Почему у многих китов правый желудочек сердца мощнее левого, хотя у наземных млекопитающих всё наоборот? Почему врачи протирают кожу 70-процентным спиртом, а не 96-процентным? Почему лишайники исчезают из городов раньше, чем деревья? Готового ответа на такие вопросы в учебнике нет. Его приходится выводить самому, соединяя два-три известных факта с данными условия. Именно так устроено задание 25 ЕГЭ по биологии — эвристическое задание, в котором проверяют не память, а умение рассуждать.
Это задание традиционно оказывается одним из самых трудных в работе. По данным методических рекомендаций ФИПИ по итогам ЕГЭ-2025, задания высокого уровня сложности о многообразии организмов выполнены в среднем лишь на 12–39 %; задание 25 об эпифите тилландсии на полные 3 балла решили 2 % участников, задание 25 о мышцах спринтера — 3 %. Причина почти всегда одна: выпускник знает материал, но не умеет перевести его в цепочку «причина — механизм — следствие» и записать так, как этого ждёт эксперт.
В статье — устройство задания и правила оценивания, приёмы чтения условия, алгоритм решения в пять шагов, восемь приёмов рассуждения, физические и биологические закономерности, к которым сводится большинство ответов, подробный разбор задания демоверсии ЕГЭ-2027 со слабым и сильным ответами, типичные ошибки и десять заданий высокого уровня сложности с разбором и критериями оценивания.
Где это пригодится на экзамене. Прежде всего в задании 25 (3 балла из 57 первичных). Те же приёмы работают в заданиях 22–23 об эксперименте, в задании 24 с рисунком и в задании 26 по общей биологии: там тоже нужно объяснить новую ситуацию, опираясь на школьные закономерности.
- Что проверяет задание 25
- Как устроено задание и как его оценивают
- Как читать условие: ключевые сведения, шум и ловушки
- Алгоритм решения в пять шагов
- Восемь приёмов рассуждения
- Опорные закономерности
- Разбор задания демоверсии ЕГЭ-2027
- Как записать ответ на 3 балла
- Типичные ошибки
- 10 заданий высокого уровня сложности
Что проверяет задание 25 и почему его называют эвристическим
В спецификации ЕГЭ-2027 задание 25 называется «Обобщение и применение знаний о человеке и многообразии организмов». Это задание высокого уровня сложности с развёрнутым ответом, максимальный балл — 3. Его содержание охватывает три раздела кодификатора: «Клетка как биологическая система» (элементы 2.1–2.6), «Система и многообразие органического мира» (4.1–4.6) и «Организм человека и его здоровье» (5.1–5.7). Значит, в условии может оказаться бактерия, гриб, лишайник, растение, беспозвоночное или позвоночное животное, человек — а объяснение почти всегда опирается на строение и работу клетки.
ФИПИ описывает эти задания как задания «в контекстной форме, включая вопросы поискового характера». В условии рассказывается о наблюдении, опыте, научном открытии или практическом случае, которого нет в учебнике, а вопросы требуют объяснить явление, предсказать последствия изменений или оценить значение признака для организма. Поэтому такие задания и называют эвристическими: ответ не вспоминают, а находят.
Сравните два вопроса. «Какую функцию выполняет миоглобин?» — вопрос на воспроизведение: ответ «запасает кислород в мышцах» есть в любом учебнике. «Почему тюлень может долго оставаться под водой, хотя объём его лёгких невелик?» — эвристический вопрос: нужно самому догадаться, что запас кислорода хранится не только в лёгких, связать это с миоглобином мышц и гемоглобином крови, а затем добавить, что при нехватке кислорода мышцы переходят на бескислородное расщепление глюкозы. Знания те же, но работа с ними другая.
Откуда слово. «Эвристика» происходит от древнегреческого глагола εὑρίσκω — «нахожу»; от него же знаменитое «Эврика!» Архимеда. Математик Д. Пойа в книге «Как решать задачу» (1945) назвал эвристикой искусство находить решение задачи, для которой нет готового правила, — с помощью общих приёмов: сравнения, аналогии, обратного хода, мысленного опыта. Именно эти приёмы, перенесённые в биологию, и составляют методику решения задания 25.
Как устроено задание и как его оценивают
Условие состоит из связного текста в один-два абзаца и трёх-четырёх вопросов, собранных в последнем абзаце. Текст сообщает наблюдение или результаты исследования, часто с числами и сравнением нескольких случаев. Кроме нужных для ответа сведений, в нём почти всегда есть лишние — имена учёных, даты, географические подробности.
Эталон ответа содержит, как правило, шесть элементов — шесть законченных мыслей. Для некоторых элементов в эталоне указаны равноценные варианты через «ИЛИ»: задание допускает несколько верных путей рассуждения. Эксперт проверяет, сколько элементов эталона есть в ответе, и выставляет балл по шкале.
| Что есть в ответе | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов эталона, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Два правила оценивания определяют стратегию ответа. Первое: «допускаются иные формулировки ответа, не искажающие его смысла» — учить эталоны наизусть не нужно, важен смысл. Второе: «за дополнительную информацию, не имеющую отношения к вопросу задания, баллы не начисляются, но за наличие в ней ошибок снимается 1 балл». Отсюда пять следствий.
- Нужно ответить на каждый вопрос: элементы эталона распределены по всем вопросам, и пропущенный вопрос стоит одного-двух элементов.
- Каждый пункт ответа должен содержать одну законченную мысль. Если два элемента слиты в одно расплывчатое предложение, эксперт может засчитать только один.
- Одна и та же мысль, повторённая другими словами, засчитывается один раз.
- «Всё, что знаю по теме» писать бессмысленно: баллы за это не прибавят, а случайная ошибка снимет балл.
- Полные 3 балла можно получить и без одного элемента: пять из шести тоже дают максимум. Поэтому разумнее точно написать пять-шесть тезисов, чем пытаться угадать неочевидный шестой ценой ошибки.
Формулировка вопроса подсказывает, какого рода ответ нужен. Эти «маркерные» слова стоит распознавать сразу.
| Формулировка вопроса | Что требуется в ответе | Как обычно теряют балл |
|---|---|---|
| «Почему…?», «Чем объяснить…?» | Причина: механизм, связывающий наблюдение с известной закономерностью | Пересказывают условие или называют цель («чтобы…») без механизма |
| «Какое значение имеет…?», «Для чего…?» | Приспособительное значение: какую задачу организма решает признак — выживание, размножение, экономия ресурсов | Называют признак, но не связывают его с жизнью организма в данных условиях |
| «Как изменится…?», «Что произойдёт, если…?» | Прогноз: направление изменения и цепочка причин, которая к нему приводит | Указывают только направление («увеличится») без объяснения |
| «Что доказывает опыт…?», «О чём свидетельствует…?» | Вывод из сравнения опыта с контролем: какое условие различалось и что из этого следует | Делают вывод о причине из простого совпадения двух явлений |
| «Чем различаются…?», «Сравните…» | Различие и его причина в строении или работе органа | Перечисляют различия без объяснения |
| «Объясните с точки зрения физики (химии)» | Название закономерности: диффузия, осмос, теплопроводность, испарение, отношение поверхности к объёму, денатурация | Описывают явление бытовыми словами без механизма |
Как читать условие: ключевые сведения, шум и ловушки
Каждое сведение в условии выполняет одну из трёх ролей.
