ОЛІМПІАДА ШКОЛЯРІВ САНКТ-ПЕТЕРБУРЗЬКОГО ДЕРЖАВНОГО УНІВЕРСИТЕТУ
Загальноосвітній предмет / комплекс предметів: «Дорога в медицину»
Приклади завдань заключного етапу
Завдання 1 (20 балів)
Двоє людей (одного віку і статури) беруть участь в бігу на дистанції 1000 метрів. В кінці дистанції хвилинний обсяг дихання (МОД) у першого бігуна становить 20 літрів, при частоті дихання (ЧД) 40 в хв, у другого - 20 літрів, при частоті дихання 50 в хвилину.
Хто з них є більш тренованим? Поясніть, чому? Розрахуйте дихальний обсяг (ДО). Обчисліть альвеолярную вентиляцію (АВ) у бігунів, т. Е. Кількість повітря, безпосередньо бере участь у газообміні, якщо анатомічно мертвий простір (АМП) у них становить 150 мл. Анатомічним мертвим простором називається обсяг повітроносних шляхів - носоглотки, гортані, трахеї, бронхів, бронхіол, де не відбувається газообміну.
Хвилинний обсяг дихання (МОД) - це загальна кількість повітря, яке проходить через легені за 1 хв.
ДО (першого бігуна) = 20: 40 = 0,5 л / хв (500 мл / хв)
ДО (другого бігуна) = 20: 50 = 0,4 л / хв (400 мл / хв)
Щоб розрахувати, скільки повітря надходить в альвеоли за 1 хвилину у бігунів потрібно з ДО, відняти АМП, і помножити на ЧД, отже:
АВ (першого бігуна) = (500-150) × 40 = 14000 мл / хв або 14 л
АВ (другого бігуна) = (400-150) × 50 = 12500 мл / хв або 12,5 л
З отриманих розрахунків видно, що найбільш тренованим є перший бігун, так як у нього вище альвеолярна вентиляція, рідше частота дихання і більше дихальний обсяг.
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів, якщо тільки розрахував дихальний обсяг, то отримує 5 балів. Якщо учасник обчислив альвеолярную вентиляцію одного бігуна, то отримує 10 балів. Якщо розрахував альвеолярную вентиляцію обох бігунів, але не зробив висновок, то він отримує 15 балів. 20 балів отримує учасник за повну та правильну відповідь.
Завдання 2 (10 балів)
У 60-70-х роках 20-го століття інсектицид ДДТ застосовувався для боротьби з бур'янами. У тканинах пінгвінів, що мешкають в Антарктиді, були виявлені високі концентрації ДДТ, Відомо, що в Антарктиді він не використовувався. Поясніть, яким чином ДДТ виявився в організмі пінгвінів.
Розглянемо харчовий ланцюг: ДДТ з грунту з дощовими водами потрапляє в річки, моря. Там він потрапляє до різних безхребетним, в планктон, якими харчуються риби; далі - мігрує по харчових ланцюгах серед риб, з плином часу добираючись до антарктичних видів риб, якими харчуються пінгвіни.
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів, якщо завдання виконане на 50%, немає висновків або вони не дуже точні, то отримує 5 балів. 10 балів отримує учасник за повну та правильну відповідь. Той учасник, який детально розпише харчовий ланцюг з консументами декількох порядків - отримає додатково 5 балів.
Завдання 3 (10 балів)
У чому полягають переваги статевого розмноження, в якому беруть участь самець і самка, в порівнянні з партеногенетичним або безстатевим?
Статеве розмноження призводить до різноманітності потомства за рахунок виникнення комбинативной мінливості. У особин, що розмножуються статевим шляхом, генетично різноманітне потомство буде в середньому краще пристосоване до мінливих умов середовища, ніж генетично однакові нащадки безстатевого організму. Партеногенез є формою статевого розмноження організмів, при якій жіночі статеві клітини (яйцеклітини) розвиваються в дорослий організм без запліднення. Партеногенез не передбачає злиття чоловічих і жіночих гамет. Таким чином, обміну генетичною інформацією не відбувається.
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів. Якщо зроблені правильні висновки тільки про партеногенетическому або тільки безстатевому розмноженні, або висновків не дуже точні, то отримує 5 балів. 10 балів отримує учасник за повну та правильну відповідь.
Завдання 4 (15 балів)
Відомо, що при близькоспоріднених шлюбах тривалість життя нащадків в результаті таких шлюбів часто зменшується, у них виявляються функціональні порушення, нерідкі також і різні вроджені хвороби і каліцтва. Поясніть, чому це відбувається. Позначте нормальний ген «А», мутантний (несучий якусь хворобу) - «а», виходите з того, що мутантний ген як правило є рецесивним.
Переважна більшість людей здорові і гомозиготні за ознакою, за який відповідає ген А (АА). Коли у такого організму будуть формуватися статеві клітини і гомологічні хромосоми цієї пари розійдуться в дві різні гамети, то кожна з цих гамет буде нести ген А.
