Ответы Олимпиада Сириус по биологии 10 класс группа 3

Содержание

1. Разнообразие окраски насекомых впечатляло людей тысячелетиями, но разобрать её на молекулярном уровне удалось только в последние годы. Певчий кузнечик Tettigonia cantans маскируется в траве благодаря зелёной окраске покровов.
2. Если с помощью точечных лазерных импульсов простимулировать исключительно M-колбочки сетчатки, не затрагивая S- и L-колбочки, испытуемые видят цвет, которого нет ни в одной точке обычной цветовой шкалы. Цвет назвали «Olo»; наиболее близкое к нему ощущение, доступное обычному зрению, показано на картинке:
3. В недавнем исследовании бразильские зоологи собрали данные о 433 родах грызунов и проанализировали их эволюционное древо. У 86 % родов на первом пальце передних лап растёт ноготь, а не коготь. Ноготь на первом пальце характерен для общих предков всех трёх основных клад грызунов.
4. Исследователи университета в Массачусетсе изучали электрическую активность эпителиальных клеток. Учёные выращивали кератиноциты на подложке с электродами, затем наносили ожог лазером и регистрировали электрическую активность. При ожоге в кератиноцитах регистрировали электрические импульсы со скоростью ~10 мм/с (у нейронов — от 0.5 м/с).
5. Заражённые энтомопатогенным грибом Metarhizium brunneum куколки рабочих муравьёв подают специальный химический сигнал, чтобы взрослые рабочие особи уничтожили их и остановили распространение гриба. Куколки цариц же не подают такого сигнала, но активнее борются с инфекцией — их иммунная защита эффективнее.
6. Зрительный нерв хамелеонов закручен в спираль, формирующуюся на поздних стадиях эмбриогенеза.
7. При добавлении лимона в чай напиток светлеет — кислота протонирует пигменты-теарубигины.
8. Дрозофилы (Drosophila melanogaster) — обитатели гниющих фруктов, в которых всегда присутствуют продукты брожения: этанол и метанол. Группа учёных обнаружила, что самцы, получавшие с пищей даже минимальные дозы этанола и метанола, производили больше половых феромонов и привлекали самок вдвое успешнее, чем самцы без доступа к этим веществам. При этом самки не получали метанол и этанол с пищей — их привлекал исключительно запах феромонов. Флуоресцентные метки позволили визуализировать активность нейронов в мозге насекомых и выявить три независимые нейронные цепи: первые две распознают этанол и метанол и запускают поведение поиска источника, третья активируется при большой концентрации метанола и вызывает избегание.
9. Ландыш майский (Convallaria majalis) — энтомофильное растение с поникшими белыми цветками и выраженным ароматом, но с крайне малым количеством нектара.
10. Как правило, самки дают потомство только своего вида. Однако муравьи Messor ibericus нарушают это правило. Рабочие особи имеют геном, наполовину принадлежащий матери, наполовину — отцу из совершенно другого вида, Messor structor, который в некоторых популяциях вообще не встречается поблизости. Оказалось, что самки M. ibericus сами производят самцов M. structor прямо у себя в гнезде. Геномный анализ 132 самцов из 26 колоний выявил резкий диморфизм: густоволосистые самцы принадлежат к M. ibericus, а лысые — к M. structor, и их ядерный геном полностью совпадает с таковым «чужого» вида. При этом митохондриальная ДНК всех самцов в гнезде — материнская, то есть M. ibericus. Это означает, что оба вида самцов рождены одной и той же царицей. Судя по всему, механизм данного феномена такой: яйцеклетка царицы служит «контейнером», в котором реплицируется только ядерный геном отца — M. structor, — тогда как материнский ядерный геном вытесняется.
11. Японские биологи обнаружили, что молодые нейроны в процессе миграции к своему месту назначения в мозге регулярно «ломают» собственную ДНК: в ней появляются двунитевые разрывы — наиболее опасный тип повреждений. Виновником оказался фермент топоизомераза IIβ, который в норме временно разрезает цепи ДНК, чтобы снять торсионное напряжение при её перекручивании. При миграции через узкие межтканевые пространства нейрон сильно деформируется, напряжение резко возрастает — и фермент вынужден делать временные разрывы. Опыты на мышах показали, что у животных без главной репарирующей лигазы LIG4 разрывы накапливались и с возрастом приводили к нарастающей двигательной дискоординации.
12. Российские учёные описали особый класс белков-«ДНК-миметиков»: они имитируют структуру ДНК настолько точно, что конкурируют с ней за связывание с ДНК-связывающими белками (например, транскрипционными факторами и ферментами). Такая молекулярная «мимикрия» открывает возможности для точной регуляции экспрессии генов и ингибирования ферментов внутри живых клеток.
13. При выращивании цианобактерии Chroococcidiopsis thermalis в свете с длиной волны около 750 нм её фотосистемы перестраиваются: помимо обычного хлорофилла a, в них появляется до 10 % хлорофилла f. Этот пигмент отличается от хлорофилла a наличием формильной группы и поглощает свет в ближней инфракрасной области — до 745–760 нм. Эксперименты показали, что при таком «дальнем красном» освещении фотосистемы с хлорофиллом f всё равно способны проводить зарядовую сепарацию и расщеплять воду, то есть фотосинтез идёт «за красным пределом», где обычный хлорофилл a уже практически не работает.
14. Учёные измерили концентрацию растворённых веществ в клетках корня растения, в норме не обитающего на засолённых почвах, и обнаружили, что она значительно выше, чем в окружающем почвенном растворе. При засолении почвы концентрация солей в почвенном растворе резко возрастает и порой превышает концентрацию содержимого клетки.
15. Что характерно для спорофита папоротника?
16. Определите ткань:
17. При стрессе надпочечники выделяют в кровь адреналин. Он связывается с рецепторами на клетках-мишенях и запускает каскад реакций: расширяются бронхи, учащается сердцебиение, из гликогена печени высвобождается глюкоза. В то же время сосуды кожи и органов пищеварения сужаются.
18. Собаки и другие псовые могут заражаться паразитическими нематодами Dirofilaria immitis через укусы комаров. Взрослые черви длиной до 30 см поселяются в правом желудочке сердца и лёгочной артерии. У заражённого животного развивается сердечная недостаточность. Примечательно, что в теле человека, случайно заражённого этим паразитом, черви не достигают половой зрелости и не размножаются — человек является «биологическим тупиком» для паразита.
19. Выберите продуцентов в экосистеме глубоководных гидротермальных источников:
20. На картине Амброзиуса Босхарта Старшего «Букет цветов в стеклянной вазе» (ок. 1620) изображены цветки нескольких видов, цветущих в разные сезоны года.
21. Лимфа, кровь и тканевая жидкость образуют внутреннюю среду организма. Плазма крови фильтруется через стенку капилляров в межклеточное пространство, становясь тканевой жидкостью. Часть этой жидкости возвращается обратно в кровь, часть — попадает в лимфатические капилляры и течёт в виде лимфы, в конечном счёте возвращаясь в венозное русло. У пациента нарушен отток лимфы из нижних конечностей.
22. В популяции насекомых применяли инсектицид. Через несколько поколений большинство особей стали устойчивы. Как можно описать это явление?
23. Какой тип плода у магнолии, указывающий на её примитивное строение?
24. В каком отделе кровеносной системы человека наблюдается максимальное насыщение гемоглобина кислородом?

