Студентам-экологам задали придумать суперэффективного хищника. Помогите им перечислить особенности его строения и образа жизни.

Класс.

6-1 В чем преимущества и недостатки крупных плодов у растений?

Для школьников сложность ответа на этот вопрос заключалась в том, что из формулировки вопроса было не совсем понятно, нужно ли назвать плюсы и минусы больших плодов для самих растений, или для кого-то ещё. Наиболее полные ответы рассматривали преимущества и недостатки больших плодов как для их производителей - растений, так и для их потребителей - животных и человека. С последними школьникам всё было более менее понятно: большие съедобные плоды, конечно, содержат больше воды, сахаров, витаминов и других питательных веществ, в них больше места для личинок насекомых, да и найти их проще. С другой стороны - большие плоды тяжёлые, их сложно собирать и перемещать куда-то, например, делая запасы.

Для растений всё не так очевидно: с одной стороны большие плоды часто (но не всегда) содержат больше семян, чем мелкие, или семена в них тоже более крупные, они заметнее и привлекательнее для животных-распространителей. Что, конечно, повышает шансы семян из таких плодов на прорастание, а растений - на размножение. Часто большие плоды - многослойны: в них есть и плотная оболочка для защиты семян, и слой мякоти для привлечения распространителей. Иногда слои играют ещё более интересную роль, например, плоду кокоса слои волокна помогают плавать. Но с другой стороны, на рост и созревание больших плодов тратится больше времени и ресурсов растения. Крупные плоды - дополнительная тяжесть для веток, они могут деформировать или сломать их, могут упасть раньше времени, недозрелыми. Кроме того, для крупных плодов существуют ограничения на способы распространения. Ветер не сможет унести такой плод. Как следствие, многие крупные плоды без животных-распространителей не попадут далеко от материнского растения, а семена, содержащиеся в них, при прорастании будут испытывать жёсткую конкуренцию с другими проростками и с материнским растением.

Важно отметить также некоторые распространённые ошибки: Во-первых, питательные вещества, накопленные в плоде, не идут непосредственно на прорастание семян, как писали некоторые участники олимпиады. Для того, чтобы проросток хоть как-то мог использовать эти вещества, плод должен сгнить. Во-вторых, многие путали распространение семян и опыление.

6-2. Какую пользу животным может принести хождение на задних лапах (например, кенгуру, тираннозавру, еноту и другим)?

В первую очередь имеются в виду животные, которые постоянно передвигаются на задних лапах.

Далее расписаны основные версии ответов, за которые начислялись баллы:

· Передние лапы можно использовать для каких-то других целей (носить в них предметы, детенышей, собирать пищу) – варианты «драться», «рвать добычу» и т.п. оценивались только в тех случаях, когда такой способ передвижения не является основным. У тех животных, которые передвигаются на задних лапах всегда, передние обычно не очень сильные.

· Передвижение на двух конечностях может обеспечить большую скорость, особенно если дополнительно использовать хвост. Также на двух конечностях легче совершать прыжки, можно передвигаться прыжками, можно прыгать в высоту.

· Передвигаясь на двух конечностях, животное становится выше. Это помогает ему: а) увеличить обзор, раньше заметить опасность либо, наоборот, добычу; б) доставать до плодов, растущих высоко на деревьях, или другой пищи; также можно ставить метки территории и размещать эти метки выше; в) производить устрашающее впечатление на врагов, казаться больше и мощнее

Довольно часто встречалась версия про ношение детенышей в сумке – что при передвижении на четырех ногах у кенгуру детеныш бы вываливался из сумки – она оценивалась слабо, т.к. кроме кенгуру есть много других сумчатых, которые ходят на четырех лапах, но никаких подобных проблем у них нет.

Также нередко встречалась версия про способность обороняться от врагов задними лапами, т.к. те становятся мощнее. Она засчитывалась, хотя для этого не обязательно передвигаться только на двух лапах, кроме того, сложно представить, что животное не найдет другого способа обороняться, если больше для него никаких плюсов от ходьбы на двух конечностях нет.

