В вашей корзине: 0 тов.
оформить | очистить
Отдел сбыта: +7 (8453) 76-35-48
+7 (8453) 76-35-49
Не определен

Вопросы и ответы

Проверь себя перед биологической олимпиадой

 

Вопрос 1

Когда отмечается Международный день биологического разнообразия? Обоснуйте необходимость сохранения видового разнообразия органического мира на нашей планете. Какие существуют способы и приемы сохранения видового разнообразия флоры и фауны?

В 1992 году в Рио-де-Жанейро на конференции ООН по окружающей среде была принята Первая конвенция о сохранении биоразнообразия, которую подписали официальные представители более 50 стран. Она вступила в силу 29 декабря 1993 года, и с тех пор этот день считается Международным днем биологического разнообразия. Основная цель конвенции – сохранение биологического разнообразия на генетическом, видовом, экосистемном уровне и устойчивое использование его компонентов.

Изучение сложных живых эволюционирующих систем позволяет сделать вывод, что их стабильность и жизнеспособность зависят во многом от внутренней дифференцированности элементов, составляющих данную систему, от своеобразия и богатства заключенного в этих элементах потенциала жизнеобеспечения. Чем выше уровень дифференцированности (разделения функций) и чем богаче уникальное содержание элементов системы, тем мощнее их потенциал жизнеобеспечения, тем больше (естественно, при наличии прочных внутренних связей) и потенциал системы в целом, возможности ее эволюции и совершенствования, будь то человечество, живое вещество планеты, биосфера в целом или составляющие ее экосистемы.

Биологическое разнообразие мира определяет устойчивость биосферы как среды жизни человека. Оно представляет собой уникальную ценность по экологическим, генетическим, социальным, экономическим, научным, образовательным, культурным, рекреационным и эстетическим причинам. Стремительное исчезновение видов, нарушение взаимосвязей в природе составляют одну из глобальных экологических проблем.

Сокращаются территории естественных местообитаний, растут масштабы прямого истребления живой природы, повсеместно усиливается фактор беспокойства. Возникло даже выражение – “ископаемые завтрашнего дня”. Острота проблемы определяется также тем обстоятельством, что никто не знает точно, сколько видов населяют Землю, хотя исследования ведутся уже более 250 лет.

Результативность работы по охране природы зависит от знания биологии каждого вида, населяющего планету, от профессионализма людей, занимающихся этими проблемами. Парадоксально, но такие редкие животные, как туранский тигр, гепард, леопард, не смогли выжить в организованных с целью их спасения заповедниках, т.к. не были соблюдены условия, обеспечивающие их выживание, в частности величина индивидуальных участков (например, для туранского тигра это 3000 га, для амурского – 60000 га), оптимальная плотность популяции, закон критической численности популяции.

Прогнозирование климата, получение лекарственных веществ, повышение урожайности, создание сортов сельскохозяйственных растений и пород животных, устойчивых к болезням, – решение этих вопросов зависит от наших знаний о биоразнообразии.

По утверждению специалистов решение проблемы сохранения биоразнообразия требует больших капиталовложений в развитие базы знаний, в рациональное природопользование, в создание новых охраняемых территорий. В этих условиях возрастает ответственность каждого жителя планеты за отношение к живой природе.

В “паутине” экологических отношений находится каждое живое существо, каждый организм. Основу фундаментальных сведений об организме как одном из уровней организации живого составляют следующие признаки (свойства) живого существа: высокоупорядоченное строение, получение энергии из окружающей среды, использование ее для поддержания и усиления своей упорядоченности, активное реагирование на окружающую среду, индивидуальное развитие, размножение.

Зеленые растения в своем многообразии – единственный источник кислорода и уникальная фабрика первичного органического вещества. Они определили формирование кислородной атмосферы Земли, возникновение животных и самого человека. Животные выполняют в биосфере функции преобразования первичного органического вещества, его переноса и распространения, участвуют в репродуктивном процессе – опылении и в переносе семян и плодов.

Разнообразные виды бактерий и грибов незаменимы в биосфере, они разрушают как живое, так и мертвое органическое вещество.

В целом именно биоразнообразие обеспечивает “всюдность” и “вечность” жизни благодаря индивидуальности приспособлений, разнообразию функций и участию в планетарном биогеохимическом круговороте веществ и потоке энергии.

Проблема охраны генофонда растений и животных решается прежде всего путем создания системы охраняемых природных территорий: заказников, национальных парков, заповедников. На этих территориях должны проводиться инвентаризация, огораживание, картирование, учет численности и запасов животных и растений, контроль за состоянием популяций.

Важное значение в сохранении видового разнообразия и природных ресурсов имеют восстановление заброшенных земель, вторичное использование отходов, сохранение лесов на водоразделах, сохранение ресурсов моря и суши.


