Завдання ІІ Всеукраїнського турніру юних біологів

1. Відомо кілька гіпотез походження багатоклітинності. Вкажіть відомі вам та наведіть факти "за" і "проти" кожної з них. Яка з гіпотез є найбільш ймовірною, на вашу думку, і чому?

2. На малюнку представлені два варіанти будови органів зору тварин. Цікаво, що їх еволюція почалася з варіанту бокалоподібного заглиблення із поступовим формуванням оптичної системи, подібної до органу зору людини. Але серед тих же безхребетних виникає і інша система зорової рецепції - складне фасеткове око. Розкрийте біологічне значення обох еволюційних варіантів. Поясніть, чому у безхребетних вони виникають обидва, а у хребетних є лише варіант очного бокалу?

3. Чому яблунева та вишнева раси яблуневої рябокрилки (метелики) можуть за одне-два десятиріччя перетворитися на окремі види, тоді як світла та темна форми березового п'ядуна (з класичного прикладу в генетиці популяцій порушення частот генів) не стали окремими видами більш як за сто років?

4. Відомо, що сумарний вміст ДНК у бактеріальній клітині набагато менший, ніж в еукаріотичній. Відповідно і менший об'єм закодованої в ній інформації. У середньому така ДНК містить кілька тисяч генів, що приблизно в 500 разів менше, ніж, наприклад, у клітинах людини. Чим же тоді пояснити те, що бактерії виявляють таку вражаючу різноманітність адаптацій, завдяки яким займають найрізноманітніші екологічні ніші, які недоступні еукаріотам? Вони існують у жерлах вулканів, що вивержують смертоносні оксиди сірки, їх можна зустріти у верхніх шарах атмосфери, де панують наднизькі температури тощо. Спробуйте пояснити таке протиріччя.

5. У 1959 році Форшпаном і Поттером були відкриті електричні синапси у рака (Членистоногі). Вони дозволяють клітинам безпосередньо стимулювати одне одного без участі медіаторів та їх рецепторів. Це відбувається за рахунок так званих щілинних контактів, де білкові молекули утворюють своєрідні циліндри, по яких вільно проходить струм і що зумовлює деполяризацію мембран і передачу імпульсу безпосередньо від клітини до клітини. За такий спосіб все відбувається швидко, виключаючи синаптичну затримку, яка складає близько 0,4 мс. Поясніть, чому поряд з таким ефективним механізмом безпосередньої передачі імпульсів існує більш складна хімічна передача стимулів, яка значно програє в часі і має надскладний механізм?

6. Отримання людського ембріону in vitro набуло в наш час неабиякої популярності. Вже понад 100 років в клініці та наукових лабораторіях експериментують із штучним заплідненням, де в ролі "морських свинок" виступають жінки. Широко обговорюються також проблеми клонування не тільки тварин, але і людини. ЗМІ твердять, що вже отримані перші клоновані люди, хоча науково це поки що не доведено. Разом з цим все голосніше звучать вимоги про припинення таких дослідів, рішучу позицію по їх забороні зайняла церква. Зважте все "за" і "проти" в цьому питанні і спробуйте довести свою позицію з будь-якої точки зору - наукової, практичної, соціальної, здорового глузду або з усіх разом.

7. Фізіологічна регуляція травлення є досить розробленим розділом у науці. У шкільних підручниках наведено досить детальні відомості щодо рефлекторної регуляції слиновиділення, ковтання, описано нейрогуморальні механізми регуляції травлення в шлунку та дванадцятипалій кишці. Натомість відомості про травлення у тонкому кишечнику обмежуються загальними механізмами всмоктування мономерів органічних речовин та води. Чи дійсно в тонкому кишечнику все так просто з точки зору регуляції, чи регуляторні механізми в даному відділі шлунково-кишкового тракту настільки складні, що виходять за рамки шкільного курсу? Спробуйте описати ці механізми.

8. Еволюційна ідея, яка заслугами геніального Ч.Дарвіна втілилася в наукову теорію, є загальноприйнятою в біології. Вона докорінно змінила наші погляди на біологічні явища, але відомо, що ідея про можливість змін організмів в часі прийшла великому біологові саме на Галапагоському архіпелазі під час його подорожі навколо світу. Але, як не дивно, ці острови являють собою досить сумовите видовище, оскільки омиваються холодними течіями. Сам Ч.Дарвін писав: "Перше враження було самим непривабливим. Зламане поле чорної базальтової лави, що застигла чудернацькими хвилями, які пересікалися величезними тріщинами вкритими чахлими кущами, що вигоріли на сонці і які мало виявляли ознаки життя". Що ж саме вразило Ч.Дарвіна на Галапагосах і що пізніше підняло молодого випускника Кембриджу на вершини світової науки? Чому ці ідеї не прийшли в тропічних регіонах, де дійсно різноманіття живих форм є вражаючим?

