Примерные решения заданий вступительной работы по биологии 9-10 класс 15 (9-10). «Универсальный цветок»




Дата канвертавання27.04.2016
Памер215.82 Kb.
ПРИМЕРНЫЕ РЕШЕНИЯ
ЗАДАНИЙ ВСТУПИТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ ПО БИОЛОГИИ
9-10 КЛАСС


15 (9-10). «Универсальный цветок» Цветок – орган размножения, уникальный для покрытосеменных. Цветок каждого вида растений по-своему индивидуален и отличается от других цветом, ароматом, количеством лепестков, тычинок, пестиков и т.д. Все данные особенности тесно связаны со специализацией цветка по отношению к животному-опылителю.

1) Приведите основные группы животных (до отряда), участвующих в опылении цветков.

2) Кратко опишите, какие особенности строения цветка характерны для каждой из названных Вами групп опылителей. Выделите из данных особенностей наиболее важные, препятствующие опылению цветка другой «конкурирующей» группой.

3) Предложите модель строения гипотетического универсального цветка, который мог бы опыляться максимальным числом различных групп опылителей. Почему такой цветок не появился в процессе эволюции?

Решение задачи

В первой части решения нужно было перечислить основные отряды животных, участвующих в опылении цветковых растений и особенностей этих цветков. Следовало выделить среди особенностей те, что способствуют привлечению и опылению (цвет, запах, специфические особенности строения и периодизма) и те, что препятствуют опылению другими группами. К «препятствующим» признакам относятся как факторы, делающие посещение цветка и получение нектара, пыльцы невозможным (открытие цветка в другое время суток, особенности строения, не позволяющие проникнуть внутрь цветка), так и признаки, привлекательные только для данной группы опылителей.

К отрядам-опылителям можно было отнести:



I. Класс Насекомые открыточелюстные (Insecta ectognatha)

1. Отряд Перепончатокрылые (Hymenoptera)

Пчелы, шмели: цветки, как правило, ярко окрашенные, голубые или желтые, но не красные, так как перепончатокрылые не различают красный цвет. На лепестках могут быть специальные «указатели нектара» и узоры, хорошо различимые специфическими группами перепончатокрылых. Что касается строения цветка, то на нем часто наблюдаются «посадочные площадки» и специальные типы тычиночных нитей.

Опылению другими видами препятствует: нахождение нектара в трубке венчика, откуда его могут достать только насекомые с вытянутым ротовым аппаратом, необходимость раздвигать лепестки венчика, окраска в ультрафиолетовом спектре, невидимая птицами и бабочками.

Муравьи: цветки мелкие, белые, с небольшим количеством нектара, спрятанного неглубоко, или съедобными придатками

Опылению другими группами препятствует неброская окраска цветка, расположение их близко к земле, небольшое количество нектара.

2. Отряд Чешуекрылые (Lepidoptera)

Особенности цветков: цветки часто крупные, ярко окрашенные (желтые или красные), со сладким запахом, нектар спрятан в трубке веничка. Для цветков ночных бабочек характерна светлая окраска: белая или бледно-розовая.

Опылению другими группами препятствует окраска, не воспринимаемая перепончатокрылыми и расположение нектара. У ночных бабочек – раскрытие цветка после заката.

3. Отряд Двукрылые (Diptera)

Цветки часто актиноморфные, плоские, с отрытыми нектарниками или в неглубоких трубках. Цвет светлый, неяркий. Часто цветки, опыляемые двукрылыми, имитируют разложение: имеют соответствующую окраску, производят тепло. Запах очень слабый либо заметный и специфический: запах гниения или брожения.

Опылению другими группами препятствует либо неброская окраска и слабый запах либо вид и запах разлагающейся органики, не привлекающий других опылителей.

4. Отряд Жесткокрылые (Coleoptera)

Цветки, опыляемые жуками, как правило, плоские или чашевидные, с выступающими тычинками и пестиками. Цветки одиночные и крупные либо мелкие, собранные в соцветия. Аромат сильный фруктовый, пряный или запах брожения. Нектар есть не всегда, жуки часто поедают пыльцу, части околоцветника и особые «питательные тельца». Семяпочка хорошо защищена от грызущего ротового аппарата.

