1. Представьте себе, что вы живете в деревне и у вас есть огород. Какой вред и какую пользу огороду может принести ваша кошка?
С одной стороны, кошка ловит полевок и этим приносит некоторую пользу (хотя полевок вряд ли можно отнести к основным вредителям огорода). С другой стороны, кошка ловит кротов, уничтожающих личинки вредных насекомых.
2. Какую пользу могут приносить растениям различные животные? Перечислите различные варианты, каждый из них подтвердите конкретным примером.
Животные могут:
– распространять семена растений
(дрозды – семена яблони и рябины, крупные
млекопитающие – репейника и т.д.);
– переносить пыльцу между растениями (клевер
и шмели);
– удобрять растения (вокруг птичьих базаров
наблюдается обильная растительность, а в море
рядом с ними активно развиваются водоросли);
– быть дополнительным источником азота для
насекомоядных растений (росянка и насекомые);
– защищать растение от других животных
(например, муравьи, живущие в основаниях раздутых
колючек одной из тропических акаций, защищают ее
от грызущих листья насекомых).
Если растение устойчиво к вытаптыванию и выеданию части листьев, но плохо конкурирует с другими видами растений, то умеренная пастьба диких животных, частично поедающих его конкурента, может быть ему полезна. Такими свойствами обладают многие степные растения.
3. При размножении растений черенками их надо укоренить. Для этого на черенке делают косой срез, удаляют часть листьев, черенок сажают наклонно в специально приготовленную почву, поливают и накрывают стеклянной банкой. Объясните значение указанных приемов.
Черенок – это часть стебля с почками и листьями. Чтобы на его стебле выросли корни, срез делают косым. Это увеличение поверхности соприкосновения с почвой способствует образованию большого числа придаточных корней. Листья испаряют много воды, но черенок из-за отсутствия корней поглощает ее мало. Удаление части листьев и накрытие черенка банкой уменьшают испарение воды, но не препятствует фотосинтезу, снабжению клеток черенка органическими веществами, которые используются при образовании корневой системы.
4. Как бы вы стали экспериментально проверять утверждение: «Семена для прорастания нуждаются в кислороде»? Обоснуйте необходимость кислорода для прорастания семян.
Утверждение вполне логично. Ведь при прорастании семян происходит активное деление и рост клеток. Все это требует энергии, а получить ее от запасенных питательных веществ можно только с помощью дыхания. Однако перейдем к экспериментальной проверке утверждения. Проще всего поместить увлажненные семена при подходящем уровне освещения в атмосферу азота (а лучше – воздуха, из которого химически удален кислород). Чтобы убедиться, что в принципе семена всхожи, контрольную группу увлажненных семян следует при таком же освещении оставить на воздухе. Прорастание семян только во второй группе докажет, что для этого процесса действительно необходим кислород.
5. Почему кожа человека краснеет и на жаре, и на морозе?
На морозе кровь приливает к сосудам,
находящимся рядом с поверхностью кожи. Организм
на это идет, несмотря на теплопотери, чтобы
уберечь кожу от обморожения. Перестает кожа
краснеть на морозе в критических ситуациях,
когда надо спасать от холода хотя бы жизненно
важные органы.
В жару отдача тепла – естественная потребность
организма. Расширение подкожных сосудов – один
из способов терморегуляции, наряду с выделением
пота и другими реакциями.
6. Наряду с разумными идеями, в природоохранном движении распространены экстремистские призывы прекратить любое вмешательство в жизнь природных сообществ. Поскольку «природа знает лучше», то в отсутствие воздействий человека дикие животные и растения быстро достигнут процветания. А возникающие при этом неудобства для жизни людей можно и перетерпеть. Как вы полагаете, к каким неблагоприятным последствиям для природных сообществ может привести резкий и полный отказ от какого бы то ни было вмешательства человека в их функционирование?
