Текст книги "Примерные вопросы и ответы к экзамену по биологии. 11 класс"

Билет № 6

Вопрос 1. Вирусы, их строение и функционирование. Вирусы – возбудители опасных заболеваний

Вирусы – это мельчайшие живые организмы, размеры которых варьируют от 20 до 300 нанометров; в среднем они раз в пятьдесят меньше бактерий. Вирусы нельзя увидеть при помощи светового микроскопа, и они проходят через фильтры, которые задерживают бактериальные клетки.

В 1852 г. русский ботаник Д. И. Ивановский впервые получил инфекционный экстракт из растений табака, пораженных мозаичной болезнью. Когда такой экстракт пропустили через фильтр, способный задерживать бактерии, отфильтрованная жидкость все еще сохраняла инфекционные свойства. В 1898 г. голландец Бейеринк придумал новое слово «вирус» (от латинского слова, означающего «яд»), чтобы обозначить этим термином инфекционную природу некоторых профильтрованных растительных жидкостей.

Вирусы были исследованы в 30-е гг. после изобретения электронного микроскопа.

Вирусы могут воспроизводить себя только внутри живой клетки, поэтому они являются облигатными (обязательными) паразитами. Обычно они вызывают явные признаки заболевания. Попав внутрь клетки-хозяина, они дают клетке команду синтезировать новые копии вируса. Вирусы передаются из клетки в клетку в виде инертных частиц.

Устроены вирусы довольно просто. Они состоят из фрагмента генетического материала: либо ДНК, либо РНК, составляющей сердцевину вируса и окружающей эту сердцевину защитной белковой оболочкой. Полностью сформированная инфекционная частица называется вирионом. У некоторых вирусов, таких, как вирусы герпеса или гриппа есть еще и дополнительная липопротеидная оболочка, которая возникает из плазматической мембраны клетки-хозяина. В отличие от всех остальных организмов вирусы не имеют клеточного строения. Оболочка вирусов часто бывает построена из идентичных повторяющихся субъединиц – капсомеров. Из капсомеров образуются структуры с высокой степенью симметрии, способные кристаллизоваться. Как только в клетке-хозяине появляются субъединицы вируса, они сразу проявляют способность к самосборке в целый вирус.

Эволюционное происхождение вирусов.

Наиболее правдоподобной является гипотеза о том, что вирусы произошли из нуклеиновой кислоты, которая приобрела способность реплицироваться независимо от той клетки, из которой она возникла, хотя при этом подразумевается, что такая ДНК реплицируется с паразитическим использованием структур этой или других клеток. Таким образом, вирусы скорее всего произошли от клеточных организмов и их не следует рассматривать в качестве предшественников клеточных организмов.

Вирусы всегда являются паразитами и поэтому вызывают у своих хозяев определенные симптомы того или иного заболевания. К серьезным заболеваниям животных можно отнести ящур крупного рогатого скота, рожистое воспаление у свиней, чуму птиц и миксоматоз кроликов. Все эти болезни вызываются вирусами. Вирусное заражение растений обычно приводит либо к появлению крапинок на листьях, либо к морщинистости листьев. Вирусы также вызывают задержку роста растений, что ведет к снижению урожайности. Вирусы растений практически всегда относятся к РНК-содержащим вирусам.

У человека вирусными заболеваниями являются грипп, оспа, свинка, корь, коревая краснуха, полиомиелит (детский паралич), желтая лихорадка, ВИЧ-инфекция.

Вопрос 2. Основные ароморфозы в эволюции растительного мира

Развитие живой природы осуществляется от менее сложного к более сложному, от менее совершенного к более совершенному, о чем свидетельствует анализ палеонтологических данных. Процесс эволюции идет непрерывно в направлении максимального приспособления живых организмов к условиям окружающей среды, то есть происходит возрастание приспособленности потомков по сравнению с предками. Такое возрастание приспособленности организмов к окружающей среде русский ученый А.Н. Северцов назвал биологическим прогрессом. Согласно современной и широко распространенной теории А. Н. Северцова и И. И. Шмальгаузена о направлениях эволюции, оценка направлений может быть сделана только при рассмотрении целых систематических групп (видов, родов, отрядов, семейств и т. д.) а не отдельных существ. При этом, оценка направления эволюции какой-либо группы может быть сделана лишь при учете не только морфологического, физиологического критериев, но и экологических критериев, которые включают в себя: 1) параметры условий среды обитания; 2) многообразие и число мелких систематических таксонов в составе более крупных; 3) численность особей в таксонах; 4) степень расселения данной группы. Критериями биологическогопрогресса являются: 1) увеличение численности; 2) расширение ареала; 3) прогрессивная дифференциация – увеличение числа систематических групп, составляющих данный таксон.

