Главная страница «Первого сентября»Главная страница журнала «Биология»Содержание №17/2001

ОЛИМПИАДЫ, КОНКУРСЫ, ВИКТОРИНЫ КРОССВОРДЫ

Материалы, использованные при подготовке публикации, предоставили:
Л.А. Аксенова, С.А. Гаврилова,
А.В. Жердев, А.А. Мартьянов,
Н.П. Маркелова, И.Л. Окштейн,
Е.Я. Парнес, В.А. Петрухина,
В.С. Попов, Ю.А. Рудик,
Л.Ю. Сосулина, О.С. Тарасова,
О.Е. Фадюкова, В.И. Цветков, В.В. Чуб
Сводный текст подготовлен А.В. ЖЕРДЕВЫМ

СЕДЬМАЯ СОРОСОВСКАЯ ОЛИМПИАДА ШКОЛЬНИКОВ

Второй заочный тур

ОТВЕТЫ И РЕШЕНИЯ

IX класс

Задача 1. Укажите, имеются ли в перечисленных ниже отрядах млекопитающих животные, которые для того, чтобы благополучно пережить холодное время года: мигрируют в теплые края; впадают в спячку; делают запасы пищи; накапливают энергию в виде жировых отложений.
Грызуны, Насекомоядные, Парнокопытные, Рукокрылые, Хищные.
Ответ представьте в виде таблицы, заполнив ее «плюсами» и «минусами».
Объясните, с какими причинами связано наличие «минусов» в вашей таблице. Какие еще приспособления к холодному времени года, встречающиеся у млекопитающих, вам известны?

Из хищных млекопитающих зимний покой наблюдается, например, у барсуков, бурых, гималайских и самок белых медведей. Однако у этих зверей имеет место не настоящая глубокая спячка, а «зимний сон», более крепкий, чем обычный, но не сопровождающийся понижением температуры тела.
Насекомоядные, как правило, не делают запасов корма, за исключением кротов, собирающих некоторое количество дождевых червей.
Миграции копытных и хищных – кочевки, связанные с поиском кормовых ресурсов в условиях зимы. Так, северные олени и песцы с наступлением зимы откочевывают из тундры в лесотундру.
Отдельные хищные млекопитающие (например, волки) предпринимают сезонные миграции, которые связаны преимущественно с кочевкой копытных, служащих им добычей.
Грызуны – мелкие млекопитающие, стратегия выживания которых в условиях зимы состоит в создании пищевых запасов и гибернации (зимней спячке). В случае продолжительных перемещений грызуны служили бы легкой добычей для хищников, поэтому в данном отряде нет представителей, мигрирующих в теплые края.
Спячка не подходит для парнокопытных, так как на растительных кормах сложно накопить необходимый жировой запас. Чтобы делать запасы пищи, необходимо выполнение двух условий: оседлый образ жизни и потребление корма, который может долго храниться.
Рукокрылые совершают миграции. Хищные питаются преимущественно животной пищей, сохранение которой в течение длительного времени невозможно. Прикапывание избытков добычи характерно, например, для песцов, хотя созданием запасов на зиму в строгом смысле это считаться не может.
Помимо описанных у млекопитающих существуют и другие приспособления к переживанию холодного сезона. Кратко перечислим их.
Линька. У многих животных при наступлении холодов сменяется меховой покров. Это нужно для утепления (зимний мех теплее летнего за счет пухового подшерстка) и, в случае снежной зимы, для маскировки.
Обрастание шерстью нижних частей конечностей у зайцев и некоторых хищных, это увеличивает площадь поверхности и помогает им передвигаться по глубокому снегу.
Смена характера убежищ. Сони, например, в период размножения живут в гнездах, а зимовать уходят в норы.
Сезонные агрегации. Часто с наступлением холодов животные образуют поселения или группы с высокой плотностью. Это необходимо для утепления (мыши-малютки) или совместной охоты (волки).
Сезонная смена кормов. Растительноядные животные, питаясь зимой корой и молодыми ветками вместо зеленых частей растений, получают возможность не мигрировать в теплые края.
Подснежный образ жизни. Обитание под снегом уберегает многих грызунов и мелких хищников от чрезмерно низких температур и холодного ветра.

Задача 2. Приведенный ниже перечень разделите на две группы: растения, у которых в цветках все чашелистики одинаковы, все лепестки одинаковы, все тычинки одинаковы и все пестики тоже одинаковы если их несколько; растения, в цветках которых наблюдается разнообразие среди каких-либо элементов.
Акация, арбуз, береза, каштан, клевер, кувшинка, лютик, овес, пастушья сумка, патиссон, подорожник, соя, тюльпан, черешня, чеснок.
Объясните, с чем может быть связана непохожесть друг на друга тех или иных элементов цветков. Мы не рассматриваем случайные нарушения в развитии и повреждения цветков, полагая, что наследственная информация реализуется идеально.

В цветках арбуза, лютика, овса, патиссонов, подорожника, березы, тюльпана, черешни и чеснока все чашелистики, лепестки, тычинки и пестики более-менее одинаковы. У остальных приведенных в перечне растений какие-либо элементы цветка различаются.
Отличия между структурными элементами цветка связаны с двумя основными причинами.
Первая причина – положение этих элементов друг относительно друга. Обычно они формируют круги, внутри каждого из которых элементы сходны, а в разных кругах – чем-то отличаются. Если у растения чашелистики, лепестки, тычинки и пестики образуют по одному кругу, то почти наверняка все его структурные элементы одинаковы. Если же кругов несколько, то весьма вероятны отличия в строении. Например, у тюльпанов два круга листочков околоцветника формируются в разное время, и в результате листочки внешнего круга чуть шире и длиннее внутренних. У некоторых современных сортов тюльпанов эти листочки отличаются еще и по цвету – внешние имеют более яркую окраску. У ряда представителей рода Лук (Allium) внешние тычинки несут реснитчатые придатки, а у внутренних тычинок придатков нет.
Насколько принципиальны эти отличия – не вполне понятно и на сегодняшний день. Скажем, неодинаковые размеры тычинок для лука считаются несущественными (тем более что у одних видов рода Allium эта особенность имеется, а у других отсутствует). А для крестоцветных то же различие рассматривается как один из характерных признаков.
Если кругов в цветке много, то возможны даже переходные формы между разными структурными элементами. Например, у кувшинки по мере приближения к центру цветка лепестки постепенно превращаются в тычинки.
Вторая причина неоднородности – опережающее развитие структурных элементов в пределах одного круга. В результате цветок «деформируется» и обладает единственной плоскостью симметрии. Примером таких растений могут служить бобовые. У них чашечка образует скошенную трубку (сверху она короче, чем снизу). Скошенной становится и трубка из сросшихся тычинок, а одна из них (верхняя) остается свободной. Цветок бобовых – результат совместной эволюции с насекомыми-опылителями. Для эффективного опыления формируются привлекающий аппарат (парус и весла) и посадочная площадка (лодочка).

Задача 3. Из приведенного ниже перечня выберите заболевания, которыми человек может переболеть лишь один раз в жизни.
Аскаридоз, бронхит, ветряная оспа, грипп, дифтерия, коклюш, лейшманиоз, парадонтоз, родильная горячка, СПИД, столбняк, туберкулез, холера, чесотка.
Обоснуйте данные ответы. Какими общими свойствами обладают заболевания, которые могут поражать человека: (I) многократно; (II) однократно?