В результате воздействия человека из
природных сообществ выпала часть компонентов,
функции которых начал выполнять человек. Так, в
европейской фауне практически отсутствуют одни
крупные копытные (например, зубр, тур) и
немногочисленны другие. Между тем возобновление
широколиственных лесов требует наличия
свободных от деревьев прогалов разного размера.
Раньше эти прогалы появлялись вследствие
кормежки копытных и вытаптывания ими растений.
Теперь прогалы формирует человек, оставляя
вырубки, пожарища и вытоптанные места.
В степи разнообразие растений связано с тем, что
копытные, объедая их, не дают одному виду слишком
размножиться и забить все остальные. Домашние
животные из-за различий в пищевых предпочтениях
и стратегии выпаса не могут заменить диких в
выполнении этой функции. А вот выкашивание трав
человеком нередко восстанавливает разнообразие
растений. Поэтому косьба разрешена даже в
некоторых степных заповедниках.
Кроме того, сохранившиеся природные сообщества
часто слишком малы для успешной работы
механизмов регуляции численности животных и
растений. Размах колебаний численности может
оказаться слишком велик, и небольшая популяция,
размножившись, быстро уничтожит значительную
долю ресурсов. Наоборот, «на спаде» численность
вида из-за случайных колебаний легко может
упасть до нуля. В роли регулятора опять вынужден
выступать человек, который отстреливает лосей,
кабанов, волков при чрезмерно высокой плотности
и способствует восстановлению популяций при
низкой.
7. Согласно классической модели строения клетки в ее состав входит одно ядро. Однако встречаются и исключения – безъядерные и многоядерные клетки. Приведите известные вам примеры таких клеток. С чем, по вашему мнению, связаны такие особенности их строения?
Удлиненное тело многих водорослей
содержит много ядер, не отделенных друг от друга
перегородками.
У так называемых низших грибов клетки обычно
многоядерные, а перегородки между ними имеют
крупные отверстия, через которое свободно
проходят ядра. У базидиомицетов, к которым
относится большинство съедобных грибов,
значительная часть жизненного цикла
представлена дикарионом – мицелием с
двуядерными клетками.
Перейдем к высшим растениям. Механические ткани
склеренхимы, мертвые клетки сердцевины, клетки,
образующие сосуды ксилемы, обычно по мере
отмирания теряют ядро. Особый случай –
ситовидные трубки флоэмы. В них сохранена
цитоплазма и идет обмен веществ, но ядро у зрелых
клеток утрачено. При формировании зародышевого
мешка цветковых формирование клеток отстает от
деления ядер, а ядро центральной клетки вообще
образуется после слияния двух ядер, которое
может происходить даже после оплодотворения.
Многоядерность характерна для некоторых
жгутиконосцев, а у инфузорий в одной клетке
содержится два типа ядер – микронуклеусы,
отвечающие, главным образом, за хранение
генетической информации, и макронуклеусы,
обеспечивающие ее реализацию. И тех, и других
ядер может быть одно или несколько.
Зрелые эритроциты человека, как и других
млекопитающих, теряют ядро и приобретают
двояковогнутую форму, что позволяет им
эффективнее переносить кислород и проникать в
мелкие капилляры. Ядра нет у тромбоцитов, но они
образуются путем фрагментации мегакариоцитов,
строго говоря, не являясь клетками.
Многоядерны волокна поперечно-полосатых мышц
позвоночных. Отсутствие клеточных границ
позволяет всему длинному волокну быстро
сокращаться как единому целому.
8. Хотя все клетки многоклеточного организма (кроме половых) идентичны по генетическому составу, измерения содержания ДНК в отдельных клетках организма показывают, что эта величина не является постоянной. Объясните, с чем это связано.
Клетка, прошедшая фазу удвоения
ядерной ДНК, но еще не поделившаяся, содержит
вдвое больше ДНК. Если удвоение происходит
несколько раз без последующего деления, то
образуются политенные (многонитчатые) хромосомы.
