Ответами к заданиям 1–21 являются последовательность цифр, число или слово (словосочетание).

1

Рассмотрите предложенную схему направлений эволюции. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком

2

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны.

С помощью световой микроскопии в растительной клетке можно различить

1. рибосомы

2. вакуоль

3. микротрубочки

4. клеточную стенку

5. эндоплазматическую сеть

3

Сколько молекул ДНК содержится в ядре клетки после репликации, если в диплоидном наборе содержится 46 молекул ДНК? В ответе запишите только соответствующее число.

Ответ: ______

4

Все перечисленные ниже признаки, кроме двух, используют для описания процессов происходящих в интерфазе. Определите два признака, «выпадающих» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1. репликация ДНК

2. синтез АТФ

3. формирование ядерной оболочки

4. синтез всех видов РНК

5. спирализация хромосом

5

Установите соответствие между характеристиками и органоидами клетки: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца

ХАРАКТЕРИСТИКИ

А. замкнутая молекула ДНК

Б. окислительные ферменты на кристах

В. внутреннее содержимое – кариоплазма

Г. линейные хромосомы

Д. наличие хроматина в интерфазе

Е. складчатая внутренняя мембрана

ОРГАНОИДЫ

2. митохондрия

6

Сколько разных фенотипов образуется у потомков при скрещивании двух гетерозиготных растений душистого горошка с розовыми цветками (красный цвет неполно доминирует над белым)? В ответе запишите только количество фенотипов.

7

Все приведённые ниже характеристики, кроме двух, используют для описания мутационной изменчивости. Определите две характеристики, «выпадающие» из общего списка, и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны

1. образуется под воздействием рентгеновских лучей

2. обладает направленной модификацией

3. изменяется в пределах нормы реакции

4. формируется в результате нарушения мейоза

5. возникает внезапно у отдельных особей

8

Установите соответствие между примерами и способами размножения: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

А. размножение фиалки листьями

Б. живорождение у акулы

В. деление надвое инфузории-туфельки

Г. почкование гидры

Д. вымётывание рыбами икры

Е. партеногенез пчёл

СПОСОБЫ РАЗМНОЖЕНИЯ

1. бесполое

2. половое

9

Выберите три верных ответа из шести и запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

Для грибов характерны следующие признаки:

2. имеют ограниченный рост

3. по типу питания – гетеротрофы

4. имеют корневые волоски

5. выполняют роль редуцентов в экосистеме

6. являются доядерными организмами

10

Установите соответствие между характеристиками и классами членистоногих: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ХАРАКТЕРИСТИКИ

А. наличие двух пар усиков

Б. перенос некоторыми видами опасных для человека заболеваний

В. внешнее пищеварение

Г. регулирование численности насекомых

Д. очищение водоёмов от органических остатков

Е. наличие четырёх пар конечностей

КЛАССЫ ЧЛЕНИСТОНОГИХ

1. Ракообразные

2. Паукообразные

11

Установите последовательность расположения систематических таксонов, начиная с наименьшего. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр

2. Членистоногие

3. Двукрылые

4. Насекомые

5. Комар малярийный

6. Животные

12

Выберите три верно обозначенные подписи к рисунку «Череп человека». Запишите в таблицу цифры, под которыми они указаны.

1. лобная кость

2. затылочная кость

3. височная кость

4. теменная кость

5.нижнечелюстная кость

6. скуловая кость

13

Установите соответствие между органами человека и полостями тела, в которых эти органы расположены: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ОРГАНЫ ЧЕЛОВЕКА

А. сердце

В. лёгкие

Г. трахея

Д. печень

Е. селезёнка

ПОЛОСТИ ТЕЛА

1. грудная

2. брюшная

14

Установите последовательность прохождения сигналов по сенсорной зрительной системе. Запишите в таблицу соответствующую последовательность цифр.

1. роговица

2. зрительная зона коры мозга

3. стекловидное тело

4. зрительный нерв

5. хрусталик

6. сетчатка

15

Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны описания экологического критерия вида растения Пузырчатка обыкновенная. Запишите цифры, под которыми они указаны.

(1)Пузырчатка обыкновенная в основном встречается в средиземноморском регионе Европы и Африки. (2)Пузырчатка обыкновенная произрастает по канавам, прудам, стоячим и медленно текущим водоёмам, болотам. (3)Листья растений рассечены на многочисленные нитевидные доли, листья и стебли снабжены пузырьками. (4)Пузырчатка цветёт с июня по сентябрь. (5)Цветки окрашены в жёлтый цвет, сидят по 5–10 на цветоносе. (6)Пузырчатка обыкновенная – насекомоядное растение.

16

Установите соответствие между характеристиками и путями достижения биологического прогресса: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца

ХАРАКТЕРИСТИКИ

А. частные приспособления к условиям жизни

Б. возникновение классов животных

В. образование родов внутри семейств

Г. повышение уровня организации организмов

Д. возникновение отделов растений

ПУТИ ДОСТИЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА

1. ароморфоз

2. идиоадаптация

17

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны. К естественным биогеоценозам относят

1. дубраву

6. пастбище

18

Установите соответствие между признаками и экосистемами: к каждой позиции, данной в первом столбце, подберите соответствующую позицию из второго столбца.

ПРИЗНАКИ

А. низкая саморегуляция

Б. разнообразие продуцентов

В. доминирование монокультуры

Г. короткие пищевые цепи

Д. разветвлённые сети питания

Е. видовое разнообразие животных

ЭКОСИСТЕМЫ

1. пшеничное поле

2. ковыльная степь

19

Установите последовательность стадий развития печёночного сосальщика, начиная с выделения яиц окончательным хозяином во внешнюю среду. Запишите соответствующую последовательность цифр.

1. образование цисты

2. внедрение личинки в тело малого прудовика

3. размножение личинки

4. выход личинки из яиц в воде

5. прикрепление хвостатой личинки к водным предметам

6. выход личинки из тела малого прудовика

20

Рассмотрите рисунок с изображением фазы сердечного цикла. Определите название этой фазы, её продолжительность и направление движения крови. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины и процессы, приведённые в списке. Для каждой ячейки, обозначенной буквой, выберите соответствующий термин или процесс из предложенного списка.

Список терминов и процессов:

1. поступление крови из предсердия в желудочек

2. поступление крови из желудочка в артерию

3. поступление крови из вен в предсердие

4. систола предсердия

6. систола желудочка

21

Проанализируйте таблицу «Время, необходимое для узнавания тест-изображения». Испытуемым демонстрировались цифры разных цветов и чёрно-белые изображения разной сложности. Фиксировалось время, необходимое испытуемому, чтобы распознать и назвать объект.

Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных

1. Чем проще объект, тем меньше света необходимо для его узнавания

2. Время узнавания цифр не зависит от их цвета.

3. Чёрные объекты распознаются быстрее цветных

4. Цветные цифры распознаются быстрее, чем сложное изображение

5. В сумерках распознавание цветного объекта ослабевает.

Часть 2.

Запишите сначала номер задания (22, 23 и т. д.), затем подробное решение. Ответы записывайте чётко и разборчиво.

В плодах некоторых сортов растений (апельсинов, мандаринов) отсутствуют семена. Какие методы классической селекции используются для получения таких сортов и как размножаются эти растения?

Показать ответ

Элементы ответа:

1. Классические методы селекции - для получения сортов растений без семян используют искусственный мутагенез с последющей гибридизацией растений.

2. Бессеменные сорта размножаются вегетативным путём. Например, вегетативное размножение этих сортов возможно путем прививания обработанных мутагенами почек (черенков) в крону немутантных растений.

Определите тип и фазу деления исходной диплоидной клетки, изображённой на схеме. Дайте обоснованный ответ.

Показать ответ

Элементы ответа:

1. Тип деления: Мейоз.

2. Фаза деления: Метафаза мейоза II.

3. На схеме изображен мейоз - метафаза II мейоза, так как хромосомы имеют по две хроматиды, но представлены одной парой (нет гомологичной пары). На схеме изображена метафаза, так хромосомы выстроены на экваторе клетки в одну линию.

Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.

(1)Рыбы – обитатели водной среды. (2)По происхождению и особенностям строения рыб подразделяют на два класса: Хрящевые рыбы и Костные рыбы. (3)Заострённая спереди голова слита с туловищем, которое начинается от свободного края жаберных крышек и заканчивается хвостовым отделом. (4)У всех рыб жабры открываются снаружи тела жаберными щелями. (5)Все рыбы имеют плавательный пузырь. (6)Наиболее древние из костных рыб Кистепёрые рыбы. (7)Для них характерны мясистые, покрытые чешуёй плавники, развитая у взрослых рыб хорда, плохо развитый плавательный пузырь и другие особенности

Показать ответ

Элементы ответа:

Ошибки допущены в предложениях 3, 4, 5.

