Проведен очередной факультетский этап студенческой олимпиады по биологии. Ниже — итоговая таблица.
Поздравляю победителей, которые поедут в Житомир, — Михаила Шлахтера и Николая Дрогваленко! Спасибо всем участникам и всем авторам заданий!
Оценки посчитаны так, что по каждому вопросу самому слабому ответу соответствует 0 баллов, а самому сильному ответу — максимальное количество баллов, которое дается на вопрос. Вследствие такого подсчета итоговая оценка 0 соответствует участнику, который хуже всех ответил на все вопросы, а 100 — участнику, который по всем вопросам показал лучший результат среди всех участников. Как это высчитывалось, видно по скрину таблицы в Excel, показанному выше. Курсор стоит на ячейке I4, и в строке формул видно, как пересчитывалась оценка (24 — это минимальный "сырой" балл, набранный за тест, а 46 — максимальный). Такой способ расчетов позволяет использовать при проверке любые числовые шкалы; нормируется не максимально возможный балл, а разница между лучшим и худшим ответом по каждому заданию.
Задания были таковы. Самым весомым по влиянию на итоговый результат был тест, состоящий из 62 заданий (на его написание, чтоб проверить способность отвечать быстро, было дано 45 минут). Частично он состял из заданий демонстрационного теста для поступления в магистратуру (этот вариант мои коллеги успели подготовить, но еще не успели выложить; благодаря любезности О. В. Таглиной мы смогли его использовать на олимпиаде). Вторую часть теста составляли задания С. Н. Федосовой по анатомии человека (они были посложнее). В левой части таблицы указано количество правильных ответов (из 62), которые дал каждый участник. Тестовые задания приводить здесь я не буду.
Завдання № 1 (автор — Н. Є. Волкова)
Одного разу садівник-любитель схрестив між собою дві рослини персика різних сортів, обидві з яких давали білі плоди. Три роки він доглядав за гібридами, а навесні четвертого року, коли рослини зацвіли, він перезапилив частина квіток гібридів F1 пилком одного з батьків; інша частина квіток самозапилилася. Прийшов кінець літа і все гібридні рослини дали білі плоди. Садовод зберіг кісточки плодів, які розвинулися з перезапилених і самозапилених квітів. Навесні він висадив їх в ґрунт і через три роки восени отримав наступне.
З рослин F2 241 давало білі персики, 31 — жовто-червоні, 22 — жовті, 20 — червоні, 6 — яскраво-червоні. З рослин, отриманих в зворотному схрещуванні, 40 давали білі персики, 7 — жовто-червоні і 17 — жовті.
Садовод здивувався, звідки у рослин з білими плодами виникли нащадки з іншим забарвленням. Поясніть садівникові-любителю, з якою генетичної закономірністю він зіткнувся в ході проведення схрещувань, і як, виходячи з отриманих ним результатів, успадковується забарвлення плодів у персиків.
Завдання № 2 (автор — К. В. Кот)
Обчисліть температуру плавлення (Tm) та кількість водневих зв’язків у молекулі А-ДНК, якщо відомо, що загальна молекулярна маса тимідилових нуклеотидів у ній дорівнює 690 000 атомних одиниць маси, а довжина молекули дволанцюгової ДНК - 1,3 мікрометра.
Для довідки:
- Температура плавлення ДНК лінійно залежна від вмісту ГЦ-пар у її складі, і ця залежність має вигляд: Tm = 69,3 + 0,41×Z, де Z – вміст пар ГЦ (у %).
- Довжина одного оберту A-ДНК дорівнює 2,86 нанометрів; в одному оберті — 11 пар нуклеотидів.
- Середня молекулярна маса одного нуклеотиду у 8,023 разів більше, ніж сума відносних атомних мас чотирьох хімічних елементів, що утворюють пептидний зв’язок.
Завдання № 3 (автор — Є. О. Кіося)
На даний момент існує чотири основних гіпотези, які пояснюють існування чорних і білих смуг у зебр:
1) індивідуальна ідентифікація особин у стаді;
2) захист від великих хижаків;
3) захист від кровосисних комах;
4) терморегуляція.
Які дослідження ви би провели для перевірки цих гіпотез і остаточного вирішення питання про призначення смугастого забарвлення зебр?
Завдання № 4 (автор — Д. А. Шабанов)
Схематично намалюйте (так, щоб на вашому рисунку було відбито відділи тіла, кінцівки, головні зовнішні органи тощо) наступних тварин:
— південноруський тарантул, Lycosa singoriensis;
— зелений коник, Tettigonia viridissima;
— річковий окунь, Perca fluviatilis;
— чорноморська афаліна, Tursiops truncatus.