- Ключевые сведения — данные, без которых ответ невозможен: результаты сравнения, числа, условия опыта, особенности строения. Обычно их выдают слова «однако», «только», «лишь», «в отличие от», «при этом», «если… то», а также любые числа и сравнения двух случаев.
- Шум — верные, но не нужные для ответа сведения: история открытия, имена, даты, страны, размеры, рекорды, факты об этом же организме, не связанные с вопросами. Шум проверяет умение смыслового чтения: ответ, построенный на шуме, не приносит баллов.
- Ловушка — сведение, подталкивающее к правдоподобному, но неверному объяснению. Например, в рассказе о животных у горячих подводных источников слово «горячие» наводит на мысль, что энергию для жизни даёт тепло, хотя на самом деле её даёт окисление сероводорода (задание 6 ниже).
Ловушка выглядит как подсказка. Если какое-то объяснение пришло в голову мгновенно и опирается на одну яркую деталь условия, проверьте его: объясняет ли оно все данные, в том числе результаты контрольной группы и числа? Если хотя бы один факт условия ему противоречит, объяснение неверно.
Удобный практический приём: прочитав вопросы, вернуться к тексту и пометить на черновике, к какому вопросу относится каждое сведение. Сведения, не подходящие ни к одному вопросу, — шум; их можно смело вычеркнуть. Сведения, относящиеся сразу к двум вопросам, обычно и есть главный ключ задания.
Алгоритм решения в пять шагов
Шаг 1. Посчитать вопросительные знаки
Задание выглядит как один абзац, но содержит три-четыре самостоятельных вопроса, а иногда и скрытые: «Объясните…», «Ответ поясните». Выпишите вопросы на черновик под номерами. Обратите внимание на множественное число: «Какие особенности…?», «Укажите причины…» — значит, нужно назвать минимум две. Число вопросов — это минимальное число блоков в чистовике.
Шаг 2. Определить тип каждого вопроса
По маркерным словам из таблицы выше решите, что требуется в каждом вопросе: причина, значение, прогноз, вывод из опыта или сравнение. От этого зависит, как будет построен соответствующий пункт ответа.
Шаг 3. Разметить условие
Найдите ключевые сведения для каждого вопроса, вычеркните шум, отметьте подозрительно «лёгкие» объяснения. Только после этого начинайте рассуждать: ответ строится на ключевых сведениях и школьных закономерностях, а не на всём подряд, что упомянуто в тексте.
Шаг 4. Найти закономерность и построить цепочку
Определите уровень, на котором лежит механизм: клетка (обмен веществ, мембраны, ферменты), ткань и орган, организм (регуляция, газообмен, теплообмен) или взаимодействие организмов (симбиоз, паразитизм, иммунитет). Затем постройте цепочку «факт → механизм → значение»: из условия — что наблюдается; из школьного курса — почему это происходит; из анализа — что это даёт организму. Каждое звено должно быть проверяемым утверждением: фактом курса или данными условия. В конце проверьте, объясняет ли цепочка все данные, включая контроль и числа.
Шаг 5. Записать ответ
Один тезис — одна строка, пункты пронумерованы, порядок пунктов соответствует порядку вопросов. Причинная связь выражена явно: «поэтому», «так как», «в результате», «следовательно». Структуры и процессы названы терминами. Подробнее — в разделе «Как записать ответ на 3 балла».
Проверка перед чистовиком
- На каждый вопрос есть хотя бы один пункт?
- В каждом пункте одна мысль и есть слово-связка?
- Нет пунктов, которые повторяют друг друга?
- Нет утверждений, в которых я не уверен?
- Не построен ли ответ на шуме или ловушке?
Восемь приёмов рассуждения
Цепочку от наблюдения к закономерности помогают построить несколько общих приёмов. Каждый из них «включается» определённым сигналом в условии.
| Приём | Сигнал в условии | Вопрос себе | Пример ниже |
|---|---|---|---|
| Сравнение и контроль | Две группы, два вида, опыт и контроль | Чем случаи различаются? Именно в этом различии и причина | Задания 2, 9 |
| Мысленный эксперимент | «Как изменится…?», «Что произойдёт, если…?» | Что зависит от изменённого условия — и что зависит от этого? | Задания 6, 9 |
| Ограничивающий фактор | Бедная среда, засуха, тень, недостаток ресурса | Чего не хватает больше всего? | Задание 4 |
| Баланс прихода и расхода | Поступление и потери воды, энергии, веществ | Сходится ли приход с расходом? Что можно сократить? | Задания 4, 7 |
| Цена и выгода | Признак, требующий затрат или создающий риск | Что организм получает и чем за это платит? | Задание 3 |
| Обратная связь | Меняется содержание гормона или другого регулятора | Как система ответит на это изменение? | Задание 9 |
| Количественная оценка | Числа, проценты, доли, скорости | Возможно ли это при таких числах? Во сколько раз различие? | Задания 2, 8 |
| Аналогия | Незнакомый организм, знакомая функция | Где в школьном курсе работает такой же механизм? | Задания 6, 10 |
Сравнение и контроль. Если в условии сравниваются два случая, причину различия ищут в том, чем они различаются, а не в том, что у них общего. Опыт отличается от контроля одним условием; если результаты разные, причина — в этом условии. В задании 2 два родильных отделения одной больницы различаются тем, кто осматривает рожениц, — значит, причина высокой смертности связана с руками врачей, а не со зданием или воздухом.
Мысленный эксперимент. Вопрос «Что произойдёт, если…?» решают, изменяя одно условие и проходя по цепочке: что зависит от изменённого условия, что зависит от этого и так далее. Если подводный источник сероводорода иссякнет (задание 6), бактерии потеряют источник энергии, перестанут синтезировать органические вещества, и животные, которые получают пищу только от них, погибнут.
Ограничивающий фактор. Процесс идёт со скоростью, которую допускает фактор, находящийся в наибольшем недостатке. На ярком солнце фотосинтез листа ограничивает уже не свет, а вода и углекислый газ; в тени — свет. Поэтому одно и то же растение по-разному располагает листья на солнце и в тени (задание 4).
Баланс прихода и расхода. Многие задачи решаются подсчётом поступления и потерь воды, энергии или вещества. Лист, усвоивший столько же углекислого газа, но потерявший меньше воды, выгоднее на сухом месте. Животное, которое не может получить воду, должно прекратить её расход — вплоть до остановки обмена веществ (задание 7).
Цена и выгода. Любое приспособление чего-то стоит: синтез вещества, работа органа, движение требуют энергии и материалов, а иногда создают новый риск. Часто один и тот же признак полезен в одних условиях и опасен в других: способность лишайника впитывать воду всей поверхностью позволяет ему жить на голой скале, но делает беззащитным перед загрязнённым воздухом (задание 3).
