Задача 1. Всего 10 баллов. С помощью буквенного шифра дайте описание мохообразного растения, представленного на рисунке.
По строению гаметофита: А – слоевищное растение; Б – листостебельное растение.
Толщина листа: В – в один слой клеток; Г – в один слой клеток, но центральная жилка многослойная; Д – лист толщиной минимум в 3–4 слоя клеток.
Центральная жилка листа: Е – не выражена; Ж – выражена.
Продольные пластиночки на листе: З – отсутствуют; И – расположены только по центральной жилке; К – многочисленные, расположены по всей поверхности листа.
Край листа: Л – всегда цельный; М – с одноклеточными зубцами; Н – с зубцами из 2–3 клеток; О – листья двух типов: цельнокрайние и бахромчатые.
Коробочка: П – прямостоячая или наклоненная; Р – горизонтальная; С – согнутая.
Коробочка вскрывается: Т – крышечкой; У – продольными щелями.
Крышечка: Ф – с клювиком; Х – без клювика; Ц – отсутствует.
Перистом: Ч – нематодонтный; Ш – артродонтный; Щ – отсутствует.
Ножка: Ъ – длинная, в два и более раз превышает длину коробочки; Ы – короткая, равна длине коробочки или превышает ее не более, чем в два раза.
Ответ:
Б Д Ж К Н П Т Ф Ч Ъ
Обоснование каждого признака:
- Б (Строение гаметофита): На рисунке представлено листостебельное растение (мхи класса Bryopsida), имеющее четко дифференцированный стебель и отходящие от него листья.
- Д (Толщина листа): На поперечном срезе (в верхней части рисунка) видно, что за счет многочисленных вертикальных ассимиляционных пластиночек лист имеет значительную толщину — минимум в 3–4 слоя клеток.
- Ж (Центральная жилка): На срезе и общем виде листа хорошо заметна мощная многослойная центральная жилка, служащая основанием для пластиночек.
- К (Продольные пластиночки): Ассимиляционные пластиночки (ламеллы) многочисленные и покрывают практически всю поверхность листа, что является ключевым признаком рода Кукушкин лен (Polytrichum).
- Н (Край листа): На детализированном фрагменте края листа (справа внизу) видны зубцы, состоящие из группы (2–3) клеток.
- П (Коробочка): Спорогоны на общем виде растения ориентированы вертикально — коробочка прямостоячая.
- Т (Вскрытие коробочки): На рисунке отдельно изображена отделяющаяся верхняя часть — крышечка.
- Ф (Крышечка): На изображении крышечки отчетливо виден длинный острый вырост — клювик.
- Ч (Перистом): На поперечном срезе верхней части коробочки видны массивные зубцы, состоящие из пучков целых клеток. Это нематодонтный перистом, характерный для порядка Polytrichales.
- Ъ (Ножка): Длина тонкой структуры (ножки) визуально в несколько раз превышает длину самой коробочки.
Совет для подготовки: Обращайте внимание на наличие «волосистого» колпачка (калиптры) на одной из коробочек слева — это верный признак семейства Политриховые, который сразу сужает круг поиска признаков до этой группы.
Задача 2. Всего 12 баллов. Сопоставьте изображения (А – Е) с названиями листовых пластинок (1 – 6) и установите направление эволюции макрофиллов цветковых растений от ранних форм к более поздним, записав ответ в виде последовательности букв и цифр, например, А6Е2Б3Д4В5Г1
Типы листовых пластинок:
- овальная;
- пальчатораздельная;
- пальчатосложная;
- перистосложная;
- тройчатолопастная;
- яйцевидная.
Ответ:
В1Е6Б5Г2Д3А4
Для решения этого задания олимпиады «Ломоносов» необходимо продемонстрировать знание морфологии растений и понимание филогенетических закономерностей (усложнения структур в ходе эволюции).