Опылению другими группами препятствует неяркая окраска, специфический запах и небольшое количество нектара.

II. Класс Птицы (Aves)

5. Отряды Колибриобразные (Trochiliformes), Воробьинообразные (Passeriformes), Попугаевые (Psittaciformes)

Опыляемые этими птицами цветки яркие, красные, оранжевые или желтые. Цветки крупные либо небольшие, собранные в соцветия. Венчик вытянут в трубку, в которой скрыты нектарники, нектара вырабатывается много. Запах слабый.

Опылению другими группами препятствует нахождение нектара, окраска, не воспринимаемая перепончатокрылыми и слабый запах.

III. Класс Млекопитающие (Mammalia)

6. Отряд Рукокрылые (Chiroptera)

Цветки, опыляемые рукокрылыми, крупные, прочные, неяркие, содержат много нектара. Такие цветки имеют пряный, фруктовый запах или запах брожения. Цветки часто трубчатые, свисают на ножках ниже уровня листвы или располагаются на стволах деревьев.

Для других групп эти цветки недоступны, так как раскрываются только ночью.

Во второй части решения нужно было описать «универсальный цветок». Авторам модели следовало продумать:

1) строение: одиночный цветок или соцветие, наличие «посадочных площадок», ловушек и иных приспособлений; механическую прочность;

2) окраску: однородная (какого цвета), пестрая, с лепестками разной окраски либо с лепестками, меняющими окраску в течение суток;

3) наличие и расположение аттрактантов: пыльцы, нектара, съедобных придатков;

4) периодизм: в какое время суток раскрывается, открываются ли все цветки одновременно и т.п.

5) запах: характер запаха, возможно, его изменение в течение суток.



Возможные аргументы:

1. Универсальный цветок, скорее всего, не смог бы конкурировать со специализированными растениями, и, как следствие, опылялся бы в основном пыльцой других видов (что не приводило бы к образованию семязачатка) и доставка пыльцы на цветки «своего» вида была бы неэффективной.

Некоторые считали, что опыление пыльцой другого вида привело бы ко всеобщей беспорядочной гибридизации и возникновению единого вида насекомоопыляемого растения во всем сообществе или во всей биосфере. К счастью, пыльца большинства видов несовместима с рыльцами пестиков и семязачатками других растений, поэтому у нас не возникают, к примеру, гибриды ветроопыляемых дубов и растущих под ними первоцветов.

2. Если бы этот гипотетический цветок стал по-настоящему универсальным и привлекательным для всех опылителей, между опылителями могла бы возникнуть серьезная конкуренция (кроме тех моделей, где эта проблема решается разобщением в пространстве или времени). Однако сама по себе конкуренция, как и естественный отбор, не являются чем-то несвойственным живой природе. Из идеи о конкуренции могли быть сделаны два интересных следствия о дальнейшей эволюции этого растения. Во-первых, соперничество за доступ к цветку снижает вероятность того, что одно и то же насекомое посетит цветок данного вида более одного раза в жизни, что, конечно, снижает эффективность опыления. Во-вторых, вид начал бы дивергировать под давлением отбора на более высокую эффективность опыления и вскоре перестал бы существовать как универсальный. В итоге возникло бы несколько новых видов более специализированных растений.

Многие указывали на возможность вымирания видов других растений и их неприспособившихся опылителей в случае эволюционного успеха «универсального цветка» и, как следствие, изменение структуры сообщества и видового разнообразия. Это вполне возможно, но это никак не препятствует возникновению нашего гипотетического растения. В ходе эволюции виды появлялись и вымирали и целые сообщества исчезали в результате конкурентной борьбы и действия абиотических факторов, а «эволюция» или «биосфера» никак это не предотвращали. Все эволюционные изменения происходят именно так и по сей день.

3. При высокой привлекательности различных съедобных частей цветка нужно было бы вести «круговую оборону» от поедания и повреждения семязачатков самими же опылителями или вредителями.