Биологический прогресс достигается различными путями: ароморфозами, идиоадаптациями, дегенерацией. Ароморфозами называются приспособительные изменения морфофизиологических процессов и свойств живых существ, которые имеют универсальное значение и сохраняют свою полезность при переходе в новую среду обитания, повышают уровень организации особей в природе. Изменения по типу ароморфозов могут происходить как на клеточном, так и на органном и организменном уровне.

Ароморфозы формируются на основе наследственной изменчивости и естественного отбора и являются приспособлениями широкого значения. Они дают преимущества в борьбе за существование и открывают возможности освоения новой, прежде недоступной среды обитания.

В качестве примеров ароморфозов у растений Северцов рассматривал:

– возникновение специализированных клеток (гистологические изменения);

– органные изменения (появление органов у многоклеточных растений);

Возникновение монадной формы строения в виде подвижной жгутиконосной клетки имело значение как для расселения, так и для следующих процессов:

· появление полового процесса в архее, что дало широкие возможности для эволюции;

· появление фотосинтезирующих организмов;

· вследствие фотосинтеза и появления кислорода в атмосфере сформировалось аэробное дыхание;

· обособление ядра;

· возникновение многоклеточности для лучшего питания и размножения;

· появление в жизненном цикле смены бесполого и полового поколения;

· выход растений-псилофитов на сушу (силур);

· возникновение проводящей, механической и покровной тканей;

· развитие корневой системы;

· дифференцировка побега на стебли и листья;

· появление семени у голосеменных;

· уменьшение гаметофита до семязачатка;

· происхождение цветка;

· совершенствование процессов опыления;

· образование пыльцевой трубки;

· двойное оплодотворение;

· возникновение плода.

Вопрос 3. Рассмотреть внешнее строение кактуса и найти черты приспособленности к жизни в засушливых условиях. Объяснить возникновение этих приспособлений в процессе эволюции.

В ходе эволюции у кактусов возникли приспособления к жизни в засушливых климатических условиях. Во внешнем строении появился целый ряд адаптаций к условиям жизни.

Дефицит влаги привел к тому, что растение в период дождей начало активно запасать воду, необходимую для фотосинтеза, роста и развития клеток, тканей и органов. У кактуса роль такого влагозапасающего органа играет стебель.

Сочный стебель кактуса несет видоизмененные листья – колючки. Роль таких листьев двояка. С одной стороны, колючки защищают сочный стебель кактуса от травоядных животных, с другой – уменьшают транспирацию, т. е. испарение воды листьями, из-за существенного сокращения площади поверхности листьев и уменьшения числа устьиц на покровной ткани, поэтому наличие колючек позволяет кактусам длительное время удерживать баланс между поступлением и расходованием воды в условиях ее недостатка.

Некоторые виды кактусов, лишенные колючек, для уменьшения испарения и защиты от перегрева солнечными лучами имеют густое опушение в виде волосков, придающих им характерную серовато-зеленую окраску.

Наличие колючек на стебле является относительным приспособлением, так как спасает кактусы лишь от крупных млекопитающих, но не помогает от гусениц некоторых видов бабочек.

При наличии достаточного количества влаги в почве на стебле кактуса появляются ярко окрашенные цветки с множеством тычинок для привлечения насекомых-опылителей.

Билет № 7

Вопрос 1. Обмен веществ и превращение энергии в клетке. Ферменты, их роль в реакциях обмена веществ

Клетка постоянно обменивается с окружающей средой веществом и энергией. Метаболизм (обмен веществ) – совокупность взаимосвязанных процессов, представляющих собой различные химические преобразования веществ. Его составляют анаболизм и катаболизм. Анаболизм (ассимиляция, пластический обмен) – реакции синтеза, идущие с потреблением энергии. Катаболизм (диссимиляция, энергетический обмен) – процессы расщепления веществ с высвобождением энергии. Анаболизм и катаболизм неразрывно связаны.

Энергия используется клеткой для обеспечения процессов своей жизнедеятельности. Энергия в клетках образуется при энергетическом обмене и запасается в виде АТФ. Процесс диссимиляции имеет три этапа (у анаэробов – первые два) – подготовительный, бескислородный и полное окисление. На подготовительном этапе сложные органические соединения распадаются до простых. Для дыхания используют в основном углеводы. На втором этапе происходит дальнейшее расщепление органических субстратов без кислорода. Такое расщепление глюкозы называется гликолизом. В ходе гликолиза шестиуглеродный сахар превращается в две молекулы трехуглеродной пировиноградной кислоты (ПВК). Эти реакции протекают в цитоплазме. Суммарное уравнение можно записать так:

C₆H₁₂O₆ → 2C₃H₄O₃ + 4H + 2АТФ.