Заболевание может угрожать человеку единственный раз в жизни, если:
– инфекционный агент активирует иммунную систему и обеспечивает длительный иммунитет, причем антитела распознают все формы возбудителя;
– при болезни происходят необратимые изменения того или иного органа, что делает невозможным повторное развитие тех же симптомов (вариант – заболевание летально).
Разберемся, какие болезни из перечня можно отнести к этой группе.
СПИД – заболевание, вызываемое ретровирусами ВИЧ-1 и ВИЧ-2. Вирус передается половым путем, при переливаниях крови, трансплантации органов и тканей, грудном вскармливании, иногда – от матери к плоду. Оболочка вируса обладает определенным набором антигенных детерминант, приводящих к образованию специфических антител. Поскольку антигенная изменчивость ВИЧ очень высока, эту инфекцию можно было бы отнести к заболеваниям, которыми человек болеет много раз. Однако необходимо принять во внимание объект поражения.
Вирусные частицы связываются с клетками, несущими на поверхности CD4-антиген. Этим свойством обладает ряд иммунокомпетентных клеток: Т4-лимфоциты, некоторые В-лимфоциты, различные макрофаги, моноциты крови, клетки костного мозга и вилочковой железы. Вирус проникает внутрь клетки посредством эндоцитоза, на собственной РНК синтезирует ДНК и встраивает ее в геном хозяина. После этого вирус «молчит» много лет, а в какой-то момент начинает синтезировать свои копии, в результате чего развивается аутоиммунный ответ против Т4-лимфоцитов. Компоненты иммунной системы начинают заниматься «внутренними разборками», перестав бороться с внешними инфекциями и собственными мутировавшими клетками. Человек умирает от рака, воспаления легких или других заболеваний. Ясно, что повторное заболевание СПИДом в такой ситуации невозможно.
Ветряная оспа – вирусное заболевание, к возбудителю которого вырабатывается устойчивый иммунитет.
Возбудителем коклюша является палочка Борде–Жангу. Антитела вырабатываются как к самому возбудителю, так и к токсину.
Лейшманиоз – группа заболеваний, вызываемых простейшими – внутриклеточными паразитами. Поражаются макрофаги, ретикулярные клетки, возбудители могут проникать в селезенку, печень, лимфатические узлы и костный мозг. Благодаря развитию иммунного ответа происходит уничтожение больных клеток. Иммунитет стойкий. Из-за существования разных видов паразита теоретически лейшманиозом можно болеть несколько раз (если приобретенного иммунитета оказалось недостаточно, чтобы справиться с новым возбудителем), однако вероятность подобной ситуации крайне мала.
Инфекционное действие холерного вибриона обусловлено вырабатываемыми им токсинами. Переболевший человек приобретает иммунную защиту прежде всего против токсинов, а против вибриона – в меньшей степени. Соответственно этому результат повторного инфицирования зависит от состояния иммунной системы конкретного человека. В целом же шансы заболеть холерой вторично невелики.
Палочка Леффлера, возбудитель дифтерии, выделяет несколько типов токсинов. Иммунитет развивается и против токсинов, и против палочки. Возможно (хотя и нетипично) повторение заболевания, а также ситуация, когда антитела нейтрализуют токсины, но человек остается носителем инфекции.
Рассмотрим теперь болезни, которые могут поражать человека многократно. Подобные ситуации возникают, если:
– название болезни является сборным обозначением для патологических процессов со сходными симптомами, но обусловленных разными причинами и возбудителями;
– возбудитель имеет эффективные системы защиты, предотвращающие выработку иммунитета к его поверхностным антигенным детерминантам;
– антигенные детерминанты возбудителя весьма вариабельны;
– приобретенный иммунитет сохраняется лишь ограниченное время.
Перейдем к болезням, перечисленным в условии задачи.
Бронхит – это воспаление бронхов, которое может быть вызвано разными патогенными микроорганизмами, раздражающими химическими агентами и т.д. Болезнь может протекать остро или иметь хроническую форму с обострениями. Возможность повторных случаев бронхита следует из разнообразия возбудителей, вызывающих сходные симптомы болезни. Универсальный иммунитет в данном случае приобрести невозможно.
Парадонтоз – нарушение обмена веществ, приводящее к воспалению десен. Воспаление может вызываться попаданием различных микробов в область повреждения либо иметь внутренние (неинфекционные) причины. Понятно, что болеть парадонтозом можно несколько раз.
Послеродовая гнойная инфекция (родильная горячка) часто встречалась в XIX в. Возбудителями болезни являются кокки, разнообразные по строению и антигенным свойствам. Клетки возбудителя фагоцитируются с трудом, формирование долговременной иммунной памяти не происходит.
Выделяют две основные разновидности вируса гриппа: А и В. Иммунитет против штамма, которым переболел человек, сохраняется практически на всю жизнь, однако антигенные детерминанты вирусов гриппа изменяются довольно быстро. Поэтому приобретенный иммунитет к вирусу типа А становится бесполезным через 1–2 года, а к вирусу типа В – через 3–6 лет. С такой периодичностью и наблюдаются эпидемии гриппа.
Аскаридоз и чесотка вызываются крупными паразитами, хорошо защищенными от агрессивных сред хозяина. В организме выздоровевшего человека не остается возбудителей болезни, но и надежного иммунитета не появляется. Оба заболевания могут повторяться многократно, однако второй и последующие случаи аскаридоза протекают существенно легче, чем первый. Возможно, иммунитет защищает от токсинов или действует на личинок паразита.
Возбудитель столбняка – довольно крупная столбнячная палочка, попадающая в раны вместе с землей и грязью. Заболевание обусловлено токсином, выделяемым палочкой. Иммунитет после перенесенного заболевания не формируется (эффективную защиту обеспечивает прививка столбнячным анатоксином).
Заболевание туберкулезом вызывается палочкой Коха – туберкулезной микобактерией. Эта бактерия имеет плотную восковую оболочку, из-за чего выработка иммунитета затруднена. Кроме того, палочка легко приобретает устойчивость к лекарствам. При этом возникают новые штаммы, не поддающиеся обычным методам лечения. Поэтому часто возникают ситуации, когда видимых признаков болезни уже нет, но человек остается носителем палочки. Возможны случаи как обострения болезни, так и повторного заболевания.

Задача 4. Составьте определитель в форме тез и антитез, позволяющий по строению сердца делать вывод о принадлежности данного позвоночного животного к той или иной систематической группе. Постарайтесь не ограничиваться характерными признаками разных классов – рассмотрите также животных, у которых сердце обладает какими-либо специфическими чертами строения.

Разумеется, возможны различные варианты построения определителя. Ниже приведен один из них в – качестве примера, но не обязательного образца. Неважно, какие именно признаки вы выбрали и в каком порядке их расположили. Главное, чтобы определитель позволял проводить корректный анализ всех основных групп позвоночных и охватывал по возможности большое количество исключений.

Задача 5. Вам поручили определить примерное количество представителей разных каст в муравейнике. Самый очевидный способ – устроить поштучный пересчет всех обитателей муравейника, перебирая его содержимое или «выкурив» муравьев наружу. Однако это занятие трудоемкое, да и жизнь в потревоженном муравейнике стабилизируется не скоро. Какие более практичные для исследователя и щадящие для муравьев способы вы можете предложить?

Подсчет представителей разных каст – дело более сложное, чем обычное определение численности животных. Важно не только общее количество муравьев в муравейнике, но и доля, которую составляют самки, самцы, солдаты и фуражиры. Условно решим, что у выбранного для исследования вида имеются как раз четыре упомянутые касты. На самом деле каст может быть и три, и более четырех (при наличии специализированных форм солдат или фуражиров).
Сложность задачи связана прежде всего с тем, что разные касты муравьев в разной степени активны на поверхности, а есть и такие, которые всю жизнь проводят в недрах муравейника. Кроме того, соотношение каст и степень их поверхностной активности различны у разных видов муравьев. Поэтому сразу оговоримся, что все предлагаемые манипуляции относятся к одному конкретному виду.
Итак, начнем с определения численности муравьев, активных на поверхности. Для этого необходимо отловить определенное число муравьев одной касты, распределив пробы равномерно по поверхности муравейника и/или по периметру вокруг него, пометить муравьев (нанося на спину капельку цветного лака) и выпустить в месте поимки. На следующий день в тех же местах и в то же время повторяют отлов и подсчитывают, сколько из пойманных муравьев оказались мечеными. Пользуясь полученными данными, составляют пропорцию, которая позволяет приблизительно оценить количество особей данной касты в муравейнике (количество равно произведению объемов проб первого и второго дней, деленному на число меченых особей в пробе второго дня).
Чтобы оценить численность муравьев, принадлежащих к кастам, редко и нерегулярно появляющимся на поверхности, необходимо выяснить соотношение между численностью этих каст и тех, кого можно посчитать (используя литературу или, увы, потревожив несколько муравейников). Это соотношение более или менее постоянно для каждого вида; оно позволяет оценить численность «подземных» каст.
Еще один способ – установить опытным путем соотношение между объемом надземной части муравейника и количеством в нем муравьев каждой касты. Однажды проделанная, эта тяжелая и довольно жестокая по отношению к муравьям работа впоследствии позволит быстро и не тревожа насекомых оценивать количество особей каждой касты (правда, весьма приблизительно). Необходимо учитывать, что количество и соотношение особей разных каст сходно в одинаковых по размеру муравейниках одного вида, но может сильно меняться в зависимости от сезона.

Задача 6. Вы собираетесь в экспедицию для изучения шуршунчика обворожительного – зверя, который несколько столетий назад был широко распространен, а сейчас стал редким. Ваши предшественники составили подробные карты ареалов этого зверя. А вот современники шуршунчиками интересовались мало; сведения о местах его нынешнего обитания, увы, отсутствуют. Тратить время впустую не хочется; желательно сразу направиться туда, где вероятность встреч с животным наиболее высока. Неясно только, куда именно. Какими данными стоит воспользоваться, чтобы добиться успеха?
Шуршунчика мы, конечно, выдумали. А вполне реальная лошадь Пржевальского оказалась точно в таком же трагическом положении. Сейчас эти лошади обитают только в зоопарках и на строго охраняемых территориях. Последняя достоверная встреча с вольным животным произошла более 30 лет назад. Попытайтесь конкретизировать ваши рассуждения о шуршунчиках и сделать предположения, в каких местах еще имеются хоть какие-то шансы обнаружить дикую лошадь Пржевальского.

Можно предложить следующий план действий.
1. Проанализировать карты прошлых ареалов, стараясь выделить факторы, лимитировавшие распространение интересующего нас вида. Такими факторами могут быть:
– распространение кормовых растений;
– приемлемые свойства почвы;
– наличие необходимых защитных условий;
– климатические показатели (минимальные температуры, глубина промерзания почвы, высота снежного покрова, количество осадков и т.п.);
– границы ареалов видов-хищников и/или конкурентов;
– влияние деятельности человека.
2. Определить территорию, на которой сохранились условия, подходящие для обитания шуршунчика или лошади Пржевальского.
3. В пределах гипотетического современного ареала выделить места, где в прошлом вид был многочислен, в том числе – и в неблагоприятные годы.
4. Из оставшихся вариантов выбрать участки, наибольшие по площади и по возможности удаленные от границы исходного ареала.
В этих местах и следует искать вид, обращая особое внимание на экологически важные для данных животных точки (для копытных это прежде всего водопои и солонцы). Много времени и сил можно сэкономить, если провести анкетирование местных жителей и выяснить, где и как часто в последнее время видели этих животных.
Катастрофическое сокращение ареала лошади Пржевальского вызвано преследованием со стороны человека, а также включением в сельскохозяйственный оборот территорий, занимаемых ранее этим видом. Соответственно, рассчитывая обнаружить дикую лошадь Пржевальского, необходимо:
– выделить в рамках ее прежнего ареала максимальные по площади участки, не затронутые сельским хозяйством и малодоступные для охотников;
– убедиться, что в этих местах за последние полвека существенно не менялись климат и растительность.

Задача 7. В 1970–1980-е гг. в СССР активно разрабатывался проект поворота сибирских рек. Предполагалось использовать их для орошения засушливых азиатских регионов страны, существенно сократив «бесполезный слив воды в Арктику». К счастью, до практической реализации этих планов дело так и не дошло, в определенной степени – из-за активных протестов ученых-экологов. Как вы полагаете, на чем основывалось их негативное отношение к данному проекту?