(3) Заострённая спереди голова слита с туловищем, которое начинается от свободного края жаберных крышек и заканчивается анальным плавником (или анальным отверстием).

(4) Не у всех рыб жабры открываются снаружи тела жаберными щелями, у костных и костно-хрящевых прикрыты жаберными крышками.

(5) Не все рыбы имеют плавательный пузырь.

Какие особенности строения сустава делают его прочным, подвижным и уменьшают трение между костями? Укажите четыре особенности. Ответ поясните.

Показать ответ

Элементы ответа:

1. Сустав покрыт суставной сумкой которая состоит из соединительной ткани и придаёт ему прочность.

2. Суставная головка соответствует суставной впадине, это обеспечивает подвижность сустава.

3. Суставы укреплены связками.

4. Внутри суставной сумки выделяется жидкость, уменьшающая трение.

В результате длительного применения ядохимикатов на полях могут наблюдаться вспышки роста численности вредителей. Объясните, почему могут происходить такие вспышки роста численности. Приведите не менее четырёх причин

Показать ответ

Элементы ответа:

1. В результате применения ядохимикатов погибли хищники, которые питались вредителями, поскольку в конце пищевой цепи накапливается высокая концентрация ядохимикатов.

2. В результате наследственной изменчивости (мутация) и естественного отбора вредители приобрели устойчивость к ядохимикатам и не умирают от них.

3. Благодаря высокой скорости размножения насекомые передают данные признаки следующим поколениям.

4. Насекомые, приобретшие устойчивость к ядохимикату, находятся в очень хороших условиях (обилие пищи, отсутствие конкурентов и хищников), поэтому происходит резкий рост их численности.

Известно, что все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице. Фрагмент молекулы ДНК, на котором синтезируется участок центральной петли тРНК, имеет следующую последовательность нуклеотидов: ГААГЦТГТТЦГГАЦТ. Установите нуклеотидную последовательность участка тРНК, который синтезируется на данном фрагменте, и аминокислоту, которую будет переносить эта тРНК в процессе биосинтеза белка, если третий триплет соответствует антикодону тРНК. Обоснуйте последовательность Ваших действий. Для решения задания используйте таблицу генетического кода.

Генетический код (иРНК)

Правила пользования таблицей

Первый нуклеотид в триплете берётся из левого вертикального ряда; второй – из верхнего горизонтального ряда и третий – из правого вертикального. Там, где пересекутся линии, идущие от всех трёх нуклеотидов, находится искомая аминокислота

Показать ответ

Схема решения задачи включает:

1. По принципу комплементарности на основе ДНК находим нуклеотидную последовтельность тРНК нуклеотидная последовательность участка тРНК ЦУУ-ЦГА-ЦАА-ГЦЦ-УГА.

2. Нуклеотидная последовательность антикодона ЦАА (третий триплет) соответствует кодону на иРНК ГУУ.

3. По таблице генетического кода этому кодону соответствует аминокислота ВАЛ (валин), которую будет переносить данная тРНК.

Примечание. В данном типе заданий ключевыми словами являются: «все виды РНК синтезируются на ДНК-матрице». То есть нам необходимо найти именно тРНК - молекулы, состоящие из 70-90 нуклеотидов, которые свернуты определенным образом и напоминают по форме клеверный лист и переносят аминокислоты в биосинтезе белка.

Поэтому, сначала на ДНК по принципу комплементарности определяем участок тРНК. Затем находим тот триплет, который является центральным, именно его по принципу комплементарности переводим в иРНК и только теперь по таблице генетического кода находим аминокислоту.

При скрещивании растений душистого горошка с усиками на побегах и яркими цветками и растений без усиков на побегах с бледными цветками все гибриды F 1 получились с усиками и яркими цветками. В анализирующем скрещивании гибридов F 1 получили растения: 323 с усиками и яркими цветками, 311 без усиков и с бледными цветками, 99 с усиками и бледными цветками, 101 без усиков и с яркими цветками. Составьте схемы скрещиваний. Определите генотипы родителей и потомства в двух скрещиваниях. Объясните формирование четырёх фенотипических групп в потомстве.

Показать ответ

А, а - аллели, определяющие, соответственно, наличие и отсутствие усиков;

В, в - аллели, определяющие, соответственно, наличие ярких и бледных цветков.

Р1 ♀ ААВВ - с усиками на побегах и яркими цветками; ♂ аавв - без усиков на побегах с бледными цветками

F1 А?В? - с усиками и яркими цветками.

Гибрид из первого скрещивания - А?В? - с усиками и яркими цветками; аавв - без усиков на побегах с бледными цветками - т.к. анализирующее скрещивание, это скрещивание с рецессивной дигомозиготой.

323 с усиками и яркими цветками,

311 без усиков и с бледными цветками,

99 с усиками и бледными цветками,

101 без усиков и с яркими цветками.

Схема решения задачи включает:

1) Р1 ♀ ААВВ х ♂ аавв (так в первом поколении расщепления не было).

Гаметы ♀ АВ ♂ ав

100% дигетерозиготы с усиками и яркими цветами.

2) Анализирующее скрещивание. Т.к. в потомстве нарушается расщепление 1:1:1:1, значит гены АВ/ ав/ сцеплены - определяем это по числу некроссовертных особей (их должно быть больше 323 и 311).

Р2 ♀ AаBв × ♂ аaвв

Гаметы ♀АВ/, ♀ Ав, ♀аВ, ♀ ав/ и ♂ав/

F2 АВ//ав (323 с усиками и яркими цветками), ав//ав (311 без усиков и с бледными цветками), Аавв (99 с усиками и бледными цветками), Аавв (101 без усиков и с яркими цветками)

Таким образом, малочисленное потомство 99 с усиками и бледными цветками, 101 без усиков и с яркими цветками появилось в результате кроссинговера.

Генотипы родителей первого скрещивания: ААВВ, аавв.

Генотип потомства первого скрещивания: АаВв.

Генотипы родителей второго скрещивания: АВ//ав, ав//ав.

Генотипы потомства второго скрещивания: АВ//ав (323 с усиками и яркими цветками), ав//ав (311 без усиков и с бледными цветками), Аавв (99 с усиками и бледными цветками), Аавв (101 без усиков и с яркими цветками).

Формирование четырёх фенотипических групп в потомстве объясняется тем, что признаки с усиками-яркие цветы и без усиков-бледные цветы сцеплены, но сцепление неполное и у особи АаВв идет процесс кроссинговера.

Конфокальный микроскоп и изображения, сделанные с его помощью: растрескивание пыльника, сосуды ксилемы, хлоропласты в клетках рыльца.

Световая микроскопия

Одним из главных методов цитологии на сегодняшний день остается микроскопия, предназначенная для изучения структуры клетки, она широко используется в фундаментальных и прикладных исследованиях. Изобретение микроскопа связывают с именами Галилео Галилея (итал.) и братьев Янсен (гол.) в 1609-1611 гг. Термин «микроскоп» был предложен Фабер (нем.) в 1625 г.

На настоящий момент существует два основных вида микроскопии - световая и электронная. Различия между ними состоят в принципе рассмотрения объекта. В первом случае объект рассматривают в потоке видимой части электромагнитного излучения (длина волны = 400-750 нм), во втором случае - в потоке электронов. Эти два метода имеют разную разрешающую способность. Разрешающая способность или предел разрешения - это минимальное расстояние между двумя точками, при котором они видны раздельно. Предел разрешения микроскопа задается длиной волны потока излучения, в котором изучается объект. Поэтому излучение данной длины волны может быть использовано для исследования только таких структур, минимальные размеры которых сопоставимы с длиной волны самого излучения. Предел разрешающей способности световой микроскопии был достигнут конструкторами микроскопов еще в конце 19 века, и составил 0,2 мкм. Это значит, что два объекта, если они разделены расстоянием менее 0,2 мкм, будут выглядеть как одно целое, даже если мы будем сильно увеличивать изображение, например, проецируя его на экран. Поэтому, с помощью светового микроскопа не удается рассмотреть две центриоли в клеточном центре, они выглядят как одна точка (надо сказать, что в современных микроскопах, производимых серийно, максимальная разрешающая способность не реализуется). В связи с ограничением разрешающей способности светового микроскопа он может быть использован для изучения ограниченного числа внутриклеточных структур, включая: ядро, пластиды, крупные вакуоли, оболочку растительной клетки. Мельчайшими объектами, четко различимыми в световом микроскопе являются бактерии и митохондрии, размеры которых составляют около 500 нм (0,5 мкм), более мелкие объекты видны нечетко, повышение точности обработки линз не может преодолеть это ограничение, которое задано волновой природой света.