Обратная связь. Если в условии меняется содержание гормона, нужно проследить петлю регуляции: изменение показателя — реакция регулирующего органа — изменение выработки гормона. Отрицательная обратная связь возвращает показатель к норме: чем больше жировой ткани, тем больше гормона лептина, тем слабее аппетит (задание 9).
Количественная оценка. Числа в условии нужны не для украшения: они позволяют отвергнуть неверное объяснение или подтвердить верное. Если смертность упала с 10 до 1–2 % после одного-единственного изменения, это изменение и устранило главную причину (задание 2). Если кислород в воде диффундирует примерно в 10 тыс. раз медленнее, чем в воздухе, то любая плёнка воды или линза на пути кислорода резко снижает его поступление (задание 8).
Аналогия. Механизм, известный для одного организма, часто объясняет явление у другого. Бактерии в теле морского червя рифтии работают так же, как хлоропласты в клетке растения: создают органические вещества из углекислого газа, только энергию берут не у света, а у химической реакции (задание 6). Антагонизм симпатического и парасимпатического отделов нервной системы, известный по работе сердца, объясняет и поведение зрачка (задание 10).
Не «чтобы», а «потому что». Растение не поворачивает листья, «чтобы не перегреться», а животное не впадает в покой, «чтобы выжить». Объяснение одной лишь целью (телеология) элементом эталона не засчитывается: нужен механизм. Значение признака называют отдельно и формулируют через результат: «такое расположение уменьшает нагревание листа, поэтому…».
Опорные закономерности: физика и биология
Ответы на задания 25 удивительно часто сводятся к небольшому набору закономерностей. Одни из них физические и химические — по ним живые системы работают так же, как неживые.
| Закономерность | Суть | Где встречается |
|---|---|---|
| Отношение поверхности к объёму | У маленького тела на единицу массы приходится больше поверхности: оно быстрее теряет тепло и воду и быстрее обменивается веществами со средой | Высокий обмен веществ мелких теплокровных, малые размеры клеток, ворсинки кишки, альвеолы, корневые волоски |
| Диффузия | Вещества переходят из области большей концентрации в область меньшей; на долях миллиметра — быстро, на сантиметрах — очень медленно; в воде в тысячи раз медленнее, чем в воздухе | Газообмен в лёгких и тканях, необходимость кровеносной системы, трахеи насекомых, ткани без сосудов |
| Осмос | Вода проходит через мембрану в сторону более концентрированного раствора | Тургор и плазмолиз, всасывание воды корнем, сократительные вакуоли, обезвоживание |
| Растворимость газов | В холодной воде растворяется больше кислорода, при нагревании — меньше | Замор рыб в тёплой стоячей воде, богатство жизни в холодных морях |
| Теплообмен | Тёмная поверхность поглощает свет и нагревается, светлая отражает; испарение воды охлаждает; воздух плохо проводит тепло | Окраска, потоотделение и транспирация, мех и перья, пробка коры |
| Давление и толщина стенки | Чем большее давление создаёт камера сердца или выдерживает сосуд, тем толще его мышечная стенка | Левый и правый желудочки, артерии и вены |
| Противоток | Встречные потоки обмениваются теплом или веществами по всей длине контакта | Жабры рыб, сосуды конечностей птиц и млекопитающих |
| Свойства воды | Вода — растворитель и участник реакций клетки, обладает большой теплоёмкостью; при замерзании расширяется и образует кристаллы | Покой семян и спор, гибель клеток при замерзании, устойчивость температуры тела |
Другие закономерности — собственно биологические. Их стоит помнить не только в формулировке учебника, но и вместе с вопросом «что будет, если это нарушить?».
- Ферменты — белки: специфичны, работают при оптимальных температуре и кислотности; охлаждение замедляет их работу обратимо, сильное нагревание необратимо разрушает (денатурирует) их структуру.
- Энергия. Бескислородное расщепление глюкозы (гликолиз, брожение) даёт 2 АТФ на молекулу, полное окисление с участием кислорода — 38; часть энергии всегда выделяется в виде тепла.
- Фотосинтез идёт только на свету и ограничивается недостающим фактором; дыхание идёт постоянно — и днём, и ночью.
- Хемосинтез: некоторые бактерии создают органические вещества из углекислого газа за счёт энергии окисления неорганических веществ.
- Мембрана избирательно проницаема; активный перенос веществ против разницы концентраций требует АТФ — его осуществляют только живые клетки.
- Транспорт: кислород переносит гемоглобин эритроцитов, а не плазма; по ксилеме растения движутся вода и минеральные вещества вверх, по флоэме — органические вещества от листьев к другим органам.
- Регуляция: нервная — быстрая и точная, гуморальная — медленная и продолжительная; симпатический и парасимпатический отделы действуют на органы противоположно; избыток гормона по обратной связи подавляет его выработку.
- Иммунитет: лимфоциты распознают чужеродные белки (антигены); клетки иммунной системы и антитела попадают к тканям с кровью.
- Взаимоотношения организмов: при мутуализме выигрывают оба партнёра и часто не могут жить порознь; конкуренция сдерживает численность каждого из конкурентов.
- Цена приспособления: признак, полезный в одних условиях, в других бесполезен или вреден; многие признаки — компромисс между противоречивыми требованиями.
Разбор задания демоверсии ЕГЭ-2027
В демоверсии ЕГЭ-2027 задание 25 посвящено сердцу китообразных. Перескажем его условие. У наземных млекопитающих стенка левого желудочка заметно толще стенки правого, а у многих китов, наоборот, лучше развит правый желудочек. Нужно объяснить эту закономерность. Далее сказано, что при погружении кровоснабжение скелетных мышц кита уменьшается и общее потребление кислорода снижается. Требуется ответить, как при этом меняется частота сердечных сокращений и за счёт каких приспособлений и процессов в мышцах продолжает образовываться АТФ во время погружения.
Решение по шагам
Шаг 1. Вопросов три: почему у китов лучше развит правый желудочек; как меняется частота сокращений сердца при погружении; за счёт чего образуется АТФ в мышцах во время погружения (вопрос во множественном числе — «каких адаптаций и процессов», значит, нужно назвать несколько).
Шаг 2. Первый вопрос — на причину (механизм), второй — на прогноз, третий — на механизм, причём с двумя частями: приспособление и процесс.
Шаг 3. Ключевые сведения: правый желудочек китов развит сильнее левого; у наземных животных — наоборот; при погружении уменьшается кровоснабжение мышц и потребление кислорода. Ловушка — желание объяснить мощный правый желудочек «большой нагрузкой на сердце при нырянии вообще»: тогда непонятно, почему развит именно правый, а не левый.
