6. Известно, что сорта культурных растений удается успешно использовать в течение небольшого времени после введения в практику. С чем связано такое явление?

Ответ. Хорошо известно, что выведение нового сорта растений – процесс очень трудоемкий, кропотливый, многолетний. Разработка пригодных для него агротехнических приемов, выяснение вопроса о том, в каких районах наиболее целесообразно его возделывать, – дело десятилетий. Поэтому над проблемой малого «срока службы» сорта растений работают тысячи ученых-селекционеров во всем мире. Почему же сорт с исходно замечательными качествами и характеристиками за сравнительно малый «срок службы» становится посредственным?

Создавая сорт, в первую очередь заботятся о том, чтобы он был устойчив к болезням и вредителям. Однако если это достигается введением в генотип сорта нескольких генов устойчивости, то рано или поздно все равно найдется раса вредителей, против которой растение не сможет устоять. Один из способов, предлагаемых для борьбы с этим явлением, – введение в генотип сорта множества генов, каждый из которых многократно повышает устойчивость сорта к паразиту. Выработать «контрприспособления» против каждого из этих генов паразиту будет значительно сложнее. Другой способ заключается в повышении генетической разнородности сорта, при которой разные растения будут иметь разные гены устойчивости.

Относительно короткий «срок службы» сорта может быть связан с его способностью изменяться с годами. Кроме того, агротехническая небрежность может привести к перекрестному опылению растений разных сортов. Даже если исходные сорта обладают набором прекрасных характеристик, получающийся гибрид может совсем не обладать таковыми. При этом сорт оказывается засоренным.

Так, картофель обычно размножают вегетативно, а потому вирусы, вызывающие его заболевания, беспрепятственно передаются из поколения в поколение через посадочный материал (клубни). В результате возделываемые много лет сорта картофеля оказываются полностью зараженными вирусами.

Кроме того, требования природы и требования человека зачастую не совпадают: естественный отбор может благоприятствовать хозяйственно менее ценным генотипам. В семенной фонд обычно идут наиболее крупные семена (с большим запасом питательных веществ), колосья, клубни и т.п. И тут тоже есть свои сложности. Ведь сорт рассчитан на то, чтобы давать урожай в некоторых определенных условиях. Если в какой-либо местности в один из сезонов погода будет аномальной (слишком холодное и сырое лето), лучший урожай и наиболее крупные семена могут дать растения тех генотипов, которые в обычных условиях дают урожай ниже, чем другие сорта.

Задачи Московского интеллектуального марафона школьников 2001/02 уч. г.

1. У одних растений лепестки в цветке отходят вбок, а у других – поднимаются вверх и лишь потом отгибаются, образуя цветочную трубку. Чем может быть полезна растению цветочная трубка?

Цветочная трубка дополнительно защищает пестик от неблагоприятных условий и любителей полакомиться завязью. Кроме того, цветочная трубка ограничивает число насекомых-опылителей и делает опыление более эффективным.

2. Что дает насекомым способность летать?

Возможность расселяться; возможность спасаться от хищников; возможность быстро перелетать в поисках пищи с одного растения на другое (это особенно важно при питании нектаром); возможность охотиться в воздухе.

3. Ухаживая за вдовой Грицацуевой, Остап Бендер пел ей романс:

Где среди пампасов бегают бизоны,

Где над баобабами закаты, словно кровь,

Жил пират угрюмый в дебрях Амазонки,

Жил пират, не верящий в любовь.

Какие биологические и географические ошибки допущены в этом романсе?

Непонятно, где происходит дело. Пампасы – это степи Южной Америки. Бизоны живут в Северной Америке, баобабы растут в Африке. А пираты разбойничают в море.

4. В саваннах и некоторых других сообществах бывают частые пожары. Какие приспособления растений к жизни в этих условиях вы можете указать?

Подземные почки; глубокая корневая система; большое количество семян; защищающая семена от огня кожура; быстрый рост после пожара.