При аэробном дыхании ПВК направляется в митохондрии для дальнейшего расщепления. При этом ПВК с коферментом А образует ацетилкофермент А, который включается в цикл Кребса. В результате образуются две молекулы CO₂, одна АТФ и четыре пары атомов водорода.

Атомы водорода присоединяются к НАД или ФАД и попадают на внутреннюю мембрану митохондрий, где по цепи встроенных в мембрану белков транспортируются так, что протоны накапливаются в межмембранном пространстве, а электроны передаются на внутреннюю поверхность внутренней мембраны митохондрии, где соединяются с кислородом. Создается разность потенциалов, в результате чего протоны водорода проходят внутрь мембраны через ионные каналы фермента АТФ-синтетазы, встроенного в эту мембрану. Там протоны соединяются с кислородом и образуют воду. А энергия прохождения протонов через канал используется для синтеза АТФ. Суммарная реакция клеточного дыхания:

C₆H₁₂O₆ + 6O₂ → 6CO₂ + 6H₂O + 38АТФ.

Аэробное дыхание в 19 раз эффективнее и выгоднее по сравнению с анаэробным. Пластический обмен протекает по-разному в разных клетках. Клетки гетеротрофных организмов строят собственные молекулы из компонентов молекул, поступающих извне. Клетки автотрофов синтезируют органические вещества из неорганических в процессе фото– и хемосинтеза.

Ферменты – биологические катализаторы белковой природы, они ускоряют многие реакции. Действуют они последовательно и специфично, то есть фермент катализирует определенную реакцию. Активность зависит от pH, температуры, концентрации субстрата. В связь с субстратом вступают лишь несколько аминокислот, называемых активным центром. Фермент имеет конфигурацию, подходящую к субстрату как «ключ» к «замку». Субстрат видоизменяется, образуются продукты и фермент отсоединяется. Существуют соединения, могущие тормозить деятельность фементов. Это ионы тяжелых металлов (мышьяка, свинца), лекарственные препараты и др. Без ферментов клетка не смогла бы существовать, так как химические реакции протекали бы слишком медленно.

Вопрос 2. Идиоадаптация – направление эволюции органического мира. Значение идиоадаптаций

Идиоадаптацией называются частные приспособления, полезные в определенных (конкретных) условиях среды, приуроченные к определенному месту обитания и экологической нише. Морфологические и физиологические изменения у живых существ по типу идиоадаптаций не ведут к повышению общего уровня их организации, а имеют лишь частное значение и способствуют специализации живых существ. На основе идиоадаптаций первоначально однородная систематическая группа распадается на множество мелких высокоспециализированных групп, приспособленных к определенным условиям на отдельных участках ареала вида. Таким образом, идиоадаптация – это путь биологического прогресса, при котором формируются многообразие и специализация живых существ.

Приспособления, появляющиеся у организмов, полезны в борьбе за существование и возникают они в группе с большим количеством особей внутри определенной среды. Они очень разнообразны по форме и масштабу, поэтому в настоящее время существует огромное количество видов животных и растений. Идиоадаптации повышают численность популяций и внутривидовую дифференцировку на расы.

Примерами идиоадаптации могут служить многочисленные частные приспособления, обеспечивающие опыление цветков покрытосеменных растений конкретными видами насекомых; морфологические приспособления семян к распространению ветром, птицами, млекопитающими; различные виды

покровительственной окраски, мимикрии и маскировки у организмов разных сред обитания. С идиоадаптацией связано формирование специализированных конечностей у птиц и млекопитающих – от примитивной пятипалой конечности до крыла у птиц и летучих мышей и до кисти у человека. В процессе приспособления к разным экологическим нишам у членистоногих появилась сложная дифференциация ротового аппарата, а у млекопитающих – сложная дифференциация зубов (наличие резцов, клыков, больших и малых коренных зубов, особенно у отрядов травоядных и хищных животных).

Рептилии, исходно передвигавшиеся однотипно, в результате идиоадаптаций приобрели возможность лазать, бегать. Водные животные имеют обтекаемую форму тела (киты, пингвины, рыбы). Растения имеют различные приспособления к опылению.

