X Международная дистанционная олимпиада «Эрудит»
Биология
7 класс
2 тур
Рекомендуемые ответы
Максимальное количество баллов – 100.
Задание №1(20 баллов)
В одной из Европейских стран существует таинственная «Волчья пещера». По какой - то странной причине в пещере погибают собаки, близкие родственники волков, попавшие в пещеру вместе с человеком. Но случаев, при которых в пещере по таинственным причинам погиб человек, документально не зафиксировано. Пещера славится также большим количеством палеонтологических находок мелких животных, кости которых без труда можно найти в пещере, даже не вскрывая грунт.
Вопросы:
Предположите причины таинственной гибели животных в «Волчьей пещере».
Объясните, почему они вызывают смерть.
Примерное содержание ответа на вопрос:
Около двадцати столетий человечеству известна «Волчья пещера» возле Неаполя в Италии. «Волчья пещера» получила широкую известность из-за того, что забежавшие туда собаки задыхаются и гибнут, а человек в ней может находиться длительное время, и без последствий. В ней тяжелый углекислый газ стелется по дну пещеры слоем до полуметра. Т.е. примерно до пояса человека пещера заполнена тяжелым по сравнению с азотом и кислородом углекислым газом. Поскольку голова человека находится воздушном слое, который гораздо выше, то он не ощущает никаких неудобств и проблем. Собака же при ее росте оказывается в слое углекислого газа и потому задыхается и погибает.
Люди, спустившиеся в пещеру со своими питомцами, могут предотвратить их гибель только одним способом - если возьмут их на руки, т.е. сделают так, чтобы голова животного находилась выше пояса, примерно на одном уровне с головой человека, обеспечивая тем самым своему четвероногому другу комфортное дыхание.
На земном шаре существует немало мест, где углекислый газ постоянно в больших количествах выделяется из глубины земли. Особенно это характерно для пещер, которые «вырыла» вода в известняках и гипсах. А в результате их разрушения выделяется углекислый газ. Обычно сквозняки своевременно его устраняют. Но в тех коридорах, где движение воздуха отсутствует, углекислый газ может скапливаться в больших количествах. Он тяжелее воздуха и в изолированных помещениях образует на дне своеобразные «неглубокие озерки». Человек их переходит вброд, даже не замечая, ведь углекислый газ не имеет ни цвета, ни запаха, а для собак «озерцо» может оказаться «глубоким». Смерть наступает мгновенно и незаметно: бедняги даже не успевает сообразить, что происходит, тем более что-нибудь предпринять для своего спасения.
Ученые отнесли все собачьи породы к виду Собака домашняя, а родоначальником считают серого волка. Возможно, во время одомашнивания собак их жизнь начиналась в пещерах рядом с первобытными людьми.
В Финляндии существует «Susiluola» или «Пещера Волка» - это довольно известная пещера (Пещера расположена в Западной Финляндии в провинции Похьянмаа). Она считается крупнейшей в этой стране, её площадь минимум 400 квадратных метров, глубиной 18 метров и длина 25 метров.
Местные жители раньше часто рассказывали о таинственной гибели животных в «Волчьей пещере», говорили о зове духов предков собак, обитавших ранее в этой пещере, злых духах и т.п. Однако всему таинственному имеется свои естественные объяснения. И в данном случае есть научное объяснение этому факту – это всё тот же углекислый газ.
Во Франции существует пещера Кюв де Сорье, где также гибнут собаки. На Земле существует немало пещер, в которых человеку ничего не угрожает, а вот собаки, попав в эти пещеры, вдруг внезапно погибают. Такие пещеры так и называют — "собачьими" или "волчьими". Они есть в Италии, в Финляндии, во Франции, в Молдове, на Камчатке.