Вопрос 2

Каковы причины листопада? Какие изменения происходят у растений в этот период?

Большинство многолетних древесных растений в умеренных широтах относятся к листопадным. Сбрасывание листьев предотвращает потерю воды в результате испарения через устьица в предзимний период, когда из-за низких температур ограничено поглощение воды из почвы. Кроме того, опадание листьев помогает избежать поломки ветвей и повреждения растения при ветрах и снегопадах. Это тем более важно, что осенью и зимой из-за слабой освещенности, низких температур и недостатка воды и солей, поступающих из почвы, интенсивность фотосинтеза резко снижается. В результате этого хвойные деревья умеренных широт сбрасывают большую часть хвои весной. Это связано с формой хвои, не задерживающей снег, и толстой кутикулой, уменьшающей потерю влаги летом. Таким образом, листопад – это приспособление растений к существованию в условиях недостаточной обеспеченности водой.

Механизм опадания листьев следующий. У основания листьев, в так называемой зоне отделения, находится слой живых клеток, которые разделяются в результате частичного растворения срединной пластинки, а иногда и клеточных стенок. Эти клетки образуют отделительный слой. Окончательное сбрасывание листьев происходит тогда, когда механически нарушаются проводящие пучки, например при резких порывах ветра. Для защиты образующегося при опадании листа рубца от потери воды и инфекции под отделительным слоем образуется защитный слой. У древесных растений это – пробковый слой, образующийся из феллогена. Определенное влияние на опадание листьев оказывает фитогормон ауксин, содержание которого снижается по мере старения листа.


Вопрос 3

Почему у мхов гаметофит развит сильнее, тогда как в эволюционно более продвинутых группах он редуцируется и все большее развитие получает спорофит?

Существуют различные мнения, почему из всех высших растений только у мхов гаметофит преобладает над спорофитом, а у всех остальных он все более редуцируется. Вероятно, мхи происходят от группы зеленых водорослей, у которых такие соотношения были исходными, либо гаметофит не отличался от спорофита. Две возможные причины редукции гаметофита у высших растений:

  • Поскольку спорофит имеет диплоидный набор хромосом, большинство вредных мутаций у него находится в гетерозиготным состоянии и не проявляется в силу своей рецессивности. Поэтому диплоиды могут накапливать такой потенциально ценный фонд изменчивости и использовать его в дальнейшем при эволюционных преобразованиях. Причем суша, как среда обитания, гораздо менее стабильная, чем водная среда, и требует гораздо большей эволюционной пластичности.
  • Наиболее высокоорганизованным растениям, образующим семена, вода не нужна даже для оплодотворения: сперматозоиды или неподвижные спермии доставляются в жидкости из “внутренних” резервов самого растения без участия капельно-жидкой воды из внешней среды. Этим достигается большая, чем у развивающихся свободно гаметофитов, автономность от окружающей среды.

Вопрос 4

Плотность тела рыб больше плотности воды. Чтобы не утонуть, рыбы используют различные приспособительные механизмы и структуры. Какие именно и почему различные?

Плотность тела костных рыб равна или слегка превышает плотность воды, т.е. рыба обладает определенной плавучестью. Донные рыбы (камбала, бычки и др.) обладают меньшей плавучестью. Плавучесть костных рыб обеспечивается прежде всего специальным гидростатическим органом – плавательным пузырем. У рыб плавательный пузырь развивается как полый вырост пищевода, заполненный газом. У некоторых костных рыб плавательный пузырь связан с пищеводом в течение всей жизни, у других (окуневые) после выхода личинки из яйца он полностью обособляется. У двоякодышащих и кистеперых рыб плавательный пузырь выполняет роль легкого. Плавательный пузырь заполняется газом при заглатывании личинкой атмосферного воздуха. Для этого личинка поднимается к поверхности, заглатывает воздух, после чего проток между пищеводом и плавательным пузырем закрывается. Если воздух не будет по какой-либо причине захвачен, личинка погибает. Механизм наполнения плавательного пузыря газом и удаление газа осуществляется двумя путями. В этом процессе участвуют два образования пузыря – красное тело и овал. Красное тело, или газовая железа – это разрастание железистого эпителия с густой сетью капилляров (чудесная сеть). Эта система способна поглощать газы из крови и отдавать их плавательному пузырю. Иногда железистые клетки красного тела выделяют секрет, распадающийся с выделением газов (кислорода и азота). Овал – участок пузыря с тонкими стенками и мускулатурой. При раскрытом овале газы поступают в сосудистое сплетение и в кровь, при закрытом овале и сокращении его кольцевой мышцы (сфинктера) этот процесс прекращается. Изменяя содержание газа в плавательном пузыре, рыба меняет плотность тела и, соответственно, плавучесть.

