Прогуливаясь по пойменному лугу в Тверской губернии, отставной поручик Чебурков обнаружил на нем тимьян, кирказон, стальник и другие типично степные растения. «Как они сюда попали? – удивился Чебурков. – И как они могут тут расти? Ведь это же верхняя Волга, отсюда до северной границы степной зоны много сотен километров! И если уж растут – почему я их никогда не видел на другом берегу, до которого всего-то метров 150?»
Что вы могли бы ответить на эти вопросы?

Интересен сам факт, что было очень мало версий по данному вопросу, однако, постараемся отметить основные. Главная идея, причина, скрывающаяся в данном задании, довольно простая: большая разница в температурном режиме склонов южной и северной экспозиции. По большей части это один из самых важных факторов, по причине которого на другом берегу не были замечены указанные растения.

Зная, что степные растения приспособлены жить на солнце и практически без воды - можно сделать вывод, что Чебурков находился берегу со степными видами – и это был берег высокий, крутой и со скальными обнажениями, а противоположный – пологий, который чаще будет затапливаться, да и с той стороны будут более низкие температуры и менее пригодные условия для таких растений. Вот мы и столкнулись с тем, что есть определённого рода различия между берегами (помимо температурного режима).

Хотелось бы отметить идею с выпасом скота на противоположном берегу по одной причине, ведь в том месте, где сделаны конкретные наблюдения, это в самом деле так: на южном берегу пасут большое стадо коров и оно подъедает газон, а на северном - серьезных макрофитофагов и нет вовсе. Конечно, чтобы коровы избирательно выедали кирказон, представить трудно, но все же идея не безумная.

Перенос семян ветром через сотни километров через леса и конкретно на один берег - вероятность близка к нулю, поэтому версия отпадает, гидрохория - возможна, однако, стоит отметить, что Волга течет из лесной зоны в степную, а не наоборот.

Любые варианты зоохории, антропохории, случайной инвазии - в целом более чем возможны, однако, мы обращали особое внимание на описание предположений (хотелось бы отдельно отметить, что лошади и собаки плавать всё же умеют, впрочем, как и люди).

Профессору Клюшкину приснился кошмар. Как будто бы гигантская летающая тарелка зависла над Землёй и украла с неё всех животных, включая людей! Дальше было что-то про спасение человечества, и вроде бы профессор принимал в этом самое деятельное участие, но, проснувшись, он мог вспомнить только одно: оказывается, зловредные инопланетяне не догадались заглянуть под поверхность воды, и все ВОДНЫЕ животные остались на Земле! И свою мысль, что, если им не удастся вернуть всех назад, на Земле будет новый выход животных на сушу.

– Вот ведь чушь какая приснится – подумал профессор, – но, однако, интересно, а кто и как из нынешних обитателей морей, рек и озёр мог бы попробовать выйти на сушу в таких условиях? Причём не через миллионы лет, а в более близком будущем?

Профессор хорошо знал биологию, и ещё до завтрака сумел придумать несколько возможных путей. А у вас получится? Рассмотрите несколько разных животных (желательно из разных групп), которые могли бы занять на суше различные экологические ниши. Какие уже имеющиеся у них черты строения могли бы поспособствовать этим животным (либо их потомкам) в закреплении на суше?


В предложенном задании требовалось предложить животных, большую часть жизни проводящих в воде. Распространенная ошибка – участники приводили не животных, а бактерий, микроорганизмов и водорослей. Кроме того, часто рассматривали организмы, для которых полуводный образ жизни не характерен (например, белых медведей). Самыми распространенными были следующие варианты:

- Легочные брюхоногие моллюски – прудовики успешно могут выбираться на сушу для дыхания и не являются узкоспециализированой группой, так что являются отличными кандидатами на заселение суши.

- Ракообразные – действительно, известны ракообразные, которые приобрели легочные мешки для обитания на суше (яркие примеры – мокрицы). Плотные покровы при этом защищают от излишнего испарения, а конечности многих из них подходят для сухопутной локомоции.

- Водные насекомые – неплохой вариант, так как многие из них способны выбираться на сушу.

- Наземные насекомые с водными личинками – отличный способ вернуть хотя бы часть сухопутного биоразнообразия после прилета инопланетян. После метаморфоза такие насекомые вернутся в наземно-воздушную среду очень быстро.

- Амфибии – на данный момент уже существуют преимущественно наземные формы, так что перспектива вторичного их появления вполне реальна.

- Водные черепахи – в зависимости от степени специализации гипотетически могут заселить сушу, так как имеют устойчивые к пересыханию покровы и конечности, приспособленные для наземного передвижения (в случае морских черепах это не работает).

- Морские змеи – есть представители, способные передвигаться по суше, так что они вполне могут выползти на берег и постепенно вернуться к наземному образу жизни.