Разрешающая способность зависит не только от длины волны источника освещения, но и от коэффициента преломления среды, через которую происходит наблюдение объекта, а также от угла наклона, под которым лучи освещения входят в объектив. Стандартный набор объективов микроскопа составляют: объективы малого увеличения (х8) с апертурой А=0,2 и объективы большого увеличения (х20) с А= 0,40 и - (х40) с А= 0,65. Эти объективы называют «сухими», так как рассмотрение объекта с их помощью происходит через воздушную среду (коэффициент преломления n=1). Но большинство микроскопов оснащены, кроме этого, специальными иммерсионными объективами, для которых необходима специальная иммерсионная среда (n=1). Такой средой может быть вода, объектив х40 ВИ имеет апертуру 0,75. Наиболее распространена масляная иммерсия (n=1,51), при х90 значение апертуры объектива А=1,25. В случае использования иммерсии улучшается разрешающая способность светового микроскопа. Однако, у объективов с высокой разрешающей способностью имеются недостатки: небольшая глубина резкости и невысокая контрастность.

Самым распространенным методом световой микроскопии является метод светлого поля, при котором световые лучи осветителя проходят через объект и попадают в объектив. Таким способом изучают клетки фиксированные и окрашенные. Открытие основных клеточных структур связано с разработкой и применением набора красителей, которые избирательно окрашивают компоненты клетки и обеспечивают контраст для их наблюдения. Имеется большое разнообразие красителей. Некоторые из них извлекаются из растений и животных, до сих пор не существует их синтетических аналогов. Например, широко используемый гематоксилин - экстракт тропического кампешевого дерева, кармин - пигмент жирового тела некоторых видов тлей. Все это так называемые ядерные красители, окрашивающие структуры, содержащие нуклеиновые кислоты. Применение неядерного красителя -азотнокислого серебра, позволило Камилло Гольджи в 1898 г. наблюдать и описать то, что позднее было названо аппаратом Гольджи.

Окрашивание живой клетки возможно лишь в редких случаях, поэтому для их изучения используют другие методы. В отличие от метода светлого поля при наблюдении объектов методом темного поля лучи осветителя не попадают в объектив и изображение создается только рассеянными лучами, идущими от объекта. При этом на темном фоне можно увидеть светящиеся частицы, которые по своим размерам меньше, чем разрешающая способность объектива, хотя размеры и форму частиц определить трудно. Темнопольная микроскопия в проходящем свете используется для изучения прозрачных объектов обычно невидимых в светлом поле и, особенно, для рассмотрения живых клеток. Совершенно по-разному на темном фоне выглядят живые и погибающие клетки. Протопласт погибающих клеток светится ярче, объяснения этому факту нет. Изобретен этот метод Зигмонди (австр.) в 1912 г. В световой микроскоп можно различать объекты, изменяющие амплитуду лучей освещения, однако живые клетки прозрачны для видимого света и лучи, проходя через клетку, практически не меняют амплитуды. Человеческий глаз не способен воспринимать смещение фазы лучей без изменения амплитуды. Поэтому специально для изучения живых клеток используются методы фазово-контрастной (изобретен Зернике (голл.) в 1934 г.) и интерференционной микроскопии (изобретен Лебедевым в 1932 г.). В таких системах прохождение света через живую клетку сопровождается изменением фазы световой волны. Свет задерживается, проходя через толстые участки клетки, например, через ядро. Возникает рекомбинация двух наборов волн, которые создают изображение клеточных структур.

Для изучения объектов, обладающих двойным лучепреломлением (крахмальные зерна, растительные волокна, кристаллы) используют поляризационную микроскопию, основы которой заложил Эбнер в 1882 г. В этом методе используют специальное устройство поляризатор, который преобразует разнонаправленные волны света и они приобретают одно направление.

При флуоресцентной микроскопии объект рассматривают в свете, излучаемом им самим. Первый люминесцентный микроскоп сконструировали Келлер и Зиндентокф в 1908 г. В основе этого метода лежит способность ряда веществ, при освещении коротковолновыми лучами (фиолетовыми или ультрафиолетовыми), светиться. Часто люминесцентная микроскопия используется для выявления специфических белков, антител, впервые использовал флуорохромы для связывания с антителами Кунс, и эта реакция получила его имя. В цитоэмбриологических исследованиях этот метод используют для изучения структур, содержащих углевод каллозу. Для этого метода используют специальную оптическую систему с ртутной лампой, связанную со световым микроскопом.

В последнее время возможности световой микроскопии существенно увеличились благодаря использованию чувствительных видеосистем. Изображение, созданное световым микроскопом, подвергается обработке в видеокамере. Оно очищается от «шумов», преобразуется в цифровые сигналы и направляется в компьютер, где подвергается дополнительной обработке для извлечения скрытой информации. Компьютерная интерференционная микроскопия позволяет достичь сильного контраста и анализировать прозрачные объекты и живые клетки.

Электронная микроскопия

Длительные непрерывные усилия по улучшению методов исследования принесли желаемые результаты в конце второй мировой войны. Именно тогда, благодаря удивительному стечению обстоятельств, почти в одно и то же время, ученые обогатились рядом новых мощных инструментов и методов исследования. В морфологии таким инструментом стал электронный микроскоп. Созданный еще в 30-е г. 20 века, он обладал достаточной разрешающей способностью, позволяющей проникнуть в клетку, вплоть до структур размером в нанометр. Вместе с тем, электронный пучок имел слабую проникающую способность, и это требовало приготовления очень тонких образцов материала и высокого вакуума. Такие жесткие требования создавали серьезные трудности, но в удивительно короткий срок удалось разработать методы для подготовки образцов тканей и сконструировать приборы для получения из них тонких срезов. Качество объектов неуклонно повышалось и к началу 60-ых годов были описаны многие из ранее неизвестных клеточных структур.

Итак, разрешающая способность электронного микроскопа намного выше, чем светового. Теоретически при напряжении 100000 В его разрешение составляет 0,002 нм, но за счет коррекции электронных линз оно уменьшается и в реальности составляет у современных электронных микроскопов 0,1 нм. Значительные трудности наблюдения биологических объектов еще более снижают нормальное разрешение, оно не превышает 2 нм. Тем не менее, это в 100 раз больше, чем у светового микроскопа, поэтому электронную микроскопию называют ультрамикроскопической.

Общая схема просвечивающего электронного микроскопа напоминает схему светового. Он существенно больше светового и как бы перевернут. В качестве источника излучения у электронного микроскопа служит нить катода, испускающая электроны (электронная пушка). Электроны испускаются с вершины цилиндрической колонны высотой около двух метров. Чтобы не было препятствий для движения электронов, происходит это в вакууме, разгоняются электроны анодом и проникают через крошечное отверстие в нижнюю часть колонны узким электронным лучом. Электронный луч фокусируется кольцевыми магнитами, расположенными вдоль колонны, они действуют подобно стеклянным линзам светового микроскопа. Образец помещается на пути электронного пучка. В момент его прохождения через образец часть электронов рассеивается в соответствии с плотностью вещества, остаток электронов фокусируется, образуя изображение на фотопластинке или на экране.

Первый электронный микроскоп был создан Сименсом в 1939 г. Он позволил увидеть в клетке множество удивительных структур. Но для этого пришлось изобрести совершенно новые методы приготовления препаратов, которые стали применять с 1952 г. Фиксация клеток при этом проводится глутаральдегидом, ковалентно связывающим белки, а затем осмиевой кислотой, стабилизирующей белковые и липидные слои. Образец обезвоживают и пропитывают смолами, образующими после полимеризации твердый блок. Срезы для электронной микроскопии должны быть примерно 1:200 часть толщины одной клетки. Для изготовления таких срезов был создан ультрамикротом (1953) , в котором используются стеклянные или алмазные ножи. Полученные срезы помещают на специальную медную сеточку. Изображение в электронном микроскопе зависит от рассеивания электронов, которое определяется атомным числом вещества. Биологические объекты состоят главным образом из углерода, кислорода и водорода, которые обладают низким атомным числом. Для усиления контраста их импрегнируют тяжелыми металлами, такими как осмий, уран, свинец. Тонкие срезы при просвечивающей электронной микроскопии не позволяют судить о трехмерной структуре клетки, компенсировать этот недостаток можно серией срезов, по которой проводится реконструкция клетки. Это долгий процесс.