Задание №2 (20 баллов)
Почему наши глаза воспринимают только видимую часть света, но не видят тепловую и инфракрасную части, хотя многие животные приобрели такую способность и при определённых условиях весьма эффективно её используют. Мы же можем восполнить этот недостаток, лишь используя приборы ночного видения. Почему же нас так обделила природа?
Примерное содержание ответа на вопрос:
Наверное, прежде всего потому, что в результате процесса эволюции человека не возникло в этом необходимости. Образ жизни человека и его эволюционных предков особо не нуждался в таких зрительных приспособлениях. А их формирование в процессе эволюции было не целесообразно.
Человеческий глаз способен воспринимать лучи в диапазоне длин волн от 380 нм до 760 нм (от фиолетового до красного). Все, что выходит за эти рамки, без специального оборудования увидеть невозможно.
Видимый свет — это лишь малая часть широкого спектра волн. Соседние области спектра — ультрафиолетовые и инфракрасные лучи. Мы их не воспринимаем.
Многие виды животных способны видеть излучение, не видимое человеческому глазу, то есть не входящему в видимый диапазон. Например, пчёлы и многие другие насекомые видят свет в ультрафиолетовом диапазоне, что помогает им находить нектар на цветах. Растения, опыляемые насекомыми, оказываются в более выгодном положении с точки зрения продолжения рода, если они ярки именно в ультрафиолетовом спектре. Птицы также способны видеть ультрафиолетовое излучение (300—400 нм), а некоторые виды имеют даже метки на оперении для привлечения партнёра, видимые только в ультрафиолете.
А у человека в колбочках глаза нет белков воспринимающих волны ультрафиолетового спектра, поэтому ему и не доступно зрение в ультрафиолетовом диапазоне. К тому же на ультрафиолетовый диапазон спектра 0,3–0,4 мкм приходится порядка 1% энергии излучения Солнца у поверхности Земли, поэтому его вклад в освещенность предмета незначителен.
Инфракрасное излучение активно используют в ночное время некоторые хищные пресмыкающиеся. Для этого они используют специальный орган, да сами они являются хладнокровными животными и их собственные тела не создают шумов при восприятии и анализе окружающего мира в инфракрасном спектре. Специализированный орган для восприятия информации в инфракрасном спектре больше похож на камеру - обскура, чем на глаз человека. Проще говоря – это отверстие, а сзади него находится воспринимающий экран. Приблизительно также устроены инфракрасные камеры: отверстие, а сзади воспринимающая матрица.
Человек не ведёт ночной образ жизни, его нельзя назвать даже сумеречным живым организмом, а в дневное время использование инфракрасного спектра не эффективно. К тому же если бы в инфракрасном спектре окружающий мир воспринимал человек, то у него возникли бы очень большие проблемы с шумами от собственного тела, в том числе и самого глазного яблока активно омываемого тёплой кровью. В такой ситуации человеку, скорее всего, нужно было бы сформировать совершенно новый орган, вынесенный максимально на периферию тела и существующий параллельно с глазом.
К тому же глазной хрусталик – это линза. В инфракрасном диапазоне показатель преломления становится близким к 1 и природная биологическая линза в этом диапазоне длин волн, едва ли возможна.
Подводя итог, можно сказать, что видимый диапазон наиболее подходит для зрения, потому что на более короткие волны приходится слишком малая доля энергии, а на более длинных волнах зрению мешают тепловые шумы.
Задание №3 (20 баллов)
В фантастических фильмах нередко показывают пришельцев, способных «плеваться» кислотой (например, серной), обладающих завидным аппетитом и повышенной агрессивностью.
Как вы думаете, могут ли реально существовать животные, содержащие серную кислоту в слюне?
Вопросы:
Если да, назовите животных содержащих серную кислоту в слюне. Какие плюсы и минусы они при этом получили?
Если нет, объясните, почему нет таких животных? А если бы они были, с какими проблемами они бы столкнулись?
Примерное содержание ответа:
Такой слюной обладают некоторые моллюски, представленные крупными и хищными формами и питающиеся преимущественно крупными иглокожими: голотуриями, морскими звездами, морскими ежами и т.д.