Шаг 4. Правый желудочек гонит кровь в малый круг — через лёгкие. Толщина мышечной стенки камеры сердца соответствует давлению, которое она создаёт. Значит, у китов кровь в сосудах лёгких встречает большее сопротивление, чем у наземных животных: капиллярная сеть их лёгких обширна, а на глубине вода сдавливает грудную клетку и лёгкие. Если мышцы получают меньше крови, сердцу не нужно перекачивать прежний её объём — частота сокращений снижается, и запас кислорода расходуется экономнее. Мышцам по-прежнему нужна АТФ. Пока в них есть кислород, запасённый в соединении с белком миоглобином, идёт кислородное расщепление; когда запас исчерпан, остаётся бескислородное расщепление глюкозы с образованием молочной кислоты.
Элементы ответа (пересказ эталона)
- У китов больше сопротивление току крови в лёгких: обширная капиллярная сеть лёгких, вода сильнее воздуха сжимает лёгкие.
- Мощная стенка правого желудочка создаёт давление, достаточное для продвижения крови через сосуды лёгких.
- При погружении частота сердечных сокращений снижается.
- В скелетных мышцах есть запас кислорода, связанного с миоглобином.
- АТФ образуется в ходе кислородного расщепления (клеточного дыхания) за счёт этого запаса.
- АТФ образуется при бескислородном расщеплении глюкозы — гликолизе, молочнокислом брожении.
Как эксперт проверит три разных ответа
Ответ А. «Киты ныряют, им нужно много кислорода, поэтому правый желудочек у них больше. При погружении сердце бьётся реже. Энергия в мышцах получается за счёт брожения». Засчитываются элементы 3 и 6. Первая фраза не связывает правый желудочек с малым кругом и лёгкими, поэтому элементы 1 и 2 не засчитаны. Итог — два элемента, 1 балл.
Ответ Б. «1) Правый желудочек перекачивает кровь в малый круг кровообращения, поэтому у китов он толще. 2) Частота сокращений уменьшается, потому что мышцы получают меньше крови. 3) В мышцах китов много миоглобина, который запасает кислород. 4) АТФ образуется при гликолизе». Засчитываются элементы 3, 4 и 6. Первый пункт верен, но не объясняет главного: почему у китов правый желудочек развит сильнее, чем у наземных животных, у которых он тоже гонит кровь в малый круг. Поэтому элементы 1 и 2 не засчитаны. Не назван и процесс кислородного расщепления за счёт запаса кислорода (элемент 5). Итог — три элемента, 2 балла.
Ответ В содержит все шесть элементов, каждый в отдельном пункте, со связками «так как» и «поэтому». Итог — 3 балла. Обратите внимание: в сильном ответе нет ни одного лишнего сведения — ни о лёгочной вентиляции, ни о строении китового уса, которые могли бы содержать ошибку.
Как записать ответ на 3 балла
- Нумерованный список. Каждая мысль — с новой строки и под новым номером. Сплошной текст затрудняет проверку и повышает риск, что эксперт не найдёт элемент.
- Один тезис — одна строка. Многоступенчатый механизм разбивают на этапы: каждый этап может оказаться отдельным элементом эталона.
- Порядок вопросов. Отвечайте в том порядке, в каком заданы вопросы; можно начинать пункт с короткого ответа («Частота сокращений снижается, так как…»).
- Явная причинная связь. Слова «поэтому», «так как», «в результате», «следовательно» показывают эксперту, что перед ним объяснение, а не перечень фактов.
- Термины. Не «мышца у глаза», а «ресничная мышца»; не «сосуды в лёгких», а «малый круг кровообращения».
- Ничего лишнего и сомнительного. Если не уверены в сведении, не пишите его: балла оно не добавит, а ошибка в нём балл снимет.
| Слабая формулировка | Сильная формулировка |
|---|---|
| Лишайники чувствительны к загрязнению | Лишайник впитывает дождевую воду с растворёнными в ней веществами всей поверхностью тела и не может регулировать их поступление, поэтому ядовитые вещества накапливаются в слоевище |
| Листья поворачиваются, чтобы не перегреться | В полдень солнечные лучи падают на ребро вертикального листа, поэтому он поглощает меньше энергии и меньше нагревается, а значит, испаряет меньше воды |
| Спирт убивает микробов | Спирт денатурирует белки бактерии, в том числе ферменты, поэтому обмен веществ в клетке останавливается |
| У мышей нарушен обмен веществ | У мышей этой линии гормон насыщения образуется, но клетки мозга на него не реагируют, поэтому мыши продолжают есть |
Типичные ошибки
- Пропущен один из вопросов или его часть — не сосчитаны вопросительные знаки.
- Пересказ условия вместо объяснения: «у китов правый желудочек больше, чем левый» — это не ответ, а исходное данное.
- Объяснение целью («чтобы…») без механизма.
- Ответ построен на шуме или ловушке: на истории открытия, на яркой, но посторонней детали.
- Вывод о причине без сравнения с контролем: «после А наступило Б, значит, А — причина Б».
- Две мысли в одном пункте или одна мысль, повторённая в двух пунктах.
- Лишняя информация с ошибкой — минус балл.
- Классические фактические ошибки: вода при осмосе якобы идёт в менее концентрированный раствор; охлаждение якобы разрушает фермент так же, как нагревание; растения якобы дышат только ночью; брожение якобы даёт столько же энергии, сколько дыхание; кислород якобы переносит плазма крови; антибиотики якобы действуют на вирусы; гуморальная регуляция якобы быстрее нервной; избыток гормона якобы усиливает работу собственной железы.
10 заданий высокого уровня сложности с разбором и критериями
Задания составлены по образцу демоверсии ЕГЭ-2027: текст-наблюдение с информационным шумом, три-четыре вопроса, эталон из шести элементов. Сюжеты взяты из реальных наблюдений и исследований; ответ на каждое задание выводится из школьного курса и сведений условия. Решайте письменно, отводя на задание 10–15 минут, затем откройте разбор, а после него — критерии и честно выставьте себе балл.
Задание 1. Почему 70-процентный спирт надёжнее 96-процентного
Этиловый спирт люди научились получать перегонкой вина ещё в Средние века, а само слово «алкоголь» пришло в европейские языки из арабского. Для обработки кожи перед уколом и рук медицинского персонала применяют растворы спирта в воде. Многочисленные опыты показали: растворы крепостью 60–80 % убивают бактерии быстрее и надёжнее, чем 95–96-процентный спирт, а безводный спирт действует ещё слабее. Известно, что спирт свёртывает (денатурирует) белки и растворяет липиды.
При этом спирт не уничтожает споры бактерий, поэтому хирургические инструменты им не стерилизуют. Различается и действие спирта на вирусы: вирус гриппа, покрытый снаружи оболочкой, которая образуется из мембраны заражённой клетки, спиртовые растворы надёжно обезвреживают, а норовирус — возбудитель кишечной инфекции, у которого есть только белковая оболочка, — гораздо устойчивее к ним. Обеззараживание ран ввёл в хирургию английский хирург Дж. Листер в 1867 г., применявший для этого карболовую кислоту.
Почему раствор спирта в воде убивает бактерии надёжнее, чем почти безводный спирт? Какие структуры и вещества бактериальной клетки повреждает спирт и почему это приводит к её гибели? Почему спирт не уничтожает споры бактерий? Почему вирус гриппа чувствительнее к спирту, чем норовирус?