Оставим в стороне организационно-финансовые сложности проекта и попытаемся разобраться с его экологическими последствиями для северных и южных биогеоценозов.
Обширнейшие бассейны сибирских рек не просто механически собирают воду и отдают ее в Арктику. Они формируют все многообразие климатических условий, почв, растений и животных разных регионов Сибири. Лишив эти пространства значительных масс воды, мы оставим их без климатического стабилизатора: нарушится водно-тепловой баланс локальных экосистем, станут резче суточные и сезонные температурные колебания.
Осушение почв приведет к исчезновению некоторых болот, озер, связанных с ними рек и ручьев. Изменятся водный режим и почвенная структура пойменных лугов, что может привести не только к нарушению связей в этих экосистемах, но и к оскудению сельскохозяйственных угодий. Изменится, а в некоторых случаях вообще исчезнет среда обитания водных животных и растений.
Избыточная влажность – основной фактор, определяющий структуру и динамику развития таежных лесов. Снижение влажности воздуха может привести к сдвигу типа леса от лиственного древостоя к ельнику. Исчезнут многие редкие виды, начнется миграция новых видов и расширение их ареалов. В результате мы лишимся уникальных лесных массивов с ценной древесиной, пушниной, травами, ягодами и грибами и бесценной функцией регуляторов испарения почвенной влаги, т.е. водного баланса.
Возможно, что уменьшение стока Обь-Иртышского речного бассейна повлияет и на структуру природных сообществ дельт этих рек.
Ну а что будет происходить на юге? Экосистемы Средней Азии характеризуются ничтожным количеством влаги. Круговорот воды здесь в большей степени определяется солнечной активностью. Другой основополагающей особенностью южных земель является сильная засоленность почв и грунтовых вод.
В таких условиях вожделенное орошение приведет к повышению уровня грунтовых вод, которые начнут интенсивно испаряться под действием солнца. Поднявшиеся при этом соли останутся в тонком слое плодородной почвы. В условиях засоления погибнут растения, формирующие и укрепляющие почвенный слой, разовьется эрозия земель, снизится их плодородие. Травянистые оазисы заместятся пустынными песками. Вслед за растительным миром закономерно изменится и животный мир, что может быть сопряжено с исчезновением редких видов.
Даже значительное увеличение объема протекающей по рекам воды в Средней Азии вряд ли приведет к существенному смягчению климата, т.к. влажный воздух будет быстро смещаться в сторону близлежащих горных массивов и там пополнять ледниковые истоки местных рек. Таким образом, забыв о специфике южных экосистем, мы рискуем потерять существующее многообразие их природных ландшафтов.
В заключение стоит отметить, что проект переброски северных рек, казалось бы, бесповоротно заброшенный после распада СССР, вновь начал обсуждаться в самые последние годы.

X класс

Задача 1. Из приведенного ниже перечня выберите растения, которые люди выращивают из семян, либо используя другие способы (укажите, какие именно).
Алоэ, ананас, бегония, гладиолус, женьшень, картофель, крыжовник, кукуруза, лен, лимон, малина, рожь, слива, смородина, финиковая пальма, хрен.
Объясните, с чем связана предпочтительность того или иного варианта выращивания разных растений (не только упомянутых выше, но и других).

К растениям, выращиваемым только из семян, следует отнести кукурузу, лен, рожь. Эти растения обильно цветут, дают много семян, обладающих хорошей всхожестью. Проростки хорошо и быстро развиваются в подходящих условиях. Для этих однолетних растений эволюционно наиболее эффективным является семенное размножение.
Остальные растения из приведенного списка размножают в основном вегетативно. Поскольку все эти растения многолетние, их семена обладают пониженной всхожестью, зачастую требуют специальных условий для прорастания (например, могут нуждаться в периоде покоя после созревания, в стратификации и др.). К тому же растения из семян развиваются медленно. При выборе способа размножения учитывают его простоту, эффективность (высокий выход потомства), сохранение генетических особенностей сортов.
Алоэ размножают черенкованием или делением куста, поскольку это растение цветет редко.
У ананаса семена обычно не вызревают, поэтому для его размножения укореняют верхушки соцветий или используют прикорневые отростки.
Гладиолусы, картофель, крыжовник, малину, сливу и смородину семенами размножают только селекционеры с целью выведения новых сортов. А в быту гладиолусы размножают детками, отпочковывающимися от клубнелуковицы; картофель – клубнем; крыжовник, сливу и смородину – черенкованием побегов либо отводками; малину – прикорневыми отпрысками. Эти приемы эффективны и не приводят к утере генетических особенностей сортов.
Бегонии обильно цветут, дают много семян, обладающих хорошей всхожестью. Беда лишь в одном: семена очень мелкие, они требуют особой заботы при проращивании. Обычно не составляет труда, получив всего лишь один листик растения, надрезать самые толстые жилки и поместить этот лист на песок во влажную камеру. В местах надрезов сформируются 5–7 укорененных побегов.
Женьшень, лимон, хрен, финиковую пальму можно при желании вырастить из семян. Но обычно финиковую пальму размножают прикорневыми отростками (поскольку существуют различные сорта этого растения), женьшень и хрен – кусками корневища, лимон – черенкованием (прививая черенок на специальный подвой).

Задача 2. В каких группах позвоночных из приведенного ниже перечня наряду с яйцекладущими встречаются также живородящие организмы?
Акулы, бесхвостые земноводные, двоякодышащие рыбы, змеи, карпообразные, крокодилы, лососеобразные, осетровые, скаты, хвостатые земноводные, черепахи, ящерицы.
Объясните, чем отличается живорождение у млекопитающих от живорождения, возникшего в других группах позвоночных. При каких особенностях образа жизни живорождение оказывается полезным?

Из животных, перечисленных в списке, живорождения не бывает в следующих группах: двоякодышащие рыбы, упомянутые группы костных рыб, крокодилы и черепахи. Живорождение весьма характерно для хрящевых рыб (акул, скатов), а среди пресмыкающихся встречается у змей и ящериц. Живорождение описано и для некоторых амфибий (двух видов африканских жаб).
Случаи живорождения можно разделить на две группы: яйцеживорождение (яйцо задерживается в нижних частях яйцеводов) и настоящее живорождение (устанавливается обмен между развивающимся зародышем и материнским организмом).
Яйцеживорождение характерно для многих акул и скатов. У них оплодотворенное яйцо задерживается в расширенной задней части яйцевода – «матке». Развитие зародыша идет за счет питательных веществ, запасенных в яйце, а кислород поступает путем диффузии из материнского организма. Лишь у некоторых хрящевых рыб (куньей акулы, рыбы-молота и др.) живорождение настоящее. У них желточный мешок, образующийся вокруг желтка и снабженный кровеносными сосудами, после исчерпания ресурсов прирастает к стенке матки. Возникает своеобразная плацента: т.к. сосуды зародыша и матери лежат рядом, питательные вещества попадают в организм зародыша, а метаболиты – в кровь матери. У некоторых скатов (например, хвостоколов) пальцеобразные выросты стенок матки внедряются в брызгальца зародыша. Железистые клетки этих выростов выделяют в глотку зародыша питательную жидкость, которую он заглатывает.
Оба вида живорождения встречаются и у пресмыкающихся: яйцеживорождение характерно для гадюк, некоторых ужей, морских змей, живородящей ящерицы, веретеницы и др., а настоящее живорождение – для ящериц-сцинков и некоторых змей (у них выросты серозной оболочки и аллантоиса зародыша внедряются в слизистую оболочку яйцевода матери).
В целом можно считать, что настоящее живорождение у «немлекопитающих» животных сходно с живорождением у сумчатых млекопитающих. У плацентарных млекопитающих связь между зародышем и матерью еще более тесная. При образовании плаценты выросты ее зародышевой части (хориона) так глубоко внедряются в стенку матки, что при родах часть стенки отрывается и выводится наружу.
Живорождение выгодно тем, что оно резко снижает эмбриональную и детскую смертность. Хрящевым рыбам оно позволило процветать до сих пор, несмотря на невысокую по сравнению с другими водными жителями плодовитость. Кроме того, развитие в теле матери обеспечивает зародышу лучшие температурные условия (даже у холоднокровных животных температура тела, как правило, несколько выше, чем температура окружающей среды). Некоторые виды пресмыкающихся переходят к живорождению только в относительно неблагоприятных условиях: живородящая ящерица на юге Франции откладывает яйца, а на севере яйцеживородяща. Развитие зародыша в теле матери позволяет ему легче переносить недостаток кислорода в воздухе: тибетская круглоголовка на высоте 2–3 км над ур. м. откладывает яйца, а на уровне 4–5 км – яйцеживородяща. Живорождение может быть также связано с древесным и водным образом жизни (у некоторых хамелеонов и морских змей).

Задача 3. Врач-кардиолог, общаясь с пациентом, обычно интересуется, какие болезни он перенес.
Выберите из приведенного ниже перечня заболевания, которые, по вашему мнению, могут способствовать развитию сердечных болезней и/или влиять на тяжесть их протекания.
Ангина, бешенство, гемофилия, глаукома, дизентерия, клещевой энцефалит, корь, малярия, подагра, полиомиелит, рассеянный склероз, скарлатина, СПИД, туберкулез, язвенная болезнь.
Обоснуйте данные вами ответы. Объясните, опасность каких сердечных болезней возрастает при тех или иных перенесенных ранее человеком заболеваниях.