Существует и прямой метод изучения трехмерного строения биологических объектов - сканирующая электронная микроскопия - она была создана в 1965 г. В этом случае для получения изображения используют электроны, рассеиваемые или излучаемые поверхностью объекта, который должен быть зафиксирован, высушен и покрыт пленкой тяжелого металла. Этот метод применим только для изучения поверхностей и его разрешение невелико - около 10 нм.

Электронный микроскоп

Просвечивающий, зондовый и растровый электронные микроскопы. Электронмикроскопическое изображение поверхности пыльника и пыльцевого зерна

Химические методы исследования клетки

Классический световой микроскоп обладает низкой разрешающей способностью, что не позволяет изучать детали строения клетки размером менее 0,25 мкм. Второй этап изучения клетки относится к тому времени, когда микроскописты трудились над усовершенствованием своих приборов. В это же время - конец 18 в. - французский ученый Антуан де Лавуазье и англичанин Джозеф Пристли создают новую науку - химию. В отличие от морфологии, которая развивается от сложного к простому, химия продвигается от простого к сложному. Начиналась химия с идентификации элементов, атомов и затем продвигалась по пути изучения некоторых их наиболее простых комбинаций - молекул.

Пересечь границу между неорганической и органической химией и позволить проникнуть в живой мир химии помог, впервые проведенный в 1828 г. Немецким ученым Фридрихом Велером, синтез биологической молекулы мочевины. Это стало началом применения химического подхода к изучению клетки. В последующие сто лет были открыты, очищены, структурно изучены и получены синтетическим путем аминокислоты, сахара, жиры, пурины, пиримидины и др. небольшие молекулы. Ученым удалось составить представление о метаболизме этих веществ в организме и путях образования из них основных биологических молекул: белков, полисахаридов и нуклеиновых кислот. Но опять возникли труднопреодолимые препятствия на пути прогресса: перед сложностями структурной комплексности этих крупных молекул классическая химия оказалась бессильна. В течение длительного времени клетки изучали в основном путем наблюдения за ними. Но по мере развития экспериментального метода в естественных науках к нему начали прибегать и при исследовании живых организмов. Это облегчалось мощными биомедицинскими исследованиями проводимыми во второй половине 19 в. В начале 20 в. американец Росс Гаррисон и француз Алексис Каррель установили, что клетки животных можно культивировать в пробирке наподобие того как это делают с одноклеточными организмами. Тем самым они продемонстрировали способность клеток к независимой жизни и создали метод культивирования, который сейчас является одним из самых актуальных.

Но все эти методы, по сути революционные, по-прежнему, были непрямыми, клетка оставалась закрытым черным ящиком. Сохранялась неизведанной огромная пропасть между наименьшей различимой в световом микроскопе частицей и наиболее крупной молекулой, доступной химическому исследованию. В этом неизведанном пространстве были скрыты важные понятия и концепции, неизвестными оставались функции, описанных клеточных структур, их связь с известными биомолекулами - без всего этого жизнь клетки оставалась неразгаданной.

В свою очередь биохимия также обогатилась целым рядом принципиально новых приборов и методов. Особый интерес представляла хроматография, основанная на очень простом феномене - образовании каемки или ореола вокруг пятна (то, что мы видим, когда пытаемся вывести пятно специальным раствором). В основе этого явления лежат различия в скорости движения разных красок в потоке растекающейся жидкости. В начале 20 века русский физиолог и биохимик Михаил Семенович Цвет первым использовал этот феномен. Пропуская экстракт из листьев через вертикальную трубку, заполненную адсорбирующим порошком, он сумел разделить основные пигменты листьев - зеленый и оранжевый - и получить их в виде отдельных окрашенных полос или колец вдоль трубки. Свой метод он назвал хроматография (греч. khroma - цвет, graphein - записывать). Цвет умер относительно молодым и потенциальные возможности его метода оставались неиспользованными до начала 40-х гг. Сейчас существует множество вариантов хроматографии - применимой ко всем веществам, которые могут быть идентифицированы химически.

Близким к хроматографии является электрофорез в геле, при котором не поток растворителя, а электродвижущая сила способствует передвижению и разделению электрически заряженных компонентов. Эти методы произвели переворот в области химического анализа. Теперь на следовых количествах смеси практически любого состава можно провести анализ.

Вторым методом, радикально изменившем химическое исследование живых клеток, явился метод изотопного мечения. Изотопы - это разновидности одного и того же химического элемента, отличающиеся по атомной массе. Некоторые изотопы существуют в природе, многие могут быть получены искусственным путем в процессе ядерных реакций. Изотопы используются для специфического мечения определенных молекул, такие молекулы можно отличить от им родственных без нарушения общей структуры. Этот метод используется при анализе биосинтетических процессов, которые не могли быть изучены другим способом. Например, с получением меченых аминокислот появилась возможность изучать их соединение в белки в живом организме или в экспериментальных условиях, даже, несмотря на бесконечно малое количество вновь образованного белка, благодаря его радиоактивности. Широкое распространение этот метод получил с созданием атомных реакторов и производством широкого спектра радиоизотопов. Без метода меченых атомов достижения клеточной и молекулярной биологии были бы невозможны.

Таким образом, и морфология, и биохимия, обогащенные новыми методами постоянно совершенствовались, разрыв между их знанием становился все меньше и исчез совсем, когда появилась возможность разделить клетку на части таким образом, чтобы каждую часть можно было бы независимо изучить.

Методы, применяемые для такого фракционирования, основываются главным образом на центрифугировании. Этот метод использует различия в физических свойствах, в частности величине и плотности, тех или иных составных частей клетки для отделения их друг от друга. Это позволило изучить большую часть клетки и объединить морфологическое и биохимическое знание.

Однако одна часть клетки - ее важнейшая центральная часть, ядро - оставалась в значительной степени недоступной, пока не произошло еще одно событие. А началось оно с попытки проанализировать с помощью генетики особенности некоторых простых вирусов, инфицирующих бактерии и названные бактериофагами или пожирателями бактерий. Это исследование оказалось верным подходом к решению проблемы генетической организации, которая даже у простейших неклеточных организмов была необыкновенно сложной. Длительное время новая дисциплина известная сегодня как молекулярная биология, ограничивалась изучением вирусов и бактерий, но затем она буквально ворвалась в эукариотическую клетку, позволив изучать регуляцию жизнедеятельности клетки.

Для изучения молекулярных основ организации клетки необходим детальный биохимический анализ. Для него необходимо значительное количество клеток определенного типа, поэтому невозможно использовать кусочки ткани, ведь они содержат клетки разных типов. На первом этапе работы кусочки ткани превращают в суспензию. Это можно сделать, разрушив межклеточное вещество и межклеточные связи. Для этого ткань обрабатывают протеолитическими ферментами, разрушающими белки (трипсин, коллагеназа). В соединении клеток, их слипании большую роль играет кальций, поэтому используют и вещества хелатирующие, которые связывают кальций. Затем ткани подвергают мягкому механическому разрушению и разделяют на отдельные клетки. Второй этап - разделение суспензии на отдельные фракции. Для этого используют центрифугирование, с помощью которого крупные клетки отделяют от мелких, а легкие - от тяжелых или используют антитела, и способность клеток с разной прочностью прикрепляться к стеклу или пластмассе. Третий этап - введение выделенных клеток в культуру. Первые опыты были проведены в 1907 г. Гаррисоном, он культивировал спинной мозг амфибий в сгустке плазмы. Среды для культивирования имеют довольно сложный состав. Стандартная среда была разработана в начале 70-х, она содержит набор из 13 аминокислот, 8 витаминов, минеральные соли. Кроме того, в среду могут включаться глюкоза, пенициллин, стрептомицин, сыворотка лошади или теленка. Как показали Хайфлик и Мурхед в 1961 г., большинство клеток млекопитающих погибает в культуре после определенного числа делений. Клетки кожи человека делятся в культуре 50-100 раз. Однако в культуре иногда появляются мутантные клетки, которые могут размножаться бесконечно, образуя клеточную линию. В 1952 г. была выделена перевиваемая клеточная линия из раковой опухоли шейки матки, известная как линия HeLa. Такие линии хранят при температуре -70 С, после размораживания они сохраняют способность делиться. Метод культивирования растительных клеток был разработан к 1964 г. Пользуясь им, удалось вырастить in vitro целое растение моркови из клеток корня.