Частными случаями идиоадаптации являются телогенез и гипергенез. При телогенезе приспособления вырабатываются приспособления к узким условиям среды и существования. Например миноги и миксины из-за полупаразитического образа жизни приобрели специализированные ротовые органы. Или у грызуна слепыша, который ведет подземный образ жизни, заросли глаза, редуцировался хвост. Телогенез ведет к снижению эволюционной пластичности и такая специализация при изменившихся условиях может привести к вымиранию группы.

Гипергенез приводит к увеличению органов или самих организмов. Это было характерно для ископаемых форм. Огромные папоротники, насекомые, рога у оленей, бивни у мамонтов и т. д. Обычно гипергенез дает снижение плодовитости, замедление реакций на внешние раздражители. Поэтому гипергенез не стал распространенным направлением эволюции.

При гипогенезе организм недоразвивается. Видимо в меняющихся условиях личиночная стадия является наиболее адаптивной и экономной. Пример: аксолотль (личинка тритона) становится половозрелым, не метаморфизируясь во взрослую стадию.

Вопрос 3. Решите задачу на независимое наследование при дигибридном скрещивании

Задача.

У плодовой мушки дрозофилы серая окраска тела и наличие щетинок – доминантные признаки, которые наследуются независимо.

Какое потомство следует ожидать от скрещивания желтой самки без щетинок с гетерозиготным по обоим признакам самцом?

Решение:

A – серое тело; а– желтое тело;

B – щетинки.; в– отсутствие щетинок

1. Желтая самка без щетинок является гомозиготной, рецессивной по обоим признакам особью, следовательно, ее генотип aabb.

2. Самец гетерозиготен по обоим признакам, следовательно, генотип дигетерозиготной особи AaBb.

Запись скрещивания:

Самка образует только один сорт гамет, как гомозиготная особь, а самец – 4 сорта гамет, так как при их образовании в анафазе мейоза имеет место случайное независимое расхождение хромосом и их перекомбинация.

Ошибка: источник перекрестной ссылки не найден

Ответ: следует ожидать 25 % потомства, подобного отцу, 25 % – подобного матери, и по 25 % особей, сочетающих признаки обоих родителей.

Билет № 8

Вопрос 1. Энергетический обмен в клетках растений и животных, его значение

Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция – совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют еще энергетическим обменом клетки или катаболизмом.

Химическая энергия питательных веществ заключена в различных ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений.

Часть энергии, освобождаемой из питательных веществ, рассеивается в виде теплоты, а часть аккумулируется, т. е. накапливается в богатых энергией фосфатных связях АТФ. Именно АТФ обеспечивает энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу (деление клетки, сокращение мышц), активный перенос веществ через мембраны, поддержание мембранного потенциала в процессе проведения нервного импульса, выделение различных секретов.

Благодаря богатым энергией связям в молекулах АТФ клетка может накапливать большое количество энергии в очень небольшом пространстве и расходовать ее по мере надобности. Синтез АТФ осуществляется в митохондриях. Отсюда молекулы АТФ поступают в разные участки клетки, обеспечивая энергией процессы жизнедеятельности.

Этапы энергетического обмена. Энергетический обмен обычно делят на три этапа. Первый этап – подготовительный. На этом этапе молекулы ди– и полисахаридов, жиров, белков распадаются на мелкие молекулы – глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты; крупные молекулы нуклеиновых кислот – на нуклеотиды. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.

Второй этап – бескислородный, или неполный. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом), или брожением. Образующиеся на этом этапе вещества при участии ферментов подвергаются дальнейшему расщеплению. Например в мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (С₃Н₄О₃), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С₃Н₆О₃). В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ. В суммарном виде это выглядит так:

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ → 2С₃Н₆О₃ + 2АТФ + 2Н₂О.

У дрожжевых грибов молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение):

С₆Н₁₂О₆ + 2Н₃РО₄ + 2АДФ → 2С₂Н₅ОН + 2СО₂ + 2АТФ + 2Н₂О.

У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и т. д.

Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле АТФ сохраняется 40 % энергии, а остальная рассеивается в виде теплоты.

Третий этап энергетического обмена – стадия аэробного дыхания, или кислородного расщепления. Реакции этой стадии энергетического обмена также катализируются ферментами. При доступе кислорода к клетке образовавшиеся во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов – Н₂О и СО₂. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в молекулах АТФ. Суммарное уравнение аэробного дыхания выглядит так:

2С₃Н₆О₃ + 6О₂ + 36Н₃РО₄ + 36АДФ → 6СО₂ + 38Н₂О + 36АТФ.