Рассмотрим перечисленные в задаче болезни.
Ангина чаще всего вызывается стрептококком, оказывающим прямое повреждающее действие на миокард: стрептококковый экзотоксин обладает ферментативными свойствами. Кроме того, из-за сходства структуры инфекционных белков с белками тканей миокарда и почек человека возникают аутоиммунные реакции. Эти процессы очень опасны; к их последствиям относятся воспалительные изменения в сердце, развитие ревмокардита, приобретенных пороков сердца и т.д. Фактически к таким же последствиям для сердца приводит и скарлатина, одним из диагностических признаков которой является ангина.
Возбудители бешенства, клещевого энцефалита, полиомиелита и кори не оказывают прямого влияния на сердце. Единственная возможная связь между этими болезнями и сердечными патологиями реализуется через поражение нервной системы, которое может привести к рефлекторным нарушениям ритма сердца (аритмиям).
Заболевание гемофилией проявляется частыми кровотечениями. Развивающаяся при этом анемия значительно усугубляет течение любой имеющейся патологии сердца.
Глаукома (повышение внутриглазного давления) в некоторых случаях может сопровождать гипертоническую болезнь, усиливая ее тяжесть. При гипертонической болезни отмечается нарушение микроциркуляции (сужение артериол, расширение венул), вследствие чего возрастает продукция внутриглазной жидкости и нарушается ее нормальный отток. Таким образом, сама по себе глаукома вряд ли оказывает влияние на миокард. Однако вполне реальна ситуация, когда глаукома сочетается с гипертонией, которая и вызывает сердечные болезни – гипертрофию миокарда, ишемическую болезнь сердца, инфаркт и др.
Осложнения при дизентерии обусловлены в основном обезвоживанием, что в тяжелых случаях приводит к дистрофии (в том числе и миокарда). Кроме того, возбудитель дизентерии вырабатывает экзотоксин, оказывающий существенное влияние на нервную систему (и соответственно – на регуляцию работы сердца).
Возбудитель малярии на одной из стадий развития обитает в эритроцитах, и их разрушение приводит к анемии. Воздействие заболевания на сердце опосредованное: через гипоксию (вследствие анемии), а также через поражение тканей токсичными продуктами жизнедеятельности возбудителя.
При СПИДе сердечные патологии возникают как осложнения, обусловленные дефектностью иммунной системы. Поражение сердца может произойти в результате развития вторичного заболевания на фоне основного.
При туберкулезе в основном поражается бронхолегочный аппарат, однако иногда возможен туберкулезный перикардит, сочетающийся с воспалительными повреждениями плевры. А весьма вероятное следствие перикардита – сердечная недостаточность.
Язвенная болезнь не имеет непосредственного отношения к сердечным заболеваниям. Врачу следует лишь убедиться, что все предыдущие жалобы больного относились действительно к обострениям язвенной болезни и не связаны с сердечными патологиями.
При подагре нарушен обмен мочевой кислоты, вследствие чего повышается риск не только мочекаменной, но и гипертонической болезни. Поражаются сосуды, в том числе и коронарные, что может привести к развитию ишемической болезни сердца.
Подводя итоги, отметим, что сочетание любой из перечисленных патологий с сердечными заболеваниями в какой-то степени ухудшает состояние больного. В одних случаях речь идет об ухудшении «качества жизни» (язвенная болезнь, глаукома), в других – о повышении риска возникновения новых болезней сердца. Этот риск может быть менее (бешенство, клещевой энцефалит, полиомиелит, корь) или более (туберкулез, СПИД, ангина, скарлатина) значительным. В зависимости от вида перенесенного заболевания, его давности и длительности врачу необходимо корректировать фармакологическую и немедикаментозную терапию.

Задача 4. Какие меры, по вашему мнению, следует предпринимать, чтобы повысить шансы на успех операции по пересадке органов от человека к человеку?

Прежде чем перечислять меры, позволяющие предотвратить отторжение чужеродной ткани, имеет смысл разобраться в природе отторжения.
Возможны пересадки:
– собственной ткани донора ему же – например, при обширных ожогах или пластических операциях (аутотрансплантат);
– от донора с идентичным генотипом – однояйцевого близнеца (изотрансплантат);
– от донора, отличающегося по генотипу (аллотрансплантат).
В первых двух случаях достаточно обеспечить стерильность операции и нормальное поступление в пересаженную ткань питательных веществ. Серьезные проблемы возникают лишь с аллотрансплантатами.
Организм умеет отличать свои клетки от чужих. Для этого на поверхности клеток существуют антигены, которые узнаются Т-лимфоцитами. Известно несколько десятков трансплантационных антигенов. Прежде всего к ним относится МНС (major histocompatibility complex) – главный комплекс гистосовместимости классов I и II. Ряд других, минорных, антигенов распознается в комплексе с МНС, например молекулы рецептора инсулина. Вклад в трансплантационное отторжение вносят и антигены группы крови.
Что происходит при попадании в организм чужеродных клеток? Поступившие антигены взаимодействуют с лимфоцитами, а также с антителами (если организм уже имел основания их выработать). Антигены МНС инициируют процесс активации Т-лимфоцитов, в результате которого цитотоксические Т-лимфоциты разрушают клетки трансплантата, узнавая их по МНС класса I. Все эти реакции тимус-зависимы. Разрушение тимуса в раннем возрасте способствует лучшему приживлению трансплантата. Тимус взрослого животного или человека разрушать бесполезно, т.к. запечатление собственных антигенных детерминант уже состоялось и организм отличает свои антигены от чужих. В-лимфоциты могут взаимодействовать с минорными антигенами аллотрансплантата с образованием иммуноглобулинов класса M. Такая реакция приводит к отторжению пересаженной ткани без формирования клеток памяти. Активированные В-лимфоциты могут активировать и другие клетки иммунной системы.
Особо нужно сказать о реакции «трансплантат против хозяина». Больным, у которых подавлены функции иммунной системы (при некоторых видах опухолей, иммунодефиците, нарушениях кроветворения), пересаживают костный мозг. Прижившийся трансплантат может посчитать клетки хозяина чужеродными и начать с ними бороться точно так же, как хозяин борется с тканями донора при пересадке других органов. Реакцию «трансплантат против хозяина» могут вызвать также Т-клетки, попавшие в организм при переливании крови или при пересадке органов.
Теперь мы можем аргументированно предложить следующие меры, направленные против отторжения трансплантанта.
1. Подбор MHC-совместимых пар «донор–реципиент» на основании тестов по взаимодействию лимфоцитов и тканевых антигенов in vitro.
2. Подбор пар, совместимых по группам крови.
3. Удаление лимфоцитов перед пересадкой (облучение крови, дренирование грудного протока, введение антител против поверхностного маркера лимфоцитов).
4. Использование иммунодепрессантов – препаратов, подавляющих иммунитет. Например, азатиоприн препятствует правильному удвоению ДНК, повреждая антиген-чувствительные клетки в тот момент, когда они начинают размножаться.
5. Применение циклоспорина А, который проникает в антиген-чувствительные клетки и избирательно блокирует синтез мРНК лимфоцитов.
6. Антивоспалительные средства, например, стероидные гормоны. Они угнетают жизнедеятельность моноцитов и макрофагов, а также препятствуют фиксации нейтрофилов на сосудах в области воспаления.

Задача 5. От чего зависит направление роста корней растения? Очевидно, не только от силы тяжести: ведь тогда все корешки росли бы строго вниз до встречи с препятствием. Какие факторы определяют направление роста корней и каковы механизмы их действия на этот процесс? Предложите свою гипотезу. Какие эксперименты понадобятся для проверки различных положений выдвинутой вами гипотезы?