Световая микроскопия - это самый древний и в тоже время один из распространенных методов исследования и изучения растительной и животной клетки. Предполагается, что начало изучения клетки было именно с изобретением светового оптического микроскопа. Главная характеристика светового микроскопа - это разрешение светового микроскопа, определяемое длиной световой волны. Предел разрешения светового микроскопа определяется длиной световой волны, оптический микроскоп используется для изучения структур, которые имеют минимальные размеры равные длине волны светового излучения. Многие составляющие клетки близки по своей оптической плотности и требуют предварительной обработки перед микрокопированием, в противном же случае они практически не видны в обычный световой микроскоп. Для того, чтобы сделать их видимыми, используют различные красители, обладающие определенной избирательностью. Используя избирательные красители, появляется возможность более подробно исследовать внутреннее строение клетки.

Например:

краситель гематоксилин окрашивает некоторые компоненты ядра в синий или фиолетовый цвет;

после обработки последовательно флороглюцином и затем соляной кислотой одревесневшие оболочки клеток становятся вишнево - красными;

краситель судан III окрашивает опробковевшие клеточные оболочки в розовый цвет;

слабый раствор йода в йодистом калии окрашивает крахмальные зерна в синий цвет».

При проведении микроскопических исследований большую часть тканей перед началом окраски фиксируют.

После фиксации клетки становятся проницаемыми для красителей, а структура клетки стабилизируется. Одним из наиболее распространенных фиксаторов в ботанике является этиловый спирт.

В ходе приготовления препарата для микрокопирования выполняют тонкие срезы на микротоме (приложение 1, рис.1). В этом приборе использован принцип хлеборезки. Для растительных тканей изготавливают чуть более толстые срезы, чем для животных, поскольку клетки растений относительно крупней. Толщина срезов растительных тканей для - 10 мкм - 20 мкм. Некоторые ткани слишком мягкие, чтобы из них сразу же можно было получить срезы. Поэтому после фиксации их заливают в расплавленный парафин или специальную смолу, которые пропитывают всю ткань. После охлаждения образуется твердый блок, который потом режется на микротоме. Это объясняется тем, что растительные клетки имеют прочные клеточные стенки, составляющие каркас ткани. Особенно прочны одревесневшие оболочки.

Пользуясь заливкой при приготовлении, срез возникает опасность нарушения структуры клетки, для предотвращения этого пользуются методом быстрого замораживания. При использовании этого метода обходятся обойтись без фиксации и заливки. Замороженную ткань режут на специальном микротоме - криотоме (приложение 1, рис. 2).

Замороженные срезы лучше сохраняют особенности естественной структуры. Однако их труднее готовить, а присутствие кристаллов льда нарушает некоторые детали.

фазово-контрастный (прилож. 1, рис. 3) и интерференционный микроскопы (прилож.1, рис.4) позволяют исследовать под микроскопом живые клетки с четким проявлением детали их строения. В этих микроскопах используют 2 пучка световых волн, которые взаимодействуют (налагаются) друг на друга, усиливая или уменьшая амплитуду волн, поступающих в глаз от разных компонентов клетки.

Световая микроскопия имеет несколько разновидностей.

Задание 1.

Рассмотрите предложенную схему направлений эволюции. Запишите в ответе пропущенный термин, обозначенный на схеме вопросительным знаком.

Объяснение: пропущенным направлением биологического прогресса является идиоадаптация. Идиоадаптация - частное изменение организма, не приводящее к повышению уровня организации (опушенность листьев, изменение окраски и т.д.).

Правильный ответ - идиоадаптация.

Задание 2.

Выберите два верных ответа из пяти и запишите цифры, под которыми они указаны.

С помощью световой микроскопии в растительной клетке можно различить.

1. Эндоплазматическую сеть

2. Микротрубочки

3. Вакуоль

4. Клеточную стенку

5. Рибосомы

Объяснение: при помощи световой микроскопии можно различить только большие части клетки, такие как клеточная стенка и вакуоль (в старых клетках вакуоль занимает почти все внутриклеточное пространство). Более мелкие органоиды (микротрубочки, эндоплазматическая сеть и рибосомы) можно увидеть только в электронный микроскоп.

Правильный ответ - 34.

Задание 3.

Сколько молекул ДНК содержится в ядре клетки после репликации, если в диплоидном наборе содержится 46 молекул ДНК? В ответе запишите только соответствующее число.

Объяснение: репликация - удвоение молекул ДНК, значит 46 молекул после удвоения превращаются в 92 молекулы.

Правильный ответ - 92.

Задание 4.

Все перечисленный ниже признаки, кроме двух, используют для описания строения и функций эндоплазматической сети. Определите два признака, "выпадающих" из общего списка.

1. Расщепление белков

2. Транспорт веществ

3. Окислительное фосфорилирование

4. Синтез белка на рибосомах

5. Разделение цитоплазмы на отсеки

Объяснение: эндоплазматическая сеть окружает ядро, тем самым разделяя цитоплазму на отсеки и осуществляя внутриклеточный транспорт веществ. ЭПС бывает гладко и шероховатой. Шероховатая ЭПС осуществляет синтез белков при помощи рибосом, которые находятся на мембранах сети.

Правильный ответ - 13.

Задание 5.

Установите соответствие между процессами и фазами митоза.

Процессы

А. Образуется ядерная мембрана

Б. Сестринские хромосомы расходятся

В. Веретено деления окончательно исчезает

Г. Хромосомы деспирализуются

Д. Центромеры хромосом разъединяются

Фазы митоза

1. Анафаза

2. Телофаза

Объяснение: анафаза - самая быстрая фаза деления, так как происходит расхождение хромосом к полюсам клетки (и разъединение центромер хромосом). Все остальные процессы происходят после расхождения хромосом - в телофазе.

Правильный ответ - 21221.

Задание 6.

Сколько разных фенотипов образуется при скрещивании двух гетерозиготных растений душистого горошка с розовыми цветками (красный цвет неполно доминирует над белым). В ответе запишите только количество фенотипов.

Объяснение: при неполном доминировании сочетание генов красного (А) и белого (а) цветов дает розовый цвет (А). Скрещиваем два растения розового цета:

Р: Аа х Аа

Г: А, а х А, а

F1: получаем расщепление по генотипу - 1АА:2Аа:1аа

Расщепление по фенотипу: 1: 2: 1 (25% - красных, 50% - розовых, 25% - белых цветков).

Правильный ответ - 3.

Задание 7.

Все приведенные ниже признаки, кроме двух, характеризуют модификационную изменчивость. Определите два признака, "выпадающих" из общего списка и запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Разные формы подводных и надводных листьев стрелолиста

2. Карий и голубой цвета глаз у членов одной семье

3. Варьирование размеров клубней одного растения картофеля

4. Различие длины листьев у березы с северной и южной сторон

5. Рождение детей с синдромом Дауна

Объяснение: Модификационная изменчивость - изменчивость конкретного организма (или группы организмов) в зависимости от условий окружающей среды в пределах нормы реакции. Такая изменчивость затрагивает фенотип организма, но не затрагивает генотип, значит такие модификации не наследуются. Поэтому, примерами данного вида изменчивости не могут быть генетическими признаками - различный цвет глаз и синдром Дауна.

Правильный ответ - 25.

Задание 8.

Установите соответствие между процессами и отделами растений.

Процессы

А. Формирование эндосперма

Б. Образование зеленого заростка

В. Слияние неподвижных гамет

Г. Развитие пыльцевой трубки

Д. Размножение и расселение спорами

Отделы растений

2. Папоротниковидные

Объяснение: Папоротниковидные образуют зеленый заросток (из споры), а также размножаются и расселяются спорами. Их мужские половые клетки подвижны и оплодотворение идет только в воде.

Правильный ответ - 12112.

Задание 9.

Какие признаки характерны для организма, изображенного на рисунке.

1. Замкнутая кровеносная система

2. Разделение тела на голову, грудь и брюшко

3. Брюшная нервная цепочка

4. Четыре пары ног

5. Одна пара усиков

6. Дыхание с помощью легочных мешков и трахей

Объяснение: паукообразные имеют четыре пары ног, незамкнутую кровеносную систему, отделы тела: головогрудь и брюшко, есть брюшная нервная цепочка, дышат с помощью легочных мешков и трахей. Усиков нет.

