Результати олімпіади з біології для студентів біофаку ХНУ імені В. Н. Каразина

28 лютого на біологічному факультеті було проведено міні-олімпіаду з біології. Переможниця минулих олімпіад, Valeriia Sapozhnikova, не змогла взяти в ній участі. Тим не менш, рішенням журі (Kateryna Vasylivna Kot, Yevheniia Oleksandrivna Kiosia та я, Dmytro Andriiovych Shabanov, як голова) Valeriia Sapozhnikova все одно буде відправлена від нашого факультету на Всеукраїнську олімпіаду. Таким чином, у тому конкурсі, який ми провели, розігрувалося одне переможне місце, що забезпечує участь в олімпіаді в Житомирі.

На початку я хочу повідомити завдання та обговорити ті критерії, за якими їх оцінювали.

Завдання 1.

Завдання 1а.

Зерна свіжозібраної кукурудзи мають солодкий смак завдяки високому вмісту цукру. Кукурудза, яку продають через кілька днів після збирання, менш солодка.

Щоб зберегти солодкий смак свіжозібраної кукурудзи, очищені качани занурюють на 2–3 хвилини в киплячу воду («бланшують»), а потім охолоджують у холодній воді. Оброблена таким чином кукурудза в замороженому вигляді зберігає свій солодкий смак.

Які біохімічні процеси лежать в основі такої обробки і чому відбувається «втрата» солодкого смаку, якщо цю обробку не проводити? Поясніть.

Завдання 1б.

Фермент глюкозооксидаза каталізує окиснення β-D-глюкози до D-глюконо-δ-лактону, а далі — до глюконової кислоти з утворенням пероксиду водню. Цей фермент виявляє високу специфічність до β-глюкози і не діє на α-глюкозу.

Проте глюкозооксидазну реакцію широко використовують для клінічного визначення загального вмісту глюкози в крові — тобто в розчині, що містить суміш β- і α-D-глюкози. Як ви думаєте, чому це можливо?

Які переваги дає використання глюкозооксидази порівняно з реактивом Фелінга?

Для довідки: Реакція Фелінга — якісна реакція, що протікає за рахунок перетворення вільних напівацетальних (кінцевих) гідроксилів вуглеводу в альдегідну групу, здатну окислюватися, що надає речовині відновлювальних властивостей. Таким чином, з комплексної сполуки міді з сегнетовою сіллю (реактив Фелінга) при взаємодії з такими вуглеводами утворюється Cu2O червоного кольору.

Відповіді та коментарі результатів

№ 1. Висока температура є денатуруючим агентом щодо ферментів, які перетворюють солодкі моно- та невеликі олігосахариди на безсмаковий крохмаль. А холод інгібує дію тих ферментів, які не встигли проденатурувати. Ну і всякі пояснення на тему ферментів, вуглеводів та денатурації також вітаються.

№ 2. В результаті мутаротації вся альфа-форма перейде в бету, коли вся бета окислиться. Ну і теж окислиться. Підсумок — вся глюкоза окислилася, перетворилася на глюконову кислоту та перекис. Це і використовують у лабораторному тесті. А реакція Фелінга показує не лише глюкозу, а й купу інших відновлювальних вуглеводів (про це студенти можуть дізнатися безпосередньо з довідки про реакцію, якщо уважно прочитають і згадають хімію, навіть шкільну), тому її використання не є переважним, а результати щодо глюкози не є точними.

Оскільки було 2 питання, і кожне з них містило по 2 підпитання, то бали виставлялися на такій підставі:

0 — відповідь неправильна;
1 — відповідь майже правильна, проте висвітлена не повністю;
2 — відповідь правильна.

Підсумок:

за питання 1а можна було отримати 2+2=4 бали;
за питання 1б можна було отримати 2+2=4 бали.

Максимально можлива кількість балів за обидва завдання — 8 балів.

На жаль, 8 балів немає ні в кого. Однакову кількість (максимальну) набрали учасники під номерами 1, 2 і 3. У всіх них по 6 балів. Хотіла виділити когось із них, але не змогла. В одного одне добре написано, в іншого — інше. Один про одне написав нісенітницю, інший — про інше. Деякі роботи повеселили. Одна з робіт засмутила (набраних балів 0).

Завдання 2.

На рисунку представлені хромосомні набори самиці та самця плодової мушки (Drosophila melanogaster).

Плодові мушки амфіміктичні (тобто розмножуються статевим шляхом, з заплідненням). Гамети і у самців, і у самиць утворюються з проходженням мейозу, проте у самців мейоз відбувається без кросинговеру.