В клетке с такими хромосомами (например, в клетке
слюнной железы личинки дрозофилы) ДНК во много
раз больше. Полиплоидные клетки могут также
образоваться вследствие незавершенного деления
(например, в печени человека).
После мейоза количество ДНК уменьшается вдвое,
причем у гетерогаметного пола одни половые
клетки содержат Х-хромосому, а другие –
Y-хромосому. Количество ДНК в этих хромосомах
обычно разное, что в некоторой степени влияет на
концентрацию ДНК.
ДНК присутствует в хлоропластах и митохондриях.
Если энергетические затраты клетки велики, в ней
больше митохондрий (во всяком случае –
митохондриальной ДНК: ведь после деления
митохондрии могут вновь сливаться).
Наконец, в некоторых клетках могут находиться
ДНК-содержащие вирусы.
9. Почему новые выведенные селекционерами сорта растений рекомендуют выращивать в течение нескольких поколений их жизни, а затем брать новый посевной материал на селекционных станциях?
Перекрестно опыляющиеся растения
даже при соблюдении необходимых агротехнических
мер сложно оградить от попадания пыльцы другого
сорта. А гибридные потомки по качеству могут
значительно уступать родителям.
Некоторые растения, особенно размножающиеся
вегетативно (скажем, картофель), легко заражаются
вирусами, передающимися от поколения к
поколению. Избавиться от них в полевых условиях
практически невозможно.
Обычно в хозяйствах стараются оставлять для
посева самые крупные, здоровые семена, но не
всегда это правило соблюдается. Фактически речь
идет о накоплении в популяции мутаций,
негативных с точки зрения урожайности. При
производстве посевного материала за этим следят
строже.
Кроме того, специалисты предпочитают не
использовать семена, завязавшиеся в год с
необычной погодой. Внутри сорта существует
разнообразие, поэтому, например, в сухой год
преимущество получат генотипы, устойчивые к
засухе, но не к вымоканию, которое более
характерно для данной местности.
10. Не рекомендуется собирать ягоды, грибы, лекарственные растения вблизи железных и шоссейных дорог. Чем это объясняется?
Окружающая среда вблизи железных и шоссейных дорог очень загрязнена. В воздухе и почве много компонентов выхлопных газов, топлива, копоти. Растения и грибы поглощают и накапливают эти вредные для человека вещества. Употребление в пищу таких грибов и растений может вызвать отравление.
11. Российскими специалистами получены сорта яблони – естественные стланцы, ветки которых растут не вверх, а горизонтально или вниз. В чем преимущества этих яблонь по сравнению с обычными сортами?
С таких яблонь легко собирать урожай, их легко обрабатывать веществами, защищающими от вредителей. Ветви деревьев-стланцев покрываются снегом, который эффективно защищает их от замерзания. В период плодоношения под ветви таких яблонь не требуется ставить подпорки.
12. При посадке картофеля часто в лунку рядом с клубнем кладут одно-два семени гороха. Почему так делают?
На корнях бобовых (к которым относится горох) поселяются клубеньковые бактерии, которые усваивают азот из воздуха и обогащают почву азотными солями. Благодаря этому симбиозу улучшается снабжение растений азотом, повышается плодородие почвы и, следовательно, урожай картофеля.
13. При резком повышении температуры воздуха у птиц учащается дыхание, дно ротовой полости и верхней части глотки начинает быстро колебаться. Объясните, за счет чего этом случае у птиц понижается температуры тела.
Создается ток воздуха, происходит испарение с влажной поверхности. При учащении дыхания и колебаний дна ротовой полости ускоряется движение воздуха над влажной поверхностью, интенсивнее испаряется влага с поверхности ротовой полости. Происходит переход вещества из одного состояния в другое, требующий затрат энергии. Теплоотдача увеличивается, и температура тела падает.
14. Перед тем как ввести больному лекарство непосредственно в кровь, медсестра накладывает ему жгут выше локтя и предлагает энергично сжимать и разжимать кисть руки в кулак. Чем это можно объяснить?