Последнее задание вызвало стоны участников-биохимиков. Поскольку его можно считать менее "серьезным", я снизил баллы за него в два раза, "перебросив" высвободившиеся 10 баллов на тест. Каждое из заданий проверял его автор (тест проверил я сам в соответствии с полученным от авторов заданий ключом).
Авторские критерии оценивания задания № 1
10 – задача розв’язана вірно, супроводжується поясненнями, що повною мірою розкривають логіку аналізу; чітко оформлена;
9 – задача розв’язана вірно, супроводжується певними поясненнями, що частково розкривають логіку аналізу;
8 – задача розв’язана в цілому, отримані правильні відповіді, але не на всі запитання; супроводжується фрагментарними поясненнями, що натякають на логіку аналізу;
7 – задача розв’язана в цілому, отримані правильні відповіді, але не на всі запитання; відсутні пояснення;
6 – задача розв’язана частково, отримані правильні відповіді на деякі запитання;
5 – задача не розв’язана, наявний короткий запис умов задачі; наявні більш-менш сформульовані пояснення, що мають відношення до розв’язання та натякають на правильну логіку мислення;
4 – задача не розв’язана, наявний короткий запис умов задачі; наявні нечіткі пояснення, що мають відношення до розв’язання, підписи генотипів;
3 – задача не розв’язана, наявний короткий запис умов задачі; наявні поодинокі записи, що мають відношення до розв’язання;
2 – задача не розв’язана, наявний короткий запис умов задачі;
1 – наявний неповний запис умов задачі;
0 – чистий аркуш паперу.
Авторские критерии оценивания задания № 2
Задание по биохимии/молекулярной биологии о нахождении температуры плавления и количества водородных связей в молекуле ДНК предполагало проверку умения воспользоваться исходными данными, справочным материалом, а так же знаниями, полученными ещё на 1-ом курсе университета.
Изначально не планировалось проверять правильность вычислений (т.к. рабочие числа в задаче большие, а возможности воспользоваться калькулятором у студентов нет), а лишь логику решения и последовательность действий. Но т.к. некоторые участники смогли дать очень близкий к точному ответ, то и это было учтено.
Максимальное количество баллов – 10. Из них приходилось на:
— общее понимание поставленной задачи – 2 балла максимально;
— использование всех имеющихся данных – 2 балла максимально;
— наличие пояснений (хоть совсем-совсем минимальных) – 2 балла максимально;
— ответ по температуре плавления – 2 балла за точный ответ, 1 – за приблизительный;
— ответ по водородным связям – 2 балла за точный ответ, 1 – за приблизительный.
Решение:
1) Для удобства расчётов переведём значение длины ДНК из мкм в нм: lДНК = 1,3 мкм = 1,3×103 нм = 1300 нм.
2) Зная, что длина 1 витка А-ДНК равна 2,86 нм, а в витке – 11 пар нуклеотидов, определим длину 1 пары нуклеотидов (1 п.н.). Она будет равна 0,26 нм. l1 п.н.= 2,86/11=0,26 нм.
3) Теперь можем определить число пар нуклеотидов (п.н.) в молекуле ДНК: Nп.н. = lДНК / l1 п.н. Nп.н. = 1300 нм / 0,26 нм = 5 000 пар нуклеотидов.
4) Определим общее число нуклеотидов (н.) в молекуле ДНК. Nн. = Nп.н.×2. Nн. = 5 000×2 = 10 000 нуклеотидов.
5) Определим среднюю молекулярную массу одного нуклеотида. В состав пептидной группы входят 4 атома – C, N, O, H, их относительные атомные массы – 12, 14, 16 и 1 соответственно. Если ср.молек. масса нуклеотида в 8,023 раза больше, чем сумма относит.атомных масс этих элементов, то Мн. = 8,023×(12+14+16+1)=8,023×43= 345
6) Определим общее число тимидиловых нуклеотидов (Т) в молекуле ДНК. NТ = МДНК / Мн. NТ = 690 000 / 345 = 2 000 нуклеотидов.
7) По правилу Чаргаффа А=Т, Г=Ц. Значит А = 2 000 нуклеотидов. А+Т = 4 000 нуклеотидов. Г+Ц = 100% - (А+Т) = 10 000 нуклеотидов – 4 000 нуклеотидов = 6 000 нуклеотидов.
8) Определим % ГЦ-пар в ДНК. Если всего нуклеотидов 10 000, а Г+Ц = 6 000 нуклеотидов, то ГЦ = 60%.
9) Теперь можно посчитать температуру плавления ДНК. Подставляем в формулу всё, что знаем: Tm = 69,3 + 0,41×Z. Tm = 69,3 + 0,41×60 = 93,9˚С.
10) По водородным связям. Зная, что адениловые нуклеотиды связываются с тимидиловыми двумя Н-связями, а гуаниловые с цитидиловыми – тремя, высчитываем, что АТ-пары удерживаются 4 000×2 = 8 000 связями, а ГЦ-пары – 6 000×3 = 18 000 связями. Итого 8 000 + 18 000 = 26 000 Н-связей.
