XIII Международная олимпиада «Эрудит. Осень - зима 2015»
Биология
Ответы
Задание №1 (до 25 баллов): В процессе создания очередного робота военного назначения ученые биологи и инженеры из американского технологического университета позаимствовали весьма любопытную технику перемещения в пространстве у представителей одного из семейств о.Lepidóptera. Несмотря на то, что понять до конца данный механизм передвижения ученым так и не удалось, они создали прототип робота, действующего на аналогичных принципах. Особый механизм перемещения позволяет прототипу робота развивать ускорение около 1g, в результате чего достигая весьма значительных скоростей.
Специалисты в области робототехники, проводившие экспертизу этого робота, считают данную новацию весьма полезной. Они заявляют что роботы, использующие подобную технику перемещения в сочетании с традиционными вариантами, могут быть весьма эффективными и пригодиться не только для военных целей, но и в роли спасателей, инспекторов промышленных сооружений или окружающей среды и т. д.
Вопросы:
1. Что же представляет собой механизм перемещения робота, позаимствованный у представителей одного из семейств о.Lepidóptera специалистами в области бионики?
2. Почему робот, использующий данный механизм перемещения, должен его использовать в сочетании с другими традиционными вариантами?
3. В каких ситуациях данный способ перемещения представители одного из семейств о.Lepidóptera весьма эффективно используют в реальной жизни?
4. Приведите аргументы и примеры, подтверждающие Ваш ответ.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
Убегающая от хищника гусеница способна за 0,1 секунды свернуться в кольцо и развить скорость более 20 сантиметров в секунду, перекатываясь как колесо. Такой специфический способ побега удалось воспроизвести мягкому роботу.
Инженеры и биологи из американского университета Тафтса (Tufts University) объединили усилия и построили устройство по имени GoQBot, которое использует любопытную технику «аварийного» перемещения гусениц.
Как объясняет , резкое сворачивание в кольцо, которое прокатывается по поверхности, является одним из самых быстрых «колёсных» движений в живой природе. Причём авторы исследования подчёркивают: как именно мускулатура гусениц генерирует в столь краткое мгновение солидный всплеск мощности – до сих пор не исследовано до конца.
Отсутствие полной ясности с биомеханикой не помешало создать искусственный аналог спасающейся гусеницы.
Американские учёные построили 10-сантиметрового мягкотелого робота. Он состоит из силиконовой резины, а в действие приводится за счёт встроенных катушек из сплава с памятью формы. При их включении бот развивает ускорение около 1 g и раскручивается более чем до 200 оборотов в минуту. Максимальная скорость GoQBot превышает полметра в секунду.
Пять инфракрасных излучателей по бокам робота помогли учёным отслеживать его движение с помощью скоростных камер. Экспериментируя с машиной, исследователи смогли объяснить, почему гусеницы не используют «колёсную» технику передвижения как стандарт. Увы, этот метод действует только на ровной поверхности и к тому же требует большого количества энергии.
Однако роботы могли бы заимствовать у гусениц умение переключаться между различными режимами перемещения. На открытых пространствах мягкие машины катились бы с высокой скоростью, а на пересечённой местности переходили бы на движение ползком.
Задание №2 (до 25 баллов): В одном из фрагментов молекулы ДНК учёные обнаружили 2015 Г нуклеотидов, которые составляют 22 % от их общего количества.
Вопросы:
1. Сколько содержится Т, А, Ц нуклеотидов в отдельности в этом фрагменте молекулы ДНК?
2. Какова длина этого фрагмента ДНК?
3. Какова примерная относительная масса белка, закодированного в этом фрагменте ДНК?
4. Каково отношение аденин–тиминовых к гуанин–цитозиновым парам в двухцепочечной молекуле ДНК и о чем оно может говорить?
Оформите решение задачи в соответствии с существующими правилами.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
Дано: | Решение: |
В ДНК 2015 Г нуклеотидов, Это 22% от их общего количества. | 1. Гуанин комплементарен Цитозину, значит в ДНК содержится 2015 Ц нуклеотидов и они тоже составляют 22 % от общего количества. А комплементарен Т, значит их содержится в ДНК (100% - 22% - 22%) / 2 = 28%. 2015 = 22% Х = 28% Х = 2565 – количество А и Т. 2. Узнаем длину этого фрагмента, зная, что расстояние между нуклеотидами равно 0,34 нм. ДНК – двухцепочечная молекула. (2565+2565+2015+2015) / 2*0,34 нм = 1557,2 нм |
Найти: | |
1. Сколько содержится Т, А, Ц нуклеотидов в отдельности во фрагменте ДНК? 2. Какова длина фрагмента ДНК? 3. Какова примерная относительная масса белка? 4. Каково соотношение А-Т к Г-Ц парам в двухцепочечной молекуле ДНК и о чем это может говорить? |
3. Белковая молекула кодируется на смысловой цепи ДНК, поэтому общее количество нуклеотидов делим пополам и узнаем число нуклеотидов в одной цепи ДНК: 9160 нуклеотидов : 2 = 4580 нуклеотидов. Каждую аминокислоту кодируют три нуклеотида, значит 4580 нуклеотидов составляют (4580 : 3 =1526 ) 1526 аминокислот.
4. Узнаю примерную относительную массу белка, зная, что а. е.м. одной аминокислоты 100а. е.м. 100а. е.м.*1526 = 152600 а. е.м.
5. Содержание А-Т к Г-Ц парам во фрагменте ДНК составляет = 14:11
Ответ:
1. Содержание нуклеотидов во фрагменте ДНК: Г – 2015, Ц – 2015, А – 2565, Т – 2565.
2. Длина фрагмента ДНК составляет 1557,2 нм
3. Примерная относительная масса белка составляет 152600 а. е.м.
