Ответы на конкурсные задания 2005 года
Биологическое отделение Всероссийской заочной многопредметной школы при МГУ существует уже более 30 лет. С 1987 года "Наука и жизнь" регулярно публикует (как правило, в декабрьском номере) вопросы для учеников, желающих поступить в эту школу для углубленного изучения любимого предмета. Предлагаем вашему вниманию ответы на конкурсные вопросы (см. "Наука и жизнь" № 12, 2005 г.), присланные поступавшими в заочную школу весной 2006 года. В отличие от математических или физических задач, ответы к которым, как правило, однозначны и получаются одинаковыми, кто бы эти задачи ни решал, биология дает менее точные ответы и формулировки. Поэтому предлагаемые нами ответы нельзя считать единствен но возможными и исчерпывающими. Вопросы и ответы даются в сокращении, не затрагивающем смысл текста. В ответах на каждый вопрос использованы работы нескольких школьников. Ежегодно в школу поступают 500-600 человек. Примерно 10% из них узнают о конкурсе из объявления в "Науке и жизни".
1. Зачем растения подкармливают органическими удобрениями? Ведь растения сами в процессе фотосинтеза создают необходимую органику.
В процессе фотосинтеза создаются только сахара, а для построения белков растениям необходим азот. Хотя азот составляет 78% объема воздуха, в молекулярной форме растениям он недоступен, поэтому они вынуждены извлекать его из минеральных солей. А эти соли поступают в почву именно с органическими удобрениями - навозом, компостом, зеленым удобрением. Кроме того, с органичес кими удобрениями в почву вносятся и другие необходимые для растений макро- и микроэлементы (фосфор, калий, кальций, магний, железо, сера и другие), причем в соотношениях, близких к характерным для живой материи. Эти удобрения - хороший источник пищи и энергии для почвенных микроорганизмов, которые перерабатывают органические удобрения и остатки отмерших растений и животных в форму, удобную для усвоения растениями.
2. В советские времена практически все фильмы из заграничной жизни снимали в пределах СССР. Где именно, оставаясь в этих пределах, можно снять инсценировки по следующим книгам: "Белый клык", "Илиада", "Книга джунглей", "Легенда о Робин Гуде", "Остров сокровищ", "Пожиратели огня", "Приключения Гекльберри Финна", "Пятнадцатилетний капитан", "Сто лет одиночества", "Фараон". По каким признакам зритель все-таки сможет догадаться о подмене, несмотря на старания кинематографистов?
Для съемок фильма "Белый клык" (действие происходит на Аляске и в Калифорнии) можно отправиться сначала на Чукотку или на Кольский полуостров, потом - на черноморское побережье Крыма или Кавказа.
"Илиаду" можно снимать в Крыму, где внешний вид побережья и лесных массивов похож на Средиземноморье.
"Книга джунглей" - юг Дальнего Востока с его влажными субтропическими лесами или субтропики Абхазии. Рассказ "Чудо Туран Бхагата" можно снять в Туркмении, в Бадхызе. "Белый котик" - там, где есть лежбища морских котиков: Командорские острова, а финал рассказа - на Камчатке.
"Легенда о Робин Гуде" - елово-широколиственные леса в Калининградской, Московской, Смоленской областях.
Для "Острова сокровищ" начальные сцены, происходящие в Англии, можно снять, например, в районе Калининграда. Сам остров - на юге Крыма или в районе Сочи.
Действие "Пожирателей огня" происходит в Австралии с ее очень своеобразной природой (до 75% растений Австралии больше нигде не встречаются). Нечто хотя бы отчасти близкое можно найти на черноморском побережье Кавказа.
"Приключения Гекльберри Финна" предлагают снимать в Поволжье, в районе Жигулей, либо на Амуре, пещеру - на Урале или на Кавказе.
В книге "Пятнадцатилетний капитан" действие происходит в Анголе. Почти тропический лес можно найти в Уссурийском крае, аналог саванн - в наших лесостепях где-нибудь под Курском.
Действие романа "Сто лет одиночества" происходит в колумбийском селении. Ландшафты с субтропической растительностью можно найти в районе Сочи.
Для фильма "Фараон" пустыню можно снять в Средней Азии, на юге Казахстана. Сцены на Ниле можно снимать в дельте Волги.
Все авторы ответов указывают, что внимательный зритель заметит подделки по отсутствию (или присутствию) характерных растений и животных. Скажем, в курских лесостепях, к сожалению, нет баобабов и не бродят жирафы, под Сочи нет дикорастущих бананов, характерных для Колумбии, в дельте Волги нет крокодилов и так далее. Многие обращают внимание на особенности рельефа (берега Волги выше, чем берега Миссисипи) и даже на звездное небо, в Африке и тем более в Австралии сильно отличающееся от нашего.