Уявімо тепер, що людина гетерозиготен в ознакою: Аа. Чи буде він здоровим? Так, оскільки нормальний ген домінує над мутантом. Однак у цієї людини утворюються гамети двох типів: А і а, тобто одна з них буде нести мутантний ген. Якими можуть бути генотипи нащадків від шлюбу людей з генотипами АА і Аа? Розглянемо всі варіанти:
У двох випадках вийдуть здорові гомозиготні діти (АА), в двох - теж здорові, але гетерозиготні нащадки першого покоління (Аа). Коли ці діти будуть, в свою чергу, вступати в шлюб, то ймовірність того, що привнесло з боку ще одного "а" дуже невелика, швидше за все генотип другого з батьків буде АА. Тому хто б з цих нащадків ні одружився або не вийшов заміж, їхні діти, нащадки другого покоління, будуть здоровими: при поєднанні АА × АА - ніяких проблем не виникає, випадок же Аа × АА ми тільки що розглянули. Головне - хвороба не проявиться в жодного дитини. А якщо нащадки першого покоління будуть укладати шлюби між собою? Тут можливі три варіанти: при схрещуванні АА × АА або АА × Аа народяться здорові діти. Але можливо і такий збіг: Аа × Аа.
Гамети батьків Аа
Гамети батьків Аа
Таким чином, при схрещуванні Аа × Аа з ймовірністю 1: 4 народиться дитина з вираженою хворобою - аа.
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів. Якщо він вирішив тільки один варіант завдання, наприклад, коли обоє батьків гетерозиготні, або один гетерозиготен, а інший гомозиготен, то отримує 5 балів. Якщо учасник тільки вирішив обидва варіанти схематично (намалював решітки) без висновків, то він отримує 10 баллов.15 балів отримує учасник за повну та правильну відповідь з висновками.
Завдання 5 (10 балів)
Як довести, що листопад в наших широтах настає не від зниження температури повітря, а з інших причин (вкажіть, яким)?
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів. Якщо зроблені правильні висновки про вплив світлового дня на листопад, або висновків не дуже точні, то отримує 5 балів. Якщо користувач вказав, чи впливають інші чинники, наприклад, температура на листопад, то він отримує 10 балів.
Завдання 6 (5 балів)
Яку роль у окуня грають плавники: грудні, спинний, хвостовий?
Хвостовий плавець забезпечує рух риби вперед, грудні служать кермом глибини (для зміни руху в вертикальному напрямку), а також для уповільнення руху, хвостовий - забезпечує стабілізацію положення тіла риби при русі (утримує від хитань вправо або вліво).
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів, якщо зроблені правильні висновки про роль одного з плавників в житті риби, то отримує 1,5 бала. Якщо учасник правильно описав роль всіх плавців, то він отримує 5 балів.
Завдання 7 (10 балів)
Близнюки у людини бувають двох типів: однояйцеві (рідше) і разнояйцовие (частіше). Поясніть, як вони виникають.
Разнояйцовие близнюки утворюються при одночасному дозріванні двох (або більше) яйцеклітин, кожна з яких запліднюється власним сперматозоїдом. Оскільки стать зародка визначається в момент запліднення і залежить від того, яку статеву хромосому (Х або У) несе сперматозоїд, розподіл за статтю разнояйцових близнюків випадкове (вони можуть бути як однакової статі, так і різного).
При виникненні однояйцевих близнюків одна яйцеклітина запліднюється одним сперматозоїдом, починається розвиток зародка, але через деякий час (у людини - не більше 10-12 діб) зародок, що складається з дуже великої кількості клітин, розпадається на кілька клітинних комплексів (причини цього явища в природних умовах до кінця не відомі). При вдалому збігу обставин кожен з цих клітинних комплексів може далі розвиватися нормально, і розвиток закінчиться появою на світ близнюків (які завжди будуть однієї статі).
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів. Якщо він вирішив тільки один варіант завдання, наприклад, коли народжуються однояйцеві або разнояйцовие близнюки, то отримує 5 балів. Якщо учасник описав від чого залежить народження як однояйцевих, так і різнояйцевих близнюків, то він отримує 10 балів.
Завдання 8 (20 балів)
Однією з буферних систем, що підтримують необхідну для життєдіяльності організму кислотність крові, є гідрокарбонатна система. Її дія заснована на хімічній реакції дисоціації слабкої вугільної кислоти по першій ступені:
і забезпечується одночасною наявністю в крові вугільної кислоти і гідрокарбонатів лужних металів, в основному натрію. Кислотність будь-якого розчину чисельно виражається величиною рН, що розраховується за формулою pH = # 8209; lg [H +], де [H +] - молярна концентрація іонів водню (концентрація, виражена в моль / л). Рівень кислотності гідрокарбонатної буферної системи визначається рівнянням:
Де [HCO3 # 8209;], [H2CO3] - молярні концентрації вугільної кислоти і гідрокарбонат-іона в розчині. Визначте молярні концентрації вугільної кислоти і бікарбонату натрію в модельному розчині, якщо його рН дорівнює рН крові (7.40), а сумарна концентрація цих речовин становить 0,1 моль / л.
Відповідь приведіть з точністю до тисячних
Приймемо [HCO3 # 8209;] за х, тоді [H2CO3] = 0,1-х.
Підставивши в наведене рівняння відомі значення, отримаємо 7,40 = 6,37 + lg (х / 0,1-х).
Вирішуємо рівняння: 1,03 = lg (х / 0,1-х), х / 0,1-х = 10 1,03. звідки х = 0,092 моль / л.
Відповідь. концентрація бікарбонату натрію # 8209; 0.092 моль / л, концентрація вугільної кислоти - 0.008 моль / л.
Оцінка журі. Якщо учасник олімпіади не розв'язав задачу, то він отримує 0 балів. Якщо вірний хід рішення, але неправильну відповідь, то учасник отримує 10 балів. Якщо завдання виконане повністю, але не збігся відповідь, то він отримує 15 балів. 20 балів отримує учасник за повну та правильну відповідь.