1. Разнообразие окраски насекомых впечатляло людей тысячелетиями, но разобрать её на молекулярном уровне удалось только в последние годы. Певчий кузнечик Tettigonia cantans маскируется в траве благодаря зелёной окраске покровов.

Учёные обнаружили белок, который удерживает два пигмента, — жёлтый ксантофилл и синий билин. Водный раствор этого белка выглядит зелёным, а в органическом растворителе распадается на синюю и жёлтую фракции.

Выберите верное объяснение этого явления:

В воде синий пигмент денатурирует и теряет цвет, остаётся только жёлтый
Белок удерживает пигменты в пространственной близости, и их суммарный спектр поглощения воспринимается как зелёный
Органический растворитель создаёт новые химические связи между пигментами, изменяя их цвет
Жёлтый и синий пигменты химически реагируют между собой, образуя молекулу зелёного цвета

Ответ: 2 вариант правильный

2. Если с помощью точечных лазерных импульсов простимулировать исключительно M-колбочки сетчатки, не затрагивая S- и L-колбочки, испытуемые видят цвет, которого нет ни в одной точке обычной цветовой шкалы. Цвет назвали «Olo»; наиболее близкое к нему ощущение, доступное обычному зрению, показано на картинке:

Какой вывод наиболее обоснован?