1. Сопоставление изображений и типов листовых пластинок
Проанализируем каждое растение на рисунке:
- А — Acer negundo (Клён ясенелистный): Лист состоит из нескольких отдельных листочков, расположенных вдоль общей оси (рахиса). Это перистосложная пластинка. (А4)
- Б — Ribes uva-crispa (Крыжовник): Лист простой, но пластинка разделена вырезами примерно на 1/3 ширины на три основные части. Это тройчатолопастная пластинка. (Б5)
- В — Maranta leuconeura (Маранта): Лист простой, цельнокрайний, имеет форму правильного овала (самая широкая часть посередине). Это овальная пластинка. (В1)
- Г — Ficus carica (Инжир): Лист простой, но вырезы пластинки глубокие (более половины расстояния до центральной жилки), деления расходятся радиально. Это пальчатораздельная пластинка. (Г2)
- Д — Cannabis sativa (Конопля): Лист состоит из отдельных листочков, которые все крепятся к одной точке на верхушке черешка. Это пальчатосложная пластинка. (Д3)
- Е — Urtica dioica (Крапива): Лист простой, цельный, основание шире верхушки, напоминает очертание яйца. Это яйцевидная пластинка. (Е6)
2. Направление эволюции макрофиллов
Эволюция листа у цветковых растений шла по пути увеличения площади фотосинтезирующей поверхности и оптимизации водообмена через расчленение пластинки. Основной вектор развития (морфогенетический ряд):
- Цельные листья (самые примитивные формы: яйцевидные, овальные).
- Расчлененные листья (появление лопастей, затем глубоких разделов).
- Сложные листья (крайняя степень расчленения, где пластинка распадается на отдельные листочки, что уменьшает парусность и защищает от перегрева).
Логика последовательности:
- Начало: Простые цельные формы (Е6, В1). Яйцевидная форма часто считается исходной для многих групп.
- Середина: Переход к расчленению. Сначала лопасти (Б5), затем глубокое разделение (Г2).
- Завершение: Переход к сложным структурам. Перистосложный лист (А4) и, как венец специализации в данной выборке, пальчатосложный (Д3).
Рекомендация для абитуриента:
При ответе на подобные задания в бланках МГУ всегда поясняйте, что в основе эволюционного ряда лежит закон увеличения расчлененности листовой пластинки. Это показывает экспертам, что ваш ответ — не угадывание, а результат научного анализа.
Задача 3. Всего 16 баллов. Рассмотрите схему жизненного цикла и заполните таблицу.
| Номер на схеме | Роль в системе «паразит-хозяин» | Положение в системе животных | |
| Тип | Класс | ||
| 1 | |||
| 2 | |||
| 3 | |||
| 4 |
Ответ:
На схеме представлен жизненный цикл дигенетического сосальщика (трематоды). Подобные циклы характерны для паразитов, использующих смену нескольких хозяев для завершения развития.
Ниже приведен разбор по пунктам в соответствии с требованиями олимпиадного уровня.
Пункт 1: Брюхоногий моллюск
- Роль в системе: Первый промежуточный хозяин. В нем происходит бесполое размножение личиночных стадий паразита (спороцист и редий) путем партеногенеза, что приводит к многократному увеличению численности особей.
- Тип: Моллюски (Mollusca).
- Класс: Брюхоногие (Gastropoda).
Пункт 2: Церкария (личинка паразита)
- Роль в системе: Свободноживущая расселительная стадия (инвазионная для второго промежуточного хозяина). Её задача — выйти из моллюска в воду, найти следующего хозяина и внедриться в его ткани.
- Тип: Плоские черви (Platyhelminthes).
- Класс: Сосальщики / Трематоды (Trematoda).
Пояснение: Здесь оценивается систематическое положение самого паразита, так как на этом этапе он не находится внутри хозяина.
Пункт 3: Ракообразное (бокоплав/амфипода)
- Роль в системе: Второй промежуточный (дополнительный) хозяин. Здесь церкария превращается в метацеркарию — покоящуюся стадию, которая покрывается защитной оболочкой (цистой) и ожидает поедания окончательным хозяином.
- Тип: Членистоногие (Arthropoda).
- Класс: Ракообразные (Malacostraca).