- Полуводные млекопитающие (бобры, утконосы, выдры и тд) – часть особей может пережить прилет инопланетян в воде и в последствие стать менее зависимыми от водного образа жизни.

- Ушастые тюлени – как и все ластоногие, достаточно спорный вариант, так как группа узкоспециализированная. Однако непосредственно морские котики характеризуются строением поясов конечностей, позволяющим перемещаться по суше.

- Илистые прыгуны и двоякодышащие рыбы – достаточно узкоспециализированные группы. Учитывая, что наземных хищников, являющихся одними из лимитирующих факторов, больше нет, в принципе и они могут получить больше приспособлений к наземно-воздушной среде.

- Кистеперые рыбы в лице латимерии – современный представитель является глубоководной рыбой, не имеющей никаких предпосылок даже к переходу к жизни на мелководье.

- Китообразные – общая анатомия крайне заточена под обитание исключительно в воде. Задний пояс конечностей редуцирован до нескольких костей, не связанных с осевым скелетом, передний преобразован в плавники. Экологически группа крайне привязана к водной среде обитания и не имеет перспектив выхода на сушу.

В большинстве работ китообразные упоминались как кандидаты на заселение суши. Однако, многие уловили преимущества ракообразных и земноводных. Интересным вариантом были также военные с подводных лодок, однако дополнительных баллов эта версия не приносила.

Определённый вид рыб много поколений жил в водоёме, где отсутствовали хищники. Как вы думаете, как могут измениться особенности развития, морфологии и поведения «средней» уцелевшей рыбки через некоторое время после вселения хищных рыб в пределах жизни одного поколения? А через несколько поколений отбора? Обоснуйте ваш ответ

В ответе на вопрос надо было предположить, какие изменения произошли бы у "средней" рыбы популяции в течение одного поколения и спустя несколько поколений.

Как верно отметили некоторые участники, за одно поколение у рыб произойдут в основном изменения поведения (рыбы станут более пугливыми, начнут избегать хищника и всего незнакомого). Если же рассматривать не изменения, а именно сдвиг нормы реакции в результате выедания некоторых рыб, то действительно можно заметить, что "средняя" рыба стала более мелкой (или, напротив, крупной), с менее яркой окраской и более юркая.

Некоторые участники также отметили, что выжившие рыбы могут похудеть от стресса или у них могут быть травмы вследствие нападений хищников. Спустя несколько поколений признаки, увеличивающие выживаемость, закрепятся и могут произойти изменения как в поведении, так и в морфологии и развитии. Рыбы перейдут к более скрытному образу жизни (приобретут маскировочную окраску, будут активнее прятаться, возможно, будут активны в другое время суток, чем хищник), станут более быстрыми и юркими (для этого они могут приобрести обтекаемую форму тела, более крупные плавники), у них могут появиться защитные приспособления, такие как яд или колючки. Также у рыб может появиться забота о потомстве (способность прятать икру, вынашивать мальков во рту и т.п.).

Во многих работах встречались интересные версии, которые либо предполагали наличие у рыб слишком сложного поведения (а рыбы - животные не настолько высокоразвитые), либо появление таких приспособлений, на развитие которых потребовались бы миллионы лет, но никак не несколько поколений.

Одним из важных отличий злокачественных новообразований от доброкачественных является способность к метастазированию. (Метастазирование – это распространение злокачественных клеток из того места, где они впервые образовались, в другую часть тела или в другой орган: напомним, что опухолевые клетки могут отрываться от исходной (первичной) опухоли и перемещаться по организму с помощью кровеносной или лимфатической системы). Как при обнаружении опухоли можно определить является ли она первичным очагом или метастазом (если у данного пациента злокачественная опухоль обнаружена впервые)?

Основной способ отличить клетки первичного очага от клеток метастаза – сравнить их с клетками органа и (или) ткани, в котором был обнаружен очаг. Если клетки опухоли соответствуют тому месту, где располагается новообразование – то это первичная опухоль. Если отличаются – метастаз. Сравнение можно проводить по различным параметрам:

По морфологии – клетки опухоли чаще всего сохраняют морфологические признаки того места, из которого происходят, и по ним можно понять, являются ли опухоль и ее окружение одной тканью.

Если морфологически определить происхождение клеток опухоли затруднительно на помощь могут прийти иммуногистохимические маркеры, более точно характеризующие клетки.

Помимо этого, можно сравнивать генетические характеристики клеток опухоли и окружающих тканей – паттерны экспрессии, количество мутаций и пр. Стоит отметить версии о нестандартном расположении новообразования у человека с наследственной предрасположенностью, и о наличии в опухоли мутаций, не характерных для ее локализации.