Жгут перетягивает сосуды, в них резко замедляется движение крови. Кисть, сжимаемая в кулак, создает движение крови. Вены переполняются кровью, которой некуда оттекать. В результате в хорошо заметные вены легче попасть иглой.
15. К каким специалистам надо обратиться человеку за помощью при появлении отеков?
Отеки чаще всего появляются при нарушении деятельности сердца или почек. Их причина – недостаточное удаление жидкости из организма. При тяжелой сердечной или острой почечной недостаточности возрастает объем плазмы и крови, повышается количество межклеточной жидкости. Заболевания сердца лечит кардиолог, заболевания почек – уролог. Отеки, возникшие при механических повреждениях, требуют посещения травматолога.
16. Общеизвестно, для чего принимают антибиотики, – чтобы убить болезнетворные микроорганизмы. Однако лечение антибиотиками может иметь и неблагоприятные последствия. Каковы эти последствия, и с чем они связаны?
Антибиотики – это вещества,
специфически действующие на жизнедеятельность
бактерий, но не влияющие на процессы в клетках
ядерных организмов (животных, растений, грибов и
др.). Понимание этого свойства облегчает
составление перечня неблагоприятных
последствий применения антибиотиков.
Использование антибиотиков может резко
сократить количество полезных микроорганизмов в
кишечнике.
Многие антибиотики угнетают обмен веществ в
митохондриях (вследствие сходства этих
органоидов и бактерий).
Часто антибиотики обладают побочным действием,
например токсичны для организма человека.
Являясь чужеродными для организма веществами,
антибиотики могут вызывать аллергическую
реакцию.
В ряде случаев из антибиотиков в организме
человека образуются трудновыводимые вещества.
Продукты распада погибших от антибиотиков
бактерий зачастую токсичны для человека. На этом
фоне весьма вероятно обострение разнообразных
хронических болезней.
17. С борта судна, находящегося в океане, зачерпнули ведро воды и поставили на палубе. Через несколько часов содержание микроскопических водорослей в ведре существенно возросло. С чем это может быть связано?
– Температура воды в стоящем на
палубе ведре выше, чем в океане;
– вода зачерпнута не с самой поверхности
океана, и перенесенные на палубу водоросли
получают теперь больше света;
– водоросли в ведре постоянно находятся у
поверхности, а не оседают в глубокие слои с
океаническими токами;
– водоросли получают с поверхности ведра
необходимые им элементы (например, железо);
– в ведро по каким-то причинам попало меньше
зоопланктона (потребителя наших водорослей), чем
его в среднем имеется в таком же объеме океана;
– попавший в ведро зоопланктон оказался очень
чувствительным к изменению условий обитания и
погиб;
– проба взята из участка океана, где и так шел
интенсивный рост водорослей; другими словами,
количество водорослей в данном объеме возросло
бы, даже если бы его «не трогали»;
– проба по мере подъема разбавилась водой из
тех слоев океана, где водорослей мало, и в
результате происходит простое восстановление
нормальной численности;
– благоприятным фактором может стать качка:
при интенсивном перемешивании поверхность
клеток быстрее «промывается», из-за этого
ускоряется ряд процессов обмена веществ;
– скорость роста ряда водорослей возрастает,
если они прикреплены к какой-либо поверхности (в
данном случае – к стенке и дну ведра);
– наблюдаемое возрастание численности может
происходить при той же биомассе (если в
изменившихся условиях активнее растут более
мелкие водоросли) и объясняться
перераспределением многообразия водорослей в
пользу мелких форм.
18. Переведите с украинского на русский язык названия месяцев года: березень, жовтень, квiтень, липень, листопад, серпень, травень. Обоснуйте решение.
Березень – март (цветение березы). Квiтень – апрель (цветут сады: вишня, абрикос и пр.). Липень – июль (цветение липы). Серпень – август (покосы – серпами). Жовтень – октябрь (желтеющие листья). Листопад – ноябрь (в русском языке тоже есть такое слово). Часто наблюдается ошибка в один месяц: школьники руководствуются климатическими условиями Москвы, не учитывая, что на Украине теплее.