Цвет зависит от активности разных типов колбочек, и их изолированная работа создаёт цвета, которые невозможно увидеть при естественном освещении
Человеческий глаз воспринимает бесконечное число цветов при любой комбинации стимуляции
Новый цвет является смесью красного и синего за счёт перекрёстной активации L- и S-колбочек
Изолированная стимуляция M-колбочек принципиально невозможна

Ответ: 1 вариант правильный

3. В недавнем исследовании бразильские зоологи собрали данные о 433 родах грызунов и проанализировали их эволюционное древо. У 86 % родов на первом пальце передних лап растёт ноготь, а не коготь. Ноготь на первом пальце характерен для общих предков всех трёх основных клад грызунов.

Какое эволюционное объяснение этого наиболее вероятно?

Ноготь возник как защитная реакция от хищников — твёрдая пластина лучше защищает фалангу от механических факторов
Ноготь является рудиментом без адаптивного значения
Ноготь позволяет выполнять сложные манипуляции с твёрдыми семенами и тем самым осваивать нишу с низкой конкуренцией
Ноготь появился независимо у всех грызунов как адаптация к подземному образу жизни и помогает рыть и раскапывать почву

Ответ: 3 вариант

4. Исследователи университета в Массачусетсе изучали электрическую активность эпителиальных клеток. Учёные выращивали кератиноциты на подложке с электродами, затем наносили ожог лазером и регистрировали электрическую активность. При ожоге в кератиноцитах регистрировали электрические импульсы со скоростью ~10 мм/с (у нейронов — от 0.5 м/с).

Какая функция этих импульсов наиболее вероятна?

Координация удаления повреждённых клеток и регенерации раны
Передача болевого сигнала в мозг в обход нервной системы
Генерация тепла для повышения температуры в зоне повреждения
Регуляция сокращений гладкой мускулатуры под кожей

Ответ: Координация удаления повреждённых клеток и регенерации раны

5. Заражённые энтомопатогенным грибом Metarhizium brunneum куколки рабочих муравьёв подают специальный химический сигнал, чтобы взрослые рабочие особи уничтожили их и остановили распространение гриба. Куколки цариц же не подают такого сигнала, но активнее борются с инфекцией — их иммунная защита эффективнее.

Что наиболее точно описывает биологический смысл этого различия?

Сигнал является случайным побочным продуктом распада клеток при заражении
Куколки рабочих не способны к иммунному ответу из-за дефицита питания в силу их низкого положения в касте
Иммунная система куколок цариц блокирует подачу сигнала, таким образом гриб постепенно распространяется по колонии
Для муравейника рабочие особи менее ценны, жертвование ими снижает распространение патогена

Ответ: 4 вариант

6. Зрительный нерв хамелеонов закручен в спираль, формирующуюся на поздних стадиях эмбриогенеза.

Выберите наиболее вероятное адаптивное объяснение данной особенности строения:

Спиральная форма позволяет глазам вращаться независимо, не растягивая нерв
Спираль увеличивает число волокон в условиях небольшой площади поверхности и улучшает остроту зрения
Спиральный нерв замедляет сигнал, давая мозгу время для анализа
Закрученный нерв снижает теплопотери через глаз в холодных условиях

Ответ: Спиральная форма позволяет глазам вращаться независимо, не растягивая нерв

7. При добавлении лимона в чай напиток светлеет — кислота протонирует пигменты-теарубигины.

Какой растительный пигмент также меняет цвет при изменении pH?