Авторские критерии оценивания задания № 3
Вопрос о зебрах относился не столько к зоологии или эволюционной биологии, сколько к методологии науки. Единственно правильного ответа на него не предусматривалось. Приветствовались любые вразумительно описанные схемы исследований – будь-то наблюдения, эксперименты или опыты по моделированию – если они позволяли сделать обоснованный выбор между предложенными гипотезами.
Также принималось во внимание то, насколько реалистичны были предложенные идеи в плане воплощения на практике. К примеру, «перекрасить часть стада зебр под антилоп и посмотреть, быстро ли их съедят львы» или «сымитировать саванну со всеми факторами окружающей среды» было бы крайне сложно. Считать, «сколько раз зебру-меланиста укусят мухи» – также не очень-то удобно. Зебры – это, всё же, не лабораторные мыши и арсенал доступных методов работы с ними – гораздо уже.
К тому же, в условиях большого числа правдоподобных гипотез лучше было не искать очередные подтверждения тех или иных из них, а пытаться как-либо их опровергнуть.
Примечательно, что на деле вопрос о назначении полос зебр ещё не разрешён, несмотря на длительную историю исследований. Ещё Ч. Дарвин и А.Р. Уоллес спорили о том, для чего зебрам полоски, но даже в XXI веке продолжают выходить всё новые статьи в научных журналах, освещающие эту тему с новых, неожиданных сторон.
Вот что по данной проблеме в реальности изучали за последнее десятилетие:
1). Вызывает ли мелькание полос бегущего стада зебр оптические иллюзии, которые могут сбить хищников с толку? (Ответ – да). How M.J., Zanker J.M. Motion camouflage induced by zebra stripes // Zoology (2013).
2). Как видят полоски зебр крупные хищники (львы, гиены и т.п.) в условиях различной освещённости и разного типа местности? Так ли они воспринимают полоски зебр, как их видим мы? (Ответ – нет). Melin A.D., et al. Zebra stripes through the eyes of their predators, zebras and humans // PLOS one (2016).
3). Делает ли полосатая окраска более заметным или менее заметным движущийся виртуальный объект, смоделированный на компьютере? Легче ли промахнуться (не попасть) по нему или сложнее? (Противоречивые результаты – почитайте сами). Hughes A.E., et al. The role of stripe orientation in target capture success // Frontiers in zoology (2015).
4). Чаще или реже зебры становятся жертвами львов, чем другие травоядные животные? (Чаще). Hayward M.W., Kerley G.I.H. Prey preferences of the lion (Panthera leo) // J. Zool. Lond. (2005). Hayward M.W., et al. Do lions (Panthera leo) actively select prey or do prey preferences simply reflect chance responses via evolutionary adaptations to optimal foraging? // PLOS one (2011).
5). Правда ли, что слепни и мухи це-це реже садятся на полосатые предметы из-за особенностей воприятия тепла и/или поляризованного света? (Правда). Egri A., et al. Polarotactic tabanids find striped patterns with brightness and/or polarization modulation least attractive: an advantage of zebra stripes // J. Exp. Biol. (2012). Caro T., et al. The function of zebra stripes // Nature comm. (2014).
6). Есть ли связь между интенсивностью полосок той или иной популяции зебр и средней температурой в местах их обитания? (Видимо - есть). Кстати, на эту тему в печати развернулась особо активная дискуссия между исследователями, придерживающимися разных точек зрения: Larrison B., et al. How the zebra got its stripes: a problem with too many solutions // R. Soc. open sci. (2015). Caro T., Stankowich T. Concordance on zebra stripes: a comment on Larison et al. // R. Soc. open sci. (2015). Larrison B., et al. Concordance on zebra stripes is not black and white: response to comment by Caro & Stankowich // R. Soc. open sci. (2015).
Общий вердикт большинства этих статей примерно таков: “Much additional work is needed to elucidate the true functionality of striping in zebra”.
Авторские критерии оценивания задания № 4
"Сырая" оценка выставлялась из расчета 40 баллов: по 10 баллов за каждое животное. Оценка "0" сответствовала отсутствию рисунка, оценка "10" — 100% отражению всех деталей, которые, по моему мнению, должны были быть видны на рисунке.
Как именно выставлялись оценки, проще всего пояснить на примере. Вот этот тарантул получил 3 балла:
А этот — 10 (можно было бы попенять на отсутствие паутинных бородавок и нечеткое изображение головы, но я уж не стал цепляться):
Ну, а этот кузнечик получил 2 балла:
А за этого нельзя было не поставить максимум — 10:
Все участники — молодцы, а те, кто побоялся прийти на олимпиаду, — двоечники!