19. Для чего у многих растений цветки собраны в соцветия? Перечислите преимущества, которые при этом получают растения.
Если для насекомоопыляемого
растения характерны маленькие, невзрачные
цветки со слабо развитым околоцветником, то
объединение в большое испускающее сильный
аромат соцветие, сделает их заметными для
опылителя. Цветки в соцветии собраны близко друг
к другу, и опылитель с высокой вероятностью
посетит многие из них.
Цветки в соцветии можно специализировать:
например одни сделать бесплодными, но яркими и
заметными, а другие оставить для размножения.
Для ветроопыляемых растений большое значение
имеет одновременное раскрывание цветков.
Благодаря «компактному» расположению цветков в
соцветиях этот процесс легче регулировать.
Наличие соцветий упрощает и регуляцию снабжения
цветков питательными веществами, что важно уже
независимо от способа опыления.
Наконец, цветки в соцветии обычно располагаются
так же, как будущие плоды (но бывают и исключения).
Соответственно, формирование соцветия может
облегчать, например, последующее
распространение семян.
20. Две ихтиологические экспедиции изучают угрей, идущих на нерест. Одна экспедиция работает в береговых водах Британии, а вторая – в береговых водах Португалии. Биологов, в частности, интересуют те угри, которые ранее вылавливались учеными и были ими помечены. Угрей с метками каких европейских стран могут выловить участники каждой из экспедиций? Ответы обоснуйте.
Рассмотрение в задаче непроизвольно
выбранной рыбы, а именно европейского угря,
существенно. Не понявшие этого школьники
попросту ограничивались перечислением соседних
с Британией и Португалией стран. Особенностью
угря является то, что на нерест он идет из рек в
Саргассово море. Соответственно выделяется
северная (через Балтику и прибрежные воды
Британии) и южная (через Средиземное море)
«магистрали» его миграций. Выбранные в задаче
страны как раз и позволяют произвести учет для
этих двух направлений. Рыбы из России,
Белоруссии, Франции, Германии, Австрии,
Швейцарии, Чехии и Словакии попадут в уловы обеих
экспедиций. Британия, Ирландия, Дания, Норвегия,
Швеция, Финляндия, Польша, Эстония, Латвия, Литва
и страны Бенилюкса относятся только к северному
пути. Испания, Италия, Албания, государства
бывшей СФРЮ, Греция, Венгрия, Румыния, Болгария,
Турция, Украина, Молдавия – только к южному пути.
В работах приветствовалась полнота списков,
однако резонными считались и соображения типа:
«Я не стану рассматривать малые государства,
поскольку вряд ли в Монако имеется достаточное
число ихтиологов для мечения угрей».
21. Птица альбатрос откладывает одно
яйцо раз в два года. Сколько потомков одной самки
альбатроса доживает до половой зрелости?
Луна-рыба за один сезон выметывает до 300 млн
икринок. Сколько потомков одной самки доживает
до половой зрелости?
От каких факторов будет зависеть ответ в задаче,
если рассматривать других животных?
Численность обоих видов сейчас
сокращается, но не очень резко. Поэтому в решении
мы будем рассматривать стабильные популяции.
Поскольку оба вида воспроизводятся от поколения
к поколению, до половой зрелости должно доживать
примерно столько же потомков (из их общего числа,
а не из потомков за один сезон!), сколько было
родителей. Альбатросы гнездятся парами, поэтому
среднее число потомков должно быть близко к двум
– одна самка и один самец. Однако у альбатросов
многие половозрелые птицы остаются без пары, а
многие пары не размножаются, поэтому
соответствующее число больше двух.