Безусловно, рост растений определяется прежде всего силой тяжести. В каком бы положении не попало семя в землю, развивающийся проросток направляет корень вниз, а стебель вверх. Эта ориентация сохраняется в течение всей жизни растения: стебель и корень располагаются вертикально, боковые корни и ветви – под углом, листья – преимущественно горизонтально. Если какое-либо воздействие выведет растение из этого положения, то оно восстановит ориентацию, изгибая более молодые части либо вновь формируя органы. Восстановление правильного положения тесно обусловлено ростом. Быстро растущая сторона становится выпуклой, а противоположная – вогнутой. Орган искривляется в ту сторону, рост которой замедлен.
Поскольку сила тяжести действует всегда в вертикальном направлении, то именно ее ученые стали рассматривать как причину правильной ориентации органов растений. Это явление получило название геотропизма. Корни обладают положительным геотропизмом (растут вниз), а стебли – отрицательным.
В начале XIX в. Найт впервые экспериментально исследовал роль силы тяжести в росте растений. Не имея возможности устранить силу тяжести, Найт заменял ее центробежной силой. Проростки помещали в мельничное колесо, вращающееся вокруг горизонтальной оси. Колесо вертелось под действием струи воды, та же вода не давала растениям засохнуть. Выросшие растения оказались расположенными по радиусам в плоскости вращения колеса, причем корни росли от центра к периферии, а стебли – в противоположном направлении.
В 1950-е гг. были проведены опыты, в которых размещенное горизонтально растение медленно вращали вокруг его оси с помощью специального прибора – клиностата. Для вращения использовали часовой механизм. Если положить в клиностат проросток, то никаких изменений не произойдет. А если проросток выдержать некоторое время в горизонтальном положении и затем поместить в клиностат, то он со временем изогнется так, как будто продолжает лежать горизонтально. Следовательно, в растении существуют рецепторы, воспринимающие сигнал и запускающие медленные ответные реакции.
Механизмы положительного геотропизма корня пока неясны. Есть мнения, что в этом процессе участвуют внутриклеточные включения (крахмальные зерна, гранулы других запасных веществ), которые выполняют роль статолитов, как в органах равновесия животных. В последние годы все больше внимания уделяется роли цитоскелета как каркаса, поддерживающего «легкие» и «тяжелые» органеллы. Установлено, что химическое разрушение цитоскелета в клетках кончика корня приводит к дезориентации корней. Известно, что в проявлении геотропизма участвуют растительные гормоны, но сейчас считается, что они включаются в процесс на поздних этапах и обеспечивают только формирование изгиба.
Хемотропические изгибы корней вызываются неравномерным распределением в окружающей среде каких-либо веществ. Различают положительный и отрицательный хемотропизм. Первый из них вызывается преимущественно питательными веществами (удобрения), второй – соединениями, угнетающими рост. Благодаря хемотропизму корни растут в сторону комков (гранул) органических и минеральных удобрений, избегая слоев почвы с неблагоприятными химическими свойствами.
Наибольшее значение хемотропизм имеет в жизни грибов. Для изучения хемотропизма грибов их споры высевают на тонкую пластину, имеющую множество отверстий. Эту пластину помещают на слой желатины или агара, содержащий исследуемое вещество. Если хемотропизм положительный, гифы устремляются в отверстия пластины, если отрицательный – избегают их. Однако при слишком высоких концентрациях веществ положительный хемотропизм может перейти в отрицательный.
Изучать хемотропизм корней значительно труднее, поскольку одно и то же вещество может по-разному влиять на разные зоны корня. Например, ядовитое вещество, задерживая рост обращенной к нему стороны корня, вызывает положительный изгиб, но одновременно оно стимулирует кончик корня подать в зону роста сигнал к искривлению в другую сторону.
В начале ХХ в. физиолог Породко поместил проростки растений в слой желатины, по которому шел ток различных веществ. В одних опытах он оставлял вне желатины зону роста корня, в других – его кончик. Оказалось, что неэлектролиты не влияют на хемотропизм корня, катионы действуют отрицательно, а анионы – положительно. Теперь мы знаем, что рецепторами этих сигналов являются ионные каналы мембран клеток корня.
Сильное влияние на направление роста корней оказывает распределение воздуха в почве. Опыт, с помощью которого можно выяснить роль воздуха в ориентации роста корней, очевиден и прост: необходимо «замуровать» корневую систему растения в воздухонепроницаемом сосуде, оставив одно отверстие, и отметить рост корней в направлении тока воздуха (аэротропизм).
Влияет на рост корня и влажность среды. При неравномерном распределении влажности в почве корни направляются в более влажные участки (гидротропизм), и даже в воздухе наблюдается искривление корней к влажной поверхности. Такой опыт можно поставить в прозрачной камере, насыщенной водными парами. В полностью насыщенной водяными парами камере эффект не проявляется, поскольку не будет градиента влажности. Гидротропическая чувствительность, как и геотропическая, сосредоточена в самом кончике корня.
Неравномерное распределение температуры также вызывает изгиб корня. Влияние температуры на направление роста корней можно изучать в камере с опилками, нагревая ее с одной стороны и охлаждая с другой.
Еще Ч.Дарвином был обнаружен эффект избегания корнями растений механических препятствий (травматотропизм). Если сделать на кончике корня односторонний надрез, полученное раздражение передастся в зону растяжения и вызовет отрицательный изгиб. Сигналами такого раздражения являются растительные гормоны ауксины. Они активизируют рост клеток растяжением со стороны поранения. Более сильный рост корня с этой стороны изгибает его в противоположную сторону, уводя от препятствия.
Наконец, на направление роста корней влияет свет. У некоторых растений корни не реагируют на освещение, однако обычно они обладают отрицательным фототропизмом, изгибаясь от источника света. Опыт по изучению этого явления должен заключаться в односторонней подсветке корней растения, находящегося во влажной камере. Изгибание от источника света обеспечивают ауксины, однако здесь все определяется их концентрацией. Ведь те же ауксины отвечают за изгиб проростка в сторону источника света. Как же так?
Существует оптимальная, «рабочая» концентрация ауксина, которая приводит к растяжению клеток. Ауксины синтезируются в верхушке стебля и стекают вниз, в корни. Таким образом, в кончике корня их концентрация гораздо выше, чем необходимо для усиленного роста растяжением, а в верхушке стебля – гораздо ниже оптимальной. Кроме того, ауксины перемещаются по клеткам растения в поперечном направлении от источника света («боятся света»). Совокупность этих процессов приводит к тому, что в верхушках проростков концентрация ауксинов оказывается оптимальной со стороны, противоположной освещению, и проросток вытягивается к свету. В корнях же ситуация обратная, и как следствие, корни обладают отрицательным фототропизмом.

Задача 6. Какая информация требуется, чтобы определить оптимальный вес тела для конкретного человека? Обоснуйте необходимость учета названных вами факторов.

Прежде всего определим, что такое «оптимальный вес тела». Так следует называть вес, который сочетается с наибольшей продолжительностью жизни, т.е. с наименьшим риском возникновения заболеваний, которые могли бы эту продолжительность уменьшить. Прочие соображения – эстетичность, удобство пользования теми или иными благами цивилизации, даже самочувствие – по сравнению с этим требованием, очевидно, несущественны. Понятно, что персонально для И.И. Иванова работать с введенным нами совершенно логичным определением нельзя: нет запасных И.И. Ивановых, чтобы воспользоваться ими для сравнения продолжительности жизни при разном весе тела. Поэтому идеальный вес каждого конкретного человека устанавливают из таблиц, составленных по результатам обследования большого количества других людей. При этом прежде всего учитываются размеры тела, пол и возраст человека.
Размеры тела – это рост и особенности телосложения (конституция). При прочих равных условиях высокий человек весит больше, чем низкорослый. Следует принимать во внимание также строение скелета: люди бывают «ширококостные» и «узкокостные». Для оценки строения скелета можно использовать такой показатель, как обхват грудной клетки. Особенностями конституции обусловлены и различия значений идеального веса для представителей разных рас. Например, у народов Африки сильнее развита мышечная ткань, а у жителей Крайнего Севера – подкожная жировая клетчатка (удельный вес жира меньше, чем мышц).
Для мужчин идеальный вес больше, чем для женщин (в среднем мужчина должен весить столько, сколько женщина, рост которой на 5 см больше). Это вызвано большим весом скелета у мужчин. Кроме того, у мужчин и у женщин различается относительное содержание жировой ткани. Так, в возрасте 25 лет «нормальное» содержание жировой ткани у женщин составляет 26%, а у мужчин – всего 13%.
Несомненно и влияние возраста: для детей идеальный вес меньше, чем для взрослых такого же роста (вспомните, что дети сначала «вытягиваются», а затем уже растут «в ширину»). Для взрослых зависимость идеального веса от возраста менее выражена, однако к старости идеальный вес уменьшается.

Задача 7. Из записных книжек Кифы Мокиевича.
«Наконец-то ученые образумились! Я хорошо помню времена, когда в учебниках, научно-популярной литературе и даже в газетах расхваливали акклиматизацию животных и растений на новых территориях. Нас уверяли, что при правильном подборе вселяемого вида акклиматизация приносит существенную пользу и для народного хозяйства, и для благополучия природных сообществ. Ну хоть теперь поняли, что вмешиваться в такие сложные системы, как биоценоз леса или реки, – занятие вредное и абсурдное. Эти сообщества существуют тысячелетиями, и все необходимые организмы в них уже есть».
Следует ли согласиться с Кифой Мокиевичем или в каких-то случаях акклиматизация интродукция все же целесообразна? Можно ли, анализируя итоги акклиматизации некоторого вида, убедительно доказать ее позитивный эффект или же все аргументы будут состоять в том, что вредных последствий заметить не удалось?

Для благополучия ныне существующих природных сообществ интродукция новых видов вредна. Вселение нового вида обычно изменяет сложившиеся цепи питания. Вид-иммигрант обязательно будет вытеснять какой-нибудь местный вид (или виды) из занимаемой экологической ниши. Например, канадский бобр, акклиматизированный в Финляндии и впоследствии распространившийся на Европейском Севере России, конкурентно вытесняет европейского бобра. К катастрофическим последствиям может приводить акклиматизация видов, для которых нет врагов и конкурентов на новом месте. Классические примеры подобных ситуаций – завоз кроликов в Австралию и ротана в Европу. При акклиматизации возможно распространение болезней, к которым особо чувствительны местные виды. Так появилась в Европе и в России голландская болезнь вязов.
Акклиматизация может оказаться успешной лишь в том случае, если в биоценозе имеются свободные экологические ниши и соответствующие разрывы в цепях питания, а внедряемый вид идеально подходит к пустующей нише и не таит существенной угрозы для аборигенов. В связи со сложностью большинства реальных биоценозов и долгой совместной эволюцией составляющих эти биоценозы видов подобная ситуация встречается редко. Кроме того, даже в случае хорошо продуманного плана численность интродуцированного вида нормализуется не сразу. Поэтому на сегодняшний день в научном сообществе доминирует резко отрицательное отношение к интродукции новых видов.
Однако иногда, обычно в обедненных биоценозах, подвергшихся негативному внешнему воздействию, акклиматизация возможна и даже желательна. Дело в том, что чем сложнее биоценоз и чем разнообразнее в нем отношения, тем устойчивее функционирует это сообщество. Например, вселение в Каспийское море полихеты Nereis diversicolor не только не привело к вытеснению каких-либо аборигенных видов, но и существенно увеличило кормовую базу рыб, способствуя повышению их численности и разнообразия.
Оправдана также реакклиматизация вида, ранее проживавшего на данной территории, но истребленного человеком, если в отсутствии этого вида произошло лишь разветвление пищевых цепей, но не масштабные изменения в биоценозе. Так, в СССР благодаря акклиматизации были восстановлены исходные ареалы бобра и соболя.
Интродукцией приходится заниматься и тогда, когда необходимо скомпенсировать последствия ранее проведенной неудачной интродукции. Чтобы подавить вспышку численности завезенного в Америку тутового шелкопряда, были интродуцированы несколько видов хищных насекомых, специализирующихся на гусеницах этой бабочки. А когда в Австралию впервые завезли овец и крупный рогатый скот, то для разрушения помета этих животных на пастбищах понадобилась интродукция четырех африканских видов жуков-навозников (австралийские виды с этой задачей не справлялись). В обоих упомянутых случаях вторая акклиматизация обеспечила более-менее приемлемое равновесие в экосистеме. Однако надо понимать, что так бывает далеко не всегда, и при неквалифицированном воздействии на экосистему негативная ситуация может только усугубляться (вспомните фантастический рассказ Р.Шекли «Страж-птица»).
Если целью интродукции является восстановление полностью разрушенных природных сообществ, ранее существовавших на данной территории (например, в зонах техногенных катастроф, на отвалах горных выработок, на крупных нефтяных разливах), то оправданным этапом этих мероприятий может стать контролируемое заселение пионерных видов, которые должны обеспечить формирование условий, пригодных для последующего вселения местных видов. От вида-пионера требуется слабая конкурентоспособность, позволяющая ожидать его исчезновения при окончательном восстановлении исходного сообщества.