Отдельно стоит упомянуть наличие специфической локализации. Например, очаг, обнаруженный в лимфоузле, скорее всего является метастазом.

В работах также встречалась версия, о том, что для различных опухолей есть характерные места метастазирования, и по ним можно предположить, является ли выявленный очаг метастазом. Несмотря на то, что это верно, в контексте ответа на вопрос это не так, поскольку. подобные рассуждения работают только при наличии у пациента другого новообразования, с характерными местами метастазирования которого можно сравнивать положение нововыявленного очага.

У испанского крота Talpa occidentalis есть удивительная черта физиологии – у самок вместо нормального яичника имеется овотестис – орган, в котором есть участки как мужской, так и женской половой железы. У большинства млекопитающих такое строение яичника изредка встречается и является аномалией развития, и такие самки бесплодны. У испанского же крота все самки имеют такую половую железу и нормально размножаются, при этом самцы у испанского крота имеют обыкновенные семенники. Какую пользу испанские кроты могут получать от такой особенности?

По сути, этот вопрос строится вокруг феномена существенного увеличения уровня тестостерона у самок некоторых видов семейства Кротовые (это несколько видов собственно кротов, а также могер). Овотестис – изменённый яичник, часть которого модифицируется в очень схожую (гистологически и частично функционально) с семенником структуру – присутствует у самок этих видов, его функция заключается в синтезе большого количества тестостерона (при этом сперматозоиды в овотестисе не образуются, какие-либо структуры для вывода сперматозоидов и формирования жидкой части спермы отсутствуют). И базовая часть этого вопроса – а зачем вообще самкам этих кротов вдруг понадобилось увеличивать уровень мужского полового гормона.

Какие эффекты может вызывать повышенная концентрация тестостерона у самок млекопитающих?

Во-первых, это изменение поведения. Самки с повышенной концентрацией тестостерона становятся более агрессивными и менее пугливыми. Для землероев такое изменение поведения вполне может быть выигрышным, так как позволяет самке успешнее защищать от чужаков, в первую очередь, от молодых расселяющихся самцов, свои кормовые ходы (на прокладывание которых самка тратит много временных и энергетических ресурсов).

Во-вторых, это наращивание мышечной массы. Для животного, активно роющего ходы в плотном субстрате, это является безусловным плюсом. Чем эффективнее работа мускулатуры, тем бОльший участок обитания может захватить и освоить самка с повышенной концентрацией тестостерона.

В-третьих, увеличение концентрации тестостерона приводит к усилению секреции всех запаховых желез и активации маркировочного поведения. Для кротов, обитающих в подземных ходах, где невозможна зрительная и крайне затруднена акустическая коммуникация, запаховое общение – это основной способ поддержания информационной целостности популяции. Активная маркировка участка обитания выполняет много разных функций, но самая главная – поддержание социальных контактов и передача информации внутри оседлой группировки. Повышение уровня тестостерона у самок позволяет активно поддерживать коммуникацию в группе.

К сожалению, очень многие школьники, зациклившись на слове «семенник» в описании структуры овотестиса, сконцентрировали свое внимание не на реальном увеличении концентрации тестостерона, а на крайне гипотетическом (и не реализуемом у самок этих кротов) спермогенезе. И вместо оценки роли тестостерона у самок начали фантазировать на тему гермафродитизма и самооплодотворения. Увы, овотестис кротов эти функции не выполняет, спермогенез в нём не происходит.

Мальчик Юра В. написал в сообщество «Биологи-почемучки»:
«Когда я в этом декабре гулял вечером с собакой, то увидал странную картину: одна берёза в нашем городском дворе, как зимой и положено, облетела, но не вся: на одной её ветке осталось множество сухих листьев! Как будто осенний листопад её даже и не касался... Вот, я даже не поленился сфотографировать это зрелище! (картинка приаттачена). Кто бы мне объяснил, как и почему такое могло произойти?»
Что бы Вы могли ответить мальчику Юре В.? Учтите, что в сообществе «биологов-почемучек» хорошим тоном считается подробно обосновать свой ответ и приветствуется рассмотрение разных вариантов, если таковые имеются.

Для полноценного ответа на этот вопрос необходимо было отметить, что листья не опали только с одной ветки – той, что ближе всего к фонарю как к источнику искусственного света, и пояснить, что это может сбить сезонные ритмы в отдельных частях дерева, что приводит к нарушению гормональных механизмов регуляции листопада и обусловленных ими анатомических изменений (например, формирование перегородки между стеблем и черешком листа). Отдельно отмечалось корректное объяснение работы этих механизмов, т.е. какие фитогормоны и как могут регулировать опадание листьев. Также важным было отметить, что локальное повышение температуры из-за фонаря может нарушить сами регуляторные механизмы, не нарушая сезонные ритмы.