Антоциан, обеспечивающий окраску краснокочанной капусты
Бетулин, придающий белую окраску берёзовой коре
Каротиноид, придающий цвет моркови
Хлорофилл, обеспечивающий зелёную окраску листьев

Ответ: Антоциан, обеспечивающий окраску краснокочанной капусты

8. Дрозофилы (Drosophila melanogaster) — обитатели гниющих фруктов, в которых всегда присутствуют продукты брожения: этанол и метанол. Группа учёных обнаружила, что самцы, получавшие с пищей даже минимальные дозы этанола и метанола, производили больше половых феромонов и привлекали самок вдвое успешнее, чем самцы без доступа к этим веществам. При этом самки не получали метанол и этанол с пищей — их привлекал исключительно запах феромонов. Флуоресцентные метки позволили визуализировать активность нейронов в мозге насекомых и выявить три независимые нейронные цепи: первые две распознают этанол и метанол и запускают поведение поиска источника, третья активируется при большой концентрации метанола и вызывает избегание.

Какова наиболее вероятная биологическая роль третьей нейронной цепи?

Метанол при высоких концентрациях токсичен; третья цепь предотвращает отравление, не позволяя самцу погибнуть
Третья цепь подавляет синтез феромонов, чтобы перераспределить ресурсы самца на поиск пищи
Третья цепь нужна для распознавания конкурентов-самцов: высокая концентрация метанола сигнализирует о присутствии соперника
Цепь активируется при низких концентрациях метанола, когда эффект от феромонов ещё не достигает порога привлекательности для самок

Ответ: 1 вариант правильный

9. Ландыш майский (Convallaria majalis) — энтомофильное растение с поникшими белыми цветками и выраженным ароматом, но с крайне малым количеством нектара.

Какая стратегия опыления наиболее вероятна для данного растения?

Имитация запаха самки насекомого-опылителя (псевдокопуляция)
Термогенез — нагревание цветка, имитирующее тёплое убежище для насекомых
Привлечение насекомых ароматом без пищевого вознаграждения (обманное опыление)
Выделение большого количества нектара, компенсирующего слабую заметность цветка

Ответ: 3 вариант

10. Как правило, самки дают потомство только своего вида. Однако муравьи Messor ibericus нарушают это правило. Рабочие особи имеют геном, наполовину принадлежащий матери, наполовину — отцу из совершенно другого вида, Messor structor, который в некоторых популяциях вообще не встречается поблизости. Оказалось, что самки M. ibericus сами производят самцов M. structor прямо у себя в гнезде. Геномный анализ 132 самцов из 26 колоний выявил резкий диморфизм: густоволосистые самцы принадлежат к M. ibericus, а лысые — к M. structor, и их ядерный геном полностью совпадает с таковым «чужого» вида. При этом митохондриальная ДНК всех самцов в гнезде — материнская, то есть M. ibericus. Это означает, что оба вида самцов рождены одной и той же царицей. Судя по всему, механизм данного феномена такой: яйцеклетка царицы служит «контейнером», в котором реплицируется только ядерный геном отца — M. structor, — тогда как материнский ядерный геном вытесняется.

Самцы M. structor, рождённые в колонии M. ibericus, несут ядерный геном только своего отца — M. structor, хотя рождены из яйцеклетки матери — M. ibericus.

Как называется тип развития, который приводит к появлению самцов M. structor?

Андрогенез
Гиногенез
Полиплоидия
Партеногенез

Ответ: Андрогенез

11. Японские биологи обнаружили, что молодые нейроны в процессе миграции к своему месту назначения в мозге регулярно «ломают» собственную ДНК: в ней появляются двунитевые разрывы — наиболее опасный тип повреждений. Виновником оказался фермент топоизомераза IIβ, который в норме временно разрезает цепи ДНК, чтобы снять торсионное напряжение при её перекручивании. При миграции через узкие межтканевые пространства нейрон сильно деформируется, напряжение резко возрастает — и фермент вынужден делать временные разрывы. Опыты на мышах показали, что у животных без главной репарирующей лигазы LIG4 разрывы накапливались и с возрастом приводили к нарастающей двигательной дискоординации.

Какой вывод следует из описанного механизма?