4. Построение такого цветка, кроме прочего, требует больших затрат энергии и вещества.

Критерии оценки. Максимальное количество – 15 баллов

1. Перечисление опылителей

0,5 балла за название отряда, представители которого специализируются на опылении на уровне не ниже семейств.

0,2 балла за примеры отрядов, представители которых также участвуют в опылении или за название представителей без указания называния отряда

За таксономические ошибки и неправильное написание используемых терминов вычиталось 0,2 балла.



Комментарии: Кроме перечисленных засчитывались также опылители из отрядов Грызуны, Опоссумы, Двурезцовые сумчатые, Приматы и даже Чешуйчатые (класс Рептилии). За перечисление этих отрядов начислялось по 0,2 балла, если указанные представители действительно к ним относились.

2. Особенности цветка

0,5 балла за особенности цветков (суммарно за признаки для отряда опылителей)

0,5 балла за выделение особенностей, препятствующих опылению другими группами

3. Универсальный цветок

По 0,5 балла за пункты описания цветка: строение (описание и приспособления), окраска, периодизм, запах, механические свойства.

По 1 баллу начислялось за разумные аргументы о невозможности возникновения «универсального цветка».

Комментарии: В случае если автор решения описывал особенности цветка, невозможные с точки зрения нормальной физиологии растений, но затем указывал на их неосуществимость, такая трезвая оценка своих гипотез поощрялась 0,5 балла.

16 (9-10). «Вегетативное размножение» Многие высшие растения способны образовывать новую особь путем отделения части своего тела. Данная стратегия выглядит очень привлекательной, так как позволяет в короткие сроки образовать множество особей и захватить территорию. Кроме того, вегетативное размножение может компенсировать ущерб от повреждений. Однако, у многоклеточных животных данный способ размножения не так широко распространен, как у растений.

1) Рассмотрите основные систематические группы животных (на уровне типов и классов) по способности к вегетативному размножению.

2) Перечислите анатомические и физиологические особенности, которые позволяют животным размножаться вегетативным путем.

3) Возможно ли появление в будущем среди членистоногих и хордовых животных, способных к вегетативному размножению? Что будет препятствовать появлению такой способности? Можно ли эти трудности преодолеть?

Критерии оценки (максимум 15 баллов):

Наличие определения термина «Вегетативное размножение», которое позволяет ограничить модель решения задачи – 1 балл. В определении должно быть указано, что вегетативное размножение подразумевает развитие новой особи из многоклеточной части другой особи. Необходимо, чтобы участник понимал, что клеточное деление (митоз) не подходит под определение вегетативного размножения и не соответствует вопросам поставленным в задаче. Если определение отсутствует, но при этом соблюдается условие отсутствия в списке таксонов различных одноклеточных – 0,5 балла. Кроме того, просим обратить внимание, что в большинстве современных классификаций выводит группу «Простейшие» из царства Животных.



Основные группы животных (на уровне типов), способных к вегетативному размножению.

За перечисление таких таксонов, как типы Кишечнополостные, Губки, Плоские черви, Кольчатые черви, Иглокожие и подтип Оболочники – по 0,5 балла (всего 3 балла). 0,5 балла за таксон ставится только в том случае, если кроме названия группы имеется еще и краткое описание того, как представители данной группы размножаются вегетативным путем, если описание отсутствует – 0,25 балла за таксон.

Другие таксоны (на уровне типов) – оценивались по такому же принципу, но всего можно было получить до 2 баллов. Сюда относятся: Плакозои, Мшанки, Немертины, Погонофоры, Форониды, Сипункулиды, Полухордовые и некоторые другие.

За каждый неверно указанный таксон (где нет вегетативного размножения) снималось 0,25 балла.



Основные особенности, способствующие использованию данной группой вегетативного размножения (0,5 балла за особенность всего до 3 баллов). Отметим, что набор особенностей является необходимым, но не всегда достаточным.

  1. Относительно слабая дифференцировка клеток и сохранение ими способности к делению, либо наличие специальных клеток, способных к делению и специализации в широкий спектр тканей (большинство участников это указывали как «высокая способность к регенерации»).