Разбор
Ключевые сведения: растворы 60–80 % действуют сильнее 95–96-процентного спирта; спирт денатурирует белки и растворяет липиды; споры устойчивы; у вируса гриппа есть оболочка из мембраны клетки, у норовируса — только белковая. Шум: перегонка вина, происхождение слова, Листер и карболовая кислота. Ловушка: интуиция «чем крепче, тем сильнее» и мысль, что безводный спирт лучше всего «высушивает» бактерии. Одно лишь обезвоживание бактерий не убивает: многие из них и тем более споры переносят высыхание годами.
Рассуждение. Белки клетки — ферменты, белки мембраны — работают только при сохранении пространственной структуры; спирт её нарушает, и обмен веществ останавливается. Липиды — основа мембраны; растворяя их, спирт нарушает её целостность. Денатурация белков идёт в водной среде: раствор с водой проникает внутрь клетки, а почти безводный спирт мгновенно отнимает воду у наружных слоёв клетки и свёртывает их белки — образуется плотный слой, мешающий спирту проникнуть дальше. Спора содержит мало воды, покрыта многослойной оболочкой, её обмен веществ почти остановлен — денатурировать в ней почти нечему и не в чем. Оболочка вируса гриппа — это фрагмент липидной мембраны, и спирт её растворяет; белковая оболочка норовируса гораздо устойчивее.
Приёмы: сравнение (70 и 96 %, клетка и спора, два вируса), опора на свойства воды и строение мембраны, аналогия (оболочка вируса — та же мембрана).
Критерии оценивания
Элементы ответа (допускаются иные формулировки, не искажающие смысла):
- спирт денатурирует белки бактерии (ферменты, белки мембраны): нарушается их пространственная структура, ферменты перестают работать, обмен веществ останавливается, и клетка гибнет;
- спирт растворяет липиды клеточной мембраны: нарушаются её целостность и избирательная проницаемость, содержимое клетки выходит наружу;
- денатурация белков быстрее идёт в присутствии воды: раствор с водой проникает внутрь клетки и разрушает её белки;
- почти безводный спирт мгновенно обезвоживает и свёртывает белки наружных слоёв клетки, образуется плотный слой, который препятствует проникновению спирта внутрь, и часть клеток остаётся живой ИЛИ безводный спирт быстрее испаряется, и время его действия меньше;
- спора содержит мало воды, покрыта плотной многослойной оболочкой, обмен веществ в ней почти остановлен, поэтому спирт плохо проникает внутрь и почти не повреждает её белки;
- оболочку вируса гриппа образует липидная мембрана клетки-хозяина; спирт растворяет её, и вирус теряет способность заражать клетки; у норовируса липидной оболочки нет, а белковая оболочка более устойчива.
Указания. Элементы 3 и 4 засчитываются по отдельности: элемент 3 — о роли воды в денатурации, элемент 4 — о том, почему безводный спирт не проникает в клетку или действует недолго. Ошибкой считать утверждение, что спирт действует на бактерии как антибиотик, или что вирус — клетка, у которой спирт разрушает клеточную стенку.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 2. Родильная горячка и вымытые руки
В 1840-х гг. в Венской больнице было два родильных отделения. В первом роды принимали врачи и студенты-медики, которые по утрам вскрывали в анатомическом театре тела умерших; во втором — акушерки, во вскрытиях не участвовавшие. От родильной горячки — тяжёлой лихорадки с заражением крови — в первом отделении умирало около 10 % рожениц, во втором — около 3 %. Женщины умоляли не помещать их в первое отделение; некоторые рожали по дороге в больницу, и у них горячка встречалась редко.
Венгерский врач И. Земмельвейс проверял разные объяснения: роженицам первого отделения изменили положение при родах, священнику, проходившему через палаты со звонящим колокольчиком, велели выбрать другой путь, — смертность не изменилась. В 1847 г. его коллега умер после того, как студент во время вскрытия поранил ему палец скальпелем, и болезнь протекала так же, как родильная горячка. Тогда Земмельвейс обязал врачей перед осмотром рожениц мыть руки раствором хлорной извести: после мытья мылом с рук не исчезал трупный запах. Смертность в первом отделении снизилась до 1–2 %. Большинство коллег идей Земмельвейса не приняли.
Почему смертность в первом отделении была выше, чем во втором? Что доказывают редкие случаи горячки у женщин, родивших по дороге в больницу, и неудачи с изменением положения рожениц и пути священника? Почему для мытья рук понадобился раствор хлорной извести? Почему после родов женщина особенно уязвима для такой инфекции?
Разбор
Ключевые сведения: отделения различаются тем, кто осматривает рожениц, — врачи после вскрытий или акушерки; числа смертности до и после мытья рук; редкая горячка у родивших по дороге; смерть коллеги после пореза при вскрытии. Шум: Вена, 1840-е годы, национальность врача, мольбы женщин, неприятие идей коллегами. Ловушка: положение при родах и звон колокольчика — объяснения, которые уже проверены и отвергнуты; включать их в ответ как причину нельзя.
Рассуждение. Два отделения одной больницы находятся в одинаковых условиях и различаются одним — руками, которые осматривают рожениц. Значит, причина болезни переносится руками врачей после вскрытий; сегодня мы знаем, что это бактерии. Женщины, родившие по дороге, не подвергались осмотрам — и почти не болели: это естественный контроль, подтверждающий вывод. Опыты с положением при родах и путём священника — проверка альтернативных объяснений: результат не изменился, значит, эти факторы не причина. Смерть коллеги от пореза показала, что заражение идёт через рану. После родов внутренняя поверхность матки — обширная рана, а кровь и погибшие ткани при температуре тела — прекрасная питательная среда для бактерий. Мыло лишь частично смывает загрязнения (запах оставался), а хлорная известь убивает бактерии — смертность упала в несколько раз.
Приёмы: сравнение и контроль, количественная оценка (10, 3 и 1–2 %), аналогия (рана пальца и рана после родов).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- врачи и студенты переносили на руках с тел умерших возбудителей инфекции (бактерии) в родовые пути рожениц при осмотрах;
- акушерки вскрытий не проводили, поэтому во втором отделении заражение происходило реже — отделения различались именно руками, осматривавшими рожениц;
- женщин, родивших по дороге, не осматривали руками врачей, и они почти не заболевали — значит, заражение происходит при осмотрах, а не от пребывания в больнице (не через воздух);
- изменение положения рожениц и пути священника не изменило смертности — следовательно, эти факторы не являются причиной болезни (альтернативные объяснения отвергнуты);
- раствор хлорной извести (хлор) убивает бактерии на коже рук, а мыло удаляет их лишь частично: сохранявшийся запах показывал, что остатки тканей умерших, а с ними возбудители, на руках оставались;
- после родов внутренняя поверхность матки представляет собой обширную рану: кровь и повреждённые ткани служат питательной средой для бактерий, которые размножаются при температуре тела и проникают в кровь (заражение крови).