Пункт 4: Птица (кулик)
- Роль в системе: Окончательный (дефинитивный) хозяин. В кишечнике птицы паразит достигает половозрелой стадии (мариты) и приступает к половому размножению. Яйца паразита выходят во внешнюю среду с пометом.
- Тип: Хордовые (Chordata).
- Класс: Птицы (Aves).
Методические пояснения для подготовки:
- Хозяева: Окончательным всегда называют того, в ком паразит размножается половым путем. Промежуточным — того, где происходит либо только рост, либо бесполое размножение.
- Чередование поколений: В жизненном цикле трематод наблюдается гетерогония — чередование типичного полового размножения (у марит) и партеногенетического (у личинок в моллюске). Это важный адаптивный механизм для выживания вида, так как вероятность случайного поедания хозяина в природе крайне низка.
- Специфичность: Первый промежуточный хозяин для трематод всегда является узкоспецифичным (конкретный вид моллюска), в то время как круг окончательных хозяев может быть шире.
Задача 4. Всего 10 баллов. Один скептик обвинил известного ботаника L, что тот тратит время на «низшие растения» – ничего из себя не представляющую ерунду. В ответ L пообещал выступить в клубе скептиков, и показать красоту и значимость объектов своего изучения. Он набросал для доклада тезисы, помогите ему подобрать наиболее подходящие примеры из перечисленных: a) Dinophyta, б) Cyanophyta,в) Bacillariophyta, г) Fucophyceae, д) Rhodophyta, е) Basidiomycota.. В некоторых случаях можно привести больше одного примера. Ответ запишите в виде сочетания цифр и букв: 1 – а; 2-б, в…
| Номер | Тезис | Примеры |
|---|---|---|
| 1 | В морях формируют подводные леса – келп (Kelp) | |
| 2 | Могут разрушать и питаться лигнифицированной целлюлозой (древесиной) | |
| 3 | Основной источник первичной продукции в океане | |
| 4 | Принимают заметное участие в круговороте кремния в природе | |
| 5 | В морях являются причиной красных приливов (Red Tide) | |
| 6 | Могут усваивать азот из атмосферы | |
| 7 | Принимают участие в постройках коралловых рифов и круговороте кальция в природе | |
| 8 | Могут быть самым крупным организмом на земле | |
| 9 | Могут совмещать фотосинтез с «охотой» (голозойным питанием) | |
| 10 | Могут светиться в темноте (биолюминесценция) |
Ответ:
1 – г, д; 2 – е; 3 – в (а, б, г, д); 4 – в; 5 – а, в; 6 – б; 7 – а, д; 8 – е; 9 – а; 10 – а, е.
Краткая аргументация для самопроверки:
- 1 (Подводные леса): Помимо бурых водорослей (г – келп), крупные представители красных водорослей (д) также формируют густые придонные сообщества.
- 3 (Первичная продукция): Хотя диатомеи (в) — лидеры, вклад в фотосинтез в океане вносят практически все фотоавтотрофы из списка (а, б, г, д).
- 5 (Красные приливы): Традиционно вызываются динофитами (а), но массовое «цветение» некоторых диатомей (в) также приводит к выделению токсинов и изменению цвета воды.
- 7 (Коралловые рифы): Красные водоросли (д) участвуют в цементации рифа, а динофиты (а) являются симбионтами кораллов (зооксантеллами), без которых рост рифа невозможен.
- 10 (Биолюминесценция): Характерна не только для морских динофитов (а), но и для ряда высших грибов (е), чьи плодовые тела или мицелий способны светиться в темноте.
Задача 5. Всего 12 баллов. На рисунке представлен репертуар песен двух самцов певчей зонотрихии (Melospiza melodia) из семейства овсянковых. Отметьте в таблице крестиками, какие пары песен будут петь самцы в случае, если они встретятся друг с другом на границе своих территорий, а минусами – все другие варианты.
| А | Б | В | Г | Д | Е | |
| Ответ |
Ответ:
| А | Б | В | Г | Д | Е | |
| Ответ | + | + | + | – | – | – |
Обоснование для олимпиадной работы:
- Биологический механизм (Song Matching):
Взаимодействие самцов певчей зонотрихии (Melospiza melodia) на границах территорий основано на стратегии «адресного подражания» (song matching). Когда один самец исполняет песню, а второй отвечает ему точно таким же типом песни из своего репертуара, это расценивается как сигнал высокой степени агрессии и готовности к физическому столкновению. - Критерий отбора пар (Анализ сонограмм):
Для ответа подходят только те пары, которые являются общими (shared songs) для обоих самцов. При анализе сонограмм мы ищем идентичность по трем параметрам:- Частотный диапазон (ось кГц): Слоги должны располагаться на одном уровне.