  2. Относительно слабая дифференцировка на отделы тела, органы и сложные системы органов (как самый благоприятный вариант – возможность почкования тела).

  3. Наличие метамерии (разделения тела на сегменты, каждый из которых содержит свой набор органов) и симметрии без сильной дифференциации сегментов (гетерономная сегментация и тагматизация тела).

  4. Вегетативное размножение облегчает низкая детерминированность эмбрионального развития и отсутствие такой особенности, как постоянство клеточного состава (эутелия).

  5. Для вегетативного размножения может происходить формирование специального органа (стробила) – как в случае оболочников и корнеголовых ракообразных.

Какие особенности членистоногих и хордовых животных мешают им широко использовать вегетативное размножение (до 3 баллов) – ценятся именно примеры, а не общие слова вроде «сложно устроены», «стоят высоко на эволюционной лестнице».

  1. Высокая специализация большинства клеток и потеря ими способности к делению, появление сложных тканей, стволовые клетки сильно ограничены в способности дифференцировки в совсем разные типы клеток (так же, наличие механизмов защиты от образования раковых опухолей).

  2. Развитие сложных органов и объединение их в системы органов.

  3. Сильная специализация сегментов (тагматизация) и усложнение строения конечностей.

  4. Высокая степень интеграции клеток, тканей и органов (развитие регуляторных систем - нервной и гуморальной).

  5. Наличие осевого или внешнего скелета (позвоночник и хитиновый скелет).

  6. Половое размножение у данных животных позволяет лучше приспосабливаться к быстро меняющейся наземно-воздушной среде обитания.

Комментарии.

Так же стоит отметить, что задача содержала «двойное дно» – все же, несмотря на указанные выше особенности хордовые (оболочники) и членистоногие (корнеголовые ракообразные) способны размножаться «вегетативным способом». Поэтому за идеи по возникновению вегетативного размножения в разных классах данных таксонов можно было заработать до 3 баллов. Перечислим три основных идеи, которые могли бы придти в голову участникам если рассуждать логически:

1) Многие писали, что возникновение вегетативного размножения у данных групп невозможно, так как они «слишком сложно устроены» – поэтому логично предположить, что такой способ размножения появится в случае вторичного упрощения строения при переходе к сидячему образу жизни (как у оболочников) или паразитизму (как у корнеголовых ракообразных).

2) Если строение слишком сложное, то размножаться можно на эмбриональной стадии (путем деления яйцеклетки или на стадии дробления – полиэмбриония, например, у млекопитающих) или личиночной стадии.

3) У насекомых с полным метаморфозом теоретически возможно «вегетативное размножение» на стадии куколки, когда происходит распад органов личинки и развитие имаго из зачатков в имагинальных дисках. Такие имагинальные диски теоретически могли бы делиться, образуя зачатки для формирования нескольких особей.

17 (9-10). «Хитрый паразит» Некоторые эндопаразиты животных могут весь жизненный цикл или его часть проводить внутри клеток своего хозяина. По сравнению со своими «коллегами», ведущими преимущественно межклеточный или полостной образ жизни, они имеют ряд характерных особенностей.

1) Приведите примеры внутриклеточных паразитов различных животных из разных таксонов (вирусы в рассмотрение не включайте).

2) Какие анатомические и физиологические особенности, характерные для таких паразитов, связаны именно с внутриклеточным образом жизни?

3) Перечислите преимущества и недостатки внутриклеточного паразитизма по сравнению с межклеточным и полостным. Выделите среди них ключевые и оцените, какая из стратегий наиболее выгодна с точки зрения паразита.

Критерии оценки (максимум 15 баллов):

Наличие ограничения модели или определения понятия «внутриклеточный паразит» – 0,5 балла.

Примеры представителей из разных таксонов:

Далее для каждой указанной группы 0,5 баллов дается за описание особенностей представителей группы, имеющее отношение к приспособлениям к внутриклеточному паразитизму, в случае «клинического» или «экологического» описания дается 0,25 балла (только за название группы или представителей).