Указания. В элементе 1 засчитываются слова «бактерии», «микроорганизмы», «возбудители инфекции». Ошибкой считать утверждение, что горячку вызывал вирус, или что болезнь передавалась по воздуху.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 3. Лишайники уходят из городов
Лишайники — организмы, тело (слоевище) которых образовано нитями гриба и клетками водоросли или цианобактерии; известно около 20 тыс. их видов. Лишайники первыми поселяются на голых скалах, где ещё нет почвы. В сухую погоду они высыхают и становятся хрупкими, а после дождя снова оживают. Многие накипные лишайники прибавляют в диаметре лишь доли миллиметра или несколько миллиметров за год, поэтому по их размеру определяют, как давно обнажилась поверхность камня.
В 1866 г. финский ботаник У. Нюландер заметил, что в Люксембургском саду в Париже почти не осталось лишайников, хотя деревья там росли хорошо, и предложил считать лишайники показателями чистоты воздуха. Позже выяснилось, что их губит прежде всего сернистый газ, выделяющийся при сжигании угля: растворяясь в воде, он образует кислоты, разрушающие хлорофилл. После того как в Лондоне в 1956 г. ограничили сжигание угля, лишайники стали возвращаться на городские деревья — но лишь через несколько десятилетий.
Благодаря чему лишайники могут поселяться на голых скалах? Почему лишайники страдают от загрязнения воздуха сильнее, чем деревья? Почему разрушение хлорофилла приводит к гибели не только водоросли, но и гриба? Почему после очистки воздуха лишайники возвращаются медленно?
Разбор
Ключевые сведения: лишайник — гриб и водоросль; живёт на голых скалах; высыхает и оживает; растёт медленно; сернистый газ, растворяясь в воде, разрушает хлорофилл; деревья в том же саду растут хорошо. Шум: число видов, национальность ботаника, Люксембургский сад, 1956 г. Ловушка: слова «при сжигании угля» подталкивают к объяснению «сажа закрывает свет», но условие прямо указывает механизм — кислоты разрушают хлорофилл.
Рассуждение. На скале нет почвы, но есть дождь, роса и сам камень. Гриб впитывает воду всей поверхностью и удерживает её, а выделяемые им кислоты растворяют горную породу — так лишайник получает минеральные вещества. Органические вещества создаёт водоросль при фотосинтезе. Значит, лишайнику не нужна почва. Но тот же способ питания делает его беззащитным: вместе с дождевой водой всей поверхностью поступают и растворённые ядовитые вещества, а кутикулы, устьиц и корней, регулирующих поступление веществ, у лишайника нет; избавиться от накопленного он не может, тогда как дерево ежегодно сбрасывает листья. Гриб — гетеротроф и получает органические вещества только от водоросли, поэтому без фотосинтеза партнёра гибнет. Растёт лишайник медленно: фотосинтез идёт, только пока слоевище влажное, а водорослей в нём немного. Отсюда и медленное восстановление.
Приёмы: цена и выгода (одно свойство — и преимущество на скале, и уязвимость в городе), сравнение с деревьями, ограничивающий фактор (органические вещества для гриба).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- гриб впитывает и удерживает воду (дождь, росу, туман) всей поверхностью слоевища и выделяет кислоты, растворяющие горную породу, — лишайник получает воду и минеральные вещества без почвы;
- водоросль (цианобактерия) синтезирует органические вещества при фотосинтезе, поэтому лишайник не нуждается в органических веществах почвы ИЛИ в засуху лишайник высыхает и переходит в состояние покоя, поэтому переносит пересыхание скал;
- лишайник поглощает воду с растворёнными в ней веществами всей поверхностью, у него нет корней, кутикулы и устьиц, регулирующих поступление веществ, поэтому вместе с водой в слоевище поступают кислоты;
- лишайник не может избавиться от поступивших ядовитых веществ, и они накапливаются в нём год за годом, а дерево защищено кутикулой и пробкой и ежегодно сбрасывает листья с накопившимися веществами;
- гриб гетеротрофен и получает органические вещества только от водоросли (взаимовыгодный симбиоз, мутуализм); при разрушении хлорофилла фотосинтез прекращается, и гриб остаётся без питания;
- лишайники растут очень медленно: фотосинтез идёт только во влажном слоевище, фотосинтезирующих клеток мало, поэтому восстановление занимает десятилетия ИЛИ для появления нового лишайника на дерево должны одновременно попасть оба партнёра — гриб и водоросль.
Указания. Ошибкой считать утверждения, что лишайник — растение, что гриб в лишайнике фотосинтезирует или что у лишайника есть корни.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 4. Латук компасный
Латук компасный — однолетнее или двулетнее растение семейства сложноцветных с млечным соком; его считают ближайшим диким родственником салата-латука. Он растёт на пустырях, обочинах дорог и сухих откосах. На открытых солнечных местах его листья поворачиваются так, что пластинка стоит вертикально, её края направлены на север и на юг, а одна сторона листа обращена на восток, другая — на запад. Поэтому по латуку можно определять стороны света; по преданию, так же ориентировались переселенцы в североамериканских прериях по другому «компасному» растению — сильфиуму.
Известно, что в ясный полдень освещённость намного больше той, при которой фотосинтез листа достигает максимума, а температура воздуха в полдень выше, а влажность ниже, чем утром и вечером. У растений латука, выросших в тени кустарников, листья располагаются горизонтально и в стороны света не ориентированы.
Почему вертикальный лист, обращённый сторонами на восток и запад, в полдень нагревается меньше горизонтального и чем это выгодно растению? Почему такой лист за день усваивает почти столько же углекислого газа, сколько горизонтальный? Почему такое расположение листьев выгодно на открытых сухих местах, а в тени листья располагаются горизонтально?
Разбор
Ключевые сведения: пластинка вертикальна и ориентирована с севера на юг; в полдень света больше, чем нужно для максимального фотосинтеза; утром и вечером прохладнее и влажнее; в тени листья горизонтальны. Шум: семейство, млечный сок, родство с салатом, сильфиум и переселенцы, сама возможность определять стороны света.
Рассуждение. Нужно представить себе путь солнца. В полдень оно стоит высоко на юге, и его лучи скользят вдоль вертикальной пластинки, плоскость которой проходит с севера на юг: лист получает мало прямых лучей и слабо нагревается. Утром солнце на востоке, вечером на западе — лучи падают на широкие стороны листа почти перпендикулярно. Значит, лист ярко освещён тогда, когда прохладно, и затенён тогда, когда жарко. Чем сильнее нагрет лист, тем больше воды испаряется через устьица; меньший нагрев в полдень экономит воду. Фотосинтез при этом почти не страдает: в полдень света и так больше, чем лист способен использовать, а утром и вечером лист освещён лучше горизонтального. Более того, на каждую молекулу усвоенного утром углекислого газа испаряется меньше воды, чем в полдень. На сухом открытом месте ограничивающий фактор — вода, и такое расположение выгодно. В тени ограничивающий фактор — свет, перегрева нет, и выгоднее горизонтальный лист, улавливающий больше рассеянного света.