- Временная структура (ритм): Длительность отдельных звуков и пауз между ними должна совпадать.
- Морфология звука (рисунок): Визуальный «отпечаток» каждого элемента (свиста, трели, штриха) должен быть одинаковым.
- Сравнительный анализ:
- Пары А, Б, В: Демонстрируют полное структурное совпадение. Все элементы (вводные свисты, срединные модуляции и финальные трели) идентичны. Это те песни, которые самцы используют для «дуэли».
- Пара Г: Несмотря на некоторое сходство (наличие длинного свиста в начале), структура последующих элементов и их частотная модуляция существенно различаются. Это не «матчинг».
- Пары Д, Е: Представляют собой уникальные, индивидуальные типы песен, которые не имеют аналогов в репертуаре соседа.
Методическая справка:
Подобные задания проверяют понимание вокального обучения у птиц. Самцы учат песни у своих соседей, формируя «местный диалект». Наличие общих песен (А, Б, В) позволяет им эффективно коммуницировать и избегать лишних драк, решая территориальные споры через вокальное противостояние.
Задача 6. Известно, что у пациента минутный объем кровообращения равен 7,5 л. При этом среднее расстояние между R-зубцами на электрокардиограмме составляет 15 мм. Скорость протяжки бумаги в кардиографе – 25 мм/с.Рассчитайте ударный объем у данного пациента (в миллилитрах).
Ответ:
Решение задачи по физиологии (Олимпиада «Ломоносов» МГУ)
Для решения задачи нам необходимо связать показатели электрокардиограммы (ЭКГ) с гемодинамическими параметрами сердца. Основная формула, связывающая минутный объем кровообращения (\(МОК\)) и ударный объем (\(УО\)):
Этап 1. Определение длительности одного сердечного цикла (\(T\))
Длительность цикла соответствует интервалу \(R-R\) на ЭКГ. При скорости бумаги \(v = 25\) мм/с и расстоянии между зубцами \(d = 15\) мм, время одного сокращения составит:
Этап 2. Расчет частоты сердечных сокращений (\(ЧСС\))
Частота сокращений — это количество циклов в минуту (60 секунд):
Этап 3. Расчет ударного объема (\(УО\))
Переведем \(МОК\) в миллилитры: \(7,5 \text{ л} = 7500 \text{ мл}\). Выразим и вычислим ударный объем:
Ответ: Ударный объем пациента составляет 75 мл.
Методические пояснения для подготовки:
- Интервал R-R: Важнейший показатель на ЭКГ, отражающий время между деполяризациями желудочков. На олимпиадах МГУ часто проверяют умение переводить линейные величины (мм) во временные (с) через скорость протяжки.
- Нормативные показатели: Полученный результат (75 мл) соответствует физиологической норме взрослого человека (60–80 мл). Высокий \(МОК\) (7,5 л) при нормальном \(УО\) объясняется развившейся тахикардией (\(ЧСС = 100\)).
- Размерности: Всегда переводите литры в миллилитры до начала деления, чтобы избежать ошибок в порядках чисел.
Задача 7. Всего 10 баллов.
Для определения первичной продукции фитопланктона широко используют «скляночный метод». В основе метода лежит уравнение фотосинтеза:
в котором количество потреблённой углекислоты или количество выделившегося кислорода пропорционально количеству образовавшегося органического вещества.
Три склянки одного объема заполняют водой из водоема, содержащей фитопланктон. В первой склянке определяют начальное содержание кислорода. Вторую и третью склянки экспонируют в естественной среде 24 часа (третья склянка полностью светонепроницаема), и затем в обеих определяют концентрацию кислорода.
