В.А. ДЕМИДОВ
учитель биологии
Синегорской средней школы,
Кировская область

Продолжение. См. № 4, 6, 8, 9/2006

Школьная биологическая олимпиада

Вопросы и задания для 6–11-х классов

10-й класс

1. Какие особенности присущи растениям, полностью погруженным в воду?

Ответ. Растения, обитающие в водной среде, полностью или большей своей частью погруженные в воду, называют гидатофитами. Им присущи следующие особенности. (Речь идет о цветковых растениях. – Прим.ред.)

• Преобладание вегетативного размножения над семенным.

• Имеют корни, находящиеся в воде, или корневища со слабо развитыми корнями в грунте дна водоема.

• Проводящая система развита слабо, растение всасывает воду с минеральными веществами всей своей поверхностью.

• Гидатофиты, как правило, имеют листья двух родов: верхние удерживают растение на плаву и участвуют в фотосинтезе, нижние ориентируют растение в водном пространстве.

• В стеблях и листьях большое количество воздуха, что позволяет растению удерживаться на плаву.

• Как правило, растения-гидатофиты очень чувствительны к изменению абиотических параметров среды и могут использоваться в качестве биоиндикаторов – показателей чистоты водоемов.

2. Какими способами лист высших растений может защититься от поражения паразитическим грибом, споры которого распространяются ветром?

Ответ. Способов защиты от спор паразитического гриба довольно много. Во-первых, внутри листа существует достаточно высокое клеточное давление (давление студенистого полужидкого содержимого клетки на клеточную оболочку), которое буквально выбрасывает наружу спору, пытающуюся проникнуть внутрь оболочки. Во-вторых, препятствовать проникновению спор внутрь листа может наличие опушения, жестких волосков, плотной и прочной кутины и кутикулы. В-третьих, растение может иметь малое количество устьиц и восковой налет на листьях. Кроме того, некоторые растения выделяют смолы, млечные соки, а также особые химические вещества, губительные для спор грибов-паразитов. Наконец, если поражения грибом избежать не удалось, растение может сбросить часть листвы и таким образом избавиться от паразитического организма.

3. В прошлом столетии в Китае сильно размножившиеся воробьи стали вредить посевам риса. Было принято решение уничтожать воробьев, а каждый предъявивший лапки убитой птицы получал вознаграждение. Однако вместо ожидаемой прибавки урожай резко сократился. Впоследствии китайцы были вынуждены даже ввозить воробьев из-за границы. С чем связано такое развитие событий?

Ответ. Один из законов американского эколога Барри Коммонера может быть сформулирован следующим образом: все связано со всем. Случай, произошедший в Китае после уничтожения птиц, является ярким подтверждением этого закона. Все дело в том, что воробьи, частично поедающие урожай риса, уничтожали и насекомых – вредителей культурных растений. Массовое уничтожение птиц повлекло за собой резкое увеличение численности насекомых-вредителей, которые в отсутствии естественных врагов размножились в таком количестве, что уничтожили урожай риса почти полностью. Выпадение птиц, как одного из звеньев в цепи питания, привело к изменению в численности особей другого звена, что отрицательно сказалось на урожае. Таким образом, можно сделать вывод о том, что любое вмешательство человека в природу должно быть минимальным, научно обоснованным и предварительно смоделированным.

4. Какие преимущества дает насекомым общественный образ жизни?

Ответ. Семьи общественных насекомых (муравьев, ос, пчел) обычно строят крупные жилища, создание которых, безусловно, не по силам одной особи. Наличие такого жилища, иногда к тому же весьма прочного (например, термитника), повышает защищенность как самих насекомых, так и их потомства, запасов пищи. Совместная деятельность общественных насекомых позволяет им поддерживать особый микроклимат в жилищах, что также весьма затруднительно при одиночном проживании особей.
Совместно значительно легче защищаться от врагов, проще заметить их приближение. Обмен информацией между большим числом особей, например о месте нахождения цветков с нектаром, позволяет снизить временные затраты на поиски пропитания.
Всем общественным насекомым свойствен полиморфизм, характеризующийся наличием особей, способных к размножению, – матки и самцов, а также бесплодных рабочих особей. При совместном проживании большого количества насекомых ярко выражена специализация особей по выполняемым функциям. Так, матка избавлена от необходимости добывания пищи, охраны и т.д., при этом ее плодовитость резко возрастает, а вероятность гибели минимальна. Даже между рабочими особями существует разделение труда – одни из них охраняют жилище, другие ухаживают за потомством, третьи заняты поиском пищи. Зачастую узкая специализация позволяет насекомым лучше справляться с их обязанностями. В целом вся семья функционирует как единое целое, выигрывая во всех отношениях по сравнению с одиночно обитающими особями.

5. Какие клеточные органоиды можно назвать «сборочным цехом» клетки, а какие «силовыми станциями»? Почему?

Ответ. «Сборочным цехом» клетки часто называют рибосомы, ведь именно на этих клеточных структурах происходит «сборка» (синтез) белковой макромолекулы из мономерных звеньев – аминокислот.
«Силовыми станциями» клетки называют митохондрии, так как именно здесь происходит окисление органических веществ с выделением (и запасанием. – Прим. ред.) энергии, необходимой для жизнедеятельности.

6. Биоиндикация – определение состояния окружающей природной среды по наличию или отсутствию, а также по состоянию и поведению определенных видов живых объектов. Наиболее известные биоиндикаторы – лишайники? К какому загрязнению среды они чувствительны в первую очередь?

Ответ. Действительно, одними из наилучших биоиндикаторов, в первую очередь чистоты воздуха, в наших лесах могут быть симбиотические организмы – лишайники. Они обладают достаточно высокой чувствительностью к повышенному содержанию в воздухе загрязняющих веществ (в первую очередь, оксидов серы). В районах с загрязненным воздухом слоевище лишайников развито слабо, они болеют, вплоть до их полного исчезновения в районах, где воздух загрязнен чрезмерно. Биоиндикаторами могут служить представители всех трех групп лишайников – листоватых, накипных и кустистых.

11-й класс

1. Какие функции может выполнять жир в организме животных?

Ответ. Функции жиров в организме животных трудно переоценить. Наиболее важной из них является функция аккумуляции энергии. Как запасные вещества жиры (триглицериды) имеют много важных преимуществ перед другими органическими соединениями. Они нерастворимы в воде (гидрофобны) и в клеточном соке, а потому практически не меняют физико-химических свойств цитоплазмы. Вследствие своего обезвоженного и восстановленного состояния жиры представляют собой высококонцентрированные резервы метаболической энергии (выделяющейся в процессе внутренних процессов окисления в клетке). Жиры калорийнее углеводов: выход энергии при окислении 1 г жирных кислот составляет 9 ккал, а для углеводов и белков этот показатель равен 4 ккал. Вследствие того, что жиры запасаются в обезвоженном состоянии, на их долю приходится меньший процент массы тела, что делает организм более подвижным (особенно это важно для хищников, добывающих пропитание преследованием жертвы, где скорость играет решающую роль и от которой зависит, будет ли сыт хищник). Полное окисление жиров приводит к образованию воды и углекислого газа, т.е. продуктов, безвредных для организма. Подкожный жировой слой млекопитающих выполняет теплоизолирующую функцию, уменьшает потери тепла (например, у моржей, тюленей.) Для многих животных характерно наличие «бурого жира». Специальная функция этой ткани – теплопродукция, которая осуществляется в результате разобщения в митохондриях процесса окисления и образования АТФ, из-за чего основная доля энергии выделяется именно в виде тепла. Наличие «бурого жира» особенно важно для организмов, впадающих на зиму в спячку.
Также жировая ткань может выполнять механическую функцию. Например, у китообразных она служит своеобразной подушкой, на которой располагаются внутренние органы. Подкожная жировая клетчатка может выполнять и защитную функцию, например у пингвинов она защищает внутренние органы от повреждений при ударе тела о воду. Жир – важный источник метаболической воды: окисление 1 г жира ведет к образованию 1,1 г воды. Такая особенность позволяет животным выжить в условиях жарких пустынь.
Хорошо известно также, что многие животные используют жиры в качестве смазки, например у многих водоплавающих птиц жир защищает перьевой покров от намокания и облегчает передвижение в воде. Жир выполняет и гидростатическую функцию, т.к. его плотность меньше плотности воды, и плотность тела животного с жировыми запасами будет меньшей, что приводит к повышению плавучести. У ряда наземных членистоногих жиром заполнены клетки «жирового тела», в котором концентрируются ядовитые вещества и вредные продукты жизнедеятельности.
Для жира характерны и узкоспецифические функции. Так, заполненная жиром полость в голове китообразных, по-видимому, выполняет роль своеобразной линзы, которая фокусирует издаваемые животными ультразвуки при эхолокации.
К классу жиров также относятся и те липиды, которые являются структурными элементами клеточных мембран и определяют их свойства, участвуют в клеточной рецепции, обеспечивают гидрофобное окружение для протекания ряда реакций, являются предшественниками некоторых гормонов и витаминов, обеспечивают изоляцию нервных волокон и др.

2. Какие методы борьбы с вредителями сельского хозяйства, не связанные с применением ядохимикатов, вам известны? Почему в последнее время предпочтение отдается именно этим методам?

Ответ. Методы борьбы с вредителями сельского хозяйства без применения ядохимикатов (биологические), можно разделить на две большие группы: связанные с подавлением численности вредителей и основанные на повышении устойчивости растений к вредителям.
Наиболее хорошо известен метод подавления популяций вредителей сельского хозяйства с помощью паразитов и хищников. Есть две основные модификации этого метода: акклиматизация паразита или хищника в природе и искусственное его выращивание с последующим выпуском в те места, которые подвергаются нашествиям насекомых-вредителей. Широко используются в качестве насекомых-паразитов различные наездники. Такие меры борьбы особенно часто приходится применять в случае завоза вредителя на другой континент, где у него нет естественных врагов. Тогда паразита приходится завозить из мест естественного обитания вредителя.
В тех случаях, когда необходимо осуществлять биологическую борьбу против вредителей, постоянно обитающих на некой территории, часто применяют искусственное выращивание его естественных врагов. Например, в промышленных масштабах выращивают и выпускают специализированных паразитов наездников для борьбы с маслинной мухой, калифорнийской щитовкой; божьих коровок – для борьбы с апельсиновым червецом. В нашей стране разводят и применяют наездника трихограмму для борьбы с совками.
Довольно широкое применение и надежное теоретическое обоснование получил метод борьбы с вредителями сельского хозяйства, заключающийся в массовом выпуске стерильных, но способных к спариванию самцов. Самка природной популяции спаривается со стерильным самцом и поэтому не оставляет потомства. Если каждая самка спаривается только один раз, то рождаемость в этой популяции резко падает. Довольно часто размножение в популяции вредителей удается затормозить и более простыми способами. Так, достаточно осветить в течение короткого времени ярким светом плодовые деревья, пораженные листоверткой, чтобы предотвратить переход гусениц в состояние диапаузы, а следовательно, не дать им возможности нормально перезимовать.
Удается сдерживать размножение вредителей сельского хозяйства и путем изменения сроков посева и уборки урожая. Например, ранняя и быстрая уборка зерновых не дает возможности клопу-черепашке накопить достаточных для зимовки запасов питательных веществ, в результате чего на следующий год сильно уменьшается численность популяции. Не следует забывать о карантинных мероприятиях, севообороте, использовании шахматного порядка посевов различных культур, не имеющих общих вредителей, и применении различных ловушек для вредителей.
Другая группа методов биологической борьбы – получение устойчивых к воздействию вредителей или ядовитых для него сортов культурных растений. Особенно перспективным оказалось получение гибридов культурных растений с их дикими предками, часто имеющими те или иные приспособления для защиты от вредителя. Больших успехов в последние годы достигла генная инженерия. Например, получен сорт табака, в генотип которого введен ген, ответственный за синтез вещества, ядовитого для гусениц одного вида бабочек.

3. Чем объясняется значительное различие в содержании углеводов в тканях и органах растений и животных?

Ответ. В тканях растений содержится гораздо больше углеводов, чем в тканях животных. Углеводы, в первую очередь, – источник энергии. Однако жир является более энергоемким, чем углеводы, и животным, которые значительную часть энергии тратят на передвижение, выгоднее хранить энергетические запасы в виде жира. Растения неподвижны, и «экономить вес» им не так важно, поэтому, хотя растения и производят жиры, они в основном хранят «топливо» в виде углеводов.
Другое соображение состоит в том, что растениям нужно больше углеводов, так как углеводы для них – не только источник энергии, но и основной материал для синтеза белка, в то время как животные получают белки с пищей.
Таким образом, различия в содержании углеводов в тканях животных и растений обусловлены различием в их питании и образе жизни. Кроме того, растительные клетки кроме мембраны имеют оболочку, образованную в значительной мере углеводами (клеточная стенка), которой животные клетки лишены.
Листья растений содержат много углеводов потому, что в них углеводы синтезируются и там же остаются. Клубни содержат крахмал, который используется для обеспечения энергией развивающегося растения на тех этапах, когда оно еще не начало синтезировать их само.
У животных аналогом крахмала является гликоген, большое количество которого содержится в клетках печени, поскольку печень животных играет основную роль в регуляции уровня глюкозы в крови.

4. Очень часто вдоль больших и малых автострад в городах можно видеть людей разного возраста, совершающих пробежки. Однако такие занятия спортом пользы не приносят, а часто просто вредны для здоровья. Поясните, почему.

Ответ. Действительно, кросс вдоль автострад здоровья не прибавляет, а даже наоборот, может способствовать его ухудшению. Это происходит по ряду причин.
Сильное загрязнение воздуха выхлопными газами. При беге учащается дыхание (легочная вентиляция возрастает в несколько раз) и сердцебиение, в связи с этим воздействие выхлопных газов, содержащих бензопирен, углеводороды топлива, окиси свинца и т.п., на организм значительно усиливается. Конечно, от одной пробежки летальный исход не наступит, однако многолетние занятия могут привести к болезням органов дыхания (астма, рак).

Продолжение следует