XI класс

Задача 1. Расположите перечисленные ниже сельскохозяйственные стратегии в порядке их появления.
Двухполье, залежная система, норфолкский севооборот, подсечно-огневая система, трехполье.
Объясните, в чем состоят преимущества и недостатки разных схем выращивания культурных растений как упомянутых, так и других, известных вам. Можно ли какую-то одну из них считать оптимальной и рекомендовать всем земледельцам?

Самой ранней стратегией земледелия была подсечно-огневая, далее ее сменяли залежная система, двухполье, трехполье и норфолкский севооборот. В современном сельском хозяйстве применяют как более сложные многополевые севообороты, так и монокультуру на фоне внесения больших количеств удобрений и пестицидов.
Главным движущим фактором развития сельского хозяйства была и остается плотность населения. При низкой плотности земледельцы вели полукочевой образ жизни, легко бросая участки, которые утратили плодородие. С ростом плотности населения найти новую, еще не использованную землю становилось все труднее, что и вызвало переход на залежную систему. После первых посевов землю не обрабатывали 7–8 лет (залежь). Рост населения потребовал сократить сроки пребывания земли в залежи, постепенно время отдыха достигло всего одного года. Такая ситуация (если под паром ровно половина участка) – уже фактически двухпольный севооборот. Но в дальнейшем и двухполье оказалось неэкономичным; пришлось оставлять под паром только треть угодий (трехполье). Урожай, получаемый с возделанного участка, падал при переходе от подсечно-огневого севооборота к залежному (и далее – к двух- и трехпольному). Однако количество людей, которых можно прокормить с занятой земледелием площади, было максимальным как раз для трехполья (поскольку простаивала наименьшая часть угодий). Трехпольная система работала на пределе естественных возможностей участка.
Норфолкская система – включение в севооборот кормовых бобовых культур – позволила не оставлять почву под паром и одновременно повысить урожайность примерно вдвое (по хлебным злакам). Поле каждый год давало урожай – или кормовых культур, или хлеба.
Если формально сравнивать урожай с единицы возделанной площади, который можно получить при использовании разных сельскохозяйственных растений, то оптимальной надо считать подсечно-огневую систему. Почва перед посадкой сильно обогащается зольными элементами, сорняки и вредители культурных растений погибают в огне. Не требуются удобрения и ядохимикаты.
Однако столь оптимистичные расчеты корректны лишь при обилии доступных пользователю земель, и в этом – главный недостаток подсечно-огневой системы. К ее недостаткам следует также отнести высокую трудоемкость (очистка от леса), пожароопасность (могут загореться соседние участки), кратковременный эффект (почва быстро истощается).
Казалось бы, подсечно-огневая система опасна с точки зрения экологии, поскольку погибают естественные биоценозы. Тем не менее при грамотном ведении хозяйства восстановлению леса эта система не препятствует, и ее до недавнего времени с успехом использовали в ряде регионов, например, в лесных хозяйствах дореволюционной России. На вырубках после вывоза древесины выкорчевывали пни, сжигали остатки веток, переслоив их снятым дерном. На следующий год поле засевали овсом или хлебными злаками, а в междурядьях высаживали саженцы лесных пород деревьев. На третий год также высаживали злаки, а в дальнейшем проводили укос травы. Такая система землепользования позволяла получать урожаи зерна и сена и в то же время восстанавливала лес. Повторно использовать участок можно было только через 80–100 лет. Таким образом, 2–3% лесного массива занимали делянки, возделанные почти что подсечно-огневым методом. Эти делянки давали большие урожаи, хотя в пересчете на всю площадь леса урожайность была крайне низкой.
При залежной системе естественный лесной биоценоз не успеет полностью восстановиться (срок между двумя использованиями слишком мал). Эта система больше подходит для травянистых сообществ, которые восстанавливаются быстрее. Трудозатраты по сравнению с подсечно-огневой системой уменьшаются, но снижается и урожайность, а плодородие земли быстро истощается. Кроме того, в почве, не прогретой огнем, больше сорняков и вредителей. В современном сельском хозяйстве России залежная система – вынужденная, поскольку для ежегодного распахивания всей имеющейся площади не хватает средств (бензина, техники и пр.). За последнее десятилетие около 40% пахотных земель стали залежными.
Двухполье и трехполье позволяют на поле с черным паром вести борьбу с сорняками и вредителями. Затраты труда на вспашку ниже, чем при залежной системе (почва все время взрыхлена). Урожайность с возделанного участка ниже, чем в двух рассмотренных выше случаях, но при пересчете на всю используемую площадь оказывается более высокой.
Норфолкский севооборот дает наивысший урожай без применения удобрений. Последовательность, в которой высаживают культуры (клевер, злаки, картофель или турнепс, злаки), позволяет поддерживать высокий уровень плодородия почвы, снижает ее засоренность. Недостатки: необходимость ухаживать за четырьмя разными культурами одновременно. В начале XX в. в России было создано специальное общество по пропаганде клеверосеяния; в те времена перепахивание кормовых культур воспринимали как причуду.
В современном сельском хозяйстве применяют большие дозы минеральных удобрений, гербицидов, средств борьбы с вредителями и болезнями растений, орошают засушливые и мелиорируют заболоченные участки. Эти меры позволяют получать максимальный урожай практически с любого участка земли. К недостаткам стратегии нужно отнести прежде всего высокую себестоимость урожая. Кроме того, в сельскохозяйственной продукции накапливаются вредные для здоровья человека вещества, а содержание полезных падает.
Казалось бы, можно рекомендовать современное химизированное сельское хозяйство всем землевладельцам – ведь оно дает максимальный эффект. Однако если нет средств для приобретения удобрений, бензина для трактора (а порой и самого трактора), то подобная рекомендация граничит с издевательством. Интенсивное сельское хозяйство прижилось только в богатых странах Европы, в Японии и Северной Америке. В более бедных регионах приходится пользоваться системой, которая приемлема по экономическим и демографическим соображениям.

Задача 2. Из приведенного ниже перечня выберите клеточные органоиды, в которых идет синтез: белков; углеводов; липидов; нуклеиновых кислот.
Аппарат Гольджи, гладкая эндоплазматическая сеть, лизосома, митохондрия, хлоропласт, шероховатая эндоплазматическая сеть, ядро.
Объясните, какие преимущества дает специализация органоидов в проведении разных биохимических реакций и почему эта специализация не является полной. Ваши соображения подтвердите конкретными примерами. Какими соединениями органоиды обмениваются друг с другом и как осуществляется такой обмен?

В аппарате Гольджи синтезируются полисахариды, в гладкой эндоплазматической сети – углеводы и липиды, в шероховатой эндоплазматической сети – белки, в ядре – нуклеиновые кислоты, в митохондриях и хлоропластах – все перечисленные классы соединений.
Необходимость внутриклеточной биохимической специализации обусловлена следующими причинами.
Для разных типов реакций необходимы различные биохимические условия (рН, ионный состав и др.). Эти различия могут быть обеспечены лишь в отграниченных друг от друга отделах (компартментах) клетки.
Лизосомы содержат ферменты для переваривания белков, жиров, углеводов. Их содержимое агрессивно по отношению к клеточным компонентам, поэтому должно быть изолировано.
Многие биохимические процессы требуют последовательной работы ряда ферментов, расположенных в непосредственной близости друг от друга, обычно – в мембране определенного органоида.
Ядерной оболочкой изолирована наследственная генетическая информация. Внутри ядра выполняется работа по синтезу различных нуклеиновых кислот, обнаружению и исправлению ошибок в них.
Мембранные структуры органоидов обеспечивают рецепцию сигналов, управляющих их работой.
Специализация органоидов не является полной. Митохондрии и хлоропласты достаточно автономны. Они способны размножаться, синтезировать белки и липиды для внутренних мембран и матрикса. Некоторые митохондриальные белки синтезируются на цитоплазматических рибосомах, информация о них находится в ядре. Внутренняя мембрана этих органоидов практически непроницаема для веществ; транпортировку белков через нее осуществляет специальный белок-переносчик. С одной стороны, автономность митохондрий и хлоропластов обеспечивает условия внутренней среды, необходимые для синтеза макроэргических молекул, а с другой – ее можно рассматривать не как приспособление, а как следствие симбиотического происхождения органоидов.
Синтезированные белки перемещаются из эндоплазматической сети в аппарат Гольджи с помощью отшнуровывающихся пузырьков, движение которых по клетке обеспечивается структурой микротрубочек цитоскелета. Попадет ли белок в этот пузырек или останется в эндоплазматической сети – зависит от наличия или отсутствия у него особой сигнальной последовательности, распознаваемой мембранными рецепторами. Аппарат Гольджи может синтезировать некоторые полисахариды, в нем происходит дозревание белков и распределение их по месту назначения в соответствии с сигнальными последовательностями.
Попадание белков в лизосому тоже координируется с помощью особого маркера и мембранных рецепторов к нему. В лизосоме происходит деградация крупных молекул и чужеродных частиц до мономеров, которые свободно диффундируют через мембрану.
Необходимость обмена между разными клеточными органеллами очевидна. Ферменты со временем теряют активность, изменяется строение липидов и т.п. К тому же все органеллы нуждаются в макроэргических соединениях, но не все могут их вырабатывать. Поэтому между органоидами клетки идет интенсивный и тщательно регулируемый обмен веществами.