Пусть исходное содержание \(O_2\) — 13,03 мг/л.
В темной склянке после экспозиции \(O_2\) — 12,23 мг/л.
В светлой склянке после экспозиции \(O_2\) — 17,08 мг/л.
Рассчитайте чистую и валовую продукцию в пробе в C мг/л, используя коэффициент пересчета от кислорода к углероду 0,4.
Ответ:
Решение задачи 7 (Олимпиада «Ломоносов» МГУ)
В основе скляночного метода лежит сравнение изменений концентрации кислорода в светлой и тёмной склянках:
- в светлой склянке идет фотосинтез + дыхание
- в тёмной — только дыхание
Следовательно:
- чистая продукция (ЧП) = изменение O₂ в светлой склянке
- дыхание (R) = уменьшение O₂ в тёмной склянке
- валовая продукция (ВП) = ЧП + R
1. Рассчитаем чистую продукцию (по светлой склянке)
2. Рассчитаем дыхание (по тёмной склянке)
3. Рассчитаем валовую продукцию
4. Переведём из кислорода в углерод (коэффициент 0,4)
Чистая продукция:
Валовая продукция:
Ответ:
Чистая продукция = 1,62 мг/л C
Валовая продукция = 1,94 мг/л C
Важно знать:
- Светлая склянка показывает чистую продукцию (фотосинтез минус дыхание)
- Тёмная склянка показывает дыхание
- Валовая продукция всегда рассчитывается как сумма чистой продукции и дыхания
Обратите внимание:
- Если кислород уменьшается — это дыхание
- Если увеличивается — это результат фотосинтеза
- Всегда проверяйте, откуда что вычитать — это частая ошибка
Полезно запомнить:
- Формула: ВП = ЧП + R
- Коэффициент 0,4 часто используется для перевода O₂ → C
- Задачи такого типа — классика олимпиад МГУ
Частая ошибка:
- Путают, где дыхание, а где продукция
- Вычитают значения в неправильном порядке
- Забывают добавить дыхание при расчёте валовой продукции
Задача 8. Всего 12 баллов. В Молдавии у кукурузы были обнаружены растения, которые не дают жизнеспособной пыльцы. Этот признак наследуется вместе с митохондриями по материнской линии. Обозначим соответствующий генотип митохондрий как М-МТ (мужская стерильность молдавского типа, митохондрии). Норму обозначим как N-МТ. В ядерном геноме есть ген Rf3 (Restorer of fertility), который восстанавливает жизнеспособность пыльцы. Аллель rf3 рецессивный, и восстанавливать жизнеспособность пыльцы не может. Соответственно растения с генотипом rf3rf3 М-МТ не дают жизнеспособной пыльцы, а с генотипом Rf3 – М-МТ – полностью фертильны. Какое расщепление потомков во втором поколении по признаку стерильности должнонаблюдаться при скрещивании родительской пары Rf3Rf3 М-МТ (женское растение) × rf3rf3 N-МТ (мужское растение)?
Ответ:
Решение задачи (генетика, цитоплазматическое наследование)
В задаче рассматривается цитоплазматическое (митохондриальное) наследование и взаимодействие его с ядерным геном-восстановителем фертильности.
1. Анализ условия
- Митохондрии наследуются только по материнской линии
- М-МТ → вызывает мужскую стерильность
- N-МТ → нормальные митохондрии
- Ген Rf3 — доминантный восстановитель фертильности
- rf3rf3 → не восстанавливает фертильность
Важно:
- \( rf3rf3 \, M\text{-}MT \) → стерильные растения
- \( Rf3\_ \, M\text{-}MT \) → фертильные растения
2. Родительское скрещивание
Женское растение:
Мужское растение:
Так как митохондрии наследуются только от матери, все потомки получат:
3. Первое поколение (F₁)
Скрещивание по ядерному гену:
С учётом митохондрий:
Так как есть доминантный аллель \(Rf3\), все растения:
→ фертильны
4. Второе поколение (F₂)
Скрещивание:
Расщепление по ядерному гену:
Все потомки получают митохондрии:
5. Определение фенотипов
- \( Rf3Rf3 \, M\text{-}MT \) → фертильные
- \( Rf3rf3 \, M\text{-}MT \) → фертильные
- \( rf3rf3 \, M\text{-}MT \) → стерильные
6. Итоговое расщепление
Фертильные : стерильные
Ответ:
Во втором поколении наблюдается расщепление по признаку стерильности: 3 фертильных : 1 стерильный.