Иглокожие, как правило, обладают известковым скелетом. Серная кислота, содержащаяся в секрете слюны хищных видов моллюсков, воздействует, прежде всего, на скелет иглокожих, превращая углекислую известь в гипс. Такая обработка делает известковый скелет очень хрупким, поэтому добыча легко перетирается и проглатывается хищными моллюсками. Следовательно, выделение серной кислоты служит, таким образом, приспособлением к употреблению в пищу животных, защищенных твердым известковым скелетом.
Подобный способ охоты за морскими ежами характерен для некоторых средиземноморских улиток. Для них уничтожить ежа — «раз плюнуть». Именно плюнуть. Такая улитка выделяет на ежа сразу около ста граммов сильнодействующей слюны, в состав которой входит серная и соляная кислота. Столь крепкая слюна не только оглушает ежа, но и разъедает его известковый панцирь. После этого улитка легко расправляется с жертвой.
Такая «агрессивная слюна» характерна для некоторых морских переднежаберников (Dolium, Murex, Cassis, Tritonium) выделяемый слюнными железами сок содержит свободную серную кислоту в количестве примерно равном 3%.
Морская улитка долиум “плюется” хлорсульфоновой кислотой - это смесь соляной и серной кислот. Такие “плевки” разъедают даже камни, а у человека они вызывают серьезные поражения кожи.
Для выработки и хранения серной кислоты должен быть специализированный орган, изолированный от тканей самого обладателя.
Морская улитка Долиум “плюется” хлорсульфоновой кислотой (смесь соляной и серной кислот). Такие “плевки” разъедают даже камни, а у человека они вызывают серьезные поражения кожи. Для улитки Долиум уничтожить колючего морского ежа очень легко. В слюне, которой она «оплевывает» ежей, содержится серная кислота, превращающая их известковый панцирь в гипс — тронь и рассыплется. После этого улитка легко расправляется с жертвой. В слюне этих моллюсков были найдены также и другие кислоты (например, аспарагиновая, которая приводит иглокожих в состояние оцепенения). Таким образом, одновременно достигается ошеломление жертвы и разрушение ее защитного покрова. Хотя серная кислота и не кажется в данном случае наиболее подходящим средством, т.к. она, соединяясь с карбонатом кальция, дает труднорастворимый сульфат, однако она делает панцирь, защищающий жертву хрупким, что облегчает работу радулы. Эти кислоты служат для переваривания пищи, и, по-видимому, являются также средством защиты. Открыл эту особенность слюны профессор Трошель, который в Мессине занимался геологическими исследованиями. Когда он по воле случая держал в руках этого моллюска, она выпрыснула жидкость на мраморный пол. Мрамор зашипел, стали выделяться пузырьки углекислого газа.
Улитка Тонна, отряда Littorinimorpha. Слюна этих моллюсков содержит аспаргиновую кислоту, парализующую иглокожих, и свободную серную кислоту
Тигровая каури - моллюск: создала свой собственный способ защиты от врагов. Она встречает хищника облачком серной кислоты, которую выплескивает ему прямо в глаза.
Задание №4 (20 баллов)
Вам хорошо известен такой симпатичный австралийский зверёк, как коала. Также вам хорошо известно, что он питается листьями различных видов эвкалиптов.
Вопросы:
Объясните, почему в самый жаркий сезон, в самые жаркие дни, коалы, из всего многообразия видов эвкалиптов, предпочитает исключительно только один вид?
В чем причина такой избирательной диеты?