Можно отметить, что описанное явление могло быть следствием поражения веток каким-то фитопатогеном, однако только этой версией объяснить не опадание листьев на отдельных ветках разных деревьев (что видно на фото) нельзя.

Как общие причины задержки листопада можно отметить избыток влаги, перекорм азотными удобрениями или резкое изменение погоды, из-за которого механизмы регуляции просто не успели сработать. К этой же категории можно отнести и версию о том, что дерево не было районировано. Однако все указанные причины не объясняют сохранение листьев только на нескольких ветках, а не на дереве в целом.

Самым простым и, тем не менее, достоверным возможным объяснением могло быть и то, что ветка сломалась и засохла раньше, чем дерево начало сбрасывать листья.

В некоторых работах встречалось ошибочное предположение о том, что света от фонаря может хватать для фотосинтеза, поэтому дерево и сохранило листву в этом месте. Это неверно, так как это означало бы, что фотосинтез в листьях продолжается, т.е. они должны были оставаться зелеными на тот момент, когда было сделано фото.

В мае 2017 года Джон Мартин, адъюнкт-профессор Нортлендского колледжа в Висконсине, проводил в ночном лесу исследования с ультрафиолетовым фонариком, пытаясь определить, какие виды растений флуоресцируют в ультрафиолете. Случайно в луч фонарика попала северная летяга, Glaucomys sabrinus, небольшой грызун семейства беличьих, ведущий сумеречно-ночной образ жизни. К изумлению Мартина, шерсть летяги светилась под ультрафиолетом ярко-розовым.
Позже Эллисон Колер, аспирантка Джона Мартина, провела большую работу в музейных коллекциях, облучая ультрафиолетом тушки и шкурки летяг. Она обнаружила, что все три вида североамериканских летяг имеют флюоресцирующую шерсть, а вот их близкие родичи белки никакого свечения не демонстрировали*.
Сами первооткрыватели предположили, что такая способность может быть нужна летягам либо для общения с родичами, либо для маскировки от хищников (скажем, посредством мимикрии).
Согласны ли вы с выводами учёных? А можете ли предложить иные объяснения этому феномену? Обоснуйте свой ответ.
*Со времён этих исследований флуоресцирующая в ультрафиолете шерсть была обнаружена ещё у нескольких животных, например, у утконосов.

К сожалению, в подавляющей части работ наблюдалось непонимание природы флуоресценции. В некоторых работах флуоресценцию путали с таким явлением как отражение света. Флуоресценция - частный случай люминесценции, в основе которой лежит способность некоторых молекул возбуждаться под действием света определенной длины волны, то есть поглощать энергию, соответствующую этой длине волны, после чего возвращаться в исходное состояние, отдавая при этом энергию в виде света. При этом излучаемый свет имеет меньшую энергию (следовательно, большую длину волны), по сравнению с возбуждающим светом. Так в задаче летяг облучали ультрафиолетом (у самых простых УФ светодиодов длина волны 345-400нм), молекулы возбуждались (поглощали энергию) и отдавали энергию в виде розового излучения (400-450нм).

Во многих работах фигурировало УФ зрение, которое действительно характерно для некоторых животных. Однако, УФ зрение - способ детекции УФ, а не источник УФ-излучения, который необходим для возбуждения молекулы.

Кроме того, стоит учесть, что чтобы увидеть флуоресценцию требуется либо источник света близкий к монохроматическому (хотя бы УФ-фонарик), либо очень большая концентрация флуоресцирующего вещества. Иначе отраженный свет будет мешать увидеть данное явление. Таким образом, под солнечным/лунным светом с множеством длин волн наблюдать флуоресценцию затруднительно. Следовательно, животные вряд ли могли воспользоваться флуоресценцией для коммуникации/мимикрии и так далее. Подобные рассуждения высоко оценивались.

Биологическая часть задачи во многих работах также пострадала: белки-летяги оказывались насекомоядными, что в корне неверно.

Какие еще ответы мы засчитывали?

Рассуждения о том, что данная особенность является "побочным эффектом", а флуоресцирующие вещества могли иметь другую функцию (например, иметь бактерицидный эффект, служить запаховыми сигнальными молекулами, изменять свойства шерсти). Также мы засчитывали предположение о том, что могла произойти некая нейтральная мутация и отбора по данному признаку не было.

Многие участники предположили источники флуоресцирующих молекул:
а) экзогенные - ксенобиотики, попавшие с пищей. Тогда флуоресценция отдельных видов - результат разного рациона организмов.

б) эндогенные - метаболиты или, как было сказано выше, вещества, секретируемые намеренно, но имеющие другую функцию.

За уточнение, что флуоресцировать мог и белок, мы тоже добавляли немного баллов.

Кроме того, мы засчитывали варианты с флюоресцирующими симбионтами.