5. У кого зрение лучше – у лебедя или у синицы? Почему?

Лебедь, в отличие от синицы, обитает на открытых водоемах и делает перелеты на значительной высоте. Поэтому зрение для лебедя играет огромную роль и развито отменно.

6. Чьи клетки крупнее – мухи или слона?

Большинство клеток мухи и слона имеют одинаковые размеры. Но некоторые специальные клетки (например, яйцеклетка, определенные нервные клетки) у слона крупнее.

7. В помещении, где много людей, становится душно. С чем это связано – с избытком углекислого газа или недостатком кислорода?

Это связано с избытком углекислого газа. При дыхании поглощается столько же молекул кислорода, сколько выделяется углекислого газа. Углекислого газа в атмосфере во много раз меньше, чем кислорода, поэтому, когда концентрация углекислого газа увеличится в несколько раз, концентрация кислорода снизится на доли процента.

8. В Средней Азии жители ходят в тяжелых халатах. Почему? Не лучше ли в этом климате носить легкую одежду?

Нет, не лучше. В сухом климате человек потеет, и вода быстро испаряется. А воды в Средней Азии не так много. Кроме того, быстрое испарение и потребление большого количества воды создает ряд физиологических трудностей.

9. Какими способами можно наводить глаз на резкость при рассматривании объектов, находящихся на далеком расстоянии?

В принципе есть два способа: изменить кривизну линзы и изменить расстояние между линзой и сетчаткой. Кривизну хрусталика можно менять, сдавливая его мышцей, а расстояние между линзой и сетчаткой – сдавливая глазное яблоко мышцей снаружи или стягивая его мышцей внутри. В случае же фасеточных глаз (большое количество узких трубочек с фоторецепторами на дне) можно обойтись и без наведения на резкость.

10. По содержанию белка грибы практически не уступают мясу. Почему же считается, что их питательная ценность ниже, чем у мяса?

Клетки грибов, в отличие от клеток животных, упакованы в мощную целлюлозную оболочку. Целлюлоза пищеварительной системой человека почти не усваивается, и «достать» питательные вещества из грибной клетки бывает нелегко.

11. Может ли девочка болеть гемофилией? Ответ обоснуйте.

Может, но для этого должно произойти чрезвычайно маловероятное событие – она должна унаследовать обе Х-хромосомы, мутантные по антигемофильному глобулину. За более чем столетний период наблюдений был зарегистрирован лишь один такой случай.

12. Почему орошаемые земли со временем выходят из сельскохозяйственного оборота?

Если длительное время поливать почву не дождевой водой, а богатой солями водой из рек и каналов, накопившиеся соли сделают почву не пригодной для сельскохозяйственных работ.

13. На внутренней стенке желудка развивается опухоль. Известно, что клетки опухоли чувствительны к определенному излучению. Врачи располагают приборами, которые способны сфокусировать излучение с заданной частотой и интенсивностью в виде луча любого сечения с очень высокой точностью. Излучение свободно проходит через любые ткани, не меняя своих характеристик. Здоровые клетки тканей самого желудка тоже чувствительны к этому излучению, причем клетки опухоли переносят дозу облучения в 1,5 раза большую, чем здоровые клетки. Можно ли избавится от опухоли, воздействуя на нее этим излучением?

Можно. Для этого надо использовать два прибора и сфокусировать лучи так, чтобы они перекрещивались на опухоли. Тогда несложно подобрать дозу облучения, которую перенесут здоровые клетки стенок желудка, но не перенесут клетки опухоли.

Избранные задачи прошлых лет

1. Представьте себе, что вы живете в деревне и у вас есть огород. Какой вред и какую пользу огороду может принести ваша кошка?

С одной стороны, кошка ловит полевок и этим приносит некоторую пользу (хотя полевок вряд ли можно отнести к основным вредителям огорода). С другой стороны, кошка ловит кротов, уничтожающих личинки вредных насекомых.

2. Какую пользу могут приносить растениям различные животные? Перечислите различные варианты, каждый из них подтвердите конкретным примером.