Таким образом, при окислении двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание.

Вопрос 2. Движущие силы эволюции, их роль в образовании новых видов

В XIX в. Ч. Дарвин создает учение о происхождении и эволюции видов. Движущей силой эволюции Ч. Дарвин считал естественный отбор, наследственность и изменчивость.

Под наследственностью Дарвин понимал способность организмов сохранять в потомках свои видовые и индивидуальные особенности. Изменчивость – это свойство организмов приобретать новые признаки, т. е. это различия между особями в пределах вида.

Естественный отбор – это постоянно происходящий в пределах любого вида отбор наиболее приспособленных особей, который приводит к сохранению и накоплению изменений, полезных для вида в данных условиях, и к уничтожению вредных изменений.

Материалом для естественного отбора служит наследственная изменчивость. Избирательное сохранение лучших и избирательная гибель худших особей происходит через борьбу за существование.

Под термином «борьба за существование» понимают различные взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой, а также все возможные взаимосвязи, которые возникают между организмами и условиями неживой природы.

Существуют следующие формы борьбы за существование:

1) внутривидовая борьба, или конкуренция, между особями одного и того же вида;

2) межвидовая борьба, которая возникает на разных уровнях (отношения «хищник – жертва», конкурентные отношения между разными видами растений в лесу и т. д.);

3) борьба организмов с неблагоприятными факторами неживой природы.

Исходные признаки и свойства в различных направлениях изменяет мутационный процесс. Частота возникновения отдельных мутаций очень низка, но в связи с большим числом генов общая частота возникающих мутаций у живых организмов относительно высока.

Один из важнейших эволюционных факторов – периодические изменения численности особей, популяционные волны; они являются поставщиками эволюционного материала, выводящие ряд генотипов случайно и ненаправленно на эволюционную арену.

Важный элементарный эволюционный фактор – изоляция, возникновение барьеров, нарушающих свободное скрещивание. Изоляция закрепляет возникшие случайно (в результате работы мутационного процесса и «волн жизни») и под влиянием отбора различия в наборах генотипов в разных частях популяции. Существует два основных типа изоляции: пространственная (при которой популяция разделяется на части барьерами, лежащими вне ее) и биологическая (при которой степень изоляции в пределах популяции основывается на возникновении соответствующих биологических различий).

Изоляция – один из важнейших факторов видообразования, так как препятствует скрещиванию и тем самым обмену наследственной информацией между обособленными популяциями. Пусковой механизм эволюции функционирует в результате совместного действия эволюционных факторов. У всех организмов постоянно идет мутационный процесс. Во всех популяциях происходят колебания численности особей. Явление изоляции входит в определение понятия «популяция», всегда присутствует в природе и естественный отбор. Влияние всех этих факторов может меняться независимо друг от друга, но они приводят к элементарным эволюционным изменениям. Со временем некоторые из них суммируются и ведут к возникновению новых приспособлений, что лежит в начале видообразования.

Вопрос 3. Рассмотреть обитателей аквариума и составить пищевую цепь. Объяснить, почему в аквариуме пищевые цепи короткие

Аквариум является упрощенной моделью экологической системы, созданной руками человека.

В качестве обязательного компонента данной экосистемы выступают зеленые растения (элодея канадская, валлиснерия, роголистник), являющиеся основными производителями (продуцентами) биомассы в аквариуме.

В роли потребителей (консументов) произведенных растениями в результате фотосинтеза органических веществ чаще всего выступают рыбы (гуппи, меченосцы, вуалехвосты) и моллюски (катушки, ампуллярии, прудовики), реже земноводные (шпорцевые лягушки, тритоны) и пресмыкающиеся (водяные черепахи).

Роль разрушителей (редуцентов) биомассы в аквариуме выполняют разнообразные микроорганизмы и простейшие, составляющие своеобразную микросреду, от которой во многом зависит устойчивость биоравновесия данной модели экосистемы.

Жизнь всех обитателей полностью зависит от условий, создаваемых и поддерживаемых человеком в аквариуме: освещенности, температуры воды, аэрации, состава грунта и других факторов.

Пример пищевой цепи:

одноклеточные зеленые водоросли → дафнии → гуппи → цихлозома.

Пищевые цепи в аквариуме короткие, так как ограниченность жизненного пространства и условий обитания не позволяют одновременно содержать большое количество видов растений и особенно животных, например, хищных рыб и их потенциальных жертв, конкурирующих видов, что может привести к нарушению биологического равновесия.