Правильный ответ - 346.

Задание 10.

Установите соответствие между признаками организмов и царствами, для которых они характерны.

Признаки организмов

А. Гетеротрофный тип питания

Б. Наличие в наружном скелете хитина

В. Наличие образовательной ткани

Г. Регуляция жизнедеятельности только с помощью химических веществ

Д. Образование мочевины в процессе обмена веществ

Е. Наличие жесткой клеточной стенки из полисахаридов

Царства

1. Растения

2. Животные

Объяснение: к признакам животных отнесем гетеротрофный тип питания, наличие хитина в наружном скелете и образование мочевины в процессе обмена белков.

Наличие образовательной ткани, регуляцию жизнедеятельности при помощи химических веществ и наличие клеточной стенки отнесем к признакам растений.

Растения - автотрофы, так как потребляют неорганические вещества и перерабатывают из в органические вещества. Наружный скелет имеется только у животных (членистоногие), у животных есть только нервная, эпителиальная, мышечная и соединительная ткани, а у растений - образовательная, механическая, покровная, основная и проводящая. Животные регулируют внутренние процессы при помощи нервной и гуморальной регуляции, а растения только при помощи химических веществ. Мочевина образуется у животных. Клеточная стенка (из целлюлозы) имеется у растений и отсутствует у животных.

Правильный ответ - 221121.

Задание 11.

Установите последовательность расположения систематических таксонов, начиная с самого крупного.

1. Растения

2. Вишня кустарниковая

3. Розоцветные

4. Двудольные

5. Покрытосеменные

6. Вишня

Объяснение: располагаем таксоны, начиная с наибольшего.

Царство - Растения

Отдел - Покрытосеменные

Класс - Двудольные

Семейство - Розоцветные

Род - Вишня

Вид - Вишня кустарниковая

Правильный ответ - 154362.

Задание 12.

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Сужению легочных артерий

2. Учащению дыхания

3. Испарению воды через потовые железы

4. Изменению скорости свертывания крови

5. Расширению капилляров кожи

6. Понижению кровяного давления

Объяснение: при теплоотдаче происходит сужение легочных артерий (из-за повышения давления), испарение воды через потовые железы и расширение капилляров кожи (кожа краснеет).

Правильный ответ - 135.

Задание 13.

Установите соответствие между структурами уха и отделами, в которых они находятся.

Структура

А. Ушная раковина

Б. Овальное окно

В. Улитка

Г. Стремечко

Д. Евстахиева труба

Е. Молоточек

Отделы

1. Наружное ухо

2. Среднее ухо

3. Внутреннее ухо

Объяснение: рассмотрим картинку.

К внутреннему уху отнесем ушную раковину, к среднему - слуховые косточки (молоточек стремечко), к внутреннему - овальное окно, улитку и евстахиеву трубу.

Правильный ответ - 133232.

Задание 14.

Расположите в правильном порядке соподчинение систем разных уровней, начиная с наибольшего.

1. Форменные элементы

2. Эритроцит

3. Гемоглобин

4. Ион железа

5. Соединительная ткань

6. Кровь

Объяснение: располагаем структуры, начиная с наибольшего: соединительная ткань - кровь - форменные элементы - эритроцит - гемоглобин - ион железа. Железо входит в состав белка гемоглобина, который переносит кислород и находится на эритроците - форменном элементе крови. Кровь - один из типов соединительной ткани.

Правильный ответ - 561234.

Задание 15.

Прочитайте текст. Выберите три предложения, в которых даны описания экологического критерия вида растения Пузырчатка обыкновенная. Запишите цифры, под которыми они указаны.

1. Пузырчатка обыкновенная в основном встречается в средиземноморском регионе Европы и Африки. 2. Пузырчатка обыкновенная произрастает по канавам, прудам, стоячим и медленно текущим водоемам, болотам. 3. Листья растений рассечены на многочисленные нитевидные доли, листья и стебля снабжены пузырьками. 4. Пузырчатка цветет с июня по сентябрь. 5. Цветки окрашены в желтый цвет, сидят по 5-10 на цветоносе. 6. Пузырчатка обыкновенная - насекомоядное растение.

Объяснение: экологический критерий описывает образ жизни вида его связи с другими организмами. Предложение 2 - описывает особенности местообитания (не конкретные места, а в общем).

Предложение 4 - время цветения (значит и опыления).

Предложение 6 - особенности питания.

Правильный ответ - 246.

Задание 16.

Установите соответствие между примерами и доказательствами эволюции.

Примеры

А. Ископаемые переходные формы

Б. Гомологичные органы

В. Рудименты

Г. Окаменелости

Д. Атавизмы

Е. Единый план строения тела

Доказательства эволюции

1. Палеонтологические

2. Сравнительно-анатомические

Объяснение: к палеонтологическим доказательствам отнесем то, что находят ученые - ископаемые переходные формы, окаменелости. Все остальное - сравнительно-анатомические доказательства - гомологичные органы, рудименты, атавизмы, единый план строения.

Атавизм - появление признаков у организма, свойственных отдаленным предкам (волосяной покров, многососковость и т.д.).

Рудименты - органы, утратившие свою функцию (зубы мудрости, аппендикс, копчик, третье веко и т.д.).

Правильный ответ - 122122.

Задание 17.

Выберите три верных ответа из шести и запишите цифры, под которыми они указаны.

К консументам в экосистеме относят

2. Бактерии гниения

3. Зеленые растения

4. Парнокопытных животных

5. Хищников

6. Цианобактерий

Правильный ответ - 145.

Задание 18.

Установите соответствие между признаками и экосистемами.

Признаки

А. Разветвленные сети питания

Б. Короткие пищевые цепи

В. Низкая саморегуляция

Г. Разнообразие продуцентов

Д. Видовое разнообразие животных

Е. Доминирование монокультур

Экосистемы

1. Ковыльная степь

2. Пшеничное поле

Объяснение: по сути в задании нужно отличить естественную экосистему (ковыльную степь) от агроэкосистемы (пшеничное поле).

Для агроэкосистемы характерны короткие пищевые цепи, низкая саморегуляция и доминирование монокультур. Все остальное - признаки устойчивой естественной экосистемы.

Правильный ответ - 122112.

Задание 19.

Установите последовательность появления и развития экосистем на голых скалах.

1. Накипные лишайники и бактерии

2. Травянисто-кустарниковое сообщество

3. Лесное сообщество

4. Травянистые цветковые растения

5. Мхи и кустистые лишайники

Объяснение: на голых скалах растительное сообщество образуется так же, как шло развитие растительной жизни на Земле. То есть накипные лишайники и бактерии, затем, мхи и кустистые лишайники, далее травянистые цветковые растения, травянисто-кустарниковое сообщество и, наконец, лесное сообщество.

Правильный ответ - 15423.

Задание 20.

Рассмотрите рисунок с изображением фазы сердечного цикла. Определите название этой фазы, ее продолжительность и направление движения крови. Заполните пустые ячейки таблицы, используя термины процессы, приведенные в списке.

Список терминов и процессов:

1. Систола желудочков

2. Систола предсердий

3. Поступление крови из желудочков в артерии

4. 0,1 с

5. 0,8 с

6. Поступление крови из предсердия в желудочек

7. Поступление крови из вен в предсердие

8. 0,3 с

Объяснение: на рисунке изображена фаза сокращения предсердий (систола предсердий). При этом кровь из предсердия поступает в желудочек. Процесс происходит очень быстро и занимает 0,1 с.

Правильный ответ - 246.

Задание 21.

Проанализируйте таблицу "Время, необходимое для узнавания тест-изображения". Испытуемым демонстрировались цифры разных цветов и черно-белые изображения разной сложности. Фиксировалось время, необходимое испытуемому, чтобы распознать и назвать объект.

Изображения	Среднее время узнавания (мс)
Простые	25,0
Средней сложности	37,5
Сложные	70,0
Черные цифры	27,5
Красные цифры	37,5
Синие цифры	62,5
Зеленые цифры	45,0
Желтые цифры	67,5

Выберите утверждения, которые можно сформулировать на основании анализа представленных данных.