Бактерии (типичные хорошо исследованные облигатные внутриклеточные паразиты): Хламидии, Риккетсии, Вольбахии, Бделловибрио – по 0,5 балла (всего 2 балла).

Другие бактерии (у них внутриклеточная стадия факультативна и при инфекции не всегда бактериальные клетки переходят к жизни внутри клеток хозяина): Сальмонелла, Легионелла, Шигелла, Микобактерии, Гонококки, Йерсинии, Бруцеллы, Франциселлы – по 0,1 баллу (всего до 0,5 балла).



Грибы: Сфаерита, Микроспоридии – 0,5 балла.

Простейшие: Апикомплексы (Кокцидии, Плазмодии), Саркожкутиконосцы (Лейшмании), Эвглениды (Кинетопластиды, например, Трипаносомы) – по 0,5 балла (всего 1 балл)

Животные: Круглые черви (Трихинелла) – 0,5 балла.

Основные общие черты для внутриклеточных паразитов (по 1 баллу):

1) Маленькие размеры (10-ки микрометров), сильно упрощенное строение (отсутствие ряда структур и органелл);

2) Наличие приспособлений для инвазии (механизмы адгезии; факторы инвазии – активное проникновение – ферменты, апикальный комплекс; факторы фагоцитоза – стимулирование и подавление);

3) Приспособления для жизни внутри клетки: защита от повреждения и специфических воздействий внутри клетки (капсула, ингибирование внутриклеточных агентов, защита от лизосомных ферментов, изменений pH, кислородных радикалов);

4) Механизмы влияния на метаболизм клетки, на жизненный цикл клетки (в частности стимуляция или подавление апоптоза)

5) Смена жизненных форм: стадия размножения или покоящаяся стадия жизненного цикла связана с внутриклеточной формой.



Недостатки и преимущества внутриклеточного паразитизма по сравнению с полостным и тканевым – по 0,5 балла за каждый пункт – максимум 4 балла.

Недостатки:

  1. Жизненное пространство лимитировано размерами клетки - паразиты не могут сильно расти, не могут размножиться сильно в клетке;

  2. Возникает ограничение на размер генома, часто происходит редукция путей метаболизма, часто потеря органелл и важных функций – сильная зависимость от хозяина;

  3. Для осуществления полового процесса нужно выходить из клетки и для расселения нужно попадать во внешнюю среду (приспособления для выживания) или менять хозяина;

  4. Необходимость «содержать» специализированные механизмы для проникновения в клетку.

Преимущества:

  1. Стабильность жизни паразита: защита от иммунного ответа хозяина и конкуренции с другими паразитами;

  2. Наличие свободного доступа к клеточным метаболитам – можно потерять в ходе эволюции многие метаболические пути;

  3. Возможность использовать довольно простые и не затратные механизмы для адаптации среды жизни паразита (внутриклеточной среды) под собственные нужды;

Ответ на вопрос какая стратегия лучше – четкий выбор и наличие обоснования – 1 балл.

17 (9-10). «Самая главная молекула» В живой клетке помимо белков, нуклеиновых кислот и полисахаридов содержится множество различных малых молекул (аминокислот, моносахаридов, нуклеотидов, органических кислот, витаминов и т.д.).

0) Рассмотрите метаболические пути и взаимопревращения в которые вступают в клетках эукариот различные малые молекулы (писать про это в работе не нужно!)

1) Составьте ранжированный список из пяти (ТОР5) малых молекул, по Вашему мнению, самых важных и универсальных для всех эукариот.

2) Перечислите критерии, по которым Вы отбирали молекулы для этого списка.

3) Для каждой молекулы из Вашего списка оцените, возможно ли существование клетки в ее отсутствие или при частичной замене другими молекулами. Существуют ли примеры живых организмов с похожим метаболизмом?

Критерии оценки (максимум 15 баллов):

Так как при решении задачи списки веществ могли получаться самые разные, то для оценки списка использовались формальные критерии:

Правильное понимание термина «малая молекула», наличие определения или ограничения на модель решения – 1 балл. Дано либо определение, либо не нарушается однородность модели. Неорганические молекулы (вода, углекислый газ, хлорид натрия, ионы кальция) в списке не учитывались, так как речь в данной задаче шла преимущественно об органических соединениях, принимающих участие в метаболических реакциях.