Задача 3. Как известно, у многих мелких беспозвоночных отсутствует выделительная система. Вредные продукты обмена веществ у них или просто выделяются через покровы, или накапливаются в специальных клетках, которые могут потом покидать организм (вариант 1). В ходе дальнейшей эволюции возникли специализированные органы для выполнения этой функции, причем у одних животных имеется большое число относительно мелких органов выделения (вариант 2), а у других – малое количество крупных органов, обычно – два (вариант 3).
Какие из этих трех вариантов можно встретить в следующих систематических группах: Иглокожие, Кольчатые черви, Круглые черви, Моллюски, Плоские черви, Хордовые, Членистоногие?
Какие преимущества предоставляет животному появление выделительной системы? Можно ли считать оптимальным вариантом ее строения, т.е. вариантом, который выгоден для любого животного, но не у всех возник, наличие двух парных органов выделения? Ответы обоснуйте.

Необходимо договориться о четкой грани между вариантами 2 и 3. Если малое количество крупных органов выделения (вариант 3) – это обособленные от других тканей органы, состоящие из более мелких элементов, то в этой группе останутся лишь подтип Позвоночные и некоторые представители типа Моллюски. Согласно более широкой трактовке сюда можно относить и органы, состоящие из более мелких элементов, но не обособленные от других тканей.
Заметим также, что иногда у животных имеются мелкие примитивные органы выделения (по строению и функциям вполне соответствующие варианту 1) в малом количестве, доходящем даже до двух. Такая ситуация наблюдается у турбеллярий из типа Плоские черви, некоторых представителей типов Круглые черви (брюхоресничные черви) и Кольчатые черви (сипункулиды).
Перейдем теперь к ответу на вопрос.

Вариант 1. Иглокожие, Круглые черви (класс Волосатики – паразитические формы), Моллюски (червеобразные безраковинные моллюски Хетодермоморфы и некоторые другие), Плоские черви (примитивные морские турбеллярии из отрядов Бескишечные и Гнатостомулиды), Хордовые (подтип Оболочники), Членистоногие (спорный класс Морские пауки).

Вариант 2. Кольчатые черви, Моллюски (класс Моноплакофоры – шесть пар почек), Хордовые (подтип Бесчерепные со знаменитым ланцетником, который обладает многочисленными нефридиями), Членистоногие (класс Насекомые и класс Паукообразные – многочисленные мальпигиевы сосуды, которые открываются в кишечник на границе средней и задней кишок; правда, их можно считать составляющими единого выделительного аппарата, перенеся этих животных в следующий пункт).

Вариант 3. Круглые черви (у представителей класса Нематоды обычно одна кожная железа; однако она может дополняться мелкими железами по бокам тела, что дает формальные основания включать таких нематод в предыдущий перечень); Моллюски (Брюхоногие, Хитоны, Двустворчатые, Головоногие), Плоские черви (Сосальщики и Ленточные черви; если же основное внимание обращать не на главные собирательные каналы, а на отходящие от них многочисленные веточки протонефридиев, то эти животные должны быть отнесены к варианту 2: Хордовые (подтип Позвоночные), Членистоногие (класс Многоножки с одной парой мальпигиевых сосудов, класс Ракообразные с максиллярными или антеннальными железами).

В ответе основную ценность имеет не формальная расстановка «плюсов» и «минусов», а аргументация всех неоднозначных случаев.
В принципе все клетки организма способны экскретировать жидкие и твердые продукты обмена. Такой экскреции вполне достаточно для животных, у которых внутренняя среда мало обособлена от внешней и продукты выделения всех клеток поступают непосредственно во внешнюю среду. Именно поэтому выделительная система не развивается у кишечнополостных и губок.
У животных, находящихся на более высоком уровне организации, появляется необходимость в поддержании постоянства внутренней среды (гомеостаза). Для этой цели развиваются специфические органы, составляющие выделительную систему.
Преимущества появления выделительной системы:
– контролируемое выведение различных метаболитов азота;
– регуляция водно-солевого баланса, что позволяет приспосабливаться к различным условиям обитания;
– экономия влаги для наземных организмов, обеспечиваемая системой обратного всасывания воды;
– возможность увеличить размеры тела и интенсифицировать обменные процессы (у крупных животных поверхность тела по отношению к его объему мала и для обмена с внешней средой требуются специальные кровеносная и выделительная системы, а также активный транспорт в дыхательной системе).
Наличие парных органов выделения является следствием билатеральной симметрии животных (заметим, что асимметричные брюхоногие моллюски имеют одну почку). К тому же парные органы увеличивают надежность функционирования этой системы. Многочисленные парные органы выделения встречаются у сильно сегментированных животных, в ряду которых идет процесс олигомеризации (сокращения числа сегментов и, соответственно, количества пар органов выделения). Вероятно, небольшое число олигомерных органов позволяет более четко контролировать их работу.
Хотя наличие парных органов выделения и считается прогрессивным признаком, оно выгодно не для всех животных.
Во-первых, парность органов выделения связана с билатеральной симметрией, а далеко не все животные, обладающие выделительной системой, имеют такой тип симметрии.
Во-вторых, метамерия обуславливает наличие собственных органов выделения в каждом сегменте тела. Если сегментный состав меняется в течение жизни (как у паразитических плоских червей), очевидна необходимость органов выделения в каждом сегменте.
В-третьих, парные органы выделения могут функционировать только при хорошо развитой кровеносной системе. Поэтому парные органы выделения выгодны только тогда, когда этот признак адекватен сложности кровеносной системы. Если же кровеносная система развита недостаточно, выделительная система образует собственные протоки, идущие ко всем тканям. В таких случаях обычно наблюдается большое число мелких органов выделения.

Задача 4. Составьте перечень известных вам ферментативных реакций и процессов, которые в организме человека не осуществляются, хотя имеют место у каких-либо других живых существ. Приведите примеры организмов, способных к осуществлению упомянутых вами реакций. (Многостадийные процессы, в которых несколько ферментов работает «по очереди», вы можете в ответе указывать как единое целое, не перечисляя все этапы химических превращений.)

Интересующие нас ферментативные реакции можно разделить на несколько групп.
1. Реакции, специфические для вирусов, особенно – для использующих РНК в качестве носителя генетической информации:
– РНК-зависимый синтез РНК;
– обратная транскрипция;
– особые процессы рестрикции.
2. Реакции, связанные с фототрофным питанием:
– светозависимое ферментативное расщепление воды – фотолиз;
– связывание углекислого газа у С3-растений (и цикл Кальвина в целом);
– связывание углекислого газа у С4-растений (цикл Хэтча–Слэка);
– глиоксилатный цикл;
– фотодыхание;
– процессы бактериального фотосинтеза.
3. Вспомогательные процессы, связанные с фотосинтезом:
– образование пигментов фотосинтеза: хлорофиллов, каротиноидов, фикобилинов.
4. Деградация специфических источников энергии и использование особых субстратов для окислительно-восстановительных реакций (например, разложение целлюлозы).
5. Синтез специфических веществ-регуляторов:
– образование алкалоидов, фитонцидов;
– синтез фитогормонов (гибереллинов, цитокининов, абсцизовой кислоты) и этилена.
Следует отметить относительность выражения «в организме человека». В организме человека могут обитать симбионты или паразиты, которые осуществляют разные ферментативные реакции. Поэтому с формальной точки зрения в организме человека осуществляются расщепление целлюлозы (микрофлора кишечника), обратная транскрипция (в клетках, зараженных ретровирусами), маслянокислое брожение (многие эндопаразиты кишечника) и другие, не предопределенные генетически ферментативные процессы.

Задача 5. Рецепторы, входящие в состав органов чувств человека, довольно четко делятся на несколько групп с индивидуальной специализацией. Например, на языке расположены рецепторы сладкого, кислого, горького и соленого, среди рецепторов глаза выделяют палочки и три типа колбочек с разными спектральными характеристиками и пр. Вам необходимо выяснить, сколько типов обонятельных рецепторов имеется у собак. Опишите, как Вы станете решать эту задачу.