1. Время узнавания цифр не зависит от их цвета

2. Черные объекты распознаются быстрее цветных

3. Чем проще объект, тем меньше света необходимо для его узнавания

4. Цветные цифры распознаются быстрее, чем сложные изображения

5. В сумерках распознавание цветного объекта ослабевает

Объяснение: исходя из данных, приведенных в таблице, черные объекты распознаются быстрее, чем цветные (27,5 мс и 37,5 - 67,5 мс). А цветные цифры (мах - 67,5 мс распознаются быстрее, чем сложное изображение (70,0 мс). Остальные утверждения либо не верны, либо содержат данные, которых нет в таблице.

Правильный ответ - 24.

Задание 22.

Хорошо известно, что в крови человека есть белки и глюкоза. Почему разовое введение глюкозы в кровь неопасно для организма, а введение большинства белков опасно?

Объяснение: при однократном введении в кровь глюкозы гормоны углеводного обмена расщепляют ее. Глюкоза - привычная молекула для крови человека (и основная энергетическая молекула), а белки (не регуляторные) в нормальном состоянии не должны находиться в крови (так как это - полимеры), из ЖКТ в кровь поступают мономеры белков - аминокислоты. Белки имеют антигенную природу и будут восприниматься организмом человека как чужеродная молекула.

Задание 23.

Назовите объект, изображенный на рисунке. Укажите название и функции структур, присутствующих на картинке.

Объяснение: на рисунке изображен бактериофаг (вирус бактерий). Можем различить головку (белковый капсид - выполняет защитную функцию, так как в нем расположена нуклеиновая кислота - ДНК или РНК); хвостовой отросток с базальной пластинкой - через отросток вирус впрыскивает нуклеиновую кислоту в пораженную клетку; фибриллы - при помощи них вирус укореняется на клеточной стенке.

Задание 24.

Найдите три ошибки в приведённом тексте. Укажите номера предложений, в которых сделаны ошибки, исправьте их.

(1)Рыбы - обитатели водной среды. (2) По происхождению и особенностям строения рыб подразделяют на 2 класса: Хрящевые рыбы и Костные рыбы. (3) Заострённая спереди голова слита с туловищем, которое начинается от свободного края жаберных крышек и заканчивается хвостовым отделом. (4) У всех рыб жабры открываются снаружи тела жаберными щелями. (5) Все рыбы имеют плавательный пузырь. (б) Наиболее древние из костных рыб Кистепёрые рыбы. (7) Для них характерны мясистые, покрытые чешуёй плавники, развитая у взрослых рыб хорда, плохо развитый плавательный пузырь и другие особенности.

Объяснение: предложение 3 - тело заканчивается не хвостовым отделом, а анальным отверстием.

Предложение 4 - не у всех рыб жабры открываются снаружи тела жаберными щелями. У многих рыб жабры закрыты жаберными крышками (костные рыбы).

Предложение 5 - плавательные пузырь - специальный орган для приспособления к плаванию, но не все рыбы имеют плавательный пузырь (лососевые).

Световая микроскопия обеспечивает увеличение до 2-3 тысяч раз, цветное и подвижное изображение живого объекта, возможность микрокиносъемки и длительного наблюдения одного и того же объекта, оценку его динамики и химизма.

Основными характеристиками любого микроскопа являются разрешающая способность и контраст. Разрешающая способность - это минимальное расстояние, на котором находятся две точки, демонстрируемые микроскопом раздельно. Разрешение человеческого глаза в режиме наилучшего видения равно 0.2 мм.

Контраст изображения - это различие яркостей изображения и фона. Если это различие составляет менее 3 - 4 %, то его невозможно уловить ни глазом, ни фотопластинкой; тогда изображение останется невидимым, даже если микроскоп разрешает его детали. На контраст влияют как свойства объекта, которые изменяют световой поток по сравнению с фоном, так и способности оптики уловить возникающие различия в свойствах луча.

Возможности светового микроскопа ограничены волновой природой света. Физические свойства света - цвет (длина волны), яркость (амплитуда волны), фаза, плотность и направление распространения волны изменяются в зависимости от свойств объекта. Эти различия и используются в современных микроскопах для создания контраста.

Увеличение микроскопа определяется как произведение увеличения объектива на увеличение окуляра. У типичных исследовательских микроскопов увеличение окуляра равно 10, а увеличение объективов – 10, 45 и 100. Соответственно, увеличение такого микроскопа составляет от 100 до 1000. Некоторые из микроскопов имеют увеличение до 2000. Еще более высокое увеличение не имеет смысла, так как при этом разрешающая способность не улучшается. Напротив, качество изображения ухудшается.

Числовая апертура используется для выражения разрешающей способности оптической системы или светосилы объектива. Светосила объектива -интенсивность света, приходящаяся на единицу площади изображения, приблизительно равна квадрату NA. Величина NA составляет примерно 0,95 для хорошего объектива. Микроскоп обычно рассчитывают таким образом, чтобы его полное увеличение составляло около 1000 NA. Если между объективом и образцом ввести жидкость (масло или, что бывает реже, дистиллированную воду), то получится «иммерсионный» объектив с величиной NA, достигающей 1,4, и с соответствующим улучшением разрешения.

Методы световой микроскопии

Методы световой микроскопии (освещения и наблюдения). Методы микроскопии выбираются (и обеспечиваются конструктивно) в зависимости от характера и свойств изучаемых объектов, так как последние, как отмечалось выше, влияют на контрастность изображения.

Метод светлого поля и его разновидности

Метод светлого поля в проходящем свете применяется при изучении прозрачных препаратов с включенными в них абсорбирующими (поглощающими свет) частицами и деталями. Это могут быть, например, тонкие окрашенные срезы животных и растительных тканей, тонкие шлифы минералов и т. д. В отсутствие препарата пучок света из конденсора, проходя через объектив, даёт вблизи фокальной плоскости окуляра равномерно освещенное поле. При наличии в препарате абсорбирующего элемента происходит частичное поглощение и частичное рассеивание падающего на него света, что и обусловливает появление изображения. Возможно применение метода и при наблюдении неабсорбирующих объектов, но лишь в том случае, если они рассеивают освещающий пучок настолько сильно, что значительная часть его не попадает в объектив.

Метод косого освещения - разновидность предыдущего метода. Отличие между ними состоит в том, что свет на объект направляют под большим углом к направлению наблюдения. Иногда это помогает выявить «рельефность» объекта за счёт образования теней.

Метод светлого поля в отражённом свете применяется при исследовании непрозрачных отражающих свет объектов, например шлифов металлов или руд. Освещение препарата (от осветителя и полупрозрачного зеркала) производится сверху, через объектив, который одновременно играет и роль конденсора. В изображении, создаваемом в плоскости объективом совместно с тубусной линзой, структура препарата видна из-за различия в отражающей способности её элементов; на светлом поле выделяются также неоднородности, рассеивающие падающий на них свет.

Метод темного поля и его разновидности

Метод тёмного поля в проходящем свете (Dark-field microscopy) используется для получения изображений прозрачных неабсорбирующих объектов, которые не могут быть видны, если применить метод светлого поля. Зачастую это биологические объекты. Свет от осветителя и зеркала направляется на препарат конденсором специальной конструкции - т. н. конденсором тёмного поля. По выходе из конденсора основная часть лучей света, не изменившая своего направления при прохождении через прозрачный препарат, образует пучок в виде полого конуса и не попадает в объектив (который находится внутри этого конуса). Изображение в микроскопе формируется при помощи лишь небольшой части лучей, рассеянных микрочастицами находящегося на предметном стекле препарата внутрь конуса и прошедшими через объектив. Темнопольная микроскопия основана на эффекте Тиндаля (Tyndall effect) , известным примером которого служит обнаружение пылинок в воздухе при освещении их узким лучом солнечного света. В поле зрения на тёмном фоне видны светлые изображения элементов структуры препарата, отличающихся от окружающей среды показателем преломления. У крупных частиц видны только светлые края, рассеивающие лучи света. Используя этот метод, нельзя определить по виду изображения, прозрачны частицы или непрозрачны, больший или меньший показатель преломления они имеют по сравнению с окружающей средой.

Проведение темнопольного исследования

Предметные стекла должны быть не толще 1,1-1,2 мм, покровные 0,17 мм, без царапин и загрязнений. При приготовлении препарата следует избегать наличия пузырьков и крупных частиц (эти дефекты будут видны ярко святящимися и не позволят наблюдать препарат). Для темнопольной применяют более мощные осветители и максимальный накал лампы.