3. Вам поручено сравнить гуппи, лягушек, голубей, лошадей, кошек и собак по способности к обучению. Опишите, как вы будете проводить эксперименты для решения этой задачи.
Для этого школьники предлагают использовать лабиринты (простые - для рыб и лягушек, более сложные - для голубей и еще более сложные для млекопитающих). Для птиц и более высших животных годится так называемый проблемный ящик, применяемый в опытах по зоопсихологии. Животное помещают в ящик, где есть кнопка или педаль, нажав которую, животное может выйти на свободу или получить корм. Показателем способности к обучению служит время, за которое животное поймет, что нажатие на педаль приводит к желаемому результату. Критерием обучаемости может служить скорость выработки условных рефлексов. Хорошо говорит о степени обучаемости животного его способность к экстраполяции, то есть продолжению наблюдаемой тенденции на близкое будущее. Для этого известный физиолог Л. В. Крушинский разработал тест с ширмой, за которую уезжает кормушка. Животное должно спрогнозировать, где искать кормушку после ее исчезновения.
4. Отправляясь в плавание, Робинзон Крузо захватил собранную им большую коллекцию семян культурных растений разных стран и народов, которую намеревался подарить кузине. Но судно разбилось неподалеку от необитаемого острова, и Робинзон перетаскивает на берег спасенное имущество. Как поступить с коллекцией? Вряд ли стоит тратить время и силы на то, чтобы спасти ее целиком. Семенами каких растений вы рекомендуете заняться в первую очередь, а какие семена в сложившейся ситуации представляются совершенно ненужными?
Робинзон Крузо побывал во многих странах: он был в плену в Марокко, плавал в Карибском море, жил в Бразилии, торговал у берегов Гвинеи. То есть он мог собрать семена растений, характерных для четырех выделенных Н. И. Вавиловым очагов происхождения культурных растений: Бразильско -Парагвайского, Южноамериканского, Центральноамериканского и Средиземноморского. Остров, на который высадился Робинзон, находится в Карибском море, так что большинство растений из коллекции могут, видимо, там расти.
Прежде всего, ему надо взять пищевые растения - зерновые культуры, особенно кукурузу, корнеплоды, овощные и бахчевые. Хотя надо учитывать, что многие семена, например бобовые, могли испортиться, попав в воду, если не были плотно упакованы. Нужны лекарственные растения, например семена хинного дерева и часто относившийся в те времена к лекарственным табак (тем более, Крузо курил). Можно взять прядильные растения - лен, коноплю, джут, хлопок. Семена плодовых деревьев нет необходимости спасать, так как в тропических лесах много диких плодов, не столь вкусных, как культурные, но все же съедобных. Декоративные растения тоже можно не брать.
Один из школьников пишет: "На месте Робинзона я бы посадил кофе. Во-первых, я был бы занят его выращиванием, и печальные мысли не приходили в голову. А во-вторых, если бы я там пробыл долго, то дождался бы урожая и смог наслаждаться бодрящим напитком по утрам".
В одном ответе Робинзону предлагается все же сохранять оптимизм, верить в возвращение с острова и спасти для коллекции кузины как можно больше растений, не встречающихся в Англии.
В другом ответе приведен список дюжины растений с указанием возможного срока хранения их семян без потери всхожести. Наверное, такие данные стоило бы учитывать, но вряд ли у Робинзона они имелись.
5. У одних видов организмов плотность особей на единицу площади обитания относительно стабильна в разные сезоны и годы, а у других - скачкообразно меняется. Приведите примеры тех и других видов. Перечислите причины, с которыми могут быть связаны указанные различия.
Относительная стабильность плотности популяций характерна для крупных хищников и копытных. Скачкообразные колебания свойственны многим мелким животным - мышевидным грызунам, насекомым. За ними могут следовать колебания численности питающихся ими хищников (так, связана между собой численность зайцев и волков, мышевидных грызунов и полярных сов).
Из растений большими колебаниями плотности отличаются эфемеры, живущие в пустынях и полупустынях и прорастающие из сохранившихся в почве семян на время краткого более влажного сезона. Стабильна плотность деревьев.
Колебания плотности популяции могут быть связаны с погодными условиями, изменениями кормовой базы, эпизоотиями, природными катастрофами, регулярными миграциями (например, у перелетных птиц), деятельностью человека, сезонными циклами размножения вида, острой конкуренцией за ресурсы и другими причинами.