Список не должен содержать целых классов органических соединений, а содержит именно индивидуальные молекулы – 1 балл. Одной из основных ошибок было перечисление в списке не отдельных молекул (например, глюкоза, АТР, Кофермент А и т.д.), а целых классов и групп органических соединений, которые к тому же еще и были уже перечислены авторами в условии задачи (аминокислоты, моносахариды, нуклеотиды, органические кислоты, витамины и т.д.). Это происходило от невнимательности чтения условия задачи, где четко сформулировано "1) Составьте ранжированный список из пяти (ТОР5) малых молекул, ..." (именно молекул, а не групп молекул, или классов органических соединений). Очевидно, что если участник перечислял именно группы соединений, то он терял все баллы за третий подвопрос задачи (о возможности замены данной молекулы), т.к. пытаться заменить сразу целый класс соединений невозможно (ну ничем нельзя заменить все аминокислоты, а вот заменить глутаминовую кислоту на что-то аналогичное вполне реально).

Логичность выбора молекул для списка – всего 2 балла (0 баллов – с логикой плохо, 1 балл – есть недочеты, 2 балла – все хорошо)

По 0,5 балла начислялось за каждый пункт списка молекул (всего 2,5 балла), если обоснование выбора данной молекулы и ее функциональное значение для большинства эукариот описано верно и не содержит грубых ошибок.

Наличие четких критериев выбора молекул для списка – по 0,5 балла за критерий (всего 2,5 балла). Многие участники совсем не понимают чем критерии отличаются просто от описания биохимических свойств конкретной молекулы из списка. Так вот, по задумке авторов формирование списка критериев должно было помочь отобрать эти 5 молекул из сотен кандидатов. Приведем примеры некоторых разумных критериев:

1. Рассматриваемые вещества должны встречаться во всех типах эукариотических клеток;

2. Молекула должна быть задействована в важнейших метаболических процессах, таких как гликолиз, Цикл Кребса, синтез нуклеотидов, аминокислот и др.

3. Молекула должна быть химически стабильной.

Вопрос о возможности замены приведенных в списке молекул на аналоги был поставлен в задаче специально, чтобы показать, что практически все элементы карты метаболических путей (даже самые важные) заменимы. Например, АТР – «незаменимый универсальный источник энергии» можно заменить на GTP (во многих метаболических путях так и происходит) или на полифосфаты (которые, как предполагается, были энергетической валютой на заре эволюции). Глюкозу в энергетическом обмене легко заменить, например на фруктозу (если вспомнить, что такое диабет и что кушают больные им люди вместо глюкозы). Так можно упражняться почти с любой молекулой из любого списка, все зависит только от ширины познаний в биохимии. За обоснование возможности или невозможности замены по каждому из пунктов списка – 1 балл (всего 5 баллов).

За особо удачные или неудачные решения назначался «Подарочный балл» – 1 балл.



19 (9-10). «Мир Ламарка» Опишите, не вдаваясь в молекулярные механизмы, характер эволюции в мире, в котором главным фактором эволюции является наследование благоприобретенных признаков. А именно, как по сравнению с нашим миром изменятся: (1) структура биоразнообразия, (2) степень адаптированности организмов, (3) скорость эволюции, (4) доля видов с половым размножением?

Критерии оценки (максимум 12 баллов):

За каждый вопрос задачи – максимум 3 балла. За минимальный ответ по вопросу – 1 балл. Оценивались полнота, правдоподобность, оригинальность решения, а варианты решения могут быть разными.

1. Влияние на биоразнообразие. Нужно было рассмотреть типы биоразнообразия. Генетическое (внутрипопуляционное) биоразнообразие может как увеличиться, так и уменьшиться – зависит от гетерогенности среды. Видовое разнообразие также может как увеличиться (за счет размывания границ между видами), так и уменьшиться (за счет того, что одной экологической нише будет соответствовать один вид, а не несколько). А вот экосистемное должно уменьшиться: каждому сочетанию географических условий будет соответствовать, грубо говоря, одна и та же экосистема (даже на разных материках и т.п.). Также уменьшится число крупных таксонов (например, типов), так как наследование приобретенных признаков создаст проблемы для макроэволюции – смотри ниже.