Фермент топоизомераза IIβ синтезирует новые цепи ДНК взамен разорванных, что предотвращает накопление разрывов и позволяет предотвратить развитие двигательной дискоординации
Топоизомераза IIβ является мутагеном, случайно повреждающим ДНК нейронов, а лигаза лишь временно предотвращает запуск апоптоза
Временные разрывы ДНК — это нормальный физиологический механизм, необходимый для успешной миграции нейронов, а быстрая репарация лигазы предотвращает накопление мутаций
Даже временные двунитевые разрывы ДНК немедленно запускают апоптоз клетки, поэтому мигрирующие нейроны неизбежно погибают, что впоследствии и вызывает двигательную дискоординацию

Ответ: 3 вариант правильный

12. Российские учёные описали особый класс белков-«ДНК-миметиков»: они имитируют структуру ДНК настолько точно, что конкурируют с ней за связывание с ДНК-связывающими белками (например, транскрипционными факторами и ферментами). Такая молекулярная «мимикрия» открывает возможности для точной регуляции экспрессии генов и ингибирования ферментов внутри живых клеток.

Почему ДНК-миметик может связываться с теми же белками, что и настоящая ДНК, хотя имеет принципиально иной химический состав?

Белки-миметики содержат фрагменты нуклеотидов, встроенные в полипептидную цепь, и буквально являются гибридами белка и ДНК, поэтому ДНК-связывающие белки «не отличают» миметик от настоящей ДНК
Исследуемые клетки были раковыми и имели «поломанные» ДНК-связывающие белки, которые ошибочно воспринимали белок и нуклеиновую кислоту одинаково
Пространственная форма (конформация) поверхности белка-миметика воспроизводит форму и распределение зарядов, характерных для ДНК, поэтому белки «не отличают» миметик от настоящей ДНК
Миметик ковалентно присоединяется к ДНК и вместе с ней формирует устойчивый комплекс с белком

Ответ: 3 вариант

13. При выращивании цианобактерии Chroococcidiopsis thermalis в свете с длиной волны около 750 нм её фотосистемы перестраиваются: помимо обычного хлорофилла a, в них появляется до 10 % хлорофилла f. Этот пигмент отличается от хлорофилла a наличием формильной группы и поглощает свет в ближней инфракрасной области — до 745–760 нм. Эксперименты показали, что при таком «дальнем красном» освещении фотосистемы с хлорофиллом f всё равно способны проводить зарядовую сепарацию и расщеплять воду, то есть фотосинтез идёт «за красным пределом», где обычный хлорофилл a уже практически не работает.

Микрофотография: скопление округлых зелёных клеток; масштабная линейка «30 µm»

Почему хлорофилл f, поглощающий свет с большей длиной волны (меньшей энергией), позволяет цианобактерии фотосинтезировать в условиях дальнего красного света, где фотосистемы, содержащие лишь хлорофилл a, были бы малоэффективны?

Хлорофилл f более устойчив к тепловому разрушению, поэтому дольше сохраняет работоспособность фотосистемы при длительном освещении дальним красным светом
Хлорофилл f поглощает фотоны меньшей энергии в дальнем красном диапазоне и, будучи встроенным в фотосистему, передаёт возбуждение к реакционному центру, расширяя спектр рабочих длин волн за пределы «красного предела» хлорофилла a
Хлорофилл f поглощает преимущественно синий свет высокой энергии, который почти не ослабляется под пологом растений, и поэтому обеспечивает фотосинтез в условиях затенения
Формильная группа радикально меняет свойства молекулы: хлорофилл f начинает вести себя как фикобилин и может запасать энергию света без участия стандартных фотосистем

Ответ: 2 вариант (Хлорофилл f поглощает фотоны меньшей энергии…)

14. Учёные измерили концентрацию растворённых веществ в клетках корня растения, в норме не обитающего на засолённых почвах, и обнаружили, что она значительно выше, чем в окружающем почвенном растворе. При засолении почвы концентрация солей в почвенном растворе резко возрастает и порой превышает концентрацию содержимого клетки.

Что произойдёт с клетками корня при сильном засолении почвы?

Вода выйдет из клеток по осмосу в направлении более концентрированного почвенного раствора — клетки потеряют тургор и могут погибнуть (плазмолиз)
Клетки начнут активно поглощать соли через белки-переносчики и сохранят тургор
Концентрация клеточного сока автоматически сравняется с концентрацией почвенного раствора за счёт синтеза новых белков
Соли осядут на поверхности клеточной стенки, не проникая внутрь

Ответ: 1 вариант

15. Что характерно для спорофита папоротника?