6. В почве обитают представители самых разных групп животных. Какие приспособления к такому образу жизни у них возникли?
Для перемещения в такой плотной среде, как почва, живущие в ней организмы приобрели органы для рытья (крот) или ползания (направленные назад щетинки дождевых червей). Часто им свойственна удлиненная или червеобразная форма тела. В коже бывают слизистые железы, вырабатывающие смазку для облегчения движения в почве. Глаза из-за их бесполезности часто уменьшены или совсем отсутствуют, зато развиты обоняние и осязание.
7. Обычный анализ крови, который вам делают при периодических обследованиях в поликлинике, включает определение стандартного набора параметров. Какие болезни и физиологические расстройства могут быть выявлены на основании этого анализа?
Перечислите, для каких диагностических целей необходимо определение дополнительных характеристик состава крови. Какие параметры следует измерять в каждом из этих случаев?
При обычном анализе крови определяют содержание гемоглобина, количество эритроцитов, лейкоцитов, тромбоцитов, скорость оседания эритроцитов, гематокриз (объемное соотношение твердой части крови к жидкой), время свертывания и цветной показатель.
По результатам такого анализа можно определить воспалительные процессы в организме, некоторые заболевания крови (анемия, лейкозы), нарушения свертываемости.
Дополнительные анализы делают при подозрении на определенные болезни. Например, при вероятности диабета делают анализ на сахар натощак и после еды. При подозрении на болезни почек измеряют содержание в крови остаточного азота, мочевины, креатинина.
Анализ на содержание антител позволяет установить, какими инфекционными болезнями болел или болеет в настоящее время человек.
Перед переливанием крови определяют ее группу и совместимость.
Иногда делают анализ крови на гормоны, например при лечении бесплодия.
8. Вы решили разработать лекарственные препараты, обеспечивающие: а) снижение повышенного кровяного давления; б) ослабление аллергических реакций; в) уменьшение вероятности заболевания гриппом; г) быстрое заживление ран. Однако в аптеках уже имеется множество препаратов, решающих каждую из этих задач. Какие свойства новых лекарств сделают их применение предпочтительным? Как подобрать форму применения лекарства?
Для любого лекарственного препарата желательно, чтобы продолжительность курса была минимальна, результат достигался быстро, а число приемов в день было как можно меньше. По возможности не должно быть побочных явлений и несовместимости с другими лекарствами, пищевыми продуктами и напитками. Препарат не должен требовать трудновыполнимых условий для хранения, не должен вызывать зависимость или привыкание. Желательно, чтобы производство нового лекарства было недорогим и несложным, тогда оно окажется дешевле старых.
Эффект нового средства должен быть физиологичным и умеренным: лекарство от высокого давления не должно снижать давление ниже нормы, антиаллергическое средство не должно уничтожать всякую иммунную реакцию. Средство для защиты от гриппа должно быть эффективным против разных типов и штаммов вируса. Желательно, чтобы после заживления ран с помощью нового препарата не оставалось шрамов и чтобы этот препарат не слишком мешал самому больному и окружающим, например своим запахом.
Формы, в которых выпускается новое лекарство, зависят от его назначения. Если средство против высокого давления рассчитано на повседневное применение гипертониками, его лучше выпускать в виде таблеток или капсул. Если же это средство экстренной помощи при гипертоническом кризе, оно должно быть пригодным для инъекции. То же с лекарством от аллергии: если оно предназначено для снижения сравнительно безобидных аллергических явлений вроде чихания, сыпи, слезотечения, оно может быть в таблетках или в виде аэрозоля для вдыхания, но для пресечения тяжелой реакции типа отека Квинке лучше инъекция. Средство профилактики от гриппа может выпускаться в таблетках или капсулах. Средство для заживления ран - в виде мази, пластыря или аэрозоля, образующего пленку на ране. Если лекарство предназначено для приема внутрь маленькими детьми, его лучше делать в виде сладкой микстуры.
Использованы ответы следующих школьников: А. Баранова (г. Рязань), М. Ивановой (Москва), О. Кореньковой (г. Смоленск), М. Лебедева (г. Кандалакша), Н. Магомедовой (с. Куркент, Дагестан), А. Максимовой (г. Тула), А. Малковой (п. Металлплощадка Кемеровской обл.), А. Масловой (г. Жуковский), М. Насонова (Москва), М. Плаксиевой (г. Сергиев Посад), Л. Симоновой (Москва), К. Терентьева (г. Лодейное Поле) и Е. Хаулиной (Москва).
