ОСНОВНОЕ МЕНЮ

НАЧАЛЬНАЯ ШКОЛА

РУССКИЙ ЯЗЫК

ЛИТЕРАТУРА

 

АНГЛИЙСКИЙ ЯЗЫК

ИСТОРИЯ

БИОЛОГИЯ

ГЕОГРАФИЯ

МАТЕМАТИКА

ИНФОРМАТИКА

ВОПРОСЫ ДЛЯ РАЗВИТИЯ КРИТИЧЕСКОГО МЫШЛЕНИЯ НА УРОКАХ БИОЛОГИИ

1. У крупных видов – как хищных, так и травоядных – число детенышей в помете обычно мало (1-3, редко больше). Мышевидные грызуны и мелкие насекомоядные (землеройки) отличаются многочисленными выводками (от 5 до 12, и даже более 20). У хищников средней величины (особенно куньих) количество детенышей в одном выводке может варьировать от 1-3 до 12-18. С чем это связано?

Крупные животные с любым спектром питания не отличаются плодовитостью (в связи с высокими абсолютными энергетическими потребностями, большой продолжительностью жизни и высокой репродуктивной ценностью каждой особи). Во внутриутробном периоде развития достаточно много времени, вещества и энергии тратится на формирование соматического тела эмбриона, чтобы он появился на свет сформированным и смог выжить, поэтому таких детенышей не может быть много. Высокая плодовитость мелких видов предопределяется как размерами выводков, так и небольшой продолжительностью беременности и многочисленными пометами за один сезон, что является компенсацией небольшой продолжительности жизни и экологической роли кормовой базы для многих хищников. Хищники средней величины, с одной стороны, являются консументами 2-3 порядка, то есть занимают высокое место в экологической пирамиде, и их численность предопределяется численностью видов-жертв. С другой стороны, небольшие абсолютные энергетические потребности особей позволяют им быть более многочисленными, нежели крупные хищники. Поэтому плодовитость таких видов варьирует в зависимости от благоприятности внешних условий и наличных трофических ресурсов. Кроме того, детеныши большинства хищников рождаются беспомощными, и не все они выживают, поэтому высокая плодовитость также служит для увеличения вероятности выживания физиологически незрелых детенышей. Кстати, есть и крупные виды с многочисленными выводками, если детеныши мелкие и беспомощные, и отход таких потомков велик (например, кабаны, свиньи).

2. Применима ли пословица «Яблоко от яблони недалеко падает» к распространению семян?

Большинство растений так или иначе адаптированы к распространению плодов и семян на значительные расстояния от родительского растения, что служит залогом расселения вида (гидрохория, анемохория, зоохория, антропохория). При распространении семян преимущественно ветром (анемохория) они легкие и уносятся воздушными течениями на большие расстояния. Что же касается достаточно тяжелых плодов и семян, которые действительно рискуют упасть недалеко от родительского растения, то они адаптированы главным образом к распространению животными за счет вкусных и питательных плодов. Животные, поедающие такие плоды, способствуют распространению семян: либо за счет потери и забывания запасов в земле (различные орехи) – путем экзозоохории, либо за счет прохождения семян транзитом через желудочно-кишечный тракт при поедании плода – путем эндозоохории.

3. Какое значение может иметь латентная стадия беременности, присущая некоторым млекопитающим (например, куньим)?

Латентная стадия беременности, когда после оплодотворения развитие эмбрионов может приостановиться на значительный срок (до нескольких месяцев) способствует сохранению жизни самки при наступлении неблагоприятных условий, когда донашивание беременности, рождение и кормление детенышей окажется непосильной тратой вещества и энергии. Кроме того, возможность задержки развития плода оптимальна тем, что у животных с относительно короткими сроками беременности гон происходит осенью, в теплое время и при достаточном корме (потому что брачные ритуалы тоже требуют от животных значительных энергозатрат), а рождение детенышей приурочено к весне, чтобы молодняк мог подрасти до осени.

4. Какие теплорегулирующие приспособления существуют у пассивных стадий животных (яйца, куколки и т.д.)?

К числу таких адаптаций можно отнести следующие. 1) Компактная, округлая форма, уменьшающая площадь соприкосновения с внешней средой, а, следовательно, и теплообмен (который может создать неблагоприятные условия для покоящейся стадии – ее перегрев или переохлаждение). 2) Воздушная прослойка, обеспечивающая теплоизоляцию. 3) Толстые многослойные оболочки из теплоизолирующих веществ. 4) Липидные включения или липидный слой в оболочках, который, с одной стороны, отличается плохой теплопроводностью, с другой – интенсивно окисляющийся жир, особенно бурый жир с высоким содержанием каротиноидов, выделяет много тепловой энергии. 5) Влагонепроницаемые оболочки, которые предотвращают потерю тепла за счет испарения жидкости и сохраняют тепло за счет конденсации влаги на внутренней поверхности оболочек (такие оболочки предотвращают также обезвоживание покоящейся стадии).

5. Почему у многих видов хищных птиц самки крупнее самцов?

Этот факт можно расценивать как разделение трофической ниши в пределах вида половыми группировками животных. Например, у ястреба-тетеревятника самцы, которые по размерам в полтора-два раза мельче самок, питаются мелкими птицами, тогда как самки охотятся на более крупную добычу. С учетом того, что именно самка тратит больше вещества и энергии на репродуктивные нужды, а самцы выполняют главным образом роль агентов генетического разнообразия, более крупные размеры тела самки целесообразны как залог изначально более высокого запаса вещества и энергии.

6. Почему в суровые зимы окраска многих видов зимующих птиц (в том числе домового и полевого воробьев, большой синицы) становится темнее?

Усиление пигментации у постоянно живущих и зимующих птиц в наиболее холодные месяцы по сравнению с летними и осенними, вероятно, является следствием повышения темпов энергетического обмена на холоде. Так что роговые структуры (шерсть и перо) относительно светлоокрашенных животных могут служить своеобразным индикатором интенсивности метаболизма в различных температурных условиях, возможно, давая при этом определенные адаптивные преимущества (в виде отражения или поглощения внешних излучений). Генетически детерминированные уровни пигментации (колеблющиеся в пределах определенной нормы реакции) закрепляются в определенных широтах и климатических условиях согласно правилу Глогера, однако более интенсивный обмен веществ на холоде приводит к усиленному отложению меланина, гемосидерина и других пигментов в коже и волосах, что является обратимым явлением.

7. Почему при отстреле крупных копытных (любительской или промысловой охоте) разрешается добывать 10% животных репродуктивных возрастов, 30-40% сенильных и 50% молодняка (телят)? Почему допустима такая высокая доля изъятия молодняка?

Сенильные животные, которые перестают выполнять репродуктивную функцию, являются бесполезными потребителями трофического ресурса и могут препятствовать нормальному развитию молодняка. Избыточное количество молодняка в популяции также нецелесообразно – ее основу должны составлять особи репродуктивных возрастов, могущие размножаться в настоящее время. Не размножающийся многочисленный молодняк потребляет трофические ресурсы, среди него могут начаться эпизоотии (ввиду частых контактов и незрелости иммунной системы), которые затем перекидываются на всю популяцию. Кроме того, далеко не весь молодняк доживет до репродуктивного возраста, поэтому искусственное изъятие части молодняка путем отстрела вполне целесообразно для всей популяции копытных.

8. Известно, что правило Глогера распространяется не только на распределение близкородственных форм по географическим широтам, но и на высотную поясность: по мере увеличения высоты над уровнем моря животные становятся светлее. В то же время известен феномен так называемого «горного меланизма» - усиления пигментации по мере подъема в горы, например, у соболей и черно-бурых лисиц. Наиболее ценный баргузинский соболь имеет почти черную окраску, но попытка акклиматизации этой формы на равнине привела к тому, что у потомков баргузинских соболей на меньших абсолютных высотах окраска стала такой же светлой, как и у типичных равнинных животных. Нет ли здесь противоречия?

Действительно, у большинства видов животных по мере подъема в горы окраска становилась светлее, что вполне объяснимо лучшим сохранением тепла, поскольку в светлом волосе вместо пигмента находится воздух.

Вероятно, во всех случаях горного меланизма (как у сиамских котов), так и у промысловых пушных зверей) интенсивность пигментации возрастала под влиянием как высоких темпов метаболизма на холоде, так и избытка ультрафиолетового излучения на больших высотах, заставляя организм животных вырабатывать защитный меланиновый экран. Выработка меланина облегчалась повышением темпов метаболизма в условиях низких температур (и, в свою очередь, темная окраска, хорошо поглощающая лучи, оказалась оптимальной в холодных условиях высокогорий). На равнинах светлая окраска волоса и кожи в условиях короткого дня средних и приполярных широт служила также для профилактики дефицита витамина Д, что не актуально в горах в условиях избытка УФ-излучений (где, наоборот, нужна защита от избытка жестких лучей при тонком слое атмосферы).

И, таким образом, ортодоксальное выполнение правила Глогера при высотной поясности или, наоборот, горный меланизм зависят от многих экофизиологических факторов, когда взвешиваются все «за» и «против» в адаптациях каждого конкретного вида к высокогорным условиям.

9. Почему организмы-галофилы, обитающие в условиях экстремальной солености, синтезируют или накапливают большое количество каротина, приобретая оранжевую окраску?