Многие участники вместо преимуществ, которые получит животное от передвижения на задних ногах, указывали приспособления, которые у него в связи с этим должны сформироваться, такие как более сильные мышцы задних лап, хорошо развитый вестибулярный аппарат и многое другое. Такие версии никак не оценивались, хотя встречались очень часто.

6-3 У многих животных (например, насекомых) есть не внутренний скелет, как у нас, а наружный. Какие приспособления позволяют животным сделать такой скелет прочнее, не увеличивая его массу?

Этот вопрос для шестиклассников оказался сложным, ведь зоологии в школе ещё не было, а знания о скелете человека и том, как можно укрепить его с помощью физических упражнений, приёма кальция и витамина D не могут быть применены членистоногими, иглокожими и другими обладателями наружного скелета. Зато те участники олимпиады, которые догадывались использовать для ответа свои знания по естествознанию, да и просто бытовой опыт, оказывались в выигрышном положении.

Итак, какие ответы были правильными и могли принести много баллов? Прежде всего описание изменений в структуре скелета: увеличение толщины одних мест (самых уязвимых) и уменьшение толщины других (так, у раков, на клешнях и спине кутикула очень толстая, а между сегментами - тончайшая плёночка), защита уязвимых мест с помощью других частей тела (жуки прикрывают нижние тонкие крылья верхними прочными надкрыльями), рёбра жёсткости, более толстые прочные опорные элементы, поддерживающие остальной скелет (как жилки на крыльях насекомых), выпуклые элементы скелета, действующие как рессоры, пружинящие при травмах и ударах. Всё это позволяет перераспределить вес разных частей скелета, но не увеличивает общую массу. Слияние нескольких элементов скелета в один общий панцирь также часто позволяет увеличить прочность (например, у речного рака мощный и тяжёлый карапакс прикрывает спинную часть головы и груди, он весит больше, чем весили бы спинные щитки отдельных сегментов, но за счёт того, что хитиновые перегородки между сегментами исчезли, общий вес конструкции сохраняется. Некоторые участники также предлагали сделать скелет полым, пористым. Тогда при незначительных потерях прочности его можно было бы сделать гораздо более толстым, чем сплошной. Кто-то вспоминал о материалах малой плотности. И действительно, у многих насекомых под относительно тонкой кутикулой находится заметное жировое тело - и запас на чёрный день, и дополнительная защита для внутренних органов, придающая прочности всему покрову. При этом весит жировое тело гораздо меньше, чем весил бы хитиновый покров той же толщины.

Кто-то вспомнил о том, что самые массивные раковины среди брюхоногих моллюсков встречаются у тех, которые обитают в водной среде. Это не случайно: в воде на любой организм действует выталкивающая сила, так что очень разумным был совет для существа, желающего облегчить свой наружный скелет и при этом сделать его прочнее, - жить в воде!

Самые распространённые ошибки: пренебрежение фундаментальными физическими законами (многие участники предлагали увеличить толщину скелета "на чуть-чуть", тогда, считали они, масса его не увеличится совсем или пропитать скелет кальцием, что, по их мнению, тоже не должно было прибавить веса) или признание невозможности решения проблемы, уход от ответа.

Студентам-экологам задали придумать суперэффективного хищника. Помогите им перечислить особенности его строения и образа жизни.

В ответе на этот вопрос было особенно важно составить цельный «портрет» хищника, не забывая при этом определение самого понятия. Хищник — организм, который питается только себе подобными. Например, хищники-позвоночные поедают позвоночных. Ежи питаются в основном беспозвоночными, поэтому они не хищники в строгом смысле слова. Тем более, если животное ест траву, ягоды и мелкие организмы (скажем, как кабан), то это уже не хищник.

Эффективный хищник — тот, который не голодает и даже может добыть достаточно пищи своим детёнышам. Например, леопарда и гепарда, которых многие приводили в качестве примера, вряд ли можно назвать эффективными хищниками, ведь им удаётся поймать добычу далеко не каждый раз.

