммуноглобулины представляют собой смесь множества вариантов молекул, способных специфически связываться с самыми разными соединениями. Поэтому при борьбе с болезнью важно интенсифицировать наработку антител именно против ее возбудителя (или на худой конец против какого-то опасного вещества, образующегося в организме в результате развития патологических процессов). Иммуностимуляция однозначно бессмысленна при борьбе с неинфекционными заболеваниями. Широкое применение нашли иммуностимуляторы в медицинской и ветеринарной практике для усиления иммунного ответа при проведении профилактических прививок. Для иммуностимуляции людей используют сапрофитные микобактерии или разрушенные клетки вакцины БЦЖ. Адъювантным (иммуностимулирующим) действием обладают многие неорганические и органические соединения — минеральные коллоиды, животные и растительные масла и жиры, липополисахариды и др. Адъюванты могут усиливать воспалительную реакцию, замедлять разложение антигена и его вывод из организма. В ситуациях, когда в организме уже в изобилии имеется инфекционный агент, мероприятия по его сохранению и демонстрации иммунной системе будут явно запоздалыми. Весьма полезными на этом этапе будут медиаторы иммунного ответа — регуляторные вещества, которые продуцирутся лимфоцитами и моноцитами и оказывают влияние на функциональное состояние и взаимодействие клеток, участвующих в иммунном ответе. Многие медиаторы способствуют созреванию иммунокомпетентных клеток либо активируют синтез антител этими клетками.
Ботаники выделяют три типа плодов:
— сложные плоды, образующиеся из цветка с несколькими пестиками;
А. Разделите по этим группам перечисленные ниже растения.
Б. Объясните, в каких случаях возникают одно- и многосемянные плоды. Каковы сравнительные достоинства и недостатки тех и других?
Б. Односемянные плоды образуются из цветка с одной завязью, состоящей из одного плодолистика с одним семязачатком. Многосемянные плоды могут быть сложными и простыми. Сложные многосемянные плоды образуются из цветка с несколькими пестиками. Простые многосемянные плоды могут образовываться из цветков с одним пестиком, состоящих либо из одного плодолистика с несколькими семяпочками, прикрепленными к его внутренней поверхности, либо из нескольких плодолистиков.
ЗАДАЧА 5
А. Разделите перечисленные ниже соединения на несколько групп в зависимости от соотношения их концентраций в этих трех биологических жидкостях у здорового человека.
(В ответе кратко охарактеризуйте соотношения концентраций для каждой группы и перечислите входящие в нее соединения из перечня.)
Первичная моча образуется путем выдавливания плазмы крови через почечный фильтр в полость боуменовых капсул. При этом содержащиеся в плазме молекулы сортируются по размеру: мелкие беспрепятственно проходят через фильтр, а крупные задерживаются. Молекулы белков — гемоглобина, сывороточного альбумина и отчасти инсулина — в почках здорового человека не покидают просвета кровеносных капилляров. Ничтожное количество белка, которое все-таки фильтруется, подвергается обратному захвату (пиноцитозу) клетками почечных канальцев. Следовательно, концентрация белков в плазме крови существенно выше, чем в первичной и вторичной моче. (Для гемоглобина приведенные рассуждения имеют лишь теоретическое значение. В плазме крови здорового человека гемоглобина нет — он содержится только в эритроцитах.) Содержание всех остальных веществ из перечня ввиду их низкой молекулярной массы в первичной моче близко к содержанию в плазме крови.
I. Молекулы веществ, нужных организму (глюкоза, аминокислоты, из которых в списке приведен фенилаланин, сульфат-ионы и фосфат-ионы), в почечных канальцах подвергаются специфическому обратному поглощению (реабсорбции). Их концентрация во вторичной моче ничтожно мала.
III. Токсичные и чужеродные вещества (мочевина, пищевые красители) не только не реабсорбируются, но и секретируются в мочу клетками почечных канальцев. Это же правило выполняется для ионов водорода — плазма крови имеет слабощелочную реакцию, а моча — слабокислую.
IV. Особое положение занимают ионы натрия. Они подвергаются неполному обратному поглощению. В итоге их содержание в концентрированной вторичной моче лишь ненамного меньше, чем в плазме крови.
Биологи выделяют два основных вида симметрии, характерной для общего плана внешнего строения живых организмов: радиальную и двустороннюю.
1) Губки; 2) Иглокожие; 3) Кишечнополостные; 4) Кольчатые черви; 5) Круглые черви; 6) Моллюски; 7) Плоские черви; 8) Хордовые; 9) Членистоногие.
Перечислите известные вам случаи эволюционного перехода в царстве Многоклеточные животные от одного из видов симметрии тела к другому. Какими причинами были вызваны эти переходы?
У наиболее примитивных многоклеточных животных — губок и плакозоев — какая бы то ни было симметрия тела вообще отсутствует. Кишечнополостным свойственна радиальная симметрия.
В связи с направленным движением вперед в теле почти всех высших многоклеточных животных (в том числе во всех остальных типах, упомянутых в условии задачи) прослеживается продольная ось, совпадающая с направлением перемещения. Органы чувств и центры нервной интеграции находятся у переднего конца оси, левая и правая половины тела становятся билатерально-симметричными.
ЗАДАЧА 7
А. С какими факторами связано расположение этих пяти апвелингов? Из приведенных ниже причин выберите истинные.
Б. Объясните, как факторы, указанные вами в пункте А, обеспечивают формирование апвелингов. Исходя из построенной вами при этом модели, попытайтесь предсказать расположение в Мировом океане дополнительных зон апвелинга.
Б. Все крупные апвелинги располагаются у западных побережий близких к экватору территорий с крутыми склонами берегов и преобладанием ветровых потоков с материка в океан.
Вращение атмосферы несколько отстает от вращения Земли, что определяет преобладающее направление ветров в этих районах (сила Кориолиса): в южном полушарии — с северо-востока на юго-запад, в северном полушарии — с юго-востока на северо-запад, то есть с материка в океан. Ветер сухой, так как он несет воздушные массы с материка. Поэтому прилегающие к побережью территории — пустыни. Отгоняя от берега поверхностные слои воды, ветровые потоки вызывают их активное перемешивание. В результате минеральные биогены выносятся восходящими потоками с абиссали на поверхность. Создаются благоприятные условия для бурного развития планктона и апвелинговых экосистем.
Описанная модель работает и в зонах, более удаленных от экватора (хотя и не вызывает столь разительных изменений). Более мелкие зоны апвелинга следует искать на физической карте, используя два основных критерия:
2) большая глубина океана в непосредственной близости от береговой линии.
ЗАДАЧА 8
«Автор сообщает, что желто-черная полосатая окраска тела открытой им мухи Obmanus bezzhalostnum свидетельствует о мимикрическом сходстве с открытой автором же осой Modelus zhalostnum. А почему не с тигром? Мало ли на свете полосатых животных! Кому именно подражает (если вообще подражает) данная муха, надо выяснять экспериментально, а не изрекать необоснованные суждения!»
В планируемом исследовании можно выделить два логических блока.
1. Подражающий вид принимает окраску вида-модели для защиты от хищников, которые по каким-то причинам модель не трогают. Для проверки гипотезы проведем следующие эксперименты.
Б. Создадим для хищника искусственные условия, близкие к природным. Будем предлагать ему мух как с мимикрической окраской, так и без нее (черно-желтых, но в целом не похожих на ос). Установим, влияет ли полосатая черно-желтая окраска на выбор добычи хищником.
При планировании эксперимента важно учитывать:
б) возможность неверных выводов, вызванных спецификой содержания подопытных животных;
г) продолжительность исследований (вряд ли стоит проводить изучение эволюционных процессов, поскольку такие работы дадут ответ на поставленный вопрос как минимум через десятилетия).
Часть хищников, поедающих насекомых, — птицы. Опыт, определяющий рацион, они приобретают в течение жизни. Поэтому можно вырастить птицу, которая поедала O. bezzhalostnum, а ос не встречала. Выпустим ее в места обитания O.bezzhalostnum и проследим, каких ос она попытается поймать. Именно эти виды с большой вероятностью являются моделью.
Наконец, следует отметить, что для выбора вида-модели наряду с «чистыми» экспериментами эффективно также сравнение ареалов разных видов.
И.Л. Окштейн, Е.Я. Парнес, О.С. Тарасова, В.В. Чуб
Е.Б. Бабенко, М.А. Власова, Н.В. Волкова, С.М. Глаголев, В.О. Голубинская, А.В. Жердев, И.В. Игнатьев,
Сводный текст подготовлен к публикации А.В. Жердевым