4. Отношение А-Т к Г-Ц парам составляет 14 : 11.
Задание №3 (до 25 баллов): В Краснодарском крае в одном из фермерских хозяйств собрали обильный урожай томатов. В собранном урожае гладких красных томатов оказалось больше всего – 36.5 т., красных пушистых – 12.2 т. Встречались в этом урожае и другие варианты фенотипов, например, томаты могли иметь красную или желтую окраску, быть гладкими или пушистыми.
Задание:
· Помогите фермеру определить массу наиболее редких и дорогих желтых пушистых томатов в собранном урожае, если исходный материал, используемый для получения семян, был гетерозиготным по обоим признакам.
Оформите решение задачи в соответствии с существующими правилами.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
Дано: | Решение: |
М красных и гладких = 36,5 т. М красных и пушистых = 12, 2 т.
| Фенотип Генотип Красный А Желтый а Гладкие В Пушистые в Красн. глад. АаВв |
Найти: | |
Масса желтых и пушистых – ? |
Исходя из того, что красные и гладкие томаты составляют 36,5 т., то эти признаки являются доминантными.
Решение
Р АаВв * АаВв
Г АВ, Ав, аВ, ав АВ, Ав, аВ, ав
F
АB | Аb | аB | Аb | |
АB | ААBB кр., гл. | ААBb кр., гл. | АаBB кр., гл. | АаBb кр., гл. |
Аb | ААBb кр., гл. | ААbb кр., пуш. | АаBb кр., гл. | Ааbb кр., пуш. |
аB | АаBB кр., гл. | АаBb кр., гл. | ааBB ж., гл. | ааBb ж., гл. |
аb | АаBb кр., гл. | Ааbb кр., пуш. | ааBb ж., гл. | Ааbb ж., пуш. |
По фенотипу в потомстве получилось:
9 – красных, гладких,
3 – красных пушистых,
3 – желтых гладких,
1 – желтых пушистых.
При дигибридном скрещивании дигетерозигот образуется 16 вариантов, 9 частей красных, гладких томатов составляют массу 36,5 т., 3 части красных пушистых составляют 12,2 т., 3 части желтых гладких будут составлять тоже 12,2 т. Всего это составляет массу =36,5+ 12,2 + 12,2 = 60,9 т., они составляют 15 частей. Тогда узнаем, сколько тонн составляет 1 часть желтых, пушистых.
Составляем пропорцию:
60,9 т -- 15 частей
Х т -- 1 часть, отсюда Х = 60,9* 1 : 15 = 4, 06 т.
Тип наследования: Дигибридное скрещивание с полным доминированием. Независимое наследование признаков.
Ответ: Масса желтых и пушистых томатов составит 4, 06 т.
Задание №4 (до 25 баллов): Каждый вид живого организма стремится занять свою экологическую нишу, найти свое место в биогеохимическом круговороте веществ, обеспечить себя пищей и энергией. В связи с этим в экологии принято разделять живые организмы на три группы: продуценты, консументы и редуценты.
Вопросы:
Могут ли живые организмы одновременно являться:
1. Продуцентами и консументами?
2. Продуцентами и редуцентами?
3. Редуцентами и консументами?
4. Продуцентами, редуцентами и консументами?
Приведите аргументы и примеры, подтверждающие Ваш ответ.
Примерное содержание ответа:
Выдержки из лучших ответов участников:
1. Продуцентами и консументами в пищевой цепи одновременно могут быть следующие организмы:
эвглена зелёная, которая на свету питается как растения за счёт наличия в клетках хлорофилла (продуцент), в темноте как животное потребляет готовые органические вещества (консумент);
растения – «хищники», например венерина мухоловка, которые синтезируют органику в процессе фотосинтеза (продуценты) и потребляют готовые органические вещества при переваривании насекомых (консументы);
растения – паразиты, например омела белая, способны к фотосинтезу (продуценты), а готовую органику получают из тканей организма-хозяина (консументы).
2. Продуцентами и редуцентами одновременно могут быть тионовые серобактерии. Например, Thiobacillus novellus способна получать энергию за счёт окисления соединений серы, далее эта энергия используется для синтеза органических соединений (хемотроф, продуцент), но в то же время хорошо растёт на средах с сахарами, спиртами и органическими кислотами, разрушает их и получает энергию (редуцент).
3. Редуцентами и консументами одновременно могут быть факультативные сапротрофы, например, сумчатые грибы, у которых вегетативная стадия паразитирует на растениях, питаясь за счёт органических веществ растения-хозяина (консументы), сумчатая стадия обитает на отмерших листьях или стеблях растений (редуценты). Представителем являются виды рода Rhizopus, которые образуют серую гниль плодов.
К организмам, выступающим в пищевой цепи в качестве консументов и редуцентов одновременно, по-моему, можно также отнести микоризные грибы (груздь, подосиновик, маслёнок, белый гриб). Они получают питательные вещества, разлагая остатки растений, опад, как редуценты. Но и получают органические вещества из растения, с которым формируют микоризу, через гифы, проникающие в клетки растения (консументы).
4. Я смогла выделить только одну группу организмов, которые способны быть одновременно продуцентами, консументами и редуцентами. Это сине-зелёные водоросли (цианобактерии). Их поразительные способности получать энергию и питательные вещества различными способами дали им возможность занять самые разные экологические ниши, иногда с экстремальными условиями жизни. За счёт различных способов фототрофного питания (фотосинтез, фоторедукция, фотогетеротрофизм) они могут быть продуцентами. Многие фототрофы при избытке в среде органики переходят на гетеротрофный тип питания (консументы). Некоторые цианобактерии используют для очистки воды, они разлагают органические вещества, вода становится пригодной для технического использования (редуценты).
Максимальное количество баллов – 100