Оцініть, яка ймовірність того, що плодова мушка не успадкує жодного гена від свого дідуся? А від своєї бабусі?

Відповідь

Як не дивно, досить просту задачу про мушку та її (або його) дідуся правильно не розв’язав жоден з учасників. Учасник № 6 дав підсумкову оцінку, близьку до правильної, проте зрозуміти його розв’язок практично неможливо — настільки специфічним чином він оформлений.

Ключ до правильного розв’язання полягає в тому факті, що у самців дрозофіли в мейозі не відбувається кросинговер. У науковій літературі таку ситуацію позначають терміном «ахіазматичний мейоз». Це явище найбільш повно досліджено саме на плодових мушках, хоча воно відоме ще й у цілого ряду інших безхребетних (зокрема у деяких молюсків, планарій, веслоногих ракоподібних, кліщів, павуків, скорпіонів та дуже багатьох груп комах), а також у деяких квіткових рослин. У більшості випадків ахіазматичний мейоз приурочений до гаметогенезу і, як правило, має місце лише у гетерогаметної статі.

Отже — яка ж ймовірність, що наша плодова мушка (назвемо її пробандом) не отримає жодного гена від свого дідуся або своєї бабусі?

Цілком природно, що дідусів у мушки-пробанда аж два (і бабусь — стільки ж), тому ймовірності для них потрібно оцінювати незалежно.

Почнемо з бабусі по материнській лінії. Для неї ймовірність не передати пробанду жодного гена практично дорівнює нулю, оскільки вона точно передасть своїй дочці (матері пробанда), а згодом і самому пробанду гени своєї мітохондріальної ДНК.

Для дідуся по материнській лінії така ймовірність також зникаюче мала, оскільки в мейозі матері пробанда його гени перемішаються з генами його «дружини» в результаті кросинговеру і майже напевно хоч якісь з них потраплять у кожну яйцеклітину матері пробанда, а отже і в геном пробанда.

З дідусем по батьківській лінії ситуація докорінно інша, оскільки у батька пробанда кросинговер не відбувається. Це має два цікавих наслідки:

По-перше, єдиним джерелом рекомбінації в гаметогенезі батька пробанда (а отже — і джерелом різноманітності гамет) залишається незалежне розходження хромосом в анафазі I. Це означає, що генетичне різноманіття гамет, які може продукувати цей самець дрозофіли, по суті, дуже невелике.

По-друге, кожна окремо взята хромосома батька пробанда (від кого з батьків вона б не була отримана) або передається нащадкам цілком, або не передається взагалі. Таким чином, батько пробанда з досить високою ймовірністю може продукувати гамети, які зовсім не міститимуть хромосом одного з батьків.

Ймовірність того, що пробанду буде передана від батька кожна окремо взята хромосома дідуся, дорівнює 1/2 (це перший закон Менделя в чистому вигляді). Усього дідусевих хромосом у каріотипі батька пробанда — 4, відповідно ймовірність, що не буде передана жодна з них (а отже, і жоден з дідусевих генів), дорівнює (1/2)4, тобто 1/16, або 6,25%. Рівно з такою ж ймовірністю пробанду будуть передані від батька всі 4 хромосоми дідуся (а отже — жодної хромосоми бабусі). У решті 14/16, або 87,5% випадків пробанд успадкує від батька гени як бабусі, так і дідуся.

Стать пробанда та особливості передачі статевих хромосом для розв’язання жодного значення не мають. Ймовірність передачі пробанду мітохондріальної ДНК бабусі по батьківській лінії через сперматозоїд батька пробанда відмінна від нуля, але нею, либонь, можна знехтувати.

Відповідь: ймовірність не успадкувати жодного гена від дідуся — 6,25%, від бабусі — така ж.

Завдання 3.

Як протягом геологічного часу змінювалася кількість видів живих організмів, що населяють Землю? Які фактори на неї впливають?

Відповідь та коментарі

Малюнка, який описував би динаміку і морських, і наземних форм, під рукою не виявилося, тому можна скористатися оцінкою динаміки морських форм життя. Слід підкреслити, що динаміка кількості морських таксонів вивчена краще через кращі умови для захоронення морських організмів. Зрозуміло, що значна кількість наземних видів з’являється, починаючи з девону-карбону, а потім зростання загальної кількості видів має бути ще більш різким.