Быстро движущиеся рыбы, способные совершать вертикальные стремительные перемещения (тунец, скумбрия), и донные рыбы (бычки, камбалы, вьюны) часто утрачивают плавательный пузырь и сохраняют положение в воде и плавучесть за счет мускульных усилий.

У беспузырных рыб снижение удельной массы тела и сохранение плавучести достигается накоплением жира в тканях. Так, у скумбрии доля жира составляет 18–23% от массы тела. Особенно четко механизм сохранения плавучести выражен у хрящевых рыб, не имеющих плавательного пузыря. В частности, у акул печень, содержащая основные запасы жира, достигает 14–25% от общей массы тела, тогда как у костных – лишь 1–8%. Важен и состав жиров. Определенную роль в дополнение к указанным гидростатическим приспособлениям играют гидродинамические силы, возникающие при движении и обусловленные формой тела рыб и его частей (плавников, головы, хвоста), длиной тела и т.п.


Вопрос 5

Какие типы кровеносной системы имеются у животных? В чем их особенности и преимущества?

У животных имеются два основных типа кровеносной системы: незамкнутая и замкнутая. Незамкнутая кровеносная система характерна для членистоногих, моллюсков, некоторых кольчатых червей. Чаще всего она представлена трубчатым или иной формы сердцем, в головном отделе переходящим в головную аорту. Из последней гемолимфа (сочетание крови и лимфы) изливается в полость тела, имеющую вид каналов (лакуны или синусы). Пульсация многокамерного сердца и стенок полостных перегородок обеспечивает ток гемолимфы.

Замкнутая кровеносная система имеется у большей части кольчатых червей, хордовых животных. У них из сердца (участок пульсирующих сосудов кольчатых червей или многокамерное сердце позвоночных) кровь поступает в крупные артериальные сосуды, многократно ветвящиеся и переходящие в систему капилляров, стенки которых представлены одним слоем клеток. Капилляры объединяются в венулы, те, в свою очередь, в вены, впадающие в сердце. Таким образом, кровь течет по замкнутому кругу. Циркуляцию крови в замкнутой и незамкнутой кровеносных системах обеспечивает система клапанов, препятствующих обратному току. Таковы особенности каждого типа кровеносной системы.

Кровеносная система животных имеет ряд преимуществ. По незамкнутой сосудистой системе кровь течет медленно, но эффективность такого кровотока достаточно высока, поскольку кровь непосредственно контактирует с клетками окружающих тканей, а не отделена от них стенками капилляров. Кроме того, незамкнутая кровеносная система играет роль гидростатического скелета. Замкнутая кровеносная система более динамична. Через разветвленную систему капилляров осуществляется контакт с большим количеством клеток. Кровоток в ней ускорен, транспорт питательных веществ, продуктов метаболизма и газов (О2 и СО2) происходит быстрее.


Вопрос 6

Легкие, как органы дыхания, характерны для животных разных типов. В чем принципиальные черты сходства этих органов и чем обусловлено их своеобразие у представителей разных систематических групп?

Легкие, как органы дыхания, впервые появляются у животных, относящихся к классу Брюхоногие моллюски, у представителей некоторых отрядов Паукообразных (скорпионы, некоторые пауки). Наиболее совершенные легкие развились у наземных Позвоночных из типа Хордовые.

Принципиальное сходство легких у разных групп животных:

  • Дыхание атмосферным воздухом независимо от среды обитания (водной или воздушно-наземной).
  • Наличие полости легкого и дыхательного отверстия.
  • Связь с кровеносной системой или с полостными жидкостями, выполняющими функцию транспорта газов в процессе газообмена.

Своеобразие строения и функционирования легких у разных животных обусловлено их происхождением, расположением, строением и эффективностью процесса дыхания.

У брюхоногих легочных моллюсков легкое образовано в результате срастания мантии со стенкой тела. Полость мантии (полость легкого) связана с наружной средой дыхательным отверстием. В стенке мантии развивается система кровеносных сосудов. Даже у водных легочных моллюсков (прудовики, катушки) сохраняется легкое, поэтому для дыхания атмосферным воздухом они периодически поднимаются к поверхности воды.

У паукообразных легочные мешки развились из видоизмененных брюшных жаберных конечностей, которые впятились внутрь тела, образовав полость легочных листочков и дыхательное отверстие. Газообмен обеспечивается гемолимфой, омывающей легочные мешки.

Легкие наземных позвоночных животных являются результатом специализации плавательного пузыря кистеперых и брюшной стороны начальной части пищевода двоякодышащих рыб. Развитие легких у позвоночных тесно связано со средой их обитания (водно-наземной, наземной, наземно-воздушной), образом жизни, активностью движения, температурой тела. Совершенствование дыхательной системы у позвоночных животных шло в направлении:

  • Увеличения дыхательной поверхности легких за счет усложнения их внутренней структуры (легкие складчатые, губчатые, альвеолярные).
  • Развития воздухоносных путей (верхних – носовая полость, носоглотка, гортань, трахея, бронхи и нижних – бронхиолы).
  • Развития системы капилляров, обеспечивающих активный перенос кислорода от легких к тканям и органам.
  • Развития дыхательной мускулатуры (межреберной и диафрагмальной).