Животные могут:

– распространять семена растений (дрозды – семена яблони и рябины, крупные млекопитающие – репейника и т.д.);

– переносить пыльцу между растениями (клевер и шмели);

– удобрять растения (вокруг птичьих базаров наблюдается обильная растительность, а в море рядом с ними активно развиваются водоросли);

– быть дополнительным источником азота для насекомоядных растений (росянка и насекомые);

– защищать растение от других животных (например, муравьи, живущие в основаниях раздутых колючек одной из тропических акаций, защищают ее от грызущих листья насекомых).

Если растение устойчиво к вытаптыванию и выеданию части листьев, но плохо конкурирует с другими видами растений, то умеренная пастьба диких животных, частично поедающих его конкурента, может быть ему полезна. Такими свойствами обладают многие степные растения.

3. При размножении растений черенками их надо укоренить. Для этого на черенке делают косой срез, удаляют часть листьев, черенок сажают наклонно в специально приготовленную почву, поливают и накрывают стеклянной банкой. Объясните значение указанных приемов.

Черенок – это часть стебля с почками и листьями. Чтобы на его стебле выросли корни, срез делают косым. Это увеличение поверхности соприкосновения с почвой способствует образованию большого числа придаточных корней. Листья испаряют много воды, но черенок из-за отсутствия корней поглощает ее мало. Удаление части листьев и накрытие черенка банкой уменьшают испарение воды, но не препятствует фотосинтезу, снабжению клеток черенка органическими веществами, которые используются при образовании корневой системы.

4. Как бы вы стали экспериментально проверять утверждение: «Семена для прорастания нуждаются в кислороде»? Обоснуйте необходимость кислорода для прорастания семян.

Утверждение вполне логично. Ведь при прорастании семян происходит активное деление и рост клеток. Все это требует энергии, а получить ее от запасенных питательных веществ можно только с помощью дыхания. Однако перейдем к экспериментальной проверке утверждения. Проще всего поместить увлажненные семена при подходящем уровне освещения в атмосферу азота (а лучше – воздуха, из которого химически удален кислород). Чтобы убедиться, что в принципе семена всхожи, контрольную группу увлажненных семян следует при таком же освещении оставить на воздухе. Прорастание семян только во второй группе докажет, что для этого процесса действительно необходим кислород.

5. Почему кожа человека краснеет и на жаре, и на морозе?

На морозе кровь приливает к сосудам, находящимся рядом с поверхностью кожи. Организм на это идет, несмотря на теплопотери, чтобы уберечь кожу от обморожения. Перестает кожа краснеть на морозе в критических ситуациях, когда надо спасать от холода хотя бы жизненно важные органы.

В жару отдача тепла – естественная потребность организма. Расширение подкожных сосудов – один из способов терморегуляции, наряду с выделением пота и другими реакциями.

6. Наряду с разумными идеями, в природоохранном движении распространены экстремистские призывы прекратить любое вмешательство в жизнь природных сообществ. Поскольку «природа знает лучше», то в отсутствие воздействий человека дикие животные и растения быстро достигнут процветания. А возникающие при этом неудобства для жизни людей можно и перетерпеть. Как вы полагаете, к каким неблагоприятным последствиям для природных сообществ может привести резкий и полный отказ от какого бы то ни было вмешательства человека в их функционирование?

В результате воздействия человека из природных сообществ выпала часть компонентов, функции которых начал выполнять человек. Так, в европейской фауне практически отсутствуют одни крупные копытные (например, зубр, тур) и немногочисленны другие. Между тем возобновление широколиственных лесов требует наличия свободных от деревьев прогалов разного размера. Раньше эти прогалы появлялись вследствие кормежки копытных и вытаптывания ими растений. Теперь прогалы формирует человек, оставляя вырубки, пожарища и вытоптанные места.