Образование яйцеклеток и сперматозоидов
Гаплоидный набор хромосом
Диплоидный набор хромосом
Небольшое сердцевидное слоевище — заросток

Ответ: Диплоидный набор хромосом

16. Определите ткань:

Компактная костная ткань
Плотная волокнистая соединительная ткань
Гиалиновый хрящ
Рыхлая соединительная ткань

Ответ: Гиалиновый хрящ

17. При стрессе надпочечники выделяют в кровь адреналин. Он связывается с рецепторами на клетках-мишенях и запускает каскад реакций: расширяются бронхи, учащается сердцебиение, из гликогена печени высвобождается глюкоза. В то же время сосуды кожи и органов пищеварения сужаются.

Какой принцип регуляции иллюстрирует действие адреналина?

Местная (паракринная) регуляция: адреналин действует только на клетки внутри надпочечника
Иммунная регуляция: адреналин активирует лимфоциты для борьбы с угрозой
Нервная регуляция: адреналин передаётся по нервным волокнам к органам-мишеням
Гуморальная регуляция: адреналин разносится кровью и воздействует на множество органов, координируя их работу в режиме «бей или беги»

Ответ: 4 вариант

18. Собаки и другие псовые могут заражаться паразитическими нематодами Dirofilaria immitis через укусы комаров. Взрослые черви длиной до 30 см поселяются в правом желудочке сердца и лёгочной артерии. У заражённого животного развивается сердечная недостаточность. Примечательно, что в теле человека, случайно заражённого этим паразитом, черви не достигают половой зрелости и не размножаются — человек является «биологическим тупиком» для паразита.

Почему локализация взрослых червей именно в правом желудочке сердца и лёгочной артерии особенно опасна?

В правом желудочке самая высокая температура, поэтому черви концентрируются именно там
Правый желудочек перекачивает кровь по малому кругу кровообращения ко всем органам — черви мешают кровоснабжению мозга
Правый желудочек нагнетает кровь в лёгочную артерию — черви механически затрудняют кровоток в лёгких
Правый желудочек получает кровь из лёгочных вен — черви блокируют поступление насыщенной кислородом крови

Ответ: Правый желудочек нагнетает кровь в лёгочную артерию — черви механически затрудняют кровоток в лёгких

19. Выберите продуцентов в экосистеме глубоководных гидротермальных источников:

Фото: глубоководный гидротермальный источник — «чёрный курильщик» с выбросами тёмного дыма

Погонофоры, вступающие в симбиоз с бактериями
Крупные крабы, питающиеся моллюсками
Хемоавтотрофные бактерии, окисляющие сероводород
Микроводоросли, осуществляющие фотосинтез

Ответ: Хемоавтотрофные бактерии, окисляющие сероводород

20. На картине Амброзиуса Босхарта Старшего «Букет цветов в стеклянной вазе» (ок. 1620) изображены цветки нескольких видов, цветущих в разные сезоны года.

Картина: букет в стеклянной вазе — тюльпан, ирис, розы, ландыши, пион и другие цветы; рядом бабочка

Почему такое сочетание растений в одном букете в природе невозможно?

Букет является символическим изображением, и художник специально исказил размеры
Каждый цветок написан с отдельного этюда; цветение разных видов не совпадает по времени
В природе растения разных видов никогда не растут и, как следствие, не цветут рядом из-за конкуренции
Художник намеренно изображал только экзотические виды, не встречающиеся в Нидерландах

Ответ: 2 вариант

21. Лимфа, кровь и тканевая жидкость образуют внутреннюю среду организма. Плазма крови фильтруется через стенку капилляров в межклеточное пространство, становясь тканевой жидкостью. Часть этой жидкости возвращается обратно в кровь, часть — попадает в лимфатические капилляры и течёт в виде лимфы, в конечном счёте возвращаясь в венозное русло. У пациента нарушен отток лимфы из нижних конечностей.

Какое следствие это вызовет?

Уменьшится скорость кровотока в артериях ног
Жирные кислоты перестанут всасываться в ворсинках тонкого кишечника
Уменьшится количество эритроцитов в крови ног
Тканевая жидкость накопится в межклеточном пространстве и возникнет отёк (лимфедема)

Ответ: Тканевая жидкость накопится в межклеточном пространстве и возникнет отёк