Вопрос 7

Какова функциональная роль дыхательной и кровеносной системы в процессе газообмена?

Процесс поглощения кислорода из окружающей среды и выделение в среду углекислого газа, совершаемый в живом организме, называется газообменом или внешним дыханием. Во внешнем дыхании могут участвовать органы или структуры, имеющие специальные поверхности для газообмена. Воздух атмосферы или вода, содержащие кислород, контактируют с этими дыхательными поверхностями, отдают кислород и уносят углекислый газ. Большую роль при газообмене играют разнообразные дыхательные движения, активизирующие газообмен. Газообмен у всех организмов осуществляется путем диффузии. Чтобы диффузия могла происходить, дыхательная поверхность должна быть проницаемой для газов, тонкой, влажной и иметь достаточно большую площадь. Особенно велика дыхательная поверхность у водных организмов, т.к. содержание кислорода в воде во много раз меньше, чем в атмосферном воздухе. Мелкие животные (простейшие, микроскопические и мелкие многоклеточные) осуществляют газообмен через поверхность тела либо живут в хорошо аэрируемых водоемах. При увеличении размеров тела отношение поверхности тела к объему уменьшается и глубоко лежащие ткани и клетки не могут получать кислород через поверхность, т.к. диффузия эффективна на расстоянии не более 1 см. К тому же у крупных животных выше активность обмена и потребность в кислороде. В связи с этим в процессе эволюции отдельные участки тела у животных превратились в специализированные органы дыхания. У водных животных развиваются жабры, наружные или внутренние (ракообразные, водные личинки насекомых). У наземных организмов развиваются трахеи и легкие, причем в органах дыхания дыхательная поверхность значительно увеличивается. Еще более эффективно идет процесс газообмена при связи дыхательной системы с транспортной (полости тела, кровеносная система). Кровеносная система обеспечивает быстрый непрерывный перенос газов от дыхательной поверхности тканям и клеткам организма.

Таким образом, основная функция дыхательной системы – обеспечение контакта организма со средой, из которой поглощается кислород, обеспечение достаточной дыхательной поверхности; роль кровеносной системы – связывание и транспорт газов и обеспечение связи дыхательных поверхностей с внутренними тканями и клетками.


Вопрос 8

Табачный дым при вдыхании подавляет активность ресничек эпителия, выстилающего верхние дыхательные пути. Почему это способствует усилению так называемого кашля курильщиков и развитию легочных заболеваний?

В состав табачного дыма входят около 400 химических веществ. Почти 40 из них являются генотоксичными и канцерогенными. Среди них: окись углерода, окись азота, цианистый водород, аммиак, бензол, формальдегид, уретан, хлористый винил, нитрозамины, бензпирен и др. Никотин – один из наиболее ядовитых алкалоидов, действующих на центральную нервную систему: в малых дозах возбуждает ее, усиливает дыхание, повышает артериальное давление; в больших – угнетает и парализует ЦНС, вызывает остановку дыхания.

Воздухопроводящие пути (носовая полость, трахея, бронхи, бронхиолы) выстланы дыхательным эпителием, в состав которого входят три типа клеток: ресничные с частотой колебания ресничек около 900 раз в минуту, бокаловидные, секретирующие слизь, и вставочные клетки, осуществляющие камбиальную функцию. В норме соотношение ресничных и бокаловидных клеток составляет 10:1. Вдыхаемые химические вещества табачного дыма раздражают бокаловидные клетки эпителия, создавая щелочную либо кислую среду в зависимости от вида табака и способа курения. В ответ на это раздражение обильно выделяется слизь, которая слабо выводится из дыхательных путей наружу из-за угнетения и неспособности ресничного эпителия выполнять эту работу. Образуется избыток слизистых выделений. Собирающаяся слизь и раздражение эпителиальных клеток вызывают защитный дыхательный рефлекс – кашель (сильный выдох через рот). Из-за низкой эффективности вывода слизи кашель многократно повторяется, длительность его увеличивается. Так возникает влажный хронический кашель курильщиков.

Достоверно установлена прямая связь между длительным курением и возникновением рака легкого, полости рта, верхней и нижней части глотки, гортани. Курение табака способствует развитию ишемической болезни сердца, хронического бронхита и астмы. Курение усугубляет отрицательное действие повышенного уровня холестерина в крови. Курение беременной женщины приводит к снижению массы тела новорожденного ребенка.