Приёмы: ограничивающий фактор, баланс прихода и расхода (углекислый газ и вода), сравнение растений на солнце и в тени, физика падения лучей.
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- в полдень солнце стоит высоко на юге, и его лучи падают на вертикальный лист вскользь, на ребро, поэтому лист поглощает мало солнечной энергии и меньше нагревается, а горизонтальный лист освещён почти отвесными лучами;
- чем выше температура листа, тем больше воды испаряется через устьица (транспирация), поэтому меньший нагрев в полдень уменьшает потери воды;
- утром и вечером солнце находится на востоке и на западе, его лучи падают на стороны вертикального листа почти перпендикулярно, и лист интенсивно фотосинтезирует;
- в полдень свет избыточен: фотосинтез достигает максимума уже при меньшей освещённости, поэтому затенение в полдень мало снижает поглощение углекислого газа за день;
- утром и вечером воздух прохладнее и влажнее, поэтому на каждую единицу усвоенного углекислого газа испаряется меньше воды — на сухих местах, где ограничивающий фактор — вода, это повышает выживаемость;
- в тени ограничивающим фактором становится свет (перегрева и сильной транспирации нет), и горизонтальное расположение позволяет листу уловить больше рассеянного света.
Указания. Элемент 1 засчитывается при указании, что в полдень лучи падают на вертикальный лист под малым углом. Объяснение «лист поворачивается, чтобы не перегреться» без механизма элементом не считается. Ошибкой считать утверждение, что вертикальный лист в полдень не фотосинтезирует или что фотосинтез идёт только утром и вечером.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 5. Зачем белят стволы яблонь
В конце зимы садоводы белят стволы и основания крупных ветвей яблонь известковым раствором. Дикий предок культурной яблони — яблоня Сиверса — до сих пор растёт в горах Тянь-Шаня, а известь используют и для того, чтобы снизить кислотность почвы. Многие садоводы считают, что побелка уничтожает вредителей, зимующих в трещинах коры.
Если стволы не белить, в конце зимы и ранней весной на коре молодых деревьев часто появляются повреждения: участки коры отмирают, темнеют и отстают от древесины, иногда кора растрескивается. Такие повреждения называют солнечными ожогами; почти всегда они возникают на южной и юго-западной стороне ствола после ясных морозных дней. Измерения показывают, что в солнечный день кора с этой стороны может прогреться на полтора-два десятка градусов выше температуры воздуха, а после захода солнца быстро остывает. У старых деревьев с толстой растрескавшейся корой солнечные ожоги редки.
Почему повреждения коры появляются в конце зимы, после ясных морозных дней, и именно на южной и юго-западной стороне ствола? Почему побелка защищает ствол от таких повреждений? Почему повреждения опасны прежде всего для молодых деревьев? Почему дерево, у которого на стволе погиб большой участок коры, хуже растёт и чаще болеет?
Разбор
Ключевые сведения: конец зимы, ясные морозные дни, южная и юго-западная сторона; кора прогревается намного выше температуры воздуха и быстро остывает вечером; у старых деревьев с толстой корой ожогов мало. Шум: яблоня Сиверса и Тянь-Шань, известь для почвы. Ловушка: мнение садоводов о вредителях. Оно не объясняет главного — почему повреждения возникают именно на южной стороне после солнечных дней — и в ответ на вопрос о солнечных ожогах не годится.
Рассуждение. В конце зимы солнце поднимается выше и светит дольше, а снег отражает свет на ствол. Тёмная кора поглощает лучи; сильнее всего освещена южная сторона, а юго-западная — в самые тёплые послеполуденные часы. Днём живые ткани под корой — луб и камбий — оттаивают и выходят из состояния покоя, а после захода солнца быстро замерзают; в клетках образуются кристаллы льда, разрушающие их. Белая поверхность отражает свет, кора нагревается меньше, перепады температуры сглаживаются. У молодого дерева кора тонкая, слой пробки мал, и живые ткани лежат близко к поверхности; толстая пробка старого дерева из мёртвых клеток, заполненных воздухом, работает как теплоизоляция. Погибший луб не проводит органические вещества от листьев к корням; камбий на этом участке не образует новых клеток. Через рану в древесину проникают грибы и бактерии.
Приёмы: сравнение (южная и северная сторона, молодые и старые деревья), физика (поглощение света тёмной поверхностью, теплоизоляция), мысленный эксперимент (что будет при гибели луба и камбия).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- в конце зимы солнце поднимается выше и светит дольше (свет отражается и от снега); тёмная кора поглощает лучи и на южной, юго-западной стороне, освещённой в самые тёплые часы дня, сильно нагревается;
- днём живые ткани под корой (луб, камбий) оттаивают и выходят из состояния покоя, а после захода солнца быстро замерзают; образующиеся в клетках кристаллы льда разрушают клетки, и ткани отмирают ИЛИ резкие перепады температуры вызывают растрескивание коры;
- белая поверхность отражает солнечный свет, поэтому кора меньше нагревается днём, и перепады температуры уменьшаются;
- у молодых деревьев тонкая кора с тонким слоем пробки, которая плохо защищает лежащие под ней живые ткани от нагревания и охлаждения; толстый слой пробки старых деревьев из мёртвых клеток, заполненных воздухом, — хорошая теплоизоляция;
- при гибели луба (флоэмы) нарушается передвижение органических веществ от листьев к корням ИЛИ отмерший камбий не образует новых клеток древесины и луба, ствол на этом участке не растёт в толщину;
- через участок отмершей коры (повреждённую покровную ткань) в древесину проникают споры грибов и бактерии, вызывающие гниль и другие болезни.
Указания. Утверждение, что побелка уничтожает вредителей, элементом не считается, но и ошибкой не является. Ошибкой считать утверждение, что органические вещества движутся к корням по сосудам древесины.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 6. Черви без рта у подводных источников
В 1977 г. учёные на глубоководном аппарате «Алвин» обнаружили у Галапагосских островов, на глубине около 2,5 км, горячие источники: из трещин морского дна поступает вода, насыщенная сероводородом. Вокруг источников в полной темноте живут густые скопления животных. Самые заметные из них — рифтии, черви, живущие в белых трубках длиной больше метра. Они растут быстрее большинства беспозвоночных, а когда источник иссякает, скопления червей быстро вымирают.
У взрослой рифтии нет ни рта, ни кишечника. Большую часть её тела занимает особый орган, в клетках которого живёт огромное количество бактерий. Из трубки в воду рифтия выставляет ярко-красный перистый султан — орган газообмена. В её крови растворён гемоглобин особого строения: он одновременно связывает и кислород, и сероводород, и кровь доставляет их, а также углекислый газ к органу с бактериями. Рифтии селятся только там, где горячая вода источника смешивается с холодной морской водой. Сообщества подводных источников иногда называют экосистемами, не зависящими от Солнца.