Скорее всего, у такого животного нет естественных врагов, и мощная броня, которую упомянули многие участники, ему не нужна, как не нужны рога (лишний вес). Во всяком случае, средства пассивной защиты обычно не повышают эффективность нападения. Но, конечно, острые зубы и когти, а также крепкие мышцы и скелет помогут в охоте.

Хорошо, если хищник может преследовать жертв практически в любых условиях: в воздухе, на земле и в воде. Конечно, умение и плавать, и бегать, и ходить на задних лапах, и лазать по деревьям, и летать встречается у животных нечасто, но теоретически это возможно.

Очень крупное животное вряд ли сможет быть быстрым и незаметным, а очень мелкое сможет поймать только ещё более миниатюрных существ. Поэтому логично предположить, что у суперэффективного хищника будут средние размеры. Как метко выразился один из участников, такое животное будет похоже на землеройку, увеличенную до размеров собаки. Такой «землеройке» придётся очень кстати умение бесшумно передвигаться, сливаться цветом с землёй или травой, и всякое подобное.

Скорее всего, суперэффективный хищник-одиночка будет охотиться из засады, потому что так тратится меньше сил. В любом случае, ему понадобятся быстрота, ловкость и хорошая координация движений, а также развитый мозг и органы чувств, чтобы выследить жертву. Если предполагается, что животное будет догонять добычу, то помощь собратьев по стае ему не помешает. Идеальное время охоты (день или ночь) зависит от способа охоты (из засады или преследованием, в одиночку или в стае), поэтому баллы ставили за любую версию: «активен ночью», «активен днём», активен и ночью, и днём». Ночным и сумеречным хищникам хорошо бы иметь способность к эхолокации, как у летучих мышей, или «ночное зрение», как у кошек.

Конечно, чем больше потомства у животного, тем более оно успешно. Но это верно и для травоядных, и для паразитов, и вообще для кого угодно. Поэтому те, кто в качестве признака суперэффективного хищника упомянул большую численность потомства (или даже размножение по r-стратегии), получал баллы, но не очень много.

Как и всегда, на вопросы Межрегиональной биологической олимпиады не было предусмотрено единственно верных ответов, поэтому, если вы написали что-то ещё, не упомянутое в данном тексте, это не значит, что ваши версии оказались неправильными.

6-5 Участники природоохранной акции посадили 100 саженцев клёнов на территории 1000 квадратных метров. Через 10 лет лес на этом месте так и не появился, большинство деревьев зачахло. Почему?

Прежде всего, надо отметить два момента. Нигде не было сказано, какой формы была эта территория и как сажали деревья — «по линейке», замеряя расстояние между саженцами, или как получится. Одно ясно: такого скромного пространства для сотни взрослых клёнов точно не хватит, часть деревьев неизбежно погибнет. Неправы те, кто писал, что расстояние между саженцами слишком большое, и они не смогут обмениваться друг с другом питательными веществами. Это же растения одного вида, они конкурируют за ресурсы, а не «дарят» их друг другу, как корни и грибница в составе микоризы. Тесное скопление деревьев привело к тому, что они начали «воровать» друг у друга воду, минеральные вещества и свет. Одни кроны загораживали другие, корни одних саженцев натыкались на корни других. Это мешало клёнам расти, и в итоге они могли погибнуть от недостатка питания. Кстати, паразиты растений в условиях плотной посадки распространяются быстрее и эффективнее.

Далее, мало кто обратил внимание, что лес — это не просто деревья, это ещё и множество других видов растений, это грибы, животные и бактерии. Участники природоохранной акции не обеспечили должного многообразия видов и не посадили вместе с клёнами другие растения и грибы, без которых, возможно, саженцам было трудно расти. Главная идея была в том, что лес — это сложная система взаимосвязей между живыми организмами, которые лучше всего живут вместе, а не по отдельности. Очень жаль, что никто не выразил эту мысль.