Широкое распространение пагубной привычки курить табак и ее отрицательное воздействие на здоровье человека увеличивают показатель смертности. Так, предполагают, что к концу XX века ежегодное число смертей от рака легкого превысит 1 млн.


Вопрос 9

Каково положение человека в системе животного мира?

В эмбриональном развитии человека есть черты, характерные для всех представителей типа Хордовые: хорда, нервная трубка на спинной стороне зародыша, жаберные щели в глотке. Развитие позвоночного столба, наличие двух пар конечностей, местонахождение сердца на брюшной стороне тела определяют принадлежность человека к подтипу Позвоночные. Четырехкамерное сердце, сильно развитая кора головного мозга, теплокровность, млечные железы, волосы на поверхности тела, зубы трех видов (коренные, клыки, резцы) свидетельствуют о принадлежности человека к классу Млекопитающие.

Развитие плода в теле матери и питание его через плаценту характерно для подкласса Плацентарные. Такие признаки, как конечности хватательного типа (первый палец противопоставлен остальным), ногти на пальцах, одна пара сосков млечных желез, хорошо развитые ключицы, замена молочных зубов на постоянные в процессе онтогенеза, рождение, как правило, одного детеныша определяют положение человека в отряде Приматы.

Более частные признаки – редукция хвостового отдела позвоночника, аппендикс, большое число извилин на полушариях головного мозга, четыре основные группы крови (А, В, О, АВ), развитие мимической мускулатуры и ряд других – позволяют отнести человека к подотряду Человекообразные обезьяны. Животное происхождение человека подтверждается целым рядом свойств, указывающих на то, что человек – результат длительной эволюции позвоночных.

В эмбриональном периоде развития у зародыша человека закладываются двухкамерное сердце, шесть пар жаберных дуг, хвостовая артерия – признаки рыбообразных предков. От амфибий человек унаследовал плавательные перепонки между пальцами, которые имеются у зародыша.

Слабая теплорегуляция у новорожденных детей и детей до 5 лет указывает на происхождение от животных с непостоянной температурой тела. Головной мозг плода гладкий, без извилин, как у низших млекопитающих мезозойской эры.

У шестинедельного зародыша имеется несколько пар млечных желез. Закладывается также хвостовой отдел позвоночника, который затем редуцируется и превращается в копчик. Таким образом, основные черты строения и эмбрионального развития четко определяют положение вида Человек разумный в классе Млекопитающие, отряде Приматы, подотряде Человекоподобные обезьяны, семействе Люди. Вместе с тем человек имеет специфические, присущие только ему особенности: прямохождение, мощно развитую мускулатуру нижних конечностей, сводчатую стопу с сильно развитым первым пальцем, подвижную кисть руки, позвоночник с четырьмя изгибами, расположение таза по углом 60° к горизонтали, очень большой и объемистый мозг, крупные размеры мозгового и малые размеры лицевого черепа, бинокулярное зрение, ограниченную плодовитость, плечевой сустав, допускающий движения с размахом почти до 180°, и некоторые другие. Эти особенности строения и физиологии человека – результат эволюции его животных предков.


Вопрос 10

Что отличает СПИД от других заболеваний и какой путь борьбы с этим заболеванием может быть перспективным?

Синдром приобретенного иммунодефицита (СПИД) в настоящее время является одним из наиболее опасных инфекционных заболеваний человека. Все инфекционные болезни имеют ряд общих черт: вызываются живыми возбудителями, характеризуются заразностью, имеют скрытый период, у болеющего организма проявляются специфические для данной болезни симптомы и вырабатывается иммунитет. Каждая из этих черт проявляется у конкретного заболевания по-своему.

Возбудителем синдрома приобретенного иммунодефицита является вирус из группы ретровирусов, однако в отличие от типичных ретровирусов, это вирус иммунодефицита человека (ВИЧ).

Этот вирус способен избирательно поражать определенные клетки человеческого организма, а именно лимфоциты группы Т4, которые при развитии иммунного ответа выполняют роль помощников (хелперов). В Т-хелперах происходит репродукция (размножение) вируса и попадающие в кровь или лимфу вирусные частицы могут контактным путем передаваться от человека к человеку.