9. Серед широких верств населення розповсюджена думка, що при будь-якому інфекційному захворюванні найбільш ефективні антибіотики. Причому, чим потужніший препарат, тим ефективніше лікування. Навіть при лікуванні грипу така практика досить розповсюджена. Однак лікарі намагаються роз'яснювати про невірність такого підходу і що у випадках вірусної інфекції тактика лікування зовсім інша, ніж при лікуванні бактеріальних хвороб. Поясніть, чому антибіотики неефективні при вірусних захворюваннях і чим це ви можете обґрунтувати?

10. У одній родині на протязі декількох поколінь народжувались лише хлопчики. Запропонуйте гіпотези, які б пояснювали цей факт з генетичної точки зору.

11. Спробуйте дати сучасну оцінку теорії катастроф Ж. Кюв'є. У чому, на ваш погляд, помилявся, а в чому був правий автор? Чому в останній час теорія катастроф знову набуває популярності?

12. Намагаючись спростувати теорію еволюції, автори книги "Життя -як воно виникло? Шляхом еволюції чи шляхом створення? в розділі Чи виробляють мутації щось нове? (с.102) наводять такі аргументи:

13. Відомо, що чим менші розміри тіла, тим інтенсивніша тепловіддача (згідно правила Рубнера - величина тепловіддачі обернено пропорційна розмірам). Особливо ця закономірність простежується у теплокровних тварин. Наприклад, дрібні ссавці мають надзвичайно високий рівень метаболізму. Частота серцевих скорочень сягає за 200 ударів на хвилину. Вочевидь, що прискорення руху крові зумовлює своєчасне постачання клітин киснем і, тим самим, отримання необхідної кількості енергії. Цікаво, що показники кількості гемоглобіну, при цьому, практично не змінюються і його вміст у всіх ссавців наближується до 150 г на 1 л крові. Наприклад, середня концентрація гемоглобіну у тварин розмірами від кажанів до коня склала 128,7 г на 1 л. Чим же обумовлений такий верхній поріг, адже можна було б припустити і інший еволюційний варіант транспорту кисню без прискорення роботи серця, а лише за рахунок збільшення кількості транспортних білків?

14. З курсу біології кожному школяреві відомо явище гермафродитизму. Гермафродити мають цілий ряд переваг: майже всі особини популяції здатні до продовження роду, одна особина здатна заселити новий ареал, і, нарешті, у них немає потреби витрачати додаткову енергію на відшукування партнера та спарювання. Чому ж тоді переважна більшість видів тварин роздільностатеві, тобто представлена самцями і самками? Спрогнозуйте, за яких умов гермафродитні види мали б еволюційні переваги на Землі??

15. В онтогенезі людини ріст органів відбувається не синхронно, тобто одні структури ростуть швидше ще в ембріогенезі, а інші вже після народження. Яку назву має це явище в біології? Які можливі механізми його регуляції? Як можна співвіднести явище, що ми спостерігаємо з еволюційними процесами?

16. Спіральний клапан хрящових риб, що розташований в кишечнику, додатково збільшує поверхню травлення та всмоктування перетравлених органічних речовин (див. малюнок). Це надає можливість вкоротити кишечник. Але у кісткових риб, які мають значно вищу організацію, такий клапан відсутній. Спробуйте довести доцільність такого ефективного пристосування, як спіральний клапан, у хрящових та його відсутність у кісткових риб.

17. Статеве дозрівання у людини досить складний процес перебудови всього організму. Дійсно, відбувається зміна майже всіх структур організму - опорно-рухової системи, серцево-судинної, нервової тощо. Змінюється характер людини, який інколи стає прямою протилежністю дитячої щирості та доброти. Аналогічні зміни відбуваються і при метаморфозі у тварин. Досить згадати метаморфоз у комах, амфібій. Чи можна ототожнити статеве дозрівання людини з метаморфозом у тварин? Спробуйте довести або відкинути цю думку.

18. Тварини мають найрізноманітніше забарвлення. Для більшості травоїдних ссавців таке забарвлення має маскувальний характер. Це легко пояснюється тим, що вони є потенційними жертвами більшості хижаків і, звичайно, маскування на місцевості для них має вирішальне значення. Якщо хижак все ж таки атакує жертву, тоді тварин виручає швидкість бігу. На фотографії ви безпомилково впізнаєте мешканця африканських саван зебру. Саме у цих травоїдних ссавців забарвлення начебто навпаки, викриває тварин, вони більш помітні на загальному фоні. Швидкість їх бігу також не вражає. Поясніть доцільність такого варіанту забарвлення в умовах савани саме у цієї групи ссавців. Яким чином зебри захищаються від хижаків, якщо таке "викривальне" забарвлення не маскує?

Автор запитаннь С. М. Шевченко (доцент Сумського національного аграрного університету, канд. біол. наук) 
запитання № 1, 2, 7, 14 наведені в редакції експерта-консультанта турніру А. О. Чернінського (Київський національний університет імені Тараса Шевченка, магістр) та О. А. Андерсон (вчитель СЗШ №4 м . Київ).