2. Влияние на адаптированность. В «краткосрочной перспективе» адаптированность увеличится. Но приобретаться будут очень локальные идиоадаптации, а с ароморфозами (или, другими словами, с универсальными адаптациями) будут проблемы, так как их возникновение – длительный процесс, поэтому для него требуется сохранение уже имеющихся признаков (скажем, теплоизолирующие перья предков птиц должны успеть оказаться использованными для полета до того, как проэволюционируют, например, в шерсть).

3. Влияние на скорость эволюции: вероятно, будет различно для микро- и макроэволюции. Скорость микроэволюции увеличится, а макроэволюции – уменьшится (т.к. макроэволюция связана с приобретением ароморфозов и другими крупными изменениями – смотри п. 2).

4. Влияние на долю организмов с половым размножением. Нужно было рассмотреть недостатки (двойная цена размножения из-за «бесполезных» самцов, затраты на поиск полового партнера, издержки полового отбора) и преимущества (уход из-под давления паразитов, ускорение движущего отбора в больших популяциях, избавление от «генетического груза», уменьшение пищевой конкуренции между родителями и потомками) полового размножения в нашем мире. И посмотреть, что изменится в мире Ламарка. Все недостатки полового размножения останутся, в то время как почти все преимущества могут быть достигнуты за счет наследования приобретенных признаков. Вывод: доля видов с половым размножением уменьшится.



20 (9-10). «Крабьи чувства» Прочитайте статью http://elementy.ru/news/431988 на образовательном портале "Элементы", описывающую как британские ученые определяли, чувствуют ли боль беспозвоночные, например, крабы. Объясните, что же наблюдали в этих экспериментах британские ученые. Почему из их данных невозможно заключить, что крабы чувствовали боль? Как бы вы спланировали и провели эксперимент, позволяющий выяснить, если у крабов чувство боли?

Решение задачи:

Для начала следует разобраться в представленных результатах эксперимента. Из рисунка 2 видно, что в ответ на раздражение электрическим током более половины крабов (от 55% в повторе 4 до 90% в повторе 9) покидают убежище, не проведя в нем и двух минут. Это означает, что электрическая стимуляция приводит как минимум к повышению двигательной активности краба, но является ли она при этом болезненной или неприятной – не очевидно. В то же время из данных рисунка 2 следует сенсибилизация крабов электрическим током – в повторах 6-10 доля остающихся «под током» крабов была значительно ниже, чем в повторах 1-4. Рисунок 1 показывает, что в случае безопасности первого убежища повторно используют его от 65% до 85% крабов, в то время как повторно пользуются опасным убежищем от 45% до 70% животных. К сожалению, отсутствуют данные о том, сколько крабов в каждом случае упорно из раза в раз выбирало «опасное» убежище, а сколько крабов приходило в него после «безопасного». Условия эксперимента не позволяют понять, как долго краб способен помнить об электрическом разряде и способен ли связать его с определенным убежищем. Не было выявлено, с чем связано предпочтение убежищ с левой стороны краба. Надо отметить, что при условии, что краб мог достоверно различить оба убежища, эксперимент напоминал классические эксперименты по выработке условного рефлекса с негативным подкреплением.



Для определения того, чувствовали ли крабы в поставленном эксперименте британских ученых боль, необходимо установить: 1) насколько неприятно для крабов было раздражение током в «опасном» убежище; 2) приводило ли это раздражение к формированию механизма заблаговременного избегания «опасного» убежища; 3) сопутствовало ли раздражению электрическим током специфическое ощущение боли, не зависящее от модальности раздражителя; 4) связано ли это специфическое ощущение только с модальностями, потенциально приводящими к повреждению или гибели организма, или и с другими модальностями, не несущими непосредственной опасности (проще говоря, боль это или тревожность). Пройдем далее по этим пунктам, сравнив дизайн эксперимента британских ученых с неким более полным и обстоятельным дизайном:

  1. Неприятные ощущения от стимуляции током можно было продемонстрировать, сравнив поведение крабов в опытной группе с поведением контрольных крабов, получавших: а) заведомо нейтральный стимул (например, умеренно сильный звуковой или световой сигнал), б) заведомо неприятный стимул (например, механический удар). При этом следовало бы регистрировать не только покидание убежища, но и другие параметры активности краба – например, частоту сердечных сокращений или скорость жаберного тока воды. К сожалению, этого в исходной статье показано не было, авторы априорно предположили, что краб испытывает от электрического раздражения неприятные ощущения, близкие к болевым.

  2. Во время определения существования «механизма избегания боли» надо было учитывать индивидуальные «траектории крабов» – последовательность опасных и безопасных убежищ, которые выбирал каждый отдельный краб. Надо ответить на вопрос, почему за время эксперимента не только все крабы не стали выбирать безопасные убежища, но даже не увеличилась доля «выбирающих безопасность». Возможно, существует несколько морфотипов крабов: «упорные», выбирающие одно и то же убежище вне зависимости от стимуляции в нем током, «доверчивые» – избегающие опасного убежища несколько повторов после удара током, но забывающие об этом после, и наконец «непоследовательные» – которые выбирали убежище случайным образом. В условиях обсуждаемого опыта существование «механизма избегания боли» не было корректно доказано.

  3. Поиск «специфической модальности боли» вообще не осуществлялся. Его можно было проводить с использованием селективных блокаторов передачи нервного импульса, хирургического нарушения иннервации, регистрации нервных потенциалов в отдельных участках головного и грудного ганглиев, и т.д. Имело смысл использовать широкий спектр сублетальных раздражителей – повышение температуры, механическое давление, изменение рН среды, использование химических ирритантов (таких как капсаицин) и т.д. для того, чтобы вычленить общий паттерн нервной активности или набор нейроактивных веществ, ассоциированный с восприятием боли как реакции на сублетальные раздражители. При этом можно проверять, насколько состояние «боли» у подопытного животного является доминантой по отношению к другим активностям нервной системы.

  4. Сравнение найденного паттерна активности или набора нейроактивных веществ с другими паттернами и наборами, свойственными другим физиологическим состояниям краба, выявление отличительных уникальных характеристик, появляющихся только в ответ на сублетальные воздействия. В идеале, данное исследование должно привести к нейроанатомическому выделению «центра боли», описанию волокон болевой чувствительности и нейромедиаторов (либо гормонов), опосредующих восприятие боли.

Критерии оценки (максимум 15 баллов).

«Объясните, что наблюдали…» – отметить, что удар электротоком был неспецифическим раздражителем (1 балл), указать, что в опыте наблюдалась сенсибилизация (1 балл) и, возможно, выработка условного рефлекса с негативным подкреплением (1 балл).

«Почему невозможно заключить…» – не проверялось, различают ли крабы вообще убежища (1 балл), есть ли гетерогенность среди «левосторонних» и «правосторонних» крабов (1 балл), как долго помнят животные «опасное убежище» (1 балл), испытывают ли они неприятные ощущения от ударов током или что-либо другое (общее двигательное возбуждение) (1 балл), не наблюдалось достоверного повышения частоты избегающих опасного убежища крабов (1 балл), сопровождается ли электрический разряд какими-либо опосредованными стимулами (закисление и т.д.) (1 балл).

«Как спланировать эксперимент…» – множественные контроли стимулов разной модальности – электричество, теплота, механическое раздражение и т.д. (1 балл), индивидуальный учет поведения каждого краба (1 балл), разделение животных на достаточно большие группы, дающие статистически значимые результаты (1 балл), поиск общей «болевой» модальности для различных стимулов (1 балл), проверка «болевой» модальности на чистоту и перекрывание с другими модальностями (1 балл), проверка приоритета «болевой» модальности перед другими активностями нервной системы (1 балл).






База данных защищена авторским правом ©shkola.of.by 2016
звярнуцца да адміністрацыі

    Галоўная старонка