Вне человеческого организма вирус быстро погибает, поэтому эта болезнь передается только при непосредственном попадании из крови и других биологических жидкостей больного в кровь здорового человека. Несмотря на это, СПИД является заболеванием, способным к эпидемическому распространению, чему способствует достаточно длительный латентный (скрытый) период. В зависимости от особенностей организма конкретного инфицированного человека явные симптомы могут проявляться через несколько месяцев или лет, из-за чего носитель вируса может инфицировать других людей, не подозревая о своей болезни. Ситуация осложняется тем, что типичных симптомов, характерных именно для этого заболевания и отличающих его от других, нет. Основным признаком СПИДа является снижение защитных свойств организма из-за нарушения функционирования иммунной системы. Человек, пораженный вирусом иммунодефицита, гораздо легче заболевает и в более тяжелой форме переносит другие инфекционные болезни. Это происходит потому, что пораженные вирусом Т-лимфоциты-помощники теряют способность формировать иммунный ответ на возбудителе инфекционных заболеваний. Против самого же вируса иммунодефицита полноценный иммунный ответ не развивается. Несмотря на то, что в организме инфицированных ВИЧ людей вырабатываются антитела, специфичные к определенным структурам этого вируса (по их наличию можно определить, заражен человек или нет), они не в состоянии предотвратить развитие болезни. В этом заключается еще одна особенность СПИДа. Опыт, накопленный человечеством, показывает, что есть два основных направления борьбы с инфекционными заболеваниями. Это, во-первых, разработка эффективных способов лечения больных, и, во-вторых, применение профилактических мер для предотвращения или снижения риска заражения людей. Как правило, используют оба подхода, и СПИД не является в этом смысле исключением. В настоящее время во многих лабораториях мира ведется поиск лекарственных препаратов, способных избирательно подавлять размножение вируса СПИД, однако прогресс в этой области пока незначителен. Дело в том, что крайне сложно найти вещества, способные действовать только на ВИЧ, нe затрагивая обмена веществ клетки-хозяина вируса.

Среди мер профилактического характера можно выделить две основные группы: меры, ограничивающие контакт с источником инфекции, и меры, позволяющие создать иммунитет у широких слоев населения и ограничить эпидемическое распространение заболевания.

Исходя из опыта борьбы с другими инфекционными болезнями, наиболее действенной оказывается вторая группа мер, поскольку создаваемый за счет прививок иммунитет приводит, как правило, если не к полному уничтожению возбудителя как вида в биологическом смысле, то к существенному ограничению его распространения. Относительно СПИДа можно констатировать, что в настоящее время используется только первая группа мер, включающая широкую разъяснительную работу, о путях передачи инфекции и мерах защиты от заражения. Эффективная вакцина, с помощью которой можно было бы создавать хорошо выраженный активный искусственный иммунитет, пока еще не внедрена в широкую практику. Повсеместное использование такой вакцины, по мнению большинства ученых, позволит решить проблему СПИДа.


Вопрос 11

Ареалы некоторых животных четко совпадают с ареалами определенных видов растений. Приведите примеры таких связей и дайте возможные объяснения этому явлению.

Абсолютное совпадение ареалов животных и растений дают растительноядные животные – монофаги, способные питаться растениями только одного вида. К классическим монофагам относится тутовый шелкопряд. Его ареал определяется распространением кормового растения – тутового дерева или шелковицы. Расширение ареала тутового шелкопряда в северные районы, за пределы Средней Азии и Закавказья в СНГ, невозможно лишь из-за отсутствия холодоустойчивых сортов шелковицы.

Очень тесно связано с дубом развитие и питание другого узкоспециализированного по питанию вида – китайской дубовой павлиноглазки. Однако у гусениц этого вида отмечена способность питаться и на других древесных породах.

Можно привести другие примеры связи животных с кормовым растением, определяющим их ареал: бабочка олеандровый бражник и олеандр; африканский пальмовый орлан и масличная пальма; филлоксера и виноград; коала и эвкалипты Австралии.

Таким образом, ареал монофагов определяется в первую очередь кормовым растением. Однако ареалы растений могут быть и большими по сравнению с ареалами питающихся ими животных, т.к. распространение животных зависит не только от корма, но и от других экологических факторов.

Сопряженность ареалов животных и растений может определяться различными причинами:

  • Набором вырабатываемых животными ферментов, который обеспечивает возможность питания определенным кормовым растением.
  • Составом кормового материала, который обеспечивает благоприятный процесс питания и пищеварения, рост, созревание и формирование половых продуктов у животных. Важное значение при этом имеет не только кормовая ценность растения, но и наличие в нем ростовых веществ, витаминов и других специфических соединений, необходимых животному-фитофагу.
  • Соответствие по времени (сезону) потребностей животных и фазы вегетации их кормовых растений.
  • Сходство требований к экологическим условиям у растений и животных-фитофагов в пределах их ареала.

Помимо рассмотренных трофических связей, сопряженность ареалов растений и животных может быть обусловлена топическими взаимоотношениями, когда растения создают для животных специфическую, характерную среду обитания. Так, у бромелиевых основания листьев расширены в виде чаш, где скапливается дождевая вода, обеспечивая возможность развития водных организмов. Жуки-олени тесно связаны развитием с дубами.

В совпадении ареалов имеют определенное значение фабрические связи (строительство жилья из определенного материала), условия опыления растений (энтомофильные и орнитофильные растения, мирмекофилия), а также связи форические, обусловленные характером распространения семян, плодов и спор животными (африканская пальма и слоны, короеды и плесневые грибы).