Поставленная задача весьма сложна. В полной мере она до сих пор не решена учеными-физиологами. Известно, что человек может различать более 1 тыс. запахов (а собака, для которой обоняние служит важнейшим инструментом ориентации, – намного больше). Ясно, что воспринимаемые варианты запахов являются комбинацией некоторого небольшого количества исходных вариантов, соответствующих рецепторным клеткам с разной специализацией. Однако количество базовых запахов строго не установлено. После долгих споров ученые решили выделять семь типов: камфорные, мускусные, цветочные, мятные, эфирные, едкие и гнилостные запахи. В ряде случаев близкие по химическому строению вещества обладают сходным запахом, однако строгой зависимости здесь нет.
Самым надежным (но чрезвычайно трудоемким) способом определения чувствительности обонятельных рецепторов является регистрация их ответов при предъявлении различных веществ. Обонятельные рецепторы – специализированные нервные клетки, на действие раздражителя (пахучего вещества) они отвечают изменением мембранного потенциала. Значит, нужно ввести в исследуемую клетку микроэлектрод, соединить его с регистрирующим прибором, а затем определять изменения мембранного потенциала при предъявлении разных соединений. Охарактеризовав так тысячу-другую клеток, мы (если повезет) сможем разбить их на несколько групп, реагирующих на определенные классы химических веществ.
Было бы очень здорово, если бы разные типы рецепторных клеток отличались по внешнему строению либо по содержанию каких-то специфических соединений. Однако гарантировать этого мы не можем (скажем, фоторецепторы-палочки отличаются по строению от колбочек, а вот различия между разными типами колбочек невелики). К тому же наличие наглядных внешних признаков не избавляет от необходимости изучать процесс рецепции: ведь эти признаки могут относиться к каким-то особенностям метаболизма клетки и не иметь отношения к восприятию ею запахов. Искать же характерное вещество среди многих тысяч содержащихся в клетке соединений – занятие на редкость трудоемкое и само по себе не продвигающее нас к решению поставленной проблемы.
Поиск соединения-маркера можно локализовать и сделать более осмысленным. Известно, что изменение мембранного потенциала рецепторной клетки – следствие взаимодействия молекул пахучего вещества со специальными рецепторными белками, расположенными в мембране этой клетки. Это взаимодействие приводит к открыванию ионных каналов, а ток ионов через каналы как раз и определяет мембранный потенциал. Таким образом, можно изучить отличия белков-рецепторов в разных обонятельных клетках. Но опять-таки эта трудоемкая работа – лишь дополнение к характеристике отклика клеток на разные химические раздражители.
Можно ли решить поставленную задачу, ограничившись опытами на уровне организма и не прибегая к микроскопическим манипуляциям? В определенной степени – можно. Воспользуемся тем, что рецепторные клетки адаптируются (привыкают) к действию раздражителя. Механизм адаптации (как и ответа рецептора на запах) основан на изменении электрических свойств клеточной мембраны. Если какой-то тип рецепторов способен взаимодействовать с несколькими химическими соединениями, то после адаптации к одному из них рецепторы теряют чувствительность и к остальным. Адаптация такого рода может быть выявлена в простых поведенческих опытах. Тем самым многообразные пахучие вещества подразделяются на несколько групп, каждой из которых предположительно соответствует свой тип рецепторов. (Конечно, подобные исследования основываются на гипотезе о строгом распределении химических соединений между разными типами рецепторов. Ситуация, когда у животного имеется два типа рецепторов, выявляющих вещества А и В, причем один из них чувствительнее к А, а другой – к В, останется нами незамеченной.)
Поскольку собака не может ответить словами, чувствует ли она запах, экспериментальному изучению адаптации предшествует длительный подготовительный этап. Нужно выработать у собаки условные рефлексы на запахи: например, при ощущении данного запаха она должна нажимать лапой на педаль или низко наклонять голову. Лишь после этого можно характеризовать «перекрестную адаптацию» рецепторов к разным запахам, т.е. определять, чувствует ли собака новый запах, если до этого ей предъявлялся один или несколько других запахов.
Что же известно о специфичности обонятельных рецепторов на сегодняшний день? Оказалось, что они действительно неоднородны: на одно и то же пахучее вещество по-разному откликается несколько типов рецепторов. К тому же рецепторная клетка, как правило, реагирует на несколько запахов из традиционного перечня (камфорные, мускусные, цветочные...). По-видимому, отличия в наборе мембранных белков-рецепторов приводят к тому, что определенное пахучее вещество вызывает ответы в нескольких типах рецепторных клеток, однако ответы разных клеток отличаются по величине и даже по направленности (одни клетки возбуждаются, а другие – тормозятся). Информация от рецепторов поступает в центры головного мозга, которые, анализируя комбинации полученных сигналов, «делают вывод» о характере и интенсивности запаха. В сущности, так же обстоит дело и в зрительной системе: типов колбочек всего три, а воспринимаемых оттенков цвета – великое множество; т.е. в результате работы зрительных центров устанавливаются индивидуальные цвета, а не просто накладывается изображение, полученное «через три светофильтра».

Задача 6. Нарисуйте пищевую сеть какого-либо из биоценозов кембрийского периода и юрского периода. Разумеется, невозможно иметь полное представление о давно исчезнувших природных сообществах. Тем не менее постарайтесь, чтобы предложенная вами схема обеспечивала нормальное функционирование экосистемы и при этом соответствовала палеонтологическим данным.

Важно в ответе отразить полноту пищевых цепей (сетей), а не просто перечислить известные вам трофические отношения между видами. Обычно пищевая цепь состоит из нескольких трофических уровней. Продуценты являются автотрофами и составляют первый уровень. В процессе жизнедеятельности продуцентов из неорганических веществ образуется органические. К этому уровню относятся фотосинтетики (растения, бактерии) и хемосинтетики (бактерии). Консументы (потребители) первого порядка питаются растениями; консументы высших (второго, третьего) порядков используют в пищу других потребителей. Редуценты представлены в основном грибами и бактериями, разлагающими органику до простых неорганических соединений. Консументы и редуценты являются гетеротрофами.

Кембрийский период.

Для этого периода характерно массовое появление разных групп организмов, в том числе и водорослей, с минерализованным скелетом. К концу кембрия существовали представители почти всех современных типов животных.
Для кембрийских, как и для современных, биоценозов можно выделить два типа пищевых цепей:
– пастбищные, первый трофический уровень которых образуют автотрофы;
– детритные, в которых поток энергии берет начало от мертвого органического вещества.
Основу экосистем кембрия составляли водоросли, которые использовались в пищу многочисленными планктонными фильтраторами. В то время существовал многочисленный и разнообразный микрозоопланктон – трохофоры (личинки кольчатых червей), зоеа (личинки ракообразных), простейшие. Среди бентосных фильтраторов изобиловали археоциаты (губки), табуляты (кораллы), брахиоподы, граптолиты, иглокожие. В середине кембрия появляются первые хищники-макрофаги: членистоногие (трилобиты, мечехвосты, ракоскорпионы), артроподообразные, головоногие и представители позвоночных – бесчелюстные.

Юрский период.

К мезозою описанные выше сообщества существенно изменяются. Вымирают трилобиты, цистоидеи, гигантские раки, приходят в упадок брахиоподы, ортоцерасы. Из беспозвоночных в морях преобладают различные аммоноидеи, белемноидеи, двустворчатые и брюхоногие моллюски. Появляются мшанки-хейлостоматы, неправильные морские ежи, новые группы морских лилий. В океанах широко распространяются золотистые водоросли, динофлагелляты, представляющие первый трофический уровень биоценоза. Консументами первого порядка являются многообразные планктонные формы (ракообразные, кишечнополостные, личинки разных организмов) и донные фильтраторы. Консументами второго порядка становятся не только беспозвоночные, но и многие представители рыб, в частности ганоидных. Верхний трофический уровень занимают хищные рептилии, которые питаются рыбой и моллюсками. Так, в морях обитают ихтиозавры, плезиозавры, плиозавры, нотозавры, такодонты.
На суше широко распространены голосеменные (хвойные, гинкговые, саговниковые, беннетитовые) и папоротники. Из насекомых доминируют тараканы, цикады, сетчатокрылые, скорпионницы. Они потребляют лишь генеративные органы растений и содержимое сосудов, иногда – древесину. Листоеды впервые появляются в меловой период с возникновением покрытосеменных. Консументами второго порядка могли быть древние насекомоядные млекопитающие. К насекомоядным относят также летающих динозавров рамфоринхов. Мягкой прибрежной растительностью питаются крупные двуногие гадрозавры, анкилозавры (панцирные динозавры), стегозавры, цератопсиды и гигантские ящеротазовые – диаподок, бронтозавр. На растительноядных охотятся хищные динозавры – карнозавры, аллозавры, цератозавр.
Водные и наземные пищевые цепи юры пересекаются на уровне рыбоядных летающих ящеров-птеродактилей, рамфоринхов, а также всеядных собирателей (компсогнаты и др.). Прижизненные выделения и мертвая органика разлагаются редуцентами – грибами и бактериями.

Задача 7. Отставной поручик Чебурков устроился на работу директором национального парка Большие Чебурки. Поскольку парк издавна славился копытными, новый директор относился к ним очень трепетно. В ответ даже на незначительные изменения численности копытных принимались оперативные меры – ведь подведомственная территория может прокормить лишь определенное количество животных. Лишних копытных срочно отлавливали и выпускали за пределами парка, а недостающих покупали и привозили в Большие Чебурки.
Когда Чебуркова уволили с работы и посоветовали хотя бы немножко поучить биологию, он был крайне возмущен. Объясните, какие неблагоприятные последствия могла вызвать столь своеобразная забота о животных.

Численность популяции любых организмов непостоянна; она подвергается колебаниям – как вызванных внешними факторами, так и в результате взаимодействия организмов друг с другом. Во многом такие колебания являются приспособлением к условиям обитания. Например, максимум рождения детенышей приходится на наиболее обеспеченный ресурсами период. Кроме того, популяции характеризуются закономерными для каждого момента времени соотношениями самцов и самок, а также особей разных возрастов.
Механическое (как в случае Чебуркова) поддержание численности популяции на постоянном уровне разрушает важные механизмы ее функционирования:
– исчезает соответствие между количеством животных и доступными им ресурсами (прежде всего пищевыми);
– нарушается половозрастная структура;
– возможны существенные изменения в пространственно-поведенческой структуре популяции (например, отлавливают самку, у которой остаются детеныши, или вожака, который обеспечивал защиту стада от хищников).
К этому надо добавить высокий риск заноса возбудителей болезней, к которым данная популяция не адаптирована, и фактор беспокойства при бесконечных отловах.
Заметим также, что Чебурков контролирует численность копытных на подведомственной ему территории в целом, не обращая внимание на то, где именно животных стало меньше. В результате новые животные могут оказаться сконцентрированы на небольших относительно изолированных участках национального парка, а с формальной статистикой все будет в полном порядке.
Наконец, согласно условию задачи, Чебуркова интересовало общее число копытных. Неясно, заботился ли он хотя бы о том, чтобы сохранялись популяции всех обитающих в парке видов, или спокойно заменял вымирающих оленей кабанами и т.п.
Еще раз подчеркнем, что наши претензии относятся к искусственной стабилизации численности популяции с помощью неизбирательных отловов и подселений. Если же действие естественных механизмов грубо нарушено (например, полностью уничтожены хищники или численность популяции снизилась до критического уровня), грамотное вмешательство человека допустимо и даже желательно.

 

Рейтинг@Mail.ru
Рейтинг@Mail.ru