В самом вопросе ничего не сказано по поводу того, ухаживали ли люди за несбывшимся лесом. Они могли как забыть про саженцы (не поливать, не обрабатывать пестицидами, не удобрять — всё это было бы важно для получившейся монокультуры), так и перестараться с уходом (например, каждую осень убирать опавшие листья из-под деревьев, как это зачем-то делают в некоторых городах). Теоретически может быть и так, что участники природоохранной акции выбрали место с плохой почвой или посадили деревья в неподходящем климате либо не на ту глубину. Засушливое лето и морозная зима тоже могли сыграть отрицательную роль в судьбе клёнов, но не предполагалось, что это будет основная причина гибели деревьев.

Манечка и Ванечка решили устраивать черепашьи бега. Ванечка, чтобы обеспечить победу своей черепахи, решил выяснить, от чего зависит скорость, с которой она движется к финишу. Предложите эксперименты, которые может провести Ванечка, чтобы получить ответ.

Ответы участников олимпиады на этот вопрос можно разделить на три категории. Первая – это ответы, в которых был описан собственно эксперимент, то есть присутствовала идея измерения скорости черепахи при разных значениях одного параметра или при наличии/отсутствии какого-то фактора. Например, сначала засекать скорость черепахи при низкой температуре воздуха, а затем при высокой. Сравнив результаты, можно сделать вывод о влиянии температуры на скорость. Или другой вариант: засечь скорость черепахи на дистанции сначала просто так, а потом положив еду на финиш в качестве приманки. Так мы узнаем, влияет ли на скорость фактор «наличие приманки». Такой тип ответов оценивался наибольшим количеством баллов, потому что вопрос заключался именно в том, чтобы предложить эксперимент.

Идея сравнения скорости одной и той же черепахи при разных условиях оценивалась выше, чем идея сравнения скорости двух разных черепах при разных условиях, потому черепахи могут отличаться по своим свойствам, например, одна старше, другая моложе; это может повлиять на результаты, и будет непонятно, в чем дело – во влиянии параметра, который вы меняете, или в различии черепах. Но можно было провести такой эксперимент: устроить бега для двух черепах, отличающихся по известному параметру – по весу, по возрасту, по степени сытости и так далее – и на основании разницы в скорости сделать вывод о влиянии этого параметра. Такие ответы тоже оценивались неплохо, но, опять же, проблема в том, что на результаты могут повлиять неучтенные различия двух черепах. Если в ответе присутствовала идея многократного повторения опыта или сравнения большого количества черепах, чтобы избежать фактора случайности, это оценивалось дополнительными баллами.

Вторая категория ответов – это предложения по увеличению скорости черепахи без описания эксперимента. Неплохие идеи встречались такие: положить приманку на финиш (самый популярный ответ), использовать струи воздуха, чтобы подгонять черепаху, поставить греющую лампу на финише (черепаха как холоднокровное пресмыкающееся должна стремиться к теплу), пугать черепаху разными звуками, подтолкнуть её на старте, поместить на финише особь противоположного пола, намазать чем-нибудь лапы для лучшего скольжения/ большего трения, поставить на финиш источник света.

Очень популярным был совет прицепить на черепаху реактивный двигатель, а ещё пугающе часто встречалась идея снять с черепашки панцирь, чтобы ей легче бежалось. Панцирь – это часть скелета черепахи! Он не снимается!

Ответы третьей категории – это предположения о том, какие факторы могут влиять на скорость. Например, температура, время суток, степень сытости, материал дорожки, освещение, здоровье черепахи, возраст, пол, размер, количество сна.

За ответы второй и третьей категории давалось немного, потому что они не содержат описания эксперимента, то есть собственно ответа на поставленный вопрос, но в зависимости от степени разумности предложений какие-то баллы за них получить было можно.

Класс.

7.1. От чего может зависеть, на какую глубину животное роет норы?