Вопрос 12

Каковы достоинства и недостатки стадного образа жизни животных?

Стада – более или менее значительные скопления – животные образуют либо временно, либо это их обычный постоянный образ жизни. Большими сообществами живут медоносные пчелы, муравьи, термиты; из рыб – представители семейств Ставридовые и Сельдевые; из птиц – кайры, чистики, глупыши, пингвины. Огромные стада образуют дикие северные олени, многие антилопы, кабаны, суслики, сурки, куланы, слоны и многие другие животные.

Преимущества стадного образа жизни:

  • Стадным животным легче защищаться от врагов, охранять потомство (птичьи базары, поселения береговых ласточек, стада копытных и др.).
  • Стадным животным легче находить пищу. Олени быстро находят и откапывают ягель, рыбы – легче обнаруживают скопления планктонных организмов, пчелиные – обмениваются информацией о медоносах.
  • Олени в тундре, сбиваясь в большие стада, спасаются от гнуса, не проникающего внутрь стада. Периодически меняясь местами, животные могут отдохнуть от нападений кровососов.
  • Животные в стадах лучше сохраняют температуру тела, избегают переохлаждения (пчелы зимой в улье образуют клуб; пингвины передвигаются «толпой» и при температуре ниже –20 °С не снижают температуры своего тела ниже +37 °С).

Однако все указанные преимущества предполагают наличие достаточной территории для заселения, обилие корма.

Недостатки стадного образа жизни животных:

  • Быстрое истощение запасов кормов.
  • Опасность возникновения массовых заболеваний (эпизоотии).
  • Утрата инстинкта самосохранения, осторожности у отдельных особей стадных животных при отрыве от стада.

Вопрос 13

В последние десятилетия отмечено увеличение содержания углекислого газа в атмосфере. Что привело к такому изменению состава атмосферы?

Каковы пути решения этой экологической проблемы?

 

За последние 200 лет содержание углекислого газа в атмосфере возросло на 25%. Известно, что световая энергия, проникая через атмосферу, поглощается поверхностью Земли, преобразуется в тепловую энергию и выделяется в виде инфракрасного излучения. Углекислый газ его поглощает и удерживает тепло в атмосфере, поэтому чем больше в атмосфере углекислого газа, тем выше ее температура. Установлено, что при сохранении современных темпов сжигания ископаемого топлива (нефть, уголь), повышение среднегодовой температуры на планете в ближайшие 50 лет может составить 1,5–5°. По предположениям специалистов в период с 2025 по 2050 годы может произойти удвоение концентрации углекислого газа в атмосфере. За счет создания парникового эффекта и таяния полярных льдов уровень Мирового океана повысится на 0,3–0,5 м к 2050 году и почти на 1 м – к 2100 году, а температура воды возрастет на 0,22.5°. Такие изменения, естественно, повлекут за собой неизбежный экологический, экономический, социальный взрыв.

Следует отметить, что климат и температура, характерные для природно-климатических зон, обеспечиваются концентрацией углекислого газа в атмосфере на уровне 0,03%. Причем в естественной ситуации приток углекислого газа за счет фотосинтеза компенсируется процессами горения и дыхания. Нарушение указанного равновесия вызывается:

  • Сведением тропических лесов.
  • Сжиганием ископаемого топлива. Ежегодно сжигается около 2 млрд. тонн топлива, в атмосферу попадает до 5,5 млрд. тонн углекислого газа. По данным на 1987 год годовые выбросы углекислого газа составили 19,438 млн. тонн.

Меры, которые могут снизить парниковый эффект и указанные негативные последствия повышения углекислого газа в атмосфере, следующие:

  • Увеличение коэффициента полезного действия использования ископаемого горючего.
  • Сокращение использования ископаемого топлива (нефти и угля) за счет замены их бестопливными источниками энергии (солнечные батареи и др.).
  • Сокращение вырубки тропических лесов, лесовозобновление.

Рассчитано, что замена только электрических лампочек флуоресцентными снизит выброс в атмосферу углекислого газа вдвое. Хороший эффект могут дать современные технологии в строительстве, использование новых видов бытовых электроприборов, усовершенствованные системы отопления, охлаждения, вентиляции. Теплоизоляция зданий снижает потребление энергии в среднем на 20%.


Вопрос 14

Каковы основные различия между водной и наземной средой жизни организмов?