Важно знать:
- Митохондрии наследуются строго по материнской линии
- Ядерные гены могут «подавлять» цитоплазматические эффекты
- Такие системы называются CMS (cytoplasmic male sterility)
Обратите внимание:
- Несмотря на цитоплазматическое наследование, расщепление определяется ядерным геном
- Все потомки имеют одинаковые митохондрии → различие только из-за Rf3
Полезно запомнить:
- Если есть ген-восстановитель → анализируем как обычное моногибридное скрещивание
- Без восстановителя все растения с М-МТ были бы стерильны
Частая ошибка:
- Пытаются учитывать митохондрии от отца (это неверно)
- Забывают, что Rf3 — доминантный ген
- Думают, что расщепление не будет менделевским
Задача 9. Всего 12 баллов. В высокогорном ущелье Анд проживает изолированное племя из 12400 человек. Соплеменники имеют только чёрные, каштановые или рыжие волосы без оттенков, причём цвет волос определяется тремя аллелями одного гена. Частоты встречаемости аллелей в этом племени: В (чёрный) – 0,5; b (каштановый) – 0,3; br – 0,2 (рыжий). Чёрный цвет волос доминирует над каштановым, а каштановый – над рыжим. Между людьми племени свободно заключаются браки без каких-либо социальных ограничений. Однако в браки с окружающими народами они не вступают. Какова численность жителей с чёрным, каштановым и рыжим цветом волос в этой народности? Какова частота фенотипов по цвету волос?
Ответ:
Решение задачи (популяционная генетика, множественный аллелизм)
Задача решается с использованием закона Харди–Вайнберга для системы с тремя аллелями одного гена.
1. Анализ условия
- Численность популяции: 12400 человек
- Аллели:
- \( B \) — чёрный (частота 0,5)
- \( b \) — каштановый (частота 0,3)
- \( br \) — рыжий (частота 0,2)
- Иерархия доминирования:\[ B > b > br \]
- Популяция изолирована → выполняется равновесие Харди–Вайнберга
2. Генотипические частоты
Для трёх аллелей используются формулы:
где:
- \( p = 0{,}5 \)
- \( q = 0{,}3 \)
- \( r = 0{,}2 \)
Рассчитаем:
3. Определение фенотипов
- Чёрные волосы: все генотипы с аллелем \( B \)\[ BB + Bb + Bbr = 0{,}25 + 0{,}30 + 0{,}20 = 0{,}75 \]
- Каштановые волосы: есть \( b \), но нет \( B \)\[ bb + bbr = 0{,}09 + 0{,}12 = 0{,}21 \]
- Рыжие волосы: только\[ brbr = 0{,}04 \]
4. Проверка
Распределение корректно.
5. Численность людей
Чёрные волосы:
Каштановые волосы:
Рыжие волосы:
Ответ:
Чёрные волосы — 9300 человек (0,75)
Каштановые волосы — 2604 человека (0,21)
Рыжие волосы — 496 человек (0,04)
Важно знать:
- При множественном аллелизме используется расширенная формула Харди–Вайнберга
- Доминирование влияет на фенотип, но не на частоты генотипов
Обратите внимание:
- Сначала считаются генотипы, потом объединяются в фенотипы
- Доминирующий аллель «перекрывает» остальные
Полезно запомнить:
- \( B \) даёт чёрный цвет в любом сочетании
- Каштановый проявляется только без \( B \)
- Рыжий — только в гомозиготе
Частая ошибка:
- Сразу считать фенотипы, не расписав генотипы
- Забывать про гетерозиготы (2pq, 2pr, 2qr)
- Ошибаться в доминировании