Настройка темнопольного освещения в основном заключается в следующем:
1. Устанавливают свет по Келеру;
2. Заменяют светлопольный конденсор темнопольным;
3. На верхнюю линзу конденсора наносят иммерсионное масло или дистиллированную воду;
4. Поднимают конденсор до соприкосновения с нижней поверхностью предметного стекла;
5. Объектив малого увеличения фокусируют на препарат;
6. С помощью центрировочных винтов переводят в центр поля зрения светлое пятно (иногда имеющее затемненный центральный участок);
7. Поднимая и опуская конденсор, добиваются исчезновения затемненного центрального участка и получения равномерно освещенного светлого пятна.

Если этого сделать не удается, то надо проверить толщину предметного стекла (обычно такое явление наблюдается при использовании слишком толстых предметных стекол - конус света фокусируется в толще стекла).

После правильной настройки света устанавливают объектив нужного увеличения и исследуют препарат.

В основе метода ультрамикроскопии лежит тот же принцип – препараты в ультрамикроскопах освещаются перпендикулярно направлению наблюдения. При этом методе можно обнаружить (но не «наблюдать» в буквальном смысле слова) чрезвычайно мелкие частицы, размеры которых лежат далеко за пределами разрешающей способности наиболее сильных микроскопов. При помощи иммерсионных ультрамикроскопов удаётся зарегистрировать присутствие в препарате частиц с×частиц размером до 2×10 в -9 степени м. Но форму и точные размеры таких помощью этого метода определить невозможно. Их изображения представляются наблюдателю в виде дифракционных пятен, размеры которых зависят не от размеров и формы самих частиц, а от апертуры объектива и увеличения микроскопа. Так как подобные частицы рассеивают очень мало света, то для их освещения требуются чрезвычайно сильные источники света, например угольная электрическая дуга. Ультрамикроскопы применяются в основном в коллоидной химии.

Метод фазового контраста

Метод фазового контраста и его разновидность - т. н. метод «аноптрального» контраста предназначены для получения изображений прозрачных и бесцветных объектов, невидимых при наблюдении по методу светлого поля. К таковым относятся, например, живые неокрашенные животные ткани. Суть метода в том, что даже при очень малых различиях в показателях преломления разных элементов препарата световая волна, проходящая через них, претерпевает разные изменения по фазе (приобретает т. н. фазовый рельеф). Не воспринимаемые непосредственно ни глазом, ни фотопластинкой, эти фазовые изменения с помощью специального оптического устройства преобразуются в изменения амплитуды световой волны, т. е. в изменения яркости («амплитудный рельеф»), которые уже различимы глазом или фиксируются на фоточувствительном слое. Иными словами, в получаемом видимом изображении распределение яркостей (амплитуд) воспроизводит фазовый рельеф. Получаемое таким образом изображение называется фазово-контрастным.

Фазово-контрастное устройство может быть установлено на любом световом микроскопе и состоит из:
1. Набора объективов со специальными фазовым пластинками;
2. Конденсора с поворачивающимся диском. В нем установлены кольцевые диафрагмы, соответствующие фазовым пластинкам в каждом из объективов;
3. Вспомогательного телескопа для настройки фазового контраста.

Настройка фазового контраста заключается в следующем:
1. Заменяют объективы и конденсор микроскопа на фазовые (обозначенные буквами Ph) ;
2. Устанавливают объектив малого увеличения. Отверстие в диске конденсора должно быть без кольцевой диафрагмы (обозначенной цифрой "0");
3. Настраивают свет по Келеру;
4. Выбирают фазовый объектив соответствующего увеличения и фокусируют его на препарат;
5. Поворачивают диск конденсора и устанавливают соответствующую объективу кольцевую диафрагму;
6. Вынимают из тубуса окуляр и вставляют на его место вспомогательный телескоп. Настраивают его так, чтобы были резко видны фазовая пластинка (в виде темного кольца) и кольцевая диафрагма (в виде светлого кольца того же диаметра). С помощью регулировочных винтов на конденсоре совмещают эти кольца. Вынимают вспомогательный телескоп и вновь устанавливают окуляр.

Благодаря применению этого способа микроскопии контраст живых неокрашенных микроорганизмов резко увеличивается и они выглядят темными на светлом фоне (позитивный фазовый контраст) или светлыми на темном фоне (негативный фазовый контраст).

Фазово-контрастная микроскопия применяется также для изучения клеток культуры ткани, наблюдения действия различных вирусов на клетки и т. п. В этих случаях часто применяют биологические микроскопы с обратным расположением оптики - инвертированные микроскопы. У таких микроскопов объективы расположены снизу, а конденсор - сверху.

– это метод наблюдения в поляризованном свете для микроскопического исследования препаратов, включающих оптически анизотропные элементы (или целиком состоящих из таких элементов). Таковыми являются многие минералы, зёрна в шлифах сплавов, некоторые животные и растительные ткани и пр. Оптические свойства анизотропных микрообъектов различны в различных направлениях и проявляются по-разному в зависимости от ориентации этих объектов относительно направления наблюдения и плоскости поляризации света, падающего на них. Наблюдение можно проводить как в проходящем, так и в отражённом свете. Свет, излучаемый осветителем, пропускают через поляризатор. Сообщенная ему при этом поляризация меняется при последующем прохождении света через препарат (или отражении от него). Эти изменения изучаются с помощью анализатора и различных оптических компенсаторов. Анализируя такие изменения, можно судить об основных оптических характеристиках анизотропных микрообъектов: силе двойного лучепреломления, количестве оптических осей и их ориентации, вращении плоскости поляризации, дихроизме.

Метод интерференционного контраста (интерференционная микроскопия) состоит в том, что каждый луч раздваивается, входя в микроскоп. Один из полученных лучей направляется сквозь наблюдаемую частицу, другой - мимо неё по той же или дополнительной оптической ветви микроскопа. В окулярной части микроскопа оба луча вновь соединяются и интерферируют между собой. Один из лучей, проходя через объект, запаздывает по фазе (приобретает разность хода по сравнению со вторым лучом). Величина этого запаздывания измеряется компенсатором. Можно сказать, что метод интерференционного контраста сходен с методом фазового контраста - они оба основаны на интерференции лучей, прошедших через микрочастицу и миновавших её. Как и фазово-контрастная микроскопия, этот метод дает возможность наблюдать прозрачные и бесцветные объекты, но их изображения могут быть и разноцветными (интерференционные цвета). Оба метода пригодны для изучения живых тканей и клеток и применяются во многих случаях именно с этой целью. Главное отличие интерференционной микроскопии от метода фазового контраста – это возможность измерять разности хода, вносимые микрообъектами. Метод интерференционного контраста часто применяют совместно с другими методами микроскопии, в частности с наблюдением в поляризованном свете. Его применение в сочетании с микроскопией в ультрафиолетовых лучах позволяет, к примеру, определить содержание нуклеиновых кислот в общей сухой массе объекта. К интерференционной микроскопии относятся также методы использования микроинтерферометров.

Метод исследования в свете люминесценции (люминесцентная микроскопия, или флуоресцентная микроскопия) состоит в наблюдении под микроскопом зелено-оранжевого свечения микрообъектов, которое возникает при их освещении сине-фиолетовым светом или не видимыми глазом ультрафиолетовыми лучами. В оптическую схему микроскопа вводятся два светофильтра. Один из них помещают перед конденсором. Он пропускает от источника-осветителя излучение только тех длин волн, которые возбуждают люминесценцию либо самого объекта (собственная люминесценция), либо специальных красителей, введённых в препарат и поглощённых его частицами (вторичная люминесценция). Второй светофильтр, который установлен после объектива, пропускает к глазу наблюдателя (или на фоточувствительный слой) только свет люминесценции. В люминесцентной микроскопии используют освещение препаратов как сверху (через объектив, который в этом случае служит и конденсором), так и снизу, через обычный конденсор. Наблюдение при освещении сверху иногда называют «люминесцентной микроскопией в отражённом свете» (этот термин условен - возбуждение свечения препарата не является простым отражением света). Его часто используют совместно с наблюдением по фазово-контрастному методу в проходящем свете. Метод нашел широкое применение в микробиологии, вирусологии, гистологии, цитологии, в пищевой промышленности, при исследовании почв, в микрохимическом анализе, в дефектоскопии. Такое многообразие применений объясняется очень высокой цветовой чувствительностью глаза и высокой контрастностью изображения самосветящегося объекта на тёмном нелюминесцирующем фоне. Кроме того, информация о составе и свойствах исследуемых веществ, которую можно получить, зная интенсивность и спектральный состав их люминесцентного излучения, имеет огромную ценность.