В степи разнообразие растений связано с тем, что копытные, объедая их, не дают одному виду слишком размножиться и забить все остальные. Домашние животные из-за различий в пищевых предпочтениях и стратегии выпаса не могут заменить диких в выполнении этой функции. А вот выкашивание трав человеком нередко восстанавливает разнообразие растений. Поэтому косьба разрешена даже в некоторых степных заповедниках.

Кроме того, сохранившиеся природные сообщества часто слишком малы для успешной работы механизмов регуляции численности животных и растений. Размах колебаний численности может оказаться слишком велик, и небольшая популяция, размножившись, быстро уничтожит значительную долю ресурсов. Наоборот, «на спаде» численность вида из-за случайных колебаний легко может упасть до нуля. В роли регулятора опять вынужден выступать человек, который отстреливает лосей, кабанов, волков при чрезмерно высокой плотности и способствует восстановлению популяций при низкой.

7. Согласно классической модели строения клетки в ее состав входит одно ядро. Однако встречаются и исключения – безъядерные и многоядерные клетки. Приведите известные вам примеры таких клеток. С чем, по вашему мнению, связаны такие особенности их строения?

Удлиненное тело многих водорослей содержит много ядер, не отделенных друг от друга перегородками.

У так называемых низших грибов клетки обычно многоядерные, а перегородки между ними имеют крупные отверстия, через которое свободно проходят ядра. У базидиомицетов, к которым относится большинство съедобных грибов, значительная часть жизненного цикла представлена дикарионом – мицелием с двуядерными клетками.

Перейдем к высшим растениям. Механические ткани склеренхимы, мертвые клетки сердцевины, клетки, образующие сосуды ксилемы, обычно по мере отмирания теряют ядро. Особый случай – ситовидные трубки флоэмы. В них сохранена цитоплазма и идет обмен веществ, но ядро у зрелых клеток утрачено. При формировании зародышевого мешка цветковых формирование клеток отстает от деления ядер, а ядро центральной клетки вообще образуется после слияния двух ядер, которое может происходить даже после оплодотворения.

Многоядерность характерна для некоторых жгутиконосцев, а у инфузорий в одной клетке содержится два типа ядер – микронуклеусы, отвечающие, главным образом, за хранение генетической информации, и макронуклеусы, обеспечивающие ее реализацию. И тех, и других ядер может быть одно или несколько.

Зрелые эритроциты человека, как и других млекопитающих, теряют ядро и приобретают двояковогнутую форму, что позволяет им эффективнее переносить кислород и проникать в мелкие капилляры. Ядра нет у тромбоцитов, но они образуются путем фрагментации мегакариоцитов, строго говоря, не являясь клетками.

Многоядерны волокна поперечно-полосатых мышц позвоночных. Отсутствие клеточных границ позволяет всему длинному волокну быстро сокращаться как единому целому.

8. Хотя все клетки многоклеточного организма (кроме половых) идентичны по генетическому составу, измерения содержания ДНК в отдельных клетках организма показывают, что эта величина не является постоянной. Объясните, с чем это связано.

Клетка, прошедшая фазу удвоения ядерной ДНК, но еще не поделившаяся, содержит вдвое больше ДНК. Если удвоение происходит несколько раз без последующего деления, то образуются политенные (многонитчатые) хромосомы. В клетке с такими хромосомами (например, в клетке слюнной железы личинки дрозофилы) ДНК во много раз больше. Полиплоидные клетки могут также образоваться вследствие незавершенного деления (например, в печени человека).

После мейоза количество ДНК уменьшается вдвое, причем у гетерогаметного пола одни половые клетки содержат Х-хромосому, а другие – Y-хромосому. Количество ДНК в этих хромосомах обычно разное, что в некоторой степени влияет на концентрацию ДНК.

ДНК присутствует в хлоропластах и митохондриях. Если энергетические затраты клетки велики, в ней больше митохондрий (во всяком случае – митохондриальной ДНК: ведь после деления митохондрии могут вновь сливаться).

Наконец, в некоторых клетках могут находиться ДНК-содержащие вирусы.