Живые организмы освоили четыре основные среды жизни, сильно различающиеся по специфике условий: водную, наземно-воздушную, почву и сам живой организм. Первой средой жизни организмов является вода. Она имеет ряд свойств, главнейшими из которых являются следующие:

  • Большая плотность. Для дистиллированной воды она равна 1 г/см3 при +40 С , для пересолённых вод – до 1,35 г/см3. Благодаря высокой плотности воды, она служит опорой для гидробионтов и создает возможность постоянной жизни для планктонных организмов. При движении водных организмов вода оказывает большое сопротивление, а также создает сильное давление столба воды на организмы, обитающие на больших глубинах.
  • Сравнительно низкое содержание кислорода. В равных объемах в воде содержится в 21 раз меньше кислорода, чем в воздухе. Обогащение воды кислородом происходит за счет диффузии кислорода из воздуха и также фотосинтетической деятельности водорослей и цианобактерий. С повышением температуры и солености растворимость кислорода в воде снижается. Скорость диффузии кислорода в воде более чем в 300 раз меньшее, чем в воздухе. Поэтому в стоячей воде около малоподвижных организмов создается дефицит кислорода и нередки заморы. В связи с этим кислород в водной среде, и прежде всего в пресных водоемах, является лимитирующим фактором.
  • Высокая растворяющая способность. Она формирует воды с разной концентрацией солей – соленостью. Различают пресные, солоноватые, морские и пересоленные воды. Особенности солевого состава и концентрации солей влияют на механизмы осморегуляции гидробионтов.
  • Температурный режим водоемов более устойчив, чем на суше. Это связано с термодинамическими свойствами воды: высокими удельной теплоемкостью и теплопроводностью, благодаря которым колебания температуры не столь велики, как на суше. Поэтому подавляющему большинству гидробионтов свойственна стенотермность. Эвритермные виды встречаются в мелких континентальных водоемах и в литорали морей умеренных и высоких широт.
  • Светом водная среда обеспечена хуже, чем воздушная. Причина этого заключается в высокой светопоглощающей способности воды и низкой прозрачности природных вод (максимум до 66,5 м в Саргассовом море). Фотосинтез осуществляется лишь в поверхностных слоях водоемов, глубинные воды полностью лишены света.

Наземно-воздушная среда была освоена в ходе эволюции значительно позднее, чем водная. Жизнь на суше требовала специальных приспособлений, так как наземно-воздушная среда более сложна и разнообразна, чем водная. Характерными ее чертами являются:

  • Низкая плотность воздуха. Она определяет малую подъемную силу, поэтому обитатели этой среды обладают собственной опорной системой, поддерживающей тело (у растений – разнообразные механические ткани, у животных – твердый, реже гидростатический скелет). Все наземные обитатели связаны с поверхностью земли, которая служит им опорой. Постоянная жизнь во взвешенном состоянии невозможна. Малая подъемная сила и отсутствие выталкивающей (архимедовой) силы определяют меньшую предельную массу и размеры наземных организмов по сравнению с водными. Низкая плотность воздуха, а следовательно низкое сопротивление движению, обеспечили высокую скорость передвижения наземных животных (бег, полет и др.). Благодаря низкой плотности организмы существуют в условиях низкого давления. Последнее в условиях высокогорья ограничивает распространение видов по мере увеличения высоты над уровнем моря.
  • Газовый режим воздуха в приземном слое атмосферы, благодаря высокой диффузионной способности газов и постоянному их перемешиванию конвекционными и ветровыми потоками, довольно однороден. Высокое содержание кислорода в атмосферном воздухе способствует интенсификации метаболизма у наземных организмов по сравнению с первичноводными. Именно в наземной среде на основе высокой эффективности окислительных процессов возникла гомойотермия животных. Кислород из-за постоянного высокого содержания в воздухе не является лимитирующим фактором в наземной среде, в отличие от водной. Поступление газообразных веществ антропогенного происхождения может существенно ухудшить качество воздушной среды для растений, животных и человека.
  • Дефицит влаги – одна из наиболее существенных особенностей наземно-воздушной среды жизни. Вся эволюция наземных организмов сопровождалась формированием приспособлений к добыванию и сохранению влаги.
  • Большой размах температурных колебаний. Сезонный диапазон различий температур в Заполярье около 100 °С (от –64 до +35 °С), а суточный – в пустынях Средней Азии составляет 25–38 °С. Поэтому наземные организмы чаще всего эвритермные, что отличает их от водных.
  • Интенсивность и количество света в наземной среде достаточны и практически не лимитируют жизнь зеленых растений суши. У животных световой режим сформировал один из основных способов ориентации – зрение.
  • Снежный покров играет многообразную роль в жизни растений, животных и микроорганизмов. Одних он защищает от губительного действия низких температур, другим мешает добывать корм, затрудняет передвижение.

Таким образом, разнообразие условий наземно-воздушной среды способствовало интенсивному процессу видообразования.

 


Читайте также книги по биологии:

Лекции по общей биологии

Генетика и селекция. Теория. Задания. Ответы

Сборник задач по генетике с решениями

Зоология беспозвоночных. Теория. Задания. Ответы

Словарь биологических терминов

Биология. Подготовка к экзамену