Как рифтия получает органические вещества, если у неё нет рта и кишечника? Почему кровь рифтии доставляет к бактериям и сероводород, и кислород, и углекислый газ? Почему рифтии живут только в зоне смешения воды источника с морской водой и гибнут, когда источник иссякает? Верно ли, что эти сообщества совсем не зависят от Солнца? Ответ поясните.
Разбор
Ключевые сведения: полная темнота; вода источника насыщена сероводородом; нет рта и кишечника; бактерии внутри тела; гемоглобин связывает кислород и сероводород; кровь несёт углекислый газ; жизнь только в зоне смешения; гибель при иссякании источника. Шум: «Алвин», Галапагосские острова, 1977 г., длина трубок, скорость роста. Ловушка: слово «горячие». Тепло источника не может служить источником энергии для синтеза органических веществ; энергию даёт химическая реакция окисления сероводорода.
Рассуждение. Света нет — значит, фотосинтез невозможен, и производителями органических веществ могут быть только хемосинтезирующие бактерии. Это школьный хемосинтез: бактерии окисляют неорганическое вещество (здесь — сероводород) и за счёт освободившейся энергии синтезируют органические вещества из углекислого газа. Бактерии живут внутри тела червя и сами не соприкасаются с водой, поэтому всё необходимое им доставляет кровь: сероводород — как источник энергии, кислород — как окислитель, углекислый газ — как источник углерода. Красный цвет султана — цвет крови с гемоглобином, а сам султан с большой поверхностью — орган газообмена. Сероводород есть только в воде источника, а кислород — в морской воде, поэтому жизнь возможна лишь там, где они смешиваются. Иссяк источник — бактериям нечего окислять, синтез органических веществ прекращается, черви гибнут от голода. А кислород глубинных вод образовался при фотосинтезе в освещённых слоях океана и на суше и принесён на глубину течениями. Поэтому полностью независимыми от Солнца эти сообщества назвать нельзя.
Приёмы: аналогия (бактерии работают как хлоропласты, только энергию берут у химической реакции), баланс (что нужно бактериям), мысленный эксперимент (источник иссяк; Солнце погасло).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- бактерии в теле рифтии синтезируют органические вещества из углекислого газа за счёт энергии окисления сероводорода (хемосинтез), а рифтия получает от них органические вещества (переваривает часть бактерий) — это взаимовыгодный симбиоз;
- сероводород нужен бактериям как источник энергии (его окисляют), кислород — для окисления сероводорода, углекислый газ — как источник углерода для синтеза органических веществ; бактерии находятся внутри тела, поэтому все эти вещества доставляет кровь;
- султан ярко-красный, так как содержит много крови с гемоглобином; через его тонкие покровы с большой поверхностью из воды поглощаются кислород, сероводород и углекислый газ;
- сероводород поступает только с водой источника, а кислород — из морской воды, поэтому рифтии живут там, где есть оба вещества, — в зоне смешения ИЛИ в горячей воде источника почти нет кислорода, а высокая температура губительна для животных;
- когда источник иссякает, сероводород перестаёт поступать, бактерии лишаются источника энергии и прекращают синтез органических веществ, а рифтия, не способная питаться иначе, гибнет;
- неверно: кислород, без которого бактерии не могут окислять сероводород, образуется при фотосинтезе в освещённых слоях океана (и на суше) и попадает на глубину с течениями, поэтому сообщество косвенно зависит от энергии Солнца.
Указания. Элемент 1 засчитывается и без термина «хемосинтез», если сказано, что бактерии создают органические вещества за счёт энергии окисления сероводорода (неорганических веществ). Ошибкой считать утверждения, что бактерии рифтий фотосинтезируют, что энергию для синтеза даёт тепло источника или что рифтия сама питается сероводородом.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 7. Тихоходки, пережившие космос
Тихоходки — микроскопические беспозвоночные длиной от 0,1 до 1,5 мм с четырьмя парами коротких ног с коготками. Первое их описание опубликовал в 1773 г. немецкий пастор И. Гёце, назвавший их «маленькими водяными медведями». Тихоходки живут в плёнках воды на подушках мхов и лишайников, в почве, в пресных водоёмах и в море.
Когда мох высыхает, тихоходки втягивают ноги, сжимаются в «бочонок» и теряют почти всю воду; обмен веществ у них при этом приборами не обнаруживается. В таком состоянии они переживали охлаждение почти до абсолютного нуля и десять суток в открытом космосе, а после смачивания водой оживали через несколько минут или часов. В опыте 2020 г. половина активных тихоходок одного вида погибала за сутки уже при 37 °C, а половина высушенных выдерживала часовое нагревание до 83 °C. Переживают высыхание тихоходки только тогда, когда оно идёт медленно, в течение многих часов; при быстром высушивании они гибнут. При медленном высыхании в их клетках накапливаются особые белки, а у некоторых видов — сахар трегалоза, которые заполняют место, занятое водой, и затвердевают в стекловидную массу.
Почему у высушенной тихоходки практически прекращается обмен веществ? Почему высушенная тихоходка переносит мороз и нагревание, губительные для активной? Почему тихоходка переживает только медленное высыхание? Какое значение эта способность имеет для животных, живущих на подушках мхов?
Разбор
Ключевые сведения: почти полная потеря воды и остановка обмена веществ; сравнение активных и высушенных при нагревании; выживание только при медленном высыхании; накопление защитных веществ, заменяющих воду; жизнь во мху. Шум: размеры, число ног, пастор Гёце и «водяные медведи», космос, абсолютный нуль. Ловушка: название «водяные медведи» подталкивает к сравнению с зимней спячкой медведя. Но в спячке обмен веществ лишь замедлен и идёт за счёт запасов жира, а у высушенной тихоходки он практически остановлен из-за отсутствия воды.
Рассуждение. Вспоминаем функции воды в клетке. Вода — растворитель, в котором идут реакции, и участник многих реакций (гидролиза); ферменты работают в водной среде. Нет воды — нет обмена веществ. Мороз губит активную клетку потому, что вода замерзает и кристаллы льда разрушают мембраны; в высушенной тихоходке замерзать нечему. Нагревание губит белки, вызывая их денатурацию, а в водной среде белковые молекулы разворачиваются легко; в сухой стекловидной массе они неподвижны и сохраняют структуру. Защитные белки и сахара нужно синтезировать, а синтез требует ферментов, АТФ и воды — он возможен только пока клетка ещё не высохла. Поэтому высыхать нужно медленно, а сжатие в «бочонок» уменьшает поверхность тела и замедляет испарение. Мох то намокает, то пересыхает; без способности переживать высыхание его обитатели гибли бы в каждую засуху.
Приёмы: опора на свойства воды, сравнение (активная и высушенная тихоходка, медленное и быстрое высыхание), баланс (нет воды — нет реакций).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- вода — растворитель, в котором идут химические реакции клетки, и участник многих реакций (гидролиза); ферменты работают в водной среде, поэтому без воды обмен веществ практически прекращается;
- у активной тихоходки при замерзании вода в клетках превращается в кристаллы льда, которые разрушают мембраны и клетки; в высