САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ Общеобразовательный предмет: Биология 2011-2012 учебный год Вариант 3 10-11 класс

ЗАДАНИЕ 1. Выберите все правильные ответы из пяти предложенных. Обведите буквы, расположенные рядом с правильными ответами. Исправления не допускаются.

1. Юный энтомолог отправился летним днем  на экскурсию и был покусан кровососущими насекомыми. О каких насекомых идет речь? 

Комары звонцы

Слепни 

Овода

Клещи

Комары-пискуны 

2. Многие растения имеют водозапасающие ткани и являются суккулентами. В каких местообитаниях Вы можете их встретить? 

В пустынях 

В кронах деревьев влажного тропического леса 

На морских побережьях  

На скалах в горной местности 

На насыпях железных дорог 

3. Какие структуры Вы обнаружили бы, изучая клетку возбудителя холеры при помощи электронного микроскопа? 

Митохондрии

Клеточная стенка 

Рибосомы 

Хлоропласты

Эндоплазматическая сеть

4. Секрет желудка и поджелудочной железы содержит ферменты протеазы. Какие вещества образуются в результате работы этих ферментов? 

Протеины

Белки

Полипептиды

Олигопептиды 

Аминокислоты 

5. Какой отдел позвоночного столба человека в норме НЕ может состоять из пяти позвонков? 

Шейный 

Грудной 

Поясничный

Крестцовый

Копчиковый 

6. За последние 250 млн. лет в процессе эволюции неоднократно появлялись животные с телом длиной более 10 м. Кем могли (или могут) быть эти животные по типу питания? 

Планктонофагами 

Растительноядными (консументами 1 порядка) 

Сверххищниками (консументами, занимавшими верхнее положение в пищевой цепи) 

Редуцентами

Внутрикишечными паразитами 

ЗАДАНИЕ 2. Укажите стрелками ( → ) последовательность этапов восстановительной сукцессии.

ЗАДАНИЕ 3. Работа с рисунком. 

Подпишите названия элементов схемы, обозначенных цифрами.

На схеме представлен путь энергетического обмена. Укажите названия его этапов (вписав названия в рамки 2-4), название вещества, вступающего в реакцию (1), и одного из продуктов (5).

ЗАДАНИЕ 4. Работа с рисунком.

Схематично дорисуйте недостающие части обоеполого цветка двудольного растения, обозначьте их стрелками с цифрами и подпишите их названия в таблице, рядом с соответствующим номером.

Ответ готовится к публикации

 

ЗАДАНИЕ 5.Биологическая комбинаторика.

Заполните пустые ячейки таблицы словами «Да» или «Нет». Исправления не допускаются. 

Какие признаки характерны для половых клеток большинства многоклеточных животных?

Признак  Тип половой клетки	Жгутик	Акросома	Митохондрия	Большой запас питательных веществ в цитоплазме	Запас молекул иРНК в цитоплазме
Яйцеклетка	Нет	Нет	Да	Да	Да
Сперматозоид	Да	Да	Да	Нет	Нет

ЗАДАНИЕ 6. Работа с текстом.

Перед Вами текст, содержащий пять биологических ошибок. Внимательно прочтите его, найдите ошибки и объясните, в чем они заключаются, заполнив свободные поля таблицы. 

 Ниже приведен ответ студента на экзамене по молекулярной биологии.

«У эукариотических организмов ДНК находится только в ядре. Кольцевые молекулы двуспиральной ДНК взаимодействует с белками-гистонами. В этих комплексах молекула ДНК наматывается на комплекс из гистонов, образуя так называемую рибосому. Молекула ДНК в интерфазном ядре представляет собой структуру, напоминающую нитку бус. В таком состоянии наследственный материал называется хроматином. Поскольку процесс укладки ДНК сопровождается спиральным закручиванием, его называют спирализацией. Хроматин, в свою очередь, взаимодействует с негистоновымия ядерными белками и РНК, что приводит к дальнейшей спирализации и конденсации наследственного материала. Получившийся в конечном итоге комплекс называется хромосомой. Хромосомы видны в клетке только во время метафазы деления. Количество хромосом является видоспецифичным признаком и в диплоидной клетке равно количеству групп сцепления.» 

1	ДНК эукариотических организмов находится не только в ядре, но также в митохондриях и пластидах
2	ДНК эукариотических организмов не кольцевая, а линейная
3	Такая структура называется «бусины на нитке»
4	Хромосомы видны в клетках не только во время метафазы
5	Количество групп сцепления в организмах определенного вида равно количеству хромосом в гаплоидном наборе

ЗАДАНИЕ 7. Работа с информацией.

Внимательно прочитайте предложенные фрагменты текста и рассмотрите рисунки, затем переходите к выполнению заданий. 

Фрагмент 1. 

Восприятие речи — важнейшее свойство мозга человека. Появление у человека второй сигнальной системы позволило ему отражать окружающую действительность в виде словесных понятий и представлений, а также суждений и умозаключений (мышление и сознание). В реализации функции речи участвуют различные области коры больших полушарий головного мозга, в том числе центры Вернике и Брока (рисунок А).

Центр Вернике расположен в височной доле коры левого полушария. После повреждения этой области человек может хорошо слышать и даже узнавать различные слова, но теряет способность понимать смысл услышанного. Более того, человек может сохранять способность читать, но не понимает смысла прочитанного. В эксперименте электрическая стимуляция области Вернике вызывает появление сложных картин: человек может видеть зрительные сцены и вспоминать детство, у него могут быть слуховые галлюцинации в виде специфических музыкальных пьес и даже слов знакомых людей, что подтверждает важную роль центра Вернике в понимании различных форм сенсорного опыта.

Область Брока расположена в лобной доле коры левого полушария. Она детально обрабатывает информацию, полученную из области Вернике. Она координирует процесс вокализации, направляя сигналы в моторную кору, которая запускает соответствующие движения губ, языка и гортани. Вероятные этапы передачи информации, когда человек видит, узнает и называет знакомое лицо, показаны на рисунке Б.

 Рисунок. Некоторые функции коры мозга.

А. Области левого полушария, имеющие отношение к функции речи.

Б. Пути движения импульсов при назывании видимого объекта (горизонтальное сечение мозга).

В. Области правого полушария правши, имеющие отношение к распознаванию лица (продольное серединное сечение мозга).

Фрагмент 2. Неспособность распознавать лица (прозопагнозия) возникает при поражении средней части правой височной доли у правшей. Люди, страдающие этим заболеванием, могут узнавать формы предметов и воспроизводить их, могут узнавать людей по их голосам, но не могут определить знакомые лица, когда видят их.

Возбуждение лимбической системы коры, таламуса и ретикулярной формации ответственно за восприятие таких качеств, как приятное, неприятное, боль, комфорт. Электрическая стимуляция определенных участков коры определяет локализацию ощущений на поверхности тела и появление объектов в поле зрения (вызывает чувство прикосновения, вспышки в поле зрения и пр.).

Повреждение в области Брока вызывает моторную афазию (замедление речи, затруднённое произнесение слов), а при тяжёлом повреждении области Брока речь ограничена 2–3 словами.

При повреждении области Вернике возникает сенсорная афазия, т.е. нарушение восприятия звукового состава слов. Тем не менее, при этом не изменяется произнесение слов, и индивидуумы иногда говорят очень много. При этом их речь малопонятна, утрачивается понимание смысла сказанных или написанных слов.

 1. Прочитайте фрагмент 1. Выберите правильные утверждения, основываясь на информации, изложенной в этом фрагменте:

a) Все функции речи сосредоточены в одной зоне коры больших полушарий.

b) Мимика, речь и жесты относятся к одной сигнальной системе.

c) Oбласть Брока расположена в лобной доле левого полушария 

d) При повреждении центра Вернике человек может сохранять способность читать, но не понимает смысла прочитанного. 

2. Прочитайте фрагмент 2. Выберите правильные утверждения, основываясь на информации, изложенной в этом фрагменте:

a) Разрушение некоторых областей коры может вызвать замедление речи. 

b)Прозопагнозия – это неспособность ощущать боль и комфорт.

c) Люди, страдающие прозопагнозией, могут узнавать формы предметов и воспроизводить их. 

d) При повреждении центра Вернике теряется способность к произнесению звуков.

 3. Рассмотрите рисунок. На основании данных, приведенных на рисунке, выберите правильные утверждения 

a) Области Брока и Вернике связаны между собой дугообразным пучком 

b) Речевые функции локализованы в правом полушарии головного мозга у правшей. 

c) Хранилище имен располагается в затылочной доле левого полушария. 

d) Способность узнавать знакомые лица у левшей связана с правым полушарием. 

4. Основываясь на информации из фрагмента 2 и рисунка В, выберите  правильные утверждения 

a) Таламус мозга отвечает за способность ощущать боль. 

b) Электрическая стимуляция некоторых отделов коры может вызвать вспоминание имен знакомых людей. 

d) Глазные яблоки входят в состав лимбической системы мозга.

c) Лимбическая система мозга отвечает за обработку речевой информации.

 5. Основываясь на имеющейся у Вас информации и представленного материала, укажите, какие из перечисленных структур относятся к системе коры больших полушарий. 

a) область Брока 

b) область Вернике 

c) угловая извилина 

d) таламус

ЗАДАНИЕ 8. Решите задачу по генетике и поясните ход ее решения. Используйте для ответа специально отведенное поле.

У кошек окраска шерсти зависит от наличия клеток-меланоцитов, способных вырабатывать черный пигмент меланин и другие пигменты. У обладателей доминантного аллеля W меланоциты в волосяных сумках отсутствуют, поэтому их шерсть оказывается совершенно белой, у гомозигот ww меланоциты имеются, и черный пигмент может вырабатываться. Другой ген, наследуемый независимо от первого, определяет распределение пигментов по длине волоса. У носителей доминантного аллеля этого гена (А-) волос имеет чередующиеся кольца черного и оранжевого пигмента, что придает им серую окраску. У гомозигот аа волос заполнен только черным пигментом, такие кошки, соответственно, черные. Какое расщепление по генотипу и фенотипу следует ожидать в потомстве, полученном при многократном скрещивании черной самки с дигетерозиготным самцом? Известно, что аллель W обладает множественным эффектом, влияя еще и на слух животных. Будем считать, что 30% белых кошек глухи, а 70% обладают нормальным слухом. Какое расщепление по признаку слуха можно ожидать в потомстве, полученном в результате указанного скрещивания? Оба гена – аутосомные.

Ответ. 

1. Согласно условию задачи, черная окраска проявляется только у особей ww. У животных WW и Ww клетки-меланоциты в волосяных сумках отсутствуют, и пигмент вообще не вырабатывается, поэтому такие кошки будут белого цвета, независимо от того, какие из аллелей второго гена у них присутствуют. Поэтому черная самка может обладать только генотипом wwaa и образует гаметы wa. Дигетерозиготный самец имеет белую окраску и образует 4 типа гамет в равном соотношении, так как гены расположены в разных парах гомологичных хромосом. Среди их потомства все котята, несущие аллель W, будут белого цвета, котята wwAa – серыми, а wwaa – черными. Ожидаемое расщепление –  

2 белые (Ww-a) : 1 серые (wwAa) : 1 черные (wwaa). В данном случае наблюдается один из вариантов взаимодействия генов - доминантный эпистаз.  

Р: фенотипы родительского поколения	Черная самка  (согласно условию)	х	Белый самец
Р: генотипы родительского поколения	wwaa		WwAa  (согласно условию)
G (гаметы)	wa		WA, Wa, wA, wa

Решетка Пеннета: 

Гаметы родителей	WA	Wa	wA	wa
wa	WwAa  белые	Wwaa  белые	wwAa  серые	wwaa  черные

 

F1: генотипы потомства	WwAa;  Wwaa;  wwAa;   wwaa
F1: фенотипы потомства по окраске шерсти	белые;  белые;  серые;  черные
F1: соотношение фенотипических классов по окраске шерсти	2 белые  :  1 серые  :  1 черные      50%    :      25%    :      25%

2. Каково ожидаемое расщепление по признаку слуха? В условии говорится только о множественном действии аллеля W. Все серые и черные котята (в сумме - 50% от общего числа кошек) не несут аллеля W и, следовательно, обладают нормальным слухом. Доля белых потомков (носителей W) составляет также 50%. Из белых котят 70% (т.е. 35% от общего числа потомков) обладают нормальным слухом, а оставшиеся 30% (15 % от общего числа потомков) – глухи. Таким образом, доля котят с нормальным слухом равна 50%+35%=85%. Доля глухих, как уже говорилось, – 15%. Расщепление приблизительно 17:3. 

ЗАДАНИЕ 9. Дайте развернутый ответ на вопрос. Используйте для ответа специально отведенное поле.

 Какие способы распространения неподвижных или малоподвижных многоклеточных животных вам известны? Приведите примеры и предложите классификацию этих способов.

Ответ: 

Вопрос касается животных, которые не могут самостоятельно перемещаться с одного места на другое или же их перемещение ограничено способностью к локомоции. К первой категории относятся, например, взрослые морские желуди, многие кораллы, мшанки, самки щитовок. Ко второй категории принадлежит, например, гидра, которая ведет сидячий образ жизни, но все-таки обладает ограниченными способностями к перемещению (оседлый организм). Под распространением будем в первую очередь понимать расселение, т.е. занятие новых мест обитания, удаление одних особей от других.  

Вначале рассмотрим расселение взрослых животных, тем более что в некоторых случаях (не очень часто) в их онтогенезе или жизненном цикле могут отсутствовать какие-либо подвижные расселительные стадии. Для них остается лишь возможность к пассивному расселению, которое происходит с помощью внешних агентов. Заметим, что пассивность расселения отнюдь не означает отсутствие специфических адаптаций, которые могут быть очень разными (морфологические, поведенческие, биохимические и пр.) Заметим также, что активное перемещение оседлых организмов, наподобие гидры, вряд ли способствует эффективному расселению на большие расстояния. В сходном положении оказывается, между прочим, и взрослая аскарида: она очень подвижна, но ее собственное активное движение в большинстве случаев ограничено кишечником. Как могут расселяться такие формы? 

В некоторых случаях наблюдаются явление форезии («ношения»), когда одни организмы используют других, более крупных и подвижных, исключительно в качестве «транспортного средства». Наиболее известные примеры: путешествия клещей на насекомых, насекомых и различных паукообразных на птицах и др. Важное отличие настоящей форезии – отсутствие между организмами каких-то иных взаимодействий, например, пищевых. В этом случае мелкие организмы реализуют формы поведения, позволяющие выбрать носителя, и могут использовать его сравнительно недолго.  

Сходная ситуация – перемещение организмов, обитающих на теле или в теле подвижных форм, например, морские желуди, живущие на коже китов или морских черепах, актинии, обитающие на раковинах рака-отшельника. Другой пример того же рода - это перемещение паразита вместе с его хозяином (трихинелла, бычий цепень, вши, перьевые клещи и др.). В этих случаях между организмами устанавливаются более сложные и разнообразные отношения.  

Пассивное перемещение возможно и при использовании неживого субстрата. Например, расселение прикрепленных водных животных (мшанок, асцидий) на плавающих кусках древесины или днищах судов может происходить на огромные расстояния, что способствует расширению видовых ареалов.  

И еще один вариант – пассивное перемещение вместе с подвижной средой обитания, например, планктонных организмов, переносимых течениями. Здесь уместно вспомнить также пауков, использующих паутинки для полета в воздушной среде, и некоторых двустворчатых моллюсков, способных парить в толще воды при помощи биссусных нитей. Особенность этих вариантов состоит в том, что данные организмы имеют специальные морфологические приспособления, способствующие удержанию в толще воды ли в воздухе и, соответственно, способствующие расселению. Более того, они часто могут им управлять (вспомним гидростатические аппараты планктеров). В силу этих причин многие специалисты считают подобные случаи примерами не пассивного, а активного расселения, несмотря на то, что сам процесс и происходит под действием внешних сил.  

Выше шла речь о расселении взрослых организмов, однако расселяться таким путем можно и на других стадиях онтогенеза, причем расселение является одной из важнейших функций данных стадий. Вот несколько примеров: 

- На стадии яйца. Здесь можно вспомнить флотирующие в воде яйца некоторых беспозвоночных и яйца паразитов, рассеиваемые в окружающей среде при помощи ее разнообразных агентов (например, аскарида). 

- Личиночные стадии, не способные к эффективному активному движению (например, мелкие личинки многих водных беспозвоночных в потоке воды ведут себя как пассивные частицы, даже несмотря на наличие локомоторного аппарата, так как их собственные двигательные усилия несравнимы с силой течений). Они используют варианты пассивного расселения, указанные выше для взрослых. 

- Специализированные продукты бесполого размножения губок-бадяг (геммулы) и мшанок (статобласты). Будучи либо очень мелкими, либо имеющими к тому же увеличенную площадь поверхности, зацепки или газовые камеры, эти образования способствуют распространению в основном пассивным путем. 

Теперь обратимся к вариантам безусловно активного расселения, которое включает различные формы самостоятельной локомоции (плаванье, ползанье, полет и пр.).  

У большинства неподвижных и малоподвижных форм в онтогенезе или в жизненном цикле имеются специальные расселительные стадии.  

- Подвижные личинки, способные к активному движению и, что очень важно, к активному выбору своего положения в столбе воды и выбору подходящего местообитания (науплии и циприсы морских желудей, парусники многих моллюсков, цифонауты мшанок, плютеусы иглокожих). Подобные личинки имеют развитый локомоторный аппарат и способны к длительным перемещениям, хотя бы в пределах микробиотопа. Реализуя активные формы поведения, они способны регулировать свое положение в столбе воды и эффективно использовать внешние течения. Здесь можно вспомнить и стадию личинки «бродяжки» в жизненном цикле некоторых насекомых, например щитовок. 

- Взрослые стадии некоторых животных. Например, у щитовок самки могут быть вообще неподвижны, а самцы имеют крылья. Сравнительно малоподвижны (или, по крайней мере, ведут оседлый образ жизни) некоторые личинки ручейников, чьи домики прикреплены к субстрату. У них имеется крылатая взрослая стадия (имаго).  

- Иногда можно говорить об особых поколениях в сложном жизненном цикле животных, реализующих функцию расселения. Классическим примером являются многие гидроидные и сцифоидные кишечнополостные, у которых в ходе жизненного цикла происходит закономерное чередование поколения прикрепленных полипов и поколения медуз, активно плавающих в толще воды.  

Таким образом, классифицировать способы распространения можно различным образом. Вот два примера классификаций, предложенных участниками олимпиады: 

Классификация 1. 

1. 
   Пассивное расселение  
   

¾    При помощи других организмов (форезия как частный случай комменсализма, использование хозяев паразитами, мутуалистами) 

¾    При помощи агентов неживой природы 

¾    При помощи человека (преднамеренная интродукция, случайная интродукция) 

2. 
   Активное расселение. 
   

Классификация 2. 

1. Имеются специальные расселительные стадии в онтогенезе или жизненном цикле 

¾    На стадии яйца 

¾    На стадии личинки 

¾    На взрослой стадии 

2. Специальные расселительные стадии отсутствуют 

 ЗАДАНИЕ 10. Дайте развернутый ответ на вопрос. 

Прочитайте задание. Составьте схему исследования, укажите последовательность необходимых действий. 

В кишечнике всех термитов обитают жгутиконосцы-гипермастигиды. Предложите схему исследования, позволяющую определить тип взаимоотношений между этими организмами.

Ответ: 

По мнению многих, данная задача решается в эксперименте с совместным и раздельным содержанием данных видов. Теоретически необходимо получить возможность содержания данных организмов при следующих условиях: 

А-  термиты, зараженные гипермастигинами. 

В-  термиты без гипермастигин. 

С- гипермастигины без термитов. 

Не забыть про повторности. 

После определенной экспозиции проанализировать индивидуальные (размеры особей, параметры, оценивающие физиологическое состояние, и т.п.) и популяционные (смертность, рождаемость и т.п.) характеристики благополучия данных видов.  

Если у гипермастигин благосостояние в ситуации А выше, чем в С, а у термитов в А выше, чем в В, тогда имеем дело с мутуализмом. 

Если у гипермастигин благосостояние в ситуации А выше, чем в С, а у термитов, напротив, в В выше, чем в А,  тогда это паразитизм, причем гипермастигины - паразиты. 

Если у гипермастигин благосостояние в А выше, чем в С, а у термитов В = А, тогда это комесализм, гипермастигины - комменсалы. 

Если у гипермастигин благосостояние в А равно в С, а у термитов В  выше, чем в А, тогда это аменсализм  

Другие варианты также возможны (конкуренция, «выращивание» (эксплуатация) со стороны термитов, нейтрализм). 

Однако при решении данной задачи на первый план выходят ее технические аспекты: 

- как получить термитов, не зараженных гиперастигинами (например, отравляющие вещества, требуют экспериментальной проверки на отсутствие воздействия на термитов); для решения этой задачи применительно к данной системе использовали повышение температуры: при этом протисты гибнут, а насекомые сохраняют жизнеспособность. 

- выведение термитов из яиц в стерильных условиях.  

- как культивировать гипермастигин вне термитов. Учитывая, что обитатели кишечника термитов живут в очень своеобразных условиях (отсутствие кислорода, сложный состав среды) и в естественных условиях вне организма насекомых не встречаются, эта проблема представляется наиболее сложной. Впрочем, отдельные попытки в свое время оказались успешными. Заметим, что сам факт специфичности гипермастигид в отношении местообитания уже свидетельствует об их теснейших отношениях с насекомыми. Предложение попытаться культивировать простейших в других хозяевах представляется не самым лучшим вариантом.  

Задача осложняется еще и тем, что кроме гипермастигид в кишечнике термитов обитают другие простейшие и множество бактерий. Более того, внутри клеток самих гипермастигид, как и на их поверхности, также обитают бактерии. Есть данные, что именно бактериальные симбионты гипермастигид, а не сами простейшие, вырабатывают целлюлазы – ферменты, расщепляющие клетчатку. В любом случае, все эти организмы также оказывают влияние на насекомых. Поэтому в вопросе о взаимоотношениях термитов и гипермастигид по-прежнему остается много неясного. Исследователи идут по пути изучения всего сообщества в отношении метаболических взаимодействий между его компонентами. Кишечное сообщество микроорганизмов в целом совершенно необходимо термитам для выживания.