Примерное содержание ответа:
Коала – вегетарианец, к тому же он весьма разборчив в еде. Относится коала к узкоспециализированным листоедам. Его пища - листья эвкалипта, причем далеко не всех видов. В далекой Австралии произрастает около 500 видов эвкалиптов, но для питания коала годятся лишь 20, а из этих 20 зверек предпочитает только 5. Больше всего ему по вкусу листья эвкалипта манна, сахарного, пятнистого или разового, но и это еще не все капризы нашего героя. Даже на своем любимом сахарном эвкалипте животные выбирают лишь некоторые листочки так, что многие ветки остаются и вовсе нетронутые.
В листьях и побегах эвкалипта содержится большое количество токсичных веществ, в том числе сильный яд - синильная кислота. Но есть у эвкалипта и другая особенность - его листья содержат разные биологический активные вещества, необходимые животным для регулирования собственного обмена веществ - это цинеол, фелландрен и т.д. Например, цинеол снижает кровяное давление, температуру тела и расслабляет мышцы. Если принять его слишком много может остановиться дыхание. Фелландрен действует противоположным образом - вызывает повышение температуры. Отсюда и пристрастия коалы, зависящие от того, где они живут, на севере или на юге, крупные это зверьки или же мелкие, жарко или холодно.
В самый жаркий сезон, в самые жаркие дни коалы из всего многообразия видов эвкалиптов предпочитает исключительно только один вид, в котором содержится биологический активное вещество – простагландин с ярко выраженным «жаропонижающим эффектом». Т.е. коалы искусственно снижают температуру собственного тела, влияя на свой метаболизм, грамотно используя простагландины, содержащиеся в листьях эвкалипта.
Простагландины — группа липидных физиологически активных веществ, образующиеся в организме ферментативным путём из некоторых незаменимых жирных кислот. Простагландины являются медиаторами с выраженным физиологическим эффектом, являются в организмах регуляторными веществами, регулирующими различные физиологические процессы параллельно с гормонами.
Задание №5 (20 баллов)
Эволюция плодов различных растений, прежде всего, связана с адаптациями и приспособлениями к распространению семян, однако, на первый взгляд, многие из них плохо соответствуют этой цели. Вспомните разнообразие существующих в природе плодов. Проанализируйте и сравните их. Оцените их слабые и сильные стороны.
Вопросы:
Постройте, сконструируйте модель идеального, универсального для распространения семян плода, максимально привлекательного для животных распространителей.
Какие причины препятствуют его возникновению?
Почему реальные плоды весьма разнообразны?
Примерное содержание ответа:
Ответ должен содержать модель и её подробное описание. На данный вопрос у современной науки нет однозначного ответа, поэтому самым ценным в ваших ответах были ваши идеи и размышления. Их аргументация.
Пример №1, из работы участника.
Модель идеального, универсального для распространения семян плода, максимально привлекательного для животных.
1 - крючочки для прикрепления к любым покровам животных, так как они не только имеют форму крючочка, но и имеют липкую жидкость, а в слизистые покровы глубоко проникают и задерживаются в ней.
2 - чашелистики выделяют ароматную и сладкую жидкость.
3 - сам плод, в котором очень много маленьких семян, он яркий и напоминает свечку, чтобы был замечен среди листвы растений.
Пример №2, из работы участника.
Модель идеального, универсального для распространения семян плода, максимально привлекательного для животных.
а. – “ Парашют “ покрыт липкой как бы слизью. Она же обеспечивает полет, при падении в воду не дает утонуть и раз она липкая то она может
прилипнуть к шерсти животного. И она сладкая на вкус.
б. – Семя. Оно не переваривается.
в. – Стебелек. Его съедает животное и в себе переносит семя. А через некоторое время семя выйдет естественным путем.
Пример №3, из работы участника.
М одель идеального, универсального для распространения семян плода, максимально привлекательного для животных.
Для наилучшего распространения животными плоды должны обладать следующими свойствами: яркость и привлекательность, ароматный запах, вкус, кроме этого, семена многокостянки должны иметь оболочку, защищающую их от агрессивной внутренней среды организма. Поэтому я считаю, что универсальный плод будет выглядеть следующим образом: |