У луны-рыбы один самец может оплодотворить икру
нескольких самок. Поэтому до размножения в
среднем должна доживать одна самка, а самцов
может быть несколько меньше. Однако чтобы
оплодотворить большое количество икры, молок
надо много, и число самцов все же должно быть
ощутимым. Опять-таки, успешно размножаются не все
рыбы.
У других животных среднее число потомков,
доживающих до половой зрелости, тоже зависит от
доли не размножающихся взрослых животных,
характера отношений между полами и соотношения
особей разных полов. Так, у видов, размножающихся
партеногенезом, соответствующее среднее должно
быть близко к единице.
22. Как может повлиять на природные экосистемы проведение крупных военных (сухопутных) маневров? Необходимо указать как общие последствия, так и последствия, которые специфичны для отдельных природных зон.
При проведении маневров происходит
нарушение почвенного покрова (за счет
передвижения солдат и техники), загрязнение
бензином, мазутом, компонентами боеприпасов,
отравляющими веществами, ракетным топливом и
продуктами его сгорания, отходами
жизнедеятельности большого числа людей. Маневры
обычно сопровождаются большим шумом. Шум сильно
влияет на поведение животных. Один пролет
вертолета над лежбищем моржей – и половина
детенышей окажется задавленной. Особенно опасен
шум в местах больших скоплений животных, которые
обычно характерны для приполярных сообществ
(лежбища, птичьи базары).
В зависимости от типа биогеоценоза, на его
компоненты может сильнее влиять деятельность
живых организмов или иные факторы. Если влияние
иных факторов – разрушения почвы, загрязнений,
пожаров – преобладает, то нанесенные раны не
заживают десятилетиями. Это более характерно для
сообществ, живущих «на пределе», таких как
пустыня, тундра, лесотундра, но наблюдается и в
южноамериканских тропических лесах.
Очень чувствительна к внешним воздействиям
вечная мерзлота. При нарушении почвы летом
мерзлота начинает таять, образуются озера,
которые затем промерзают, еще сильнее нарушая
почвенный покров. Если перевешивает влияние
деятельности живых организмов, то
непосредственно нанесенный вред сглаживается
сравнительно быстро. Примеры таких сообществ –
леса умеренной зоны, африканские тропики. Однако
отдаленные последствия могут оказаться
непредсказуемыми – например, потому, что длинные
пищевые цепи концентрируют загрязнения в сотни
тысяч раз.
Тем не менее, если данный конкретный вид не
становится предметом охоты военных, то иногда
рядом с полигоном ему может быть лучше, чем в
местах, занятых под иную деятельность человека.
Например, рядом с полигонами находили
гнездования филина (гнездится на земле, страдает
от домашнего скота и кабанов), который в
Подмосковье очень редок.
23. Представьте себе, что вы стали венецианским купцом начала XVI в. Ваш корабль возвращается на родину, заходя по пути в Лиссабон и Барселону. Вы решили купить в этих городах заморские товары, чтобы перепродать их с выгодой на ярмарке в Венеции. Какие из перечисленных ниже товаров надо покупать в Лиссабоне, а какие – в Барселоне? Свой ответ поясните. Товары: семена подсолнечника, черный перец, красный перец, табак, какао, гвоздика (специя), бананы, апельсины, ананасы, маис.
Лиссабон находится в Португалии, Барселона – в Испании. Очевидно, что покупать надо как можно дешевле, поэтому имеет смысл приобрести в этих городах либо то, что производится в Испании и Португалии, но не растет в Италии, либо то, что Испания и Португалия привозили из своих колоний. К началу XVI в., после экспедиций Колумба, Испания контролировала бульшую часть Америки. Португалия после путешествия Васко да Гамы привозила товары из Индии (на обратном пути корабли заходили в африканские порты), а также с Бразильского побережья Южной Америки. В перечне нет растений, исконно обитавших в Европе. Поэтому в Португалии следует покупать гвоздику, черный перец, апельсины, ананасы (привезены из Бразилии), бананы, а в Испании – красный перец, табак, подсолнечник, маис (т.е. кукурузу), какао.