Ось ілюстрація, взята з сайту Олександра Маркова. На ній показано динаміку родів морських тварин протягом фанерозою. Цифрами на графіку позначено ключові події, описи яких можна знайти на сайті Маркова за посиланням. Зрозуміло, що кількість родів тісно пов’язана з кількістю видів (коливання якої є більш різкими). Кількість видів рослин, грибів та протистів суттєво менша, ніж кількість видів тварин, і її врахування незначно змінить загальну картину. Нарешті, що слід вважати «видом» у прокаріотів, ясності немає, динаміка кількості їхніх форм практично невідома, але, очевидно, також слабко впливає на загальну картину.

Цю картину можна описати так. Кількість видів практично весь час зростає, але під час кризів більш-менш різко падає. Основний зміст останніх геологічних епох — надзвичайно швидке зростання. Ми живемо в час найбільшого в історії різноманіття форм життя. Протягом останніх століть почалося незначне (на загальному тлі) зниження кількості видів. Його можна вважати надзвичайно різким вимиранням через його швидкість, але загальну картину різноманіття воно поки змінило несуттєво.

Найважливіші фактори зміни числа видів:
— збільшення кількості потенційних екологічних ніш по мірі зростання різноманіття життя;
— геологічні та космічні пертурбації;
— зміни характеру циркуляції атмосфери та гідросфери (що змінюють характер і різноманіття кліматичних зон);
— положення континентів, яке то призводить до формування глобальних ареалів, то дробить біосферу на окремі зони;
— геологічно стрімка антропогенна перебудова біосфери (в най-найостанніший час).

Між палеонтологами-геологами та палеонтологами-біологами весь час ведуться суперечки про те, якою мірою еволюція біосфери спрямовується геологічними причинами. Ймовірно, внесок абіотичних факторів (змін клімату, вивержень вулканів, падіння астероїдів та іншого) був досить помірним, і еволюція біосфери керувалася насамперед своєю внутрішньою логікою.

Я повинен визнати, що, виставляючи оцінки, я переглянув свою першу оцінку. Відповіли досить невдало. Я виставив оцінку, перерахував бали і побачив, що за сумою балів визначити перше місце неможливо. Я ще раз переглянув роботи і підвищив свою оцінку за роботу, яку одразу вважав найкращою (учасника № 2). У цій роботі немає багато чого, що я хотів би побачити у відповідях, але ця робота виявилася єдиною, в якій не було помилок і нісенітниці. Це і визначило підсумковий розподіл місць.

Результати

| Прізвище | Курс | Код | Завдання 1 | | | Завдання 2 | Завдання 3 | Доля набраних балів від максимального, % | | | Всього, % |
| --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- | --- |
| | | | 1а | 1б | Всього | | | Завдання 1 | Завдання 2 | Завдання 3 | |
| Telichenko Vladyslav | II | 1 | 2+0 | 2+2 | 6 | 1,5 | 3 | 33,3 | 20,0 | 16,7 | 70,0 |
| Drohvalenko Mykola | II | 2 | 2+2 | 0+2 | 6 | 0,5 | 6 | 33,3 | 6,7 | 33,3 | 73,3 |
| Moskalev Vitaliy | II | 3 | 2+1 | 2+1 | 6 | 1 | 3 | 33,3 | 13,3 | 16,7 | 63,3 |
| Petrova O. | II | 5 | 0+2 | 0+0 | 2 | 1,5 | 3 | 11,1 | 20,0 | 16,7 | 47,8 |
| Ostras Danylo | IV | 6 | 2+0 | 1+0 | 3 | 2,5 | 4 | 16,7 | 33,3 | 22,2 | 72,2 |
| Shlakhter M. | II |7 | 2+2 |1+0 |5 |1,5 |4 |27,8 |20,0 |22,2 |70,0 |
| Cherepashchuk Ivan | I |9 |0+0 |0+0 |0 |0 |0 |0,0 |0,0 |0,0 |0,0 |
| Shulik Viktoriia | IV |10 |1+1 |0+0 |2 |1,5 |3 |11,1 |20,0 |16,7 |47,8 |

Таким чином, переможцем факультетської олімпіади оголошується Drohvalenko Mykola. Прошу його знайти мене 3 березня, щоб оформити заявку на його відправку на Всеукраїнську олімпіаду в Житомир разом з Sapozhnikova Valeriia.

Від імені журі вітаю Mykola та дякую всім учасникам олімпіади.

Прошу всіх студентів біофаку об'єднатися з усіма нашими співгромадянами перед обличчям зовнішньої загрози. Будь ласка, бережіть себе і не піддавайтеся на провокації маніпуляторів. Пам'ятайте: в інтересах усіх громадян України, щоб наша країна залишалася вільною, мирною та незалежною!