Многие животные-галофилы, обитающие в условиях экстремального уровня засоленности (как в морях, так и в сильно засоленных озерах), накапливают или синтезируют каротиноиды, за счет чего приобретают ярко-оранжевую окраску. Это характерно и для эвригалинных рачков рода артемия, живущих при разных концентрациях соли. Интенсивная оранжевая или алая окраска характерна для рачков, обитающих в наиболее соленых водоемах – 250-300 г/л. Артемии из водоемов с относительно низким содержанием солей обычно зеленоватые или прозрачные.

По-видимому, накопление каротиноидов является одной из физиологических и биохимических адаптаций галофильных организмов к условиям экстремальной засоленности. Логично предположить, что каротиноиды как вещества с большим числом ненасыщенных связей легко реагируют с окислителями (в том числе с растворенным в воде кислородом), что актуально для активации дыхания в водоемах с низким содержанием кислорода. (Соленые водоемы отличаются низким содержанием кислорода в воде, причем его концентрация падает по мере увеличения массовой доли солей). Кроме того, каротиноиды, будучи жирорастворимыми веществами, благодаря своей окисляемости улучшают окисление жиров (которые из всех энергетических веществ требуют больше всего кислорода). Метаболическая вода, образующаяся при окислении, служит для осморегуляции и разбавления солей в теле галофильных животных. Каротиноиды способны к оксигенации/деоксигенации, могут депонировать кислород в клетке и выдавать его в случае дефицита. На базе экспериментальных исследований многих групп беспозвоночных и позвоночных животных сформулирована теория, согласно которой каротиноиды принимают участие в формировании иного, чем митохондрии, энергопроводящего органа, функцией которого является обеспечение клеток энергией в условиях гипоксии, когда митохондрии не могут нормально функционировать. Запасы каротиноидов достаточно велики у гельминтов, паразитирующих в условиях дефицита кислорода, особенно в желудочно-кишечном тракте. Каротиноиды играют важную роль в обмене веществ, участвуя в транспорте электронов, за счет той же особенности своего химического строения, которая обусловливает активное присоединение и депонирование кислорода, - наличия большого числа двойных связей в молекуле.

10. Одинаковы ли механизмы адаптации к солености почвенного раствора у различных видов растений-галофитов?

 

Группа растений по механизму экофизиологической адаптации к засолению почвы

Эугалофиты (солянки)

Киногалофиты

Гликогалофиты

Физиологический механизм адаптации

Накапливают большую концентрацию солей в цитоплазме

Выделяют скапливающиеся в них соли с помощью специальных железок и устьиц (гидатод).

Обладают корневой системой, малопроницаемой для солей.

Морфологические особенности растений

Обладают мясистыми стеблями и листьями

Суховатые жесткие стебли и листья, покрываются в сухую погоду белым налетом солей.

Обычный, у полупустынных видов – ксероморфный облик.

Его смысл

Соли удерживают достаточное количество воды; кроме того, цитоплазма не замерзает при небольших отрицательных температурах.

Регуляция содержания солей в цитоплазме за счет их удаления, что позволяет произрастать при любой солености почвенного раствора.

Возможность использования любой почвенной влаги, независимо от содержания солей.

Примеры растений

Солерос, сведа и ряд пустынных полукустарников

Кермек, тамариск, лох узколистный, лебеда, марь.

Различные виды полыни, мангровые деревья.

 

11. Есть ли способы и механизмы терморегуляции у растений?

У растений на различных стадиях развития есть разные по экофизиологическому механизму адаптации к переживанию высоких и низких температур, причем некоторые из этих адаптаций жестко закрепляются на генетическом уровне, другие возникают в онтогенезе.

1. Устойчивость к низким температурам: высокое содержание солей, накопление сахаров (для снижения точки замерзания цитоплазмы и межклеточного раствора), синтез белков с высоким содержанием серы.

2. Устойчивость к высоким температурам: серебристо-серый цвет листьев и побегов для отражения лучей; глянцевая поверхность листа, отражающая излучение; синтез белков, коагулирующих при температуре выше +60оС.

3. Способы теплоизоляции: зимовка почек возобновления на подземных побегах; низкий рост побегов и кустарничков, зимующих под снегом; опушенность листьев и побегов.

4. Использование удельной теплоты испарения воды: транспирация – физиологическое испарение воды через устьица.

 

12. Большинство водных животных имеют темный верх тела и светлоокрашенный низ, а клоп гладыш, плавающий на спине, - наоборот. Почему? Какое защитное значение имеет такое распределение цветов?

Так называемая скрадывающая окраска, для которой характерен темный верх тела и более светлый низ, является разновидностью покровительственной (маскирующей) окраски и основана на эффекте противотени. Ее биологический смысл в том, что ярко освещаемая темная спина животного сливается с менее освещаемым светлым брюхом, окраска кажется монотонной, и животное сливается с окружающим фоном. А животные, плавающие в толще воды, кажутся при этом плоскими в спинно-брюшном направлении, и потому незаметными. Если гладыш в воде передвигается на спине, то противотень создается за счет хорошо освещаемого темного брюшка. Это хищное насекомое, которому нужно быть не замеченным потенциальной жертвой.

 

13. У каких животных личиночные формы крупнее взрослых особей? Какое это имеет значение?

У многих насекомых, развивающихся с полным превращением, тело личинки крупнее и толще тела взрослого насекомого. Дело в том, что на личиночной стадии должно быть запасено столько пластических и энергетических субстанций, чтобы их хватило на глубокий метаморфоз – то есть построение новых органов и частей тела, а также на энергетическое обеспечение этого процесса.

14. Какие животные с полностью водным образом жизни дышат атмосферным кислородом? Какие у них имеются приспособления для этого?

Это китообразные, ластоногие и водные птицы, способные к длительному нырянию. У таких животных адаптации к длительному недостатку кислорода формируются обычно не путем увеличения объема легких, а за счет увеличения гемоглобина в крови.

Из беспозвоночных паук-серебрянка создает запасы воздуха в своих подводных жилищах. Водяные скорпионы и ранатры имеют дыхательные трубочки на заднем конце тела, которые высовывают наружу из воды.

 

15. Какие сухопутные животные дышат с помощью жабр? Каким образом?

С помощью жабр дышат равноногие рачки-мокрицы и крабы. Основное условие дыхания этих животных – высокая относительная влажность воздуха, чтобы жабры постоянно увлажнялись. Крабы обитают в условиях влажного морского климата, а мокрицы являются индикатором избыточной влажности жилых и хозяйственных помещений.

 

16. Почему для тундры характерно много вечнозеленых кустарников и кустарничков?

Короткий вегетационный период не позволяет многим растениям сформировать семена, поэтому среди растений тундры преобладает вегетативное размножение. Прирост вегетативных частей растений за короткое лето (около двух месяцев) очень мал, и зимний период они переживают под снегом, чему способствует низкий рост большинства тундровых растений и теплоизолирующие свойства глубокого снежного покрова, сохраняющего возле земли почти плюсовую температуру.

17. Почему медведь во второй половине лета и осенью питается главным образом растительной пищей?

При питании углеводистой пищей быстрее происходит накопление жира, что необходимо медведю перед зимней спячкой (во время которой медведица должна еще выносить и родить детеныша). Зимоспящим животным необходимы в первую очередь энергетические запасы, а не животные белки для увеличения мышечной силы и структурных нужд. Белковое голодание медведи будут преодолевать весной, нападая на любых животных или потребляя падаль.

18. Почему многие растения осенью накапливают в надземной части много растворимых сахаров?

Моносахариды и олигосахариды существенно снижают точку замерзания водного раствора, что актуально для адаптации растений к первым заморозкам осенью. Это первый этап закаливания растений, обеспечивающий их жизнеспособность при низких положительных и небольших минусовых температурах. Второй этап закаливания заключается в усиленном синтезе белков, содержащих большое количество сульфгидрильных групп: они не утрачивают своей структуры за счет образования дисульфидных мостиков даже после замерзания клеточного содержимого.

19. Известно, что мыши питаются в основном семенами, а полевки - зелеными частями растений. Почему в тундре обитают главным образом представители семейства полевочьих, а не мышиных?

Ответ на этот вопрос практически вытекает из правильного ответа на задание № 116: семенная продуктивность растений тундры невелика, у них преобладает вегетативное размножение, многие формы являются вечнозелеными и зимуют под снегом. Это обеспечивает хорошую кормовую базу для полевок и не создает условий для обитания мышей.

20. Почему так называемые растения-подушки – вечнозеленые, с укороченными, многочисленными и тесно расположенными побегами, образующими общую ровную поверхность (подушку), характерны для тундры, высокогорья, холодных пустынь и других неблагоприятных местообитаний?

Внутри такого растения создается особый автономный микроклимат с сохранением тепла и/или влаги, что позволяет сохранять почки возобновления и вегетативное тело растения в неблагоприятный период. Такие растения часто бывают вечнозелеными и размножаются главным образом вегетативно, поскольку в короткий вегетационный период не успеет ежегодно формироваться новое вегетативное тело и созревать семена.

 

21. Головная вошь является постоянным паразитом и может питаться исключительно кровью человека, а кровососущие двукрылые (временные эктопаразиты) питаются кровью многих животных. Есть ли взаимосвязь между этими фактами? Каким образом могла сформироваться узкая пищевая специфичность у вшей? Есть ли здесь роль такого эволюционного фактора, как изоляция?

Узкая пищевая специфичность у постоянных безотрывных паразитов могла сформироваться за счет изоляции на определенном виде и особях хозяев, расселение таких паразитов происходит только при контакте хозяев данного вида между собой. При этом сложились совершенные физиологические и поведенческие адаптации к питанию кровью данного вида хозяев (узкая специализация) и постепенно стало невозможным питание другими субстанциями, даже кровью животных другого вида. Временные эктопаразиты приобрели существенные поведенческие и анатомо-физиологические адаптации к питанию кровью вообще, но не кровью конкретного вида животных, и такая экофизиологическая пластичность важна при временном паразитизме, когда хозяин служит в основном лишь источником пищи, но не местом постоянного обитания (Шульман С.С. и Добровольский А.А. [1977] даже считают такой паразитизм граничащим с хищничеством).

 

22. Каковы эколого-эволюционные преимущества облигатных и не облигатных кровососов (регулярно или эпизодически сочетающих гематофагию с другими типами питания)?

Облигатные кровососы адаптированы к питанию легкоусвояемыми животными белками и энергетическими субстанциями на поведенческом и физиологическом уровне, и белки крови хорошо компенсируют все затраты вещества и энергии на репродуктивные нужды. Однако такой кровосос, по каким-то причинам лишенный доступа к животным-хозяевам, погибнет от невозможности завершить трофо-генитальный цикл. Кровососущие членистоногие, которые могут сочетать гематофагию с другими типами питания или питаться растительной углеводистой пищей, могут проиграть в энергетической ценности питательного субстрата, а к тому же при питании различными субстратами не достигается такого максимума извлечения вещества и энергии, как при стенофагии (универсальность и глубокая специализация несовместимы). Но эврифаги, не являющиеся облигатными кровососами, экологически пластичнее, их жизнь и размножения не зависят от какого-то одного питательного субстрата, и они смогут выжить и оставить потомство в любых условиях.

 

23. Какие способы терморегуляции могут быть свойственны холоднокровным животным (беспозвоночным и позвоночным), которые не поддерживают постоянную температуру тела за счет метаболизма?

К числу таких способов можно отнести три возможных варианта адаптаций. 1) Использование тепла окружающей среды – воды, воздуха, быстро нагревающихся предметов. Это, например, распределение сезонной и суточной активности, приходящейся на теплый период, использование нагретых камней (змеи). 2) Поглощение солнечного излучения за счет темной окраски тела. Примером этого является более темная окраска членистоногих (насекомых и клещей) в приполярных широтах по сравнению с умеренными и тропическими, а также активность темноокрашенных видов бабочек в средних широтах ранней весной и поздней осенью, тогда как светлые бабочки активны преимущественно летом. 3) Мышечная работа, при которой много энергии рассеивается в виде тепла. Например, температура тела шмелей и слепней после быстрого полета повышается до 30-40 градусов.

 

24. Известно, что все ткани и органы многофункциональны. Какие дополнительные функции могут быть свойственны запасающим органам, тканям и образованиям животных и растений?

Образования и органы, выполняющие запасающую функцию, как и запасаемые в них резервные энергетические вещества, не являются выключенными из жизнедеятельности организма, а принимают участие во многих жизненных процессах. Например, крахмальные зерна в тканях меристемы (особенно верхушечной) могут выполнять роль статолитов и задавать направление роста корня или побега (положительный или отрицательный геотропизм). Жировые ткани животных и человека могут выполнять несколько функций: депонирования жирорастворимых витаминов, некоторых гормонов и других биологически активных веществ; депонирования токсичных веществ, чтобы избежать сильной интоксикации и перегрузки печени и почек; теплорегуляции (подкожный жир) за счет плохой теплопроводности жировой ткани; предохранения костей, суставов, внутренних органов от ушибов и других механических повреждений; опорную и структурную функцию (поддержание, наряду с брыжейками, анатомически правильного положения внутренних органов, опорная функция жира на пальцах и подошвах, где он не исчезает даже при сильном истощении).

 

25. В каких случаях гибель макроорганизма (хозяина) может быть выгодна паразиту или патогену?

Аспекты экофизиологических адаптаций

Гибель хозяина

От хищников

От патогенного или дезадаптирующего воздействия паразитов или микроорганизмов

Продолжение цикла (попадание определенной стадии паразита в следующего хозяина)

Продолжение цикла паразита, если жертва является промежуточным или резервуарным, а хищник – дефинитивным хозяином паразита, полностью базируется на отношениях (эхинококк и альвеококк, мозговой ценур, лентец, лигула, описторх). При этом зараженный промежуточный хозяин из-за патогенного воздействия паразитов становится жертвой хищника в первую очередь.

Увеличение численности паразита или патогена.

 

Быстрое размножение патогенных микроорганизмов в теле или трупе хозяина и обсеменение внешней среды при разложении трупа или механическом переносе.

Рассеивание пропагативных стадий во внешней среде

Хищники способствуют диссеминации яиц нематод рода Hepaticola, паразитирующих в паренхиме печени мышей и землероек, за счет прохождения инвазионных элементов транзитом через кишечник хищника. При гибели животных от инфекций хищники и падальщики могут быть механическими переносчиками спор бактерий.

У нематод рода Hepaticola, паразитирующих в паренхиме печени мышей и землероек, яйца попадают во внешнюю среду при разложении трупов зверьков. Продолжительность жизни грызунов и сорицид невелика, а патогенное воздействие нематод ускоряет гибель зверьков. Споры патогенных микроорганизмов рассеиваются во внешней среде при разложении трупов.

 

26. Почему не все паразиты-гематофаги являются кровососами? Каким образом они питаются, не имея адаптаций к повреждению тканей хозяина и кровососанию?

Гематофаги, не являющиеся кровососами, питаются кровью, вытекающей из ран и микротравм на теле животного. Такие гематофаги могут быть облигатными (некоторые виды клещей) и факультативными; к числу последних можно отнести власоедов и пухоедов (отряд Mallophaga), которые питаются роговыми образованиями и эпителием, но при микротравмах животного могут питаться кровью; некоторые виды гастроинтестинальных гельминтов, которые обычно питаются кишечным эпителием, но при повреждении сосудов могут потреблять вытекающую кровь (анкилостомы, власоглавы).

 

27. Почему у блох – гнездово-норных паразитов – обычно редуцированы глаза, тогда как у блох шерсти хорошо развито зрение?

У блох шерсти возникает необходимость поиска хозяина, для чего необходимо развитие многих сенсорных систем, в том числе и зрительного анализатора. Блохи гнезда не покидают норы и гнезда животных, поджидая там хозяина (блохи перелетных птиц даже переживают в гнездах зиму), поэтому у них нет необходимости поиска хозяина и ориентации во внешней среде. К тому же в норах и глубоких гнездах обычно темно, что делает зрительную ориентацию нецелесообразной.

 

28. Почему именно в тундре распространены стационарные блохи, в том числе блохи родов Tunga и Neotunga, никогда не покидающие своего хозяина и проникающие в глубокие слои кожи (вкожные паразиты), тогда как в средних и тропических широтах чаще встречаются полустационарные и мигрирующие блохи?

В слишком суровом климате блохи могут не выжить вне организма хозяина, поэтому им выгоднее не покидать особь хозяина, к которой они прикрепились, в течение всей жизни. К тому же численность животных-хозяев в условиях приполярных широт (как для моногостальных, так и для полигостальных видов блох), а, следовательно, и вероятность встречи с потенциальным хозяином гораздо ниже, чем в умеренных и тропических широтах.

 

29. Каковы преимущества и недостатки активного и пассивного питания животных?

 

Питание

Активное

Пассивное

Преимущества

Возможность поиска нужных объектов и субстанций во внешней среде.

Снижение затрат энергии на поиски пищевых объектов.

Экономия времени при целенаправленном поиске пищевых объектов.

Адаптация организма к среде за счет максимального уподобления организма среде обитания, из которой пассивно добываются питательные субстанции.

Увеличение вероятности найти нужный пищевой объект при целенаправленном поиске.

Простота строения организма, которая экономит время, вещество и энергию на его формирование.

Развитие нервной и сенсорной систем и органов локомоции, позволяющих уйти от опасностей и неблагоприятных внешних факторов, регулирующих отношения организма со средой обитания и дающих организму самостоятельность и эмансипацию от среды.

 

Недостатки

Затраты вещества и энергии на активный поиск пищевых объектов во внешней среде.

Затраты времени на фильтрацию воды или ожидание нужного объекта.

Затраты энергии на поддержание внутренней среды организма и эмансипацию от внешней среды.

Невысокая концентрация органического вещества во внешней среде и небольшая вероятность встречи с пищевым объектом.

Затраты времени на формирование сложных структур организма, обеспечивающих обмен вещества и энергии и другие формы взаимодействия организма со средой.

Прикрепленный или малоподвижный образ жизни, лишающий возможности активно избегать неблагоприятных условий.

 

Редукция или изначальное отсутствие нервной и сенсорных систем, активно регулирующих взаимодействие организма со средой.

 

30. Какие адаптации в системе хищник-жертва возникали в процессе эволюции: а) у хищника; б) у жертвы?

А) К числу известных адаптаций хищников можно отнести: 1) адаптации, направленные на то, чтобы остаться незамеченным для жертвы: покровительственную (криптическую) окраску, бесшумное передвижение (например, за счет втяжных когтей кошачьих), отсутствие запаха тела (кошачьи); 2) адаптации, направленные на поимку жертвы: способность затаиваться и стремительный рывок к жертве (кошачьи), высокие прыжки наземных хищников для ловли птиц (рысь, сервал, каракал), высокая скорость бега и аэробная выносливость (волки); 3) приспособления для удержания и разрывания добычи: острые конические зубы у всех насекомоядных и хищных, загнутые и острые клювы хищных птиц, когти кошачьих; 4) адаптации органов пищеварения: высокая кислотность желудочного сока и содержание протеолитических ферментов, небольшая длина желудочно-кишечного тракта (ввиду высокой калорийности и усвояемости животной пищи); 5) увеличение размеров тела, которое, с одной стороны, увеличивало абсолютные энергетические потребности, но с другой – позволяло охотиться на более крупных жертв и сделало более экономными теплоотдачу и метаболизм (ввиду уменьшения отношения площади к объему).

Б) В числе адаптации видов-жертв можно назвать: 1) окраску и форму тела, направленную на ложное восприятие хищником: криптическая окраска, мимикрия (подражание ядовитым животным или неживым предметам); 2) использование недоступных хищнику укрытий (норы, гнезда, дупла и даже техногенные сооружения); 3) высокая скорость бега, чтобы спастись от хищника; 4) высокие темпы размножения, когда хищник не наносит существенного урона популяции; 5) увеличение размеров тела, чтобы не всякий хищник мог одолеть крупное травоядное животное (это увеличило время соматического и репродуктивного созревания, снизило темпы размножения, но зато сделало более экономным метаболизм за счет снижения теплоотдачи при уменьшении отношения площади поверхности к объему).

 

31. Почему правило Глогера (осветление у близкородственных форм окраски к полюсам и усиление пигментации к экватору) соблюдается в отношении теплокровных позвоночных, а у членистоногих – наоборот: более интенсивно окрашенные формы встречаются в приполярных широтах?

Экофизиологический смысл правила Глогера для теплокровных животных имеет несколько аспектов. Во-первых, в светлом волосе и пере вместо пигмента находится воздух, что создает дополнительную теплоизоляцию. Во-вторых, в условиях тропиков меланиновый экран защищает внутренние органы от избытка жестких ультрафиолетовых излучений, а светлая кожа в приполярных и умеренных широтах предохраняет от рахита, пропуская в организм ультрафиолетовые лучи, превращающие провитамин Д в витамин. В-третьих, в условиях длительного снежного покрова белая или светлая окраска является криптической, тогда как в тропических и субтропических широтах, особенно в условиях открытых пространств, преобладают коричневые тона, которые являются доминирующими в окраске большинства животных. В отношении беспозвоночных, температура тела которых зависит от внешней среды и которые не имеют теплоизолирующих роговых образований, теплорегуляционный аспект правила Глогера теряет смысл. Однако многие насекомые и паукообразные используют для терморегуляции поглощение солнечных лучей поверхностью тела, а для этого нужна темная окраска, которая усиливается по мере похолодания климата.

 

32. Почему ранней весной и поздней осенью на севере Казахстана летают преимущественно бабочки темной окраски, а летом – светлые?

Ответ на этот вопрос аналогичен ответу на предыдущий. Температура тела насекомых зависит от температуры внешней среды, поэтому в относительно холодные периоды (ранняя весна и поздняя осень) бабочки с темной окраской используют для обогрева поглощение солнечных лучей поверхностью тела. В жаркий период целесообразнее отражение значительной части лучей, для чего служит светлая окраска тела и крыльев.

 

33. Какого рода отношения могут возникать между равными и различными по величине хищниками, обитающими в одном биотопе?

Равные или сравнимые по величине хищники обычно являются конкурентами, и обычно один вид вытесняет другой (если только временная и пространственная ниша этих видов, а с ней и пищевые объекты, не являются совершенно различными, - как, например, у дневных и ночных хищных птиц). Взаимоотношения весьма различных по величине хищников может быть различным. 1) Индифферентные отношения возникают тогда, когда разница в размерах хищников и видов-жертв слишком велика, и не сравнимы территориально-пространственные потребности этих видов (например, тигр и дикий амурский кот). 2) Комменсализм по типу паройкии имеет место в тех случаях, когда более мелкий вид держится возле более крупного и нередко подбирает остатки добычи (шакалы идут за волками). 3) Конкуренция, когда крупный и мелкий вид охотятся преимущественно на одни и те же объекты. 4) Физическое уничтожение крупными хищниками более мелких (например, рысь не только конкурирует с лисицей, охотясь на зайцев, но и физически уничтожает более мелкого хищника).

 

34. Какие взаимоотношения могут быть между равными и разными по размерам фитофагами, обитающими совместно?

Равные по размерам фитофаги чаще всего являются конкурентами – если только не имеют совершенно разные преферентные пищевые объекты (то есть частичное или полное разделение трофической ниши). Отношения между растительноядными видами, многократно отличающимися по размерам, могут быть от полностью индифферентных (если мелкий вид малочисленный) до конкурентных – если мелкие виды могут сильно увеличивать свою численность и конкурировать за пищу даже с крупными копытными (например, саранча).

 

35. Почему барханный кот, обитающий на юге Казахстана и в Средней Азии, является одним из наиболее мелких кошачьих рода Felis – по сравнению с манулом и европейской лесной кошкой (его вес всего 1,3-3,0 кг)?

Барханный кот обитает в регионах с наиболее жарким климатом, а, по правилу Бергмана, размеры и масса близкородственных видов уменьшаются к тропикам и увеличиваются к полюсам (для регуляции теплоотдачи через соотношение площади поверхности и объема тела). Обитающий на тех же широтах манул несколько крупнее барханного кота – ввиду более холодного климата гор и предгорий в связи с высотной поясностью.

 

36. Может ли какой-либо вид вымереть по причине пресса хищников, паразитов или патогенов?

Низшие трофические уровни (хозяева или жертвы) всегда лимитируют численность высших уровней (паразитов, патогенных микроорганизмов, хищников), но не наоборот. Падение численности вида-жертвы неизбежно приводит к снижению численности хищников, а при уменьшении пресса хищников начинается восстановление численности популяции жертв. Аналогичным образом регулируется численность паразитов и патогенов. В отношении численности паразитов многих видов хозяев в литературе имеются сведения, что годовая динамика численности паразитов повторяет динамику численности хозяев. Кроме того, при увеличении численности и плотности популяций хозяев и, соответственно, прямых и косвенных контактов между особями возрастает вероятность передачи возбудителей инфекций или инвазионных элементов паразитов.

 

37. Может ли исчезнуть вид хищника при вымирании вида-жертвы?

Если этот вид хищников – не стенофаг, а эврифаг, он может перейти частично на растительную пищу, частично – на другие доступные виды жертв. Вымирание хищников вслед за исчезновением вида-жертвы происходило в тех случаях, если хищник крупный (он исчезал вслед за массовым вымиранием крупных фитофагов) или если этот хищник по какой-то причине мог охотиться только на этот вид жертвы. Например, саблезубые тигры исчезли вслед за вымиранием гигантских носорогов и других крупных млекопитающих, у которых поедали только крупные и мягкие внутренние органы; поедать мясо и перемалывать тушки более мелких животных такими клыками махайроды не могли. Узко специализированные хищники (например, осоед и змееяд) не могут перейти на питание другими животными, и они исчезают в той местности, из которой исчезнет популяция вида-прокормителя.

 

38. Саблезубые тигры (махайроды) обладали гигантскими верхними клыками, у которых высота коронки во много раз превосходила высоту коронки остальных зубов. Почему, обладая столь совершенным орудием для умерщвления жертвы, этот вид хищников оказался вымершим, причем он вымер одновременно с исчезновением гигантских носорогов (хилотериев) и других крупных травоядных?

С помощью гигантских клыков махайрод мог убить любую жертву, но эти клыки мешали ему разрывать и есть мясо. Саблезубые тигры могли питаться только мягкими внутренними органами гигантских носорогов и других крупных млекопитающих, поэтому эти хищники стали исчезать вслед за исчезновением крупных фитофагов.

 

39. Предположите причины вымирания большерогого оленя. Почему гигантские рога, служившие надежной защитой от хищников, послужили основной причиной гибели?

Гигантские рога, служившие оленям как орудие турнирных боев (но в меньшей мере для защиты от крупных хищников), вскоре стали губительны для самого оленя по ряду возможных причин: 1) их было тяжело носить, это излишняя затрата вещества и энергии; 2) они снижали скорость бега; 3) они нарушали равновесие и координацию движений, делая оленя легкой добычей хищника; 4) с этими рогами было неудобно передвигаться по лесу, а на открытых пространствах – тяжело питаться травянистой растительностью.

 

40. Известно, что гипергенезы (увеличение размеров тела животного или отдельных структур) в конечном итоге приводят вид или более крупный таксон к вымиранию? Предположите несколько причин губительного влияния гипергенезов.

Можно предположить несколько причин влияния гипергенезов на вымирание вида, не противоречащих одна другой; причем среди этих причин могут быть как общие, характерные для всех крупных видов, так и частные, когда увеличение какой-то структуры могло привести к вымиранию определенный вид. 1) Крупные размеры тела требовали значительных затрат вещества и энергии на формирование соматического тела. 2) Возрастают абсолютные энергетические потребности отдельных особей, которые нередко могут быть удовлетворены только с помощью крупных или специфических пищевых объектов (особенно у крупных хищников). 3) Требуется значительное время на соматическое и репродуктивное созревание каждой особи, что снижает шансы доживания до репродуктивного возраста и воспроизводства потомства. 4) Каждая крупная и длительно живущая особь представляет репродуктивную ценность, и ее непредвиденная гибель ставит под угрозу численность всей популяции. 5) Медленные темпы репродукции и ротация поколений не позволяли быстро закреплять адаптивные изменения на генетическом уровне в меняющейся среде обитания. 6) Для управления крупным телом требовалась развитая система нейроэндокринной регуляции, а гигантские размеры отдельных структур могли нарушать координацию движений. 7) Увеличение размеров и массы отдельных структур могли нарушать возможность питания и других жизненно важных отправлений. Вымирание гигантских форм происходило чаще всего при резких изменениях климата, влиявших на растительный покров – источник пищи для крупных фитофагов, а вслед за ними вымирали крупные и специализированные хищники. Кроме того, крупные животные могут быть вытеснены более мелкими, но более совершенными в морфофизиологическом отношении, пластичными и адаптивными формами, которые легко приспосабливаются за счет высоких темпов размножения, быстрого восстановления численности, быстрой ротации поколений и закрепления признаков на генетическом уровне.

 

41. Чем отличаются особенности локомоции хищников и копытных, адаптированных к быстрому бегу?

У хищников (волк, гепард) высокая скорость бега достигается за счет гибкого позвоночника, на конечностях хорошо развиты мышцы бедра и голени, плеча и предплечья. У парнокопытных и непарнокопытных утрачена гибкость позвоночника (во время бега он фиксирован в одном положении), движение происходит за счет мощных мышц бедра и плеча, а голень и предплечье сухие, с минимумом мышечной массы.

 

42. Почему норные грызуны (слепушонка, цокор) адаптированы к рытью почвы преимущественно с помощью верхних резцов, а насекомоядные (кроты) – с помощью передних конечностей?

У грызунов крупные долотообразные резцы легко приспособить к рытью земли, без ущерба для основной функции зубов – откусывание твердой пищи. Зубы насекомоядных мелкие, конической формы, адаптированы для захвата беспозвоночных. Такие зубы сложнее приспособить для рытья грунта, к тому же в случае изменения формы фронтальных зубов их основная адаптация была бы утрачена. Поэтому у кротов сформировались роющие передние конечности – короткие, мощные, с твердыми и прочными когтями.

 

43. Чем выгодны, а чем невыгодны животному крупные размеры тела? Почему эволюция всех таксонов шла по пути увеличения размеров и массы тела?

Экофизиологические особенности животных с крупными размерами тела

Особенность

Достоинства крупных размеров

Недостатки крупных размеров

Длительное соматическое и репродуктивное созревание

Значительная продолжительность жизни, позволяющая наиболее ценным в генетическом отношении особям, которым благоприятствует естественный отбор, оставить больше потомков.

При длительном созревании увеличивается вероятность гибели особей до достижения репродуктивного возраста, а это нежелательно для популяции, когда каждая особь представляет репродуктивную ценность.

Большая продолжительность жизни отчасти компенсирует невысокую плодовитость и позднее репродуктивное созревание.

Значительные затраты энергетических (трофических) ресурсов на содержание ювенильной части популяции, не участвующей в размножении.

Крупные размеры фитофагов позволяют противостоять крупным и средней величины хищникам и делают их недоступными для мелких хищников. Крупный хищник может одолеть жертву любой величины, что увеличивает шансы выживания особей.

При низких темпах репродукции и медленной смене поколений замедляются темпы адаптации популяций к смене условий существования на генетическом уровне (в отличие от мелких видов с быстрой ротацией поколений, при которой происходит оценка отбором и закрепление адаптивных комбинаций генов за короткий промежуток времени).

Большие абсолютные энергетические потребности каждой особи

Уменьшение относительных потребностей и более экономный расход энергетических субстанций по сравнению с мелкими видами.

При недоступности или отсутствии специфических пищевых объектов крупный вид может вытесняться или вымирать. При вымирании крупных фитофагов неизбежно наступает вымирание крупного хищника. Общий недостаток трофических ресурсов в экосистеме, начиная с обеднения растительного покрова при изменении условий существования, приводит к вымиранию крупных видов.

Возможность потребления пищевых объектов любого размера, в том числе и крупных, увеличение доступности пищевых объектов (это особенно актуально в отношении крупных хищников).

Уменьшение соотношения площади поверхности и объема тела

Большая защищенность от негативных воздействий среды по сравнению с мелкими видами.

Уменьшение возможности осмотического дыхания, питания и выделения (имеющих место у ряда беспозвоночных), необходимость специализированных органов для выполнения этих функций.

Уменьшение теплоотдачи с единицы площади, что особенно актуально для теплокровных животных.

Следствием уменьшения теплоотдачи является более экономный расход вещества и энергии, большая продолжительность жизни, что компенсирует низкие темпы размножения.

Крупные размеры тела неизбежно требуют транспортно-распределительной системы или выполнения функций транспорта и распределения неспециализированными органами.

 

Крупные размеры требуют специализированных органов для выполнения ряда физиологических функций (дыхания, питания, выделения, распределения и транспорта) и функций взаимосвязи частей тела между собой, а также регуляции взаимоотношений организма и среды, что приводит к морфофизиологическому прогрессу и повышению организации крупных видов.

Крупные размеры затрудняют регуляцию взаимодействия различных органов и частей тела между собой и с внешней средой.

 

Как видно из таблицы, крупные размеры неизбежно требуют высокого уровня развития многих систем органов, поэтому с ними связан морфофизиологический прогресс многих групп. Уменьшение соотношения площади поверхности и объема тела приводит к уменьшению теплоотдачи у теплокровных животных, что в итоге дает уменьшение относительных энергетических потребностей, экономный расход вещества и энергии, снижение темпов метаболизма, увеличение продолжительности жизни. Однако гигантские размеры неизбежно приводили к вымиранию многих видов: как утверждали древнекитайские философы, каждая вещь, достигнув своего предела, превращается в противоположность. Большая репродуктивная ценность каждой особи, медленные темпы соматического и полового созревания, невысокие темпы репродукции делают вид экологически хрупким. И, наоборот, у мелких видов с малой продолжительностью жизни и ничтожной ценностью каждой особи высокие темпы размножения быстро возмещают любое снижение численности популяций.

 

44. Назовите преимущества и недостатки мелких размеров тела. Почему эволюция любого таксона начиналась с мелких форм?

Экофизиологические особенности животных с мелкими размерами тела

Особенность

Достоинства мелких размеров

Недостатки мелких размеров

Быстрое соматическое и репродуктивное созревание

Увеличение вероятности каждой особи дожить до репродуктивного возраста.

Вероятность доживания до репродуктивного возраста снижается, а шансы гибели в любом возрасте увеличиваются из-за доступности для хищников любого размера. Экологическая роль мелких видов – кормовая база для многочисленных хищников.

Быстрая смена генераций, что обеспечивает закрепление адаптаций к меняющимся условиям на генетическом уровне за счет большого количества комбинаций генетического материала.

Быстрое восстановление численности популяции после любого ее снижения.

 

Малые абсолютные энергетические потребности каждой особи.

Возможность выживания отдельных особей даже на малом трофическом ресурсе. Из-за этого мелкие виды имеют больше возможностей выжить при резком изменении условий, обеднении растительного покрова как предпосылке снижения трофических ресурсов всей экосистемы.

Малые абсолютные энергетические потребности оборачиваются высокими относительными потребностями по сравнению с крупными видами, что связано с высокими темпами теплоотдачи.

Увеличение соотношения площади поверхности и объема тела.

Возможности осмотического дыхания, питания, выделения у беспозвоночных, в том числе вторичная утрата специализированных органов.

Отсутствие специализированных органов дыхания, пищеварения, выделения, транспортно-распределительной системы (первичное или вторичное) – это путь морфофизиологического регресса, катагенеза. Морфофизиологический прогресс и повышение организации у мелких форм практически недостижимы.

При малых размерах нет необходимости в транспортно-распределительной системе.

Упрощается саморегуляция функций организма и регуляция его взаимодействий с внешней средой.

В связи с большой относительной площадью поверхности усиливается влияние неблагоприятных внешних факторов.

У теплокровных животных при меньших размерах увеличивается теплоотдача, что актуально в тропических и субтропических широтах (правило Бергмана).

Слишком мелкие размеры приводят к высоким темпам теплоотдачи у теплокровных, что компенсируется большими относительными энергетическими потребностями особи, высокими темпами метаболизма, в итоге – быстрым износом организма, малой продолжительностью жизни, которая требует высоких темпов размножения для восстановления численности.

 

Эволюция любой систематической группы животных, давшей впоследствии широкую адаптивную радиацию, всегда начиналась с мелких форм, поскольку быстрое созревание и высокие темпы размножения обеспечивают частую смену генераций и реализацию потенциала комбинативной изменчивости, что позволяет в меняющихся условиях среды получать адаптивные генотипы и закреплять возникшие адаптации на генетическом уровне.

 

45. Почему крупные животные, у которых каждая особь представляет репродуктивную ценность, в экологическом плане более хрупки по сравнению с мелкими формами?

Как уже было отмечено в ответах на предыдущие вопросы, у крупных видов каждая особь представляет репродуктивную ценность ввиду затрат времени, вещества и энергии на формирование соматического тела и длительных сроков соматического и репродуктивного созревания. При этом снижается вероятность доживания отдельных особей до репродуктивного возраста, а плодовитость большинства крупных видов невелика. Эти экологически невыгодные особенности в определенной мере компенсируются большой продолжительностью жизни каждой особи (обеспечивающей репродуктивный потенциал популяции и значительное суммарное число потомков за всю жизнь), однако при этом не уменьшается вероятность гибели особи в течение репродуктивного, а не только ювенильного периода.

 

46. Хищные, насекомоядные, рукокрылые, зубатые киты питаются животной пищей. Какую общую черту в организации их зубной системы можно отметить?

Зубы всех вышеназванных групп млекопитающих (или, по крайней мере, те из них, которые непосредственно адаптированы для захвата, удержания и разрывания животной пищи) конической формы, с узкими и острыми вершинами. При одной и той же силе жевательных мышц захват добычи, могущей оказать сопротивление, будет эффективнее при уменьшении площади жевательной поверхности зуба (приложение силы к точке: давление прямо пропорционально приложенной силе и обратно пропорционально площади ее приложения).

 

47. Какова общая закономерность организации зубной системы хищников и грызунов, питающихся твердой пищей? Как ее объяснить с точки зрения физики?

Ответ на этот вопрос аналогичен ответу на предыдущий: уменьшение площади жевательной поверхности или суммарной жевательной поверхности нескольких зубов при той же силе жевательной мускулатуры обеспечит большее давление зуба на единицу площади, а значит, более эффективное удержание добычи или откусывание твердой пищи. У хищных клыки и коренные имеют коническую форму с заостренными вершинами, причем клык и хищный зуб (один из моляров) имеют более высокую коронку по сравнению с остальными зубами. У грызунов остаются только по 2 резца сверху и снизу, редуцируются остальные резцы и клыки (а у семейства мышиных – и все предкоренные зубы), и эти 4 зуба с заостренным режущим краем обеспечивают то же самое приложение силы к точке.

48. Каким птицам свойственны длинные хвостовые перья? Какое значение они имеют?

Длинные хвостовые перья для разных групп птиц могут выполнять различные функции. 1) Половой диморфизм и половой отбор (куриные). 2) Для многих лесных птиц длинный хвост выполняет роль руля, позволяя быстро менять направление полета (сорока). 3) С помощью длинного хвоста птица может совершать обманные движения, чтобы сбить с пути хищника и избавиться от его преследования.

 

49. Известно, что некоторые безвредные животные подражают по окраске ядовитым (мимикрия Бейтса). Что бы могло произойти, если бы подражающих безобидных видов было очень много?

В случае большого количества безвредных видов, подражающих по окраске ядовитым и защищенным, произошла бы своеобразная «девальвация» предостерегающей окраски, смысл которой – быстрое формирование негативных рефлексов у потенциальных хищников. Мимикрия Мюллера, при которой образуется так называемое кольцо мимикрии, куда входят несколько ядовитых видов со сходной яркой окраской, уменьшает вероятность гибели отдельных особей каждого вида от неопытных молодых птиц и других хищников. Но если число «пристроившихся» неядовитых видов со сходной окраской будет превосходить число ядовитых и опасных, то это снизит адаптационные возможности тех и других – за счет повышения вероятности того, что хищник все чаще будет ловить безвредное насекомое с предостерегающей окраской, и негативный жизненный опыт сформируется не сразу, либо не возникнет вообще.

 

50. Есть ли мимикрия у растений, и каков ее биологический смысл?

Мимикрия у растений может служить как для отпугивания, так и для привлечения животных, и обычно имеет место только у отдельных органов растения. Подражание одних растений другим целесообразно для опыления: лишенные нектара цветки белозера внешне сходны с медоносными растениями, за счет чего посещаются насекомыми. Яснотка, зеленчук, крапиволистный колокольчик имеют листья, похожие на крапиву, в результате чего люди и многие животные их не трогают (но такая мимикрия рассчитана на высокоорганизованных животных, у которых может формироваться жизненный опыт как совокупность соответствующих условных рефлексов). Ловчие аппараты насекомоядных растений (непентесы, росянка) похожи на цветки, привлекающие насекомых (которые затем погибают в ловушках). Цветки орхидей по форме, цвету и запаху похожи на самок некоторых насекомых-опылителей, чем привлекают самцов соответствующего вида.

 

51. Для каких целей могут быть адаптированы зубы животных, помимо захвата и измельчения пищи?

У различных групп млекопитающих сформировались следующие дополнительные функции зубов. 1) Рытье почвы (для устройства нор, как кроты, или выкапывания подземных частей растений, как у кабанов). 2) Орудие турнирных боев – половой отбор (клыки самцов бабируссы – животного семейства свиней). 3) Орудие самообороны и защиты от хищников (клыки кабана, бивни слонов). 4) Удержание самки при копуляции (коты). 5) Строительство жилища из крупных частей растений (бобры сооружают хатки и плотины, срезая резцами крупные деревья; ондатра делает хатки из крупной травы или прутьев, которые срезает зубами).

 

52. Назовите преимущества и недостатки стайного и одиночного образа жизни у животных?

Образ жизни

Стайный

Одиночный

Преимущества

Снижение энергозатрат отдельными особями за счет совместного поиска пищи и разделения функций.

Реализация репродуктивного потенциала каждой особи без угнетения особями своего вида.

Увеличение вероятности выживания отдельных, в том числе наиболее ценных в репродуктивном отношении особей.

Смягчение прямой внутривидовой конкуренции.

Рациональное использование трофических ресурсов популяциями.

Отсутствие угнетения (автоингибиции) продуктами метаболизма особей своего вида.

Рациональное использование пространства обитания благодаря упорядоченной территориальной структуре популяции и вида.

Равные шансы оценки естественным отбором адаптивных особенностей каждой особи.

Использование внутренних механизмов регуляции численности популяции и вида.

 

Возможность противостоять крупным или стайным хищникам, конкурентам, неблагоприятным условиям среды.

 

Увеличение выживаемости потомков при стайном воспитании, выработка необходимых условных рефлексов, в том числе путем подражательного научения.

 

Недостатки

Не все особи могут в полной мере реализовать свой генетический и репродуктивный потенциал.

В одиночку сложнее противостоять крупным или стайным хищникам, конкурентам, неблагоприятным условиям внешней среды.

Угнетение (автоингибиция) продуктами жизнедеятельности своего вида.

Увеличение энергозатрат отдельными особями в связи с поиском пищи, убежищ, размножением, воспитанием потомства и т.д.

Оценка отбором каждой особи может зависеть не только от ее адаптивных особенностей, но и от места и взаимодействия особи в стае.

Снижение выживаемости потомков по сравнению с их выращиванием в стае.

 

Увеличение затрат времени и энергии каждой родительской особи на охрану и воспитание потомков.

 

 

53. Какое адаптивное значение имеет яркая окраска некоторых бабочек (при этом свойственная безобидным видам и не сходная с окраской каких-либо ядовитых насекомых)?

Бабочки с глазчатыми пятнами отпугивают птиц тем, что имеют сходство с другими птицами или зверьками. Некоторые бабочки по окраске и форме тела похожи на цветы, и когда они неподвижно сидят на растениях, то не привлекают внимание насекомоядных птиц.

 

54. Обладают ли хищные животные маскирующей окраской?

Покровительственная (в том числе маскирующая) окраска, делающая животное малозаметным на фоне типичного ландшафта его обитания, может быть свойственна не только видам-жертвам, но и хищникам – чтобы последние (в зависимости от способа охоты) не были заметны для жертвы. Светлоокрашенные и белые животные приполярных областей (выигрывающие не только в плане покровительственной окраски на фоне длительного снежного покрова, но и в аспекте теплорегуляции и профилактики недостатка витамина Д в условиях короткого солнечного дня) – это и хищники, и жертвы; белые медведи за счет криптической окраски подстерегают тюленей. Хищники семейства кошачьих, которые охотятся скрадом, обычно имеют пятнистую или полосатую окраску, тогда как собачьи, которые преследуют и загоняют добычу, обычно окрашены более однотонно. Дело в том, что пятнистые и полосатые рисунки, разводы, кривые линии могут делать изображение предмета нечетким и сливающимся с основным фоном, стирать границы предмета (а общим и универсальным свойством восприятия человека и животных является деление любого видимого изображения на предмет и фон). Такой вид маскирующей окраски называется дизруптивным (расчелняющим).

 

55. Может ли паразит приносить пользу хозяину как биологическому индивиду?

Паразитизм является антагонистическим симбиозом организмов разных видов, с противоположными экофизиологическими интересами хозяина и паразита. Однако в процессе коэволюции хозяев и паразитов паразит постепенно становится менее патогенным, а хозяин – более толерантным к паразиту. На популяционном уровне паразиты являются регуляторами численности популяций и факторами естественного отбора для хозяев, перераспределителями вещества и энергии в экосистеме. И, хотя паразитизм, в отличие от мутуалистического симбиоза остается противоречивым сожительством, где паразит как индивид не может обойтись без хозяина, все же паразиты могут приносить организму хозяина и определенную пользу.

 

Позитивный эффект от паразита организму хозяина

Его разновидности и особенности

Сущность

Иммунологический

Поддержание функций иммунной системы.

Паразит как антиген стимулирует антителогенез и неспецифические механизмы резистентности.

Борьба с другими паразитами и патогенами.

По типу реципрокного или нереципрокного (перекрестного или неперекрестного) иммунитета антитела к одному виду паразитов или микроорганизмов могут угнетать другой вид.

Защита от новообразований.

Стимуляция функций иммунной системы усиливает борьбу с новообразованиями в организме.

Биохимический

Стимуляция биохимических процессов в организме.

Расход вещества и энергии на жизнедеятельность паразита усиливает пластический и энергетический обмен и обновление тканей организма.

Выведение токсических продуктов метаболизма.

Выведение токсинов и продуктов метаболизма достигается за счет усиления биохимических процессов и оборота вещества и энергии в организме. Паразитические грибы (дерматомицеты) приводят к обновлению роговых образований (ногтей и волос), в которых могут накапливаться токсиканты.

Физиологический

Компенсаторное увеличение массы тела.

Масса тела в присутствии небольшого количества паразитов увеличивается по принципу «действие рождает противодействие»; паразиты выполняют ту же функцию, что легкие и физические нагрузки, используемые для наращивания веса.

Охрана гомеостаза организма.

Паразиты, наряду с другими внутренними и внешними факторами, приводят к гетеростазу в организме, после которого восстанавливается новый оптимальный уровень подвижного равновесия.

Регуляция энергетического обмена.

Паразиты стимулируют пластический и энергетический обмен организма хозяина, способствуя достижению оптимального уровня темпов метаболизма.

Терморегуляция.

У мелких зверьков с высокими темпами метаболизма паразитарная нагрузка велика в летние месяцы, а зимой происходит освобождение от паразитов в связи с расходом энергии на терморегуляцию. Паразитические грибы в летнее время приводят к более редкому волосяному покрову (выполняя ту же роль, что стрижка и тримминг декоративных собак), а зимой развитие гриба приостанавливается.

Экологический

Конкуренция с другими видами посредством паразитов или патогенов.

Паразиты являются средством конкуренции одного вида с другим, и выигрывает в численности тот вид, который является хозяином большего числа видов паразитов. Паразиты одного вида животных, к которым данные хозяева толерантны, могут быть патогенны для других видов потенциальных хозяев.

Ограничение численности других паразитов, патогенов и условно-патогенных симбионтов.

Трофическая и пространственная конкуренция паразитов и патогенов (наряду с перекрестными иммунными реакциями) ограничивает численность каждого из них, защищая организм от повышенной паразитарной нагрузки и патогенного влияния паразитических симбионтов.

 

56. Какое значение в покровительственной окраске животного могут иметь пятна, полосы, разводы?

Общим свойством восприятия человека и высших животных является деление любого возникающего на сетчатке глаза изображения на предмет и фон. Статус предмета обычно получает изображение достаточно крупное, яркое, контрастное, с четкими границами. И, наоборот, ломаные и кривые линии, нечеткие границы изображения, малая контрастность с основным фоном делают такой предмет частью фона. При этом нарушается также целостность восприятия предмета: пятнистые и полосатые рисунки, разводы, кривые и размытые линии могут делать изображение предмета нечетким и сливающимся с основным фоном, стирать его границы. Подобный вид покровительственной (маскировочной) окраски называют дизруптивным (расчленяющим). Такие рисунки свойственны многим видам амфибий и рептилий (жаб, лягушек, ящериц), некоторым копытным (чтобы быть незаметными для хищников), многим хищникам семейства кошачьих (которым важно незамеченными подкрасться к добыче).

 

57. В отряде Чешуекрылые у многих видов имеет место мимикрия в различных ее формах. Каким животным или предметам могут подражать по форме и окраске бабочки?

Разнообразие бабочек по окраске и форме тела порождает и весьма разнообразную мимикрию с целью защиты от насекомоядных птиц. Можно назвать следующие варианты подражательной окраски и формы тела бабочек, нередко сочетающихся с соответствующим поведением. 1) Подражание ядовитым и защищенным насекомым: например, бабочка-стеклянница похожа на крупную осу – шершня; некоторые белянки (Dismorphia astynome, Perrhybris pyrrha) сходны с несъедобными ярко окрашенными бабочками-геликонидами с едким вкусом и неприятным запахом. 2) Подражание крупных ярких бабочек цветам, причем сходство усиливается, когда они неподвижно садятся на растения. 3) Бабочки с глазчатыми пятнами сходны со зверьками или птицами, поэтому многие птицы их не трогают (сочетание мимикрии и демонстрации как форм защиты). 4) Бабочки буровато-серой окраски похожи на сухие листья, причем сходство усиливается за счет круговых движений в полете, когда насекомое напоминает падающий лист. Гусеницы бабочек могут иметь сходство с сухими сучками (пяденицы), а также различные формы угрожающей окраски в сочетании с демонстрационным поведением (например, гусеница винного бражника приподнимает и раздувает передний конец тела, становясь похожей на змею).

 

58. Приведите примеры, когда паразит способствует гибели промежуточного хозяина для завершения цикла. Каким образом?

 

Способ негативного влияния паразита на промежуточного хозяина

Его разновидности

Примеры конкретных систем паразит-хозяин с таким завершением цикла

1.

Нарушение поведения и ориентации промежуточного хозяина (специфическая патогенность паразита)

Нарушение зрительной ориентации при локализации паразита в различных частях глаза.

Метацеркарии диплостоматид инцистируются в глазах рыб, слепые рыбы в первую очередь попадают к рыбоядным птицам.

Локализация паразита в мозге и нарушение поведенческих реакций, что прямо или косвенно способствует тому, что промежуточный хозяин попадает в пищу дефинитивного.

Овца, пораженная мозговым ценуром, ходит по кругу и отбивается от стада.

Метацеркарии Dicrocoelium инцистируются в головных ганглиях муравьев, Eurytrema – кузнечиков, насекомое цепенеет и поедается скотом вместе с травой.

2.

Нарушение физиологического состояния промежуточного хозяина

Паразиты занимают большой объем в органах и полостях, нарушают трофику и функционирование жизненно важных органов и воспалительные реакции.

Эхинококк в ларвальной стадии снижает скорость бега копытных, и больные животные становятся жертвой хищника в первую очередь.

Плероцеркоиды лигул (ремнецов) заполняют полость тела рыбы, она всплывает и захватывается чайками.

3.

Привлечение хищника к промежуточному хозяину.

Поведенческие особенности самих личинок паразита.

Спороцисты трематод Leucochloridium paradoxum (при развитии по сокращенному циклу) проникают в щупальца наземных моллюсков (янтарок), окрашивают их в черный цвет, энергично сокращаются, приобретая сходство с личинками насекомых. Птицы склевывают щупальца со спороцистами, и в их кишечнике формируются мариты трематод.

59. С каким генетическим явлением может быть связана соотносительная (коррелятивная) изменчивость?

Формирование соотносительной изменчивости – то есть корреляции пропорций отдельных частей тела животного – обусловлено взаимодействием таких явлений, как полимерия и плейотропия. С одной стороны, размеры и пропорции тела и его отдельных частей и органов являются количественными признаками, а значит, детерминируются многими десятками генов, имеют достаточно широкую норму реакции и контролируются не только генотипом, но и условиями внешней среды. С другой стороны, каждый ген или группа генов плейотропно влияют на многие признаки организма (морфологические, физиологические, биохимические). Кроме того, гены, расположенные в одной хромосоме, обычно наследуются сцепленно (за исключением небольшого процента кроссинговера), и такие группы сцепления детерминируют несколько взаимосвязанных между собой признаков. Корреляция пропорций различных частей тела у брахиморфных, мезоморфных и долихоморфных людей и животных предопределяется плейотропией. Удлиненные конечности у индивидов долихоморфного типа обычно коррелируют с длинной шеей, узкой грудной клеткой, небольшим объемом грудной и брюшной полостей, долихокранным черепом, вытянутым в кондилобазальном направлении. И, наоборот, у брахиморфных особей обычно укороченные шея и конечности, расширенные таз и грудная клетка, крупная голова с брахикранным (округлым коротким) черепом.

 

60. Взаимодействуют ли между собой мутационная и комбинативная изменчивость?

Любая возникшая мутация должна вписаться в генотип организма – то есть коадаптироваться в нем, а комбинативная изменчивость будет либо способствовать, либо препятствовать коадаптации мутантного гена. Рецессивные мутации получат фенотипическое проявление только в гомозиготном сочетании, а для получения этого сочетания необходимы рекомбинации генетического материала в 2-3 поколениях. Доминантные мутации могут иметь разное проявление в различных сочетаниях. В гетерозиготных сочетаниях действие многих доминантных генов выражено сильнее, чем в гомозиготных (эффект сверхдоминирования). При летальности доминантных гомозигот доминантная мутация будет отбраковываться естественным отбором в гомозиготном и сохраняться в гетерозиготном сочетании. А для получения различных сочетаний нормальных и мутантных генов и их оценки естественным отбором необходимы рекомбинации генетического материала, происходящие при половом размножении.

 

61. Почему хищники семейства кошачьих часто имеют пятнистую или полосатую окраску, а собачьи окрашены более однотонно?

Ответ на этот вопрос, по сути, содержится в ответе на вопрос № 85. Хищникам семейства кошачьих, которые подстерегают добычу из засады (скрадывают), важно остаться незамеченными для жертвы, чтобы потом с короткого расстояния совершить прыжок. Поэтому многим из них свойственна маскировочная окраска: криптическая – сливающаяся с основным фоном (рысь, каракал) или дизруптивная (леопард, ягуар, тигр). Пятнистые и полосатые рисунки, разводы, кривые линии могут делать изображение предмета нечетким и сливающимся с основным фоном, стирать границы предмета (а общим и универсальным свойством восприятия человека и животных является предметность – деление любого видимого изображения на предмет и фон, и целостность). Хищники семейства собачьих охотятся загоном, им важна высокая скорость бега и хорошая аэробная выносливость, а не надежная покровительственная окраска.

 

62. Почему попытки увеличения размеров тела одноклеточных организмов за счет гигантских размеров одной (пусть и многоядерной) клетки заканчивались эволюционным тупиком?

Гигантские многоядерные клетки без внутренней мембранной компартментализации исключали возможность дифференциации тканей и органов, а значит, разделение функций, дальнейшее усложнение и морфофизиологический прогресс организма. Кроме того, интоксикация какими-то веществами из внешней среды или патологический процесс, начавшийся в одной части организма, не будут локализованы и обезврежены, быстро распространятся по всему телу и приведут организм к гибели.

 

63. Почему газобменный (легочный) круг кровообращения возник только у наземных позвоночных, а у рыб такого круга нет?

Невысокое содержание растворенного в воде кислорода (ввиду его малой физической растворимости) делает газообмен в жабрах медленным и не таким эффективным, как в легких и других органах наземного дыхания, извлекающих кислород из атмосферного воздуха, где его содержание 20-21%. Поэтому специальный газообменный круг у рыб, когда по специальным сосудам кровь подавалась бы только в жабры для газообмена, был бы нецелесообразен.

 

64. Почему среди первичноводных животных нет теплокровных, а все водные теплокровные – вторично вошедшие в воду виды, которые дышат атмосферным воздухом?

Для поддержания постоянной температуры тела в организме животного должны уравновешиваться процессы теплоотдачи и теплопродукции. Тепло продуцируется организмом только за счет его метаболизма, для высоких темпов которого необходимы как энергетические вещества, так и кислород (окислитель). Водная среда богата потенциальными трофическими ресурсами, однако при извлечении организмом кислорода из воды, где его доля в растворенном состоянии невелика, невозможно достижение таких темпов энергетического обмена, которые могли бы поддерживать постоянную температуру тела. Темпы теплоотдачи в воде гораздо выше, чем на воздухе. И только при дыхании атмосферным воздухом вторично вошедшие в воду млекопитающие смогли сохранять постоянную температуру тела, несмотря на высокий уровень теплоотдачи в воде, связанный с ее высокой удельной теплоемкостью. Среди факторов сохранения тепла водными млекопитающими можно назвать толстый слой подкожного жира (выполняющий теплоизолирующую функцию), большие размеры тела (уменьшающие отношение площади поверхности к объему) и минимум выступающих частей тела в связи с его рыбообразной формой и редуцированными конечностями (что также дает меньшее соотношение площади и объема).

 

65.Почему у земноводных и пресмыкающихся трехкамерное сердце, а четырехкамерное возникает только в классах теплокровных позвоночных (птиц и млекопитающих)?

При невысоких темпах метаболизма у амфибий и рептилий нет необходимости полного разделения артериальной и венозной крови. У наземных холоднокровных позвоночных, обитающих в средних широтах, 6-7 месяцев в году приходится на период зимнего покоя, близкого к анабиозу. В связи с этим отпадает необходимость создавать дополнительные структуры в сердечно-сосудистой системе, связанные с газообменом. У амфибий, особенно проводящих длительное время в воде и использующих преимущественно кожное дыхание, полное обособление газообменного (легочного) круга кровообращения особенно нецелесообразно. У рептилий, полностью перешедших к наземному образу жизни, появляется неполная внутренняя перегородка в желудочке, в большей мере обеспечивающая разделение артериальной и венозной крови.

 

66. Хищники семейства кошачьих охотятся скрадом, и им необходима покровительственная (маскирующая) окраска. Чем отличается покровительственная окраска однотонно окрашенных кошачьих (рысь, каракал, лев) и животных с пятнистым или полосатым рисунком (леопард, тигр, ягуар, снежный барс)?

Однотонно окрашенные звери (лев, рысь, каракал) обладают криптической окраской – различные оттенки серовато-бурого, коричневого, желтого цвета делают их незаметными на почве открытых пространств, особенно бедных растительностью. Пятнистый или полосатый рисунок дает дизруптивную (расчленяющую) окраску, которая делает очертания предмета неясными, размытыми, то есть нарушает целостность и предметность восприятия.

 

67. Согласно правилу Глогера, окраска близкородственных форм и представителей одного вида становится светлее от тропиков и полюсам и по мере подъема в горы. Однако тибетский монах Т.Лобсанг Рампа в своих книгах писал, что сиамские коты в высокогорьях в зоне вечного холода приобретают более темную окраску, чем на равнинах. В других источниках также есть сведения о более темной окраске сиамских кошек на холоде. Как это можно объяснить?

Более светлые оттенки окраски животных в холодных условиях закрепляются на генетическом уровне, и это имеет определенные адаптивные преимущества: в светлом волосе содержится меньше пигмента, а больше – воздуха, который плохо проводит тепло. Но в то же время при стабильном генотипе (гомозиготное сочетание рецессивных генов сиамского альбино у котов, дающее более светлую – по сравнению с черной или агути – окраску) на холоде обмен веществ становится интенсивнее, что приводит к повышенному отложению пигмента в коже и волосах. Возможно, по этой же причине у снежного барса, обитающего в высокогорьях, зимний мех темнее летнего; к тому же не исключено, что при высоком уровне солнечной радиации в горах это дает определенные адаптивные преимущества: темная окраска поглощает, а светлая – хорошо отражает солнечные лучи. Не исключена и третья причина (по-видимому, объясняющая и другие факты так называемого «горного меланизма» млекопитающих): меланиновый экран предохраняет от избытка солнечных излучений в горах, где атмосфера хорошо проницаема для ионизирующих лучей.

Возможно, феномен горного меланизма объясняется формированием защитного меланинового экрана против жестких излучений в горах, где атмосфера более тонкая, и ультрафиолетовые и более коротковолновые жесткие лучи могут приводить к мутагенным и канцерогенным воздействиям. Слой меланина у горных животных формируется в онтогенезе естественным путем – под воздействием ультрафиолетовых лучей.

 

68. Почему лесной (черный) хорь, обитающий в лесной зоне европейской части России до Урала, окрашен значительно темнее степного (светлого) хоря, обитающего в степных, лесостепных и полупустынных зонах Средней Азии и Казахстана?

Согласно правилу Глогера, окраска близкородственных форм теплокровных животных становится более темной при продвижении от полярных широт к тропическим. Более темноокрашенный лесной хорь обитает в более высоких широтах, но в этом случае его интенсивная пигментация связана с обитанием в более влажных условиях со сравнительно мягким климатом. Степной хорь живет в более сухих условиях, к тому же с резко континентальным климатом и суровой зимой с сильным понижением температур. Поэтому противоречия правилу Глогера в данном случае нет: основную роль в формировании окраски играют не географические широты как таковые, а условия температуры и влажности.

 

69. Назовите одомашненные альбинотические формы диких животных. Для каких целей они служат?

 

Исходная дикая форма

Одомашненная форма-альбинос

Для какой цели служит

1.

Домовая мышь

Белые лабораторные мыши

Для научных и учебно-методических целей (широкий спектр биологических, медицинских, психологических экспериментов)

Тест-объекты (тестирование на безвредность косметики, лекарств, нутрицевтиков, пищевых продуктов на безвредность)

Кормовые объекты для обитателей зоопарков

Эстетические цели (содержание в домах как декоративных животных)

2.

Серая крыса (пасюк)

Белая лабораторная крыса

Для научных экспериментов в различных отраслях биологии и медицины

Тестирование косметики, лекарств, биопрепаратов, продуктов на безвредность

Эстетические цели (содержание как декоративных животных)

Цирковая дрессировка

3.

Лесной (черный) хорь

Фуро

Пушные звери

Декоративные животные

Содержание в домах для ловли мышей и крыс

4.

Дикие кролики

Некоторые породы домашних кроликов

Для получения мяса и шкур

Пуховые породы

Экспериментальные животные и тест-объекты

Поиск

Поделиться:

ФИЗИКА

ХИМИЯ

Яндекс.Метрика

Рейтинг@Mail.ru