LXVII ШБО. Варианты.
Поскольку отсечка "14:00 сегодняшнего дня", начиная с которой варианты I тура LXVII ШБО более не являются закрытыми, уже пройдена, выложу их для интересующихся тут и на shbo_mgu. Позже они должны появиться и на сайте ШБО.
LXVII Школьная биологическая олимпиада МГУ (2017 г.), I тур.
Вариант 6 класса.
Вопрос № 1. Когда разговор заходит о когтях, обычно на память приходят когти свирепых хищников: тигров, орлов и т.п. Однако ведь когти есть и у многих не хищных животных. Как вы думаете, зачем они им? Ответ поясните примерами.
Вопрос № 2. Осенние листья, лежащие слоем на земле, и такие же листья, собранные в кучу, будут перегнивать с разной скоростью. Предложите объяснения этому наблюдению.
Вопрос № 3. Фотограф Вася Н. любил снимать животных в природе, и поэтому много ездил по разным диким уголкам России. Он всегда старался найти себе опытных компаньонов, которые бы хорошо знали те места, куда он собрался. Так что в поездках Вася получал не только замечательные фотографии, но и ценные советы, в частности, позволявшие сделать эти путешествия более безопасными. Эти советы он тщательно записывал в свой полевой дневник. Перед вами карта последних Васиных экспедиций и выписки из его дневника (индексы выписок совпадают с буквами на точках на карте). Как вы думаете, от каких неприятностей уберегли Васю эти советы?
(а) "...одежда обязательно с длинными затягивающимися рукавами, штаны длинные и заправлены в обувь, на голове плотный капюшон, никаких свисающих рубах..."
(б) "...никогда не раскидывай и даже не закапывай остатки еды по кустам. Все объедки - только в костёр..."
(в) "...это хорошо, что ты тихо ходить умеешь. Но тут, пока до места дойдёшь, лучше шумно идти. Покашляй там, кустами потрещи... да хоть песню спой..."
(г) "...не ходил бы ты, мил человек, в тапочках, тем более по высокой траве..."
(д) "...и утром, прежде чем ногу в обувь совать, обувку обязательно переверни и потряси..."
Примечание. При подготовке варианта к печати с карты по техническим причинам были убраны "игровые" надписи. Здесь приводится её изначальный эскиз.
Вопрос № 4. Во время полного солнечного затмения, при котором Луна полностью скрывает Солнце, небо темнеет, и на нём даже могут появиться звёзды. Кажется, что наступил очень поздний вечер или ночь... А если бы кому-то захотелось узнать, "считают" ли различные животные, что это действительно вдруг наступил вечер, как бы он мог это выяснить? Имейте в виду, что времени у него немного, а новое затмение случится очень не скоро.
Вопрос № 5. Многие растения - даже сухолюбивые кактусы! - можно выращивать без грунта, погрузив их корни в раствор с необходимыми растению микроэлементами. Такой способ называется гидропоникой. В то же время все любители комнатных растений хорошо знают, что, если горшок с растением постоянно обильно поливать, то его корни и основание стебля, скорее всего, сгниют. Почему же растение не растёт в залитом горшке "как при гидропонике"?
Вариант 7 класса.
Вопрос № 1. Иногда организмы в течении своей жизни со временем уменьшаются в размере. Какие у этого могут быть причины?
Вопрос № 2. У большинства орхидей губа цветка направлена вниз, и на неё садятся насекомые-опылители. Однако есть орхидеи, у которых губа цветка находится сверху (смотри рисунок). Как такие орхидеи могут решать проблему опыления?
Цветок надбородника безлистного, Epipogium aphyllum.
Вопрос № 3. Молодые листья многих вечнозелёных растений ярко окрашены, чаще всего в красноватые и желтоватые тона. Отчего так происходит? Может ли растение извлечь из этой особенности какие-нибудь выгоды?
Вопрос № 4. Что мешает летучим рыбам летать активно (так же высоко и далеко, как летают птицы, насекомые и летучие мыши)?
Вопрос № 5. Когда в лесу образуется поляна, то на освободившемся месте начинают расти деревья. Сначала такой вторичный лес заметно отличается от окружающего, в том числе и по видовому составу. Как вы думаете, какие свойства помогают деревьям быть "первопроходцами"?
Вопрос № 6. В популярное интернет-сообщество "Зоология для всех" пришёл вопрос: "Я видел в Сети много смешных видео, где разные животные своими заметными и шумными действиями провоцируют внимание хищника. Вороны дёргают собак за хвосты, молодые гиббоны, пролетая на лианах, хлопают тигрят по ушам, трясогузка бегает перед кошкой чуть дальше, чем на расстоянии прыжка, и прочее в том же духе. Неужто они так дразнят хищников просто из вредности? Ведь хоть они и делают это из сравнительно безопасных мест, риск попасться всё равно выше, чем если тихо спрятаться. Казалось бы, эволюция должна была бы отмести такое опасное поведение. Как же объяснить, что оно до сих пор встречается?" Модераторы сообщества обратились к вам с просьбой написать комментарий. Что бы вы ответили автору вопроса?
Вопрос № 7. Всем известен метод определения возраста деревьев по подсчёту годичных колец. Однако годовые кольца возникают и в некоторых частях тела у животных, например в чешуе или в зубах. Как и в случае растений, такой метод определения возраста иногда сталкивается с проблемами. Как вы думаете, в каких ситуациях число таких колец у конкретного животного может неточно соответствовать его возрасту?
Вариант 8 класса.
Вопрос № 1. Длинные перистые листья и ветки с простыми листьями у растений внешне похожи. Каковы их сходные недостатки и преимущества? А есть ли у них не совпадающие преимущества и недостатки (если да, то какие)?
Длинные перистые листья • Ветки с простыми листьями
Вопрос № 2. У многих травянистых растений соцветия развиваются в верхней части. Это неудивительно - там цветки доступней для животных-опылителей или ветра. Однако есть такие травы (скажем, комнатное растение аспидистра), которые опыляются наземными беспозвоночными и поэтому их цветки находятся на уровне лесной подстилки. А у некоторых трав из семейства имбирных, высота которых достигает двух метров, соцветия развиваются под листьями, примерно в полуметре над землёй. Как вы думаете, может ли быть такая особенность чем-нибудь полезна этим растениям?
Вопрос № 3. Из книжек по биологии Артур хорошо запомнил, что хищники и жертвы "подстёгивают" эволюцию друг друга. Хорошо запомнившийся ему пример такой эволюции: антилопа импала и гепард. Для выживания гепард должен быть достаточно быстр, чтобы догнать импалу. А импала должна быть достаточно быстра, чтобы убежать от гепарда. Но потом Артур нашёл в какой-то таблице максимальные скорости бега гепарда и импалы. По таблице оказалось, что гепард заметно быстрее. Артур пошёл с вопросом к учительнице биологии: "Получается, что антилопы проигрывают эволюционную гонку гепардам. Почему же импалы до сих пор не вымерли или не стали быстрее гепардов?" Как вы думаете, какие объяснения могла бы привести учительница?
Вопрос № 4. В популярное интернет-сообщество "Зоология для всех" пришёл вопрос: "Я живу в большом городе. У нас под домом, вдоль улицы, растут рябины. И на них периодически налетает стая дроздов-рябинников и эту рябину клюёт. Они её уже почти съели, но не совсем: на паре деревьев ягоды всё ещё есть. Причём дрозды там то есть, то нет. А я хожу мимо, и думаю: а почему, собственно, они иногда от этих рябин улетают? Иногда даже на несколько дней? Казалось бы, раз нашли месторождение, то и держись тут, пока не исчерпается. А они улетают. Зачем? Почему?" Модераторы сообщества обратились к вам с просьбой написать комментарий. Что бы вы ответили автору вопроса?
Вопрос № 5. Бывает, что в одном и том же водоёме, в местах, отстоящих друг от друга всего на несколько километров, заметно различается видовой состав рыб, живущих на одной и той же глубине. Каковы могут быть причины таких различий?
Вопрос № 6. Часто говорят, что если два близких вида используют похожие ресурсы, то один из них неминуемо вытеснит другой в результате конкуренции. Это явление называется во всём мире "принципом конкурентного исключения Гаузе", по имени Георгия Францевича Гаузе - исследователя, его описавшего. Однако есть примеры, когда этот принцип, как кажется, не работает. Например, львы и тигры близки друг другу (есть даже неплодовитые гибриды), ведут сходный образ жизни, но при этом оба этих вида можно обнаружить в некоторых регионах мира, например, в Индии. Как объяснить это противоречие?
Вопрос № 7. Отставной поручик Чебурков любил науку и норовил заняться ей при любой возможности. Однажды он провёл такой эксперимент. Он выбрал два волоска из своей бороды и точно подстриг их до одинаковой длины (5 мм от поверхности кожи до кончика волоса). Через месяц он повторил измерения: хотя оба волоска стали длиннее, результаты замеров для них были неодинаковыми. Поручик был озадачен тем, что разные волосы в его бороде ведут себя по разному. Какие объяснения его наблюдениям могли бы предложить вы?
Вариант 9 класса.
Вопрос № 1. На основании каких наблюдений учёные могли бы предположить, что вымерший вид животных был теплокровным?
Вопрос № 2. Всем известно, что солнечный свет необходим зелёным растениям. Однако огородники и цветоводы знают, что свет для растения может быть и вреден. Почему так получается? Когда и как именно свет может вредить растению?
Вопрос № 3. В сообществах кооперирующихся между собой организмов иногда возникают индивидуумы, которых принято называть "cheaters" - "читерами". Такие организмы употребляют общие ресурсы, не принося никакой пользы сообществу. Если доля "читеров" становится слишком большой, сообщество испытывает проблемы и может погибнуть. Предположите несколько различных механизмов, которые ограничивают долю подобных "жуликов" в сообществе.
Вопрос № 4. Многие процессы в живых организмах, от бактерий до высших животных, регулируются биологическими часами, идущими с разной скоростью (как правило с суточным или годовым циклом). Какие преимущества дает поддержание внутренних циклов по сравнению с простой реакцией на изменение внешних условий или внутреннего состояния (фотосинтезировать, когда светло; цвести, когда тепло; спать, когда устал и т.д.)?
Вопрос № 5. - Уотсон, это важнейшая улика в деле об убийстве мистера Грэйпа, - возбуждённо сказал Холмс и протянул доктору листок с цифрами. - Эти результаты лабораторных анализов говорят, что в крови Грэйпа обнаружено это новомодное "лекарство от всего", надурин. Как вы помните, нашей главной подозреваемой была распутница Мэри Пиджен, но она утверждала, что с Грэйпом незнакома, а кошелёк его нашла на улице. Всю неделю перед убийством Грэйп был под наблюдением полиции 24 часа в сутки, и никаких снадобий он в это время не принимал. Но в вечер убийства ему удалось ускользнуть. Доза надурина в его крови столь мала, что её было бы трудно отмерить без специальных приборов, то есть он явно не съел целую пилюлю. Но если Грэйп сам не принимал надурин, то такая ничтожная доза вещества могла попасть в его организм, например, при поцелуях. Я подозреваю, что красавица Пиджен, которая вечно глотает модные лекарства, в тот роковой вечер охмурила Грэйпа, а потом убила и ограбила его. Как вам нравится такая теория?
- А знаете ли вы, Холмс, - ответил доктор, - что в "Lancet" пишут, что надурин сначала накапливается, а потом медленно разлагается в клетках человека? Кстати, по последним данным, это снадобье довольно токсично, а вот лечит как раз не очень... Так вот, по моим расчётам, Грэйп мог принять пилюли незадолго до начала полицейского наблюдения. В этом случае концентрация надурина в крови на момент смерти была бы примерно такая, как показывают анализы.
- Ну, Грэйпа нам уже не допросить.., - задумался великий сыщик. - Теперь, Уотсон, вся надежда на ваши знания: какая информация помогла бы нам различить, попал ли надурин в организм покойного недавно в очень малой дозе, или неделю назад, но в большой?
Подскажите Уотсону ответы на вопрос Холмса.
Вопрос № 6. Популярный в южной Америке напиток мате традиционно готовят, заваривая специальным способом листья падуба парагвайского (Ilex paraguariensis). В рекламе напитка обычно указывается, что падуб парагвайский содержит вещество "матеин", обладающее тонизирующим свойством. Часто упор делается на том, что тонизирующий эффект мате достигается без таких негативных последствий (усиленное сердцебиение и т.п.), какие нередки после приёма кофеин-содержащих напитков (особенно кофе). Это мнение разделяют многие любители напитка. Однако химики, изучавшие структуру "матеина", обнаружили, что это вещество во всех отношениях идентично кофеину. Многие любители мате усомнились в правоте химиков: "Как же могут быть идентичны эти вещества, если мы чувствуем, что эффект мате совсем не такой, как у кофе?" Если предположить, что химики не ошиблись, как объяснить любителям мате возможные причины этих различий?
Вопрос № 7. Есть разные причины распространения тех или иных мутаций в популяциях человека. Так, например, от 7 до 3 тыс лет назад у человека появились три мутации, дающие взрослым людям возможность потреблять цельное непарнóе молоко с нерасщеплённым молочным сахаром (а не только кисломолочные продукты) без вреда для здоровья. В настоящее время эта способность есть примерно у 80% тутси, 38% масаев, 98% шведов, 84% немцев, 7% китайцев, и таких людей практически нет среди индейцев США. Изучая распределения разных вариантов аллелей одного и того же гена в популяциях коренных жителей различных регионов, исследователи могут делать выводы о различных процессах, происходивших раньше или всё ещё идущих в этих популяциях.
Предположим, что изучались три разных гена (A, B, и C) в трёх различных популяциях на разных континентах, и получены следующие данные о частоте встречаемости аллелей этих генов:
Экваториальная Африка
Юго-Восточная Азия
Северная Европа
аллель A гена A
96 %
60 %
55 %
аллель a гена A
4 %
40 %
45 %
аллель B гена B
30 %
2 %
2 %
аллель b гена B
70 %
98 %
98 %
аллель C гена C
98 %
97 %
50 %
аллель c гена C
2 %
3 %
50 %
Вспомните, что мы знаем про историю вида Homo sapiens, и предположите: как могли возникнуть такие картины распределения аллелей? Можно ли проверить ваши гипотезы?
Вариант 10 класса.
Вопрос № 1. Учёные нередко находят образцы вымерших организмов, весьма похожие на давно известные экземпляры, но заметно уступающие им по размерам. Возникает вопрос - это новый вид или молодые особи ранее описанных видов? Как вы думаете, какие дополнительные наблюдения помогают в решении такой дилеммы?
Вопрос № 2. В одной стране рядом росли старый сосновый бор, никогда не подвергавшийся вырубкам и убережённый лесниками от пожаров, и плантация тех же сосен, на которой растили и рубили деловую (идущую на строительство) древесину. Площади у бора и плантации были равны, и возраст тоже одинаковый: век. Как вы думаете, откуда за этот век в атмосферу поступило больше кислорода, с бора или с плантации? Учтите, что и там, и там кислород не только производился, но и тратился, нас же интересует именно конечный результат. Как вы можете обосновать свой ответ? Каким образом его можно было бы проверить?
Вопрос № 3. Бывает, что в двух человеческих популяциях, ныне практически изолированных друг от друга, распространена одна и та же наследственная болезнь. Какие наблюдения или эксперименты свидетельствовали бы за или против гипотезы о том, что соответствующие генетические изменения возникли в двух популяциях независимо?
Вопрос № 4. Наблюдения, проводимые в экономически развитых странах, показывают, что за последние сто лет частота рождения близнецов в них заметно выросла. Предложите гипотезы, объясняющие это явление. Какие дополнительные наблюдения или эксперименты помогли бы вам подтвердить или исключить предложенные объяснения?
Вопрос № 5. Школьница Саша отобрала мух-дрозофил с самым большим количеством щетинок на боках и скрестила их между собой. Их потомство имело в среднем на 2 щетинки больше, чем родители, и на 4 щетинки больше, чем исходная популяция. «Ура» - вскричала Саша, - я вывела новую породу щетинистых мух! Теперь их потомки будут иметь большое количество щетинок, и мы сможем продавать этих щетинистых мух любителям экзотических животных!» «Боюсь тебя огорчить, - ответила Саше её одноклассница Вика, - но никакую новую породу ты не вывела. Потомки твоих щетинистых мух не оправдают твоих ожиданий. Готова спорить на новые кеды - у них в среднем будет не больше щетинок, чем у мух из исходной популяции».
Как вы думаете, какие аргументы привела Вика в споре с Сашей? А может ли быть такая ситуация, что Саше все-таки удастся вывести новую породу мух за одно поколение отбора?
Вопрос № 6. Каждый белок должен производиться клеткой в определённом количестве: некоторых белков нужно больше, а некоторых - меньше. Количество произведённого белка зависит от нескольких факторов, и один из самых важных - это интенсивность транскрипции гена, кодирующего данный белок. Транскрипция генов регулируется специальными участками ДНК - промоторами. Часто учёные хотят знать, каковы функции данного белка, и иногда для этой цели ген интересующего их белка помещают под контроль специального промотора, который работает постоянно и очень активно. Это позволяет произвести необычно высокое количество изучаемого белка в живой клетке, и ожидается, что при таких условиях биологические эффекты этого белка будут хорошо заметны. Однако известно, что изучение функций белка в условиях его перепроизводства может привести и к ошибочным выводам. Как вы думаете, какие причины могут привести к неправильному определению функции белка в таких экспериментах?
Вопрос № 7. В геноме эукариот, в отличие от прокариот, встречается немало последовательностей, которые не кодируют белки и содержат многократно повторяющиеся подряд фрагменты небольшой длины (от 2 до нескольких десятков нуклеотидов). Для чего клетка может их использовать? А к каким негативным последствиям может привести их наличие?
Вариант 11 класса.
Вопрос № 1. Был проведён следующий эксперимент. Свежевылупившихся из куколок самцов дрозофил рассадили по двум ящикам. В одном из них также жили самки того же вида. В другом самок не было. Оказалось, что продолжительность жизни самцов в присутствии самок была в 2-3 раза короче. Предложите объяснения этому наблюдению. Какими экспериментами можно было бы проверить ваши гипотезы?
Вопрос № 2. В 1733 году писатель, сатирик и поэт Джонатан Свифт написал свою знаменитую "Рапсодию о поэзии", посвящённую литературным критикам. В ней он сослался на один биологический факт:
Натуралистами открыты
У паразитов паразиты,
И произвёл переполох
Тот факт, что блохи есть у блох.
И обнаружил микроскоп,
Что на клопе бывает клоп,
Питающийся паразитом,
На нём - другой, ad infinitum*.
Действительно, в природе встречается такое явление как супер- или гиперпаразитизм, когда многоклеточный паразит паразитирует на паразите (конечно, они при этом совсем не обязательно родичи: свифтовская "блоха на блохе" оказывается всё же поэтическим преувеличением). Такой гиперпаразитизм встречается в природе отнюдь не столь часто, как полагал Свифт. Очевидно, какие-то факторы мешают его бурному развитию. Так вот, какие сложности испытывает паразит второго порядка в связи со своим образом жизни? Как ему удаётся преодолевать эти сложности?
_______________
*) До бесконечности (лат.). Перевод С.Я. Маршака.
Вопрос № 3. Осваивая средства на благоустройство городского парка, мэрия заказала следующие работы:
(1) Замостить парковые дорожки и установить вдоль них электрические фонари;
(2) прочистить парк от разросшихся кустарников;
(3) вычистить от водорослей парковый пруд и сделать ему красивую "набережную" из вертикально стоящих брёвнышек;
(4) досыпать на лужайки свежей почвы с торфом;
(5) установить на главной аллее парка закусочные и музыкальную эстраду.
Как выполнение этих решений мэрии скажется на обитателях парка (животных и растениях)?
Вопрос № 4. Некоторые вирусы человека, такие как вирус герпеса, способны существовать в нервных клетках (нейронах). Как вы думаете, какие трудности может представлять для вируса герпеса такая ниша обитания, и какие приспособления могут помогать вирусам эти трудности обойти? А какие преимущества для вируса может давать обитание в нейронах?
Вопрос № 5. Видовое разнообразие бактерий в природе долгое время изучали методом культивирования, то есть выращивания бактерий из собранного материала в виде отдельных колоний на твёрдой питательной среде с последующей проверкой свойств этих колоний. Обычно стараются максимально приблизить условия культивации к тем, в которых были собраны образцы: например, бактерий из крови человека пытаются выращивать при температуре около 37 градусов, а из почвы - при 20-30 градусах.
С развитием молекулярной биологии появился и другой, "метагеномный" подход к анализу разнообразия геномов: из образца выделяют фрагменты ДНК и массово определяют их нуклеотидную последовательность. В настоящее время полностью определены геномы сотен видов бактерий, поэтому полученные последовательности ДНК можно сверить с уже известными. Если точного совпадения не находится, можно предположить существование нового вида и классифицировать его на основе частичного сходства с известными геномами.
Оказалось, что во многих образцах число видов бактерий, обнаруживаемых путём прямого анализа ДНК, в десятки раз превосходит то, что обнаруживается методом культивирования. Такие результаты поначалу удивляли некоторых микробиологов: "Мы успешно культивировали множество видов бактерий - значит, у нас были подобраны подходящие условия для обитателей таких образцов. Как же мы пропустили столько видов бактерий?" А чем, по-вашему, можно объяснить такое большое расхождение в числе видов, обнаруживаемых этими двумя способами?
Вопрос № 6. Генетический код устроен так, что почти все аминокислоты могут кодироваться более чем одним кодоном. Например, у цистеина два кодона - ТГТ и ТГЦ, а у серина и лейцина - по шесть. Это свойство называется вырожденностью генетического кода, а разные кодоны, кодирующие одну и ту же аминокислоту - синонимичными кодонами. Вырожденность кода можно использовать, чтобы изменять последовательность нуклеотидов гена, не меняя при этом ожидаемую последовательность аминокислот кодируемого этим геном белка. Например, можно сконструировать два варианта искусственного гена, которые будут отличаться только тем, что некоторые кодоны заменены на синонимичные, так что два варианта отличаются по последовательности нуклеотидов, но при этом кодируют одну и ту же последовательность аминокислот. Интересно, что если проверить работу таких вариантов в одинаковых клетках, то количество белка, синтезированное с каждого из них, может отличаться в несколько раз.
Предположите, почему выбор разных кодонов-синонимов может приводить к накоплению различных количеств одного и того же белкового продукта?
Вопрос № 7. Биохимик-любитель Егорий Алексеевич Свистунов опубликовал в своём блоге следующую запись:
"Я убедился в том, что эволюция идёт по заранее спланированному и продуманному плану. Это моё открытие началось с изучения одного из белков, регулирующих иммунную систему у млекопитающих. Для простоты, назовём его «белок Х». Белок Х сначала производится в виде длинного белка-предшественника. Затем этот предшественник должен быть разрезан в строго определённом месте. Это освобождает белок Х от неактивного «балласта» и делает белок Х полностью функциональным. Недавно я выделил некоторое количество белка Х из мышиных тканей и смешал этот препарат с одной из многочисленных бактериальных протеаз (ферментов, разрезающих белки). К моему удивлению, протеаза бактерии не просто разрéзала предшественника белка Х, но сделала это точно в том же месте, где этот белок режется в клетках млекопитающих! Получился функциональный белок Х. Но ведь у бактерий нет иммунной системы! Значит и умение правильно создавать белок Х им ни к чему. Очевидно, что эта способность существует у бактерий только затем, чтобы через много шагов эволюции использовать её для создания нашей иммунной системы. Т.е. при возникновении бактерий уже был план создания всех остальных живых существ. Я называю это открытие Теорией Разумного Предвосхищения и надеюсь вскоре увидеть её во всех учебниках биологии."
Однако теория Свистунова не получила признания в научном сообществе: было высказано множество альтернативных, более простых объяснений его наблюдениям. А какие альтернативные объяснения результатам этих экспериментов могли бы предложить вы?
© Жюри ШБО, 2017.
P.S. Спасибо всем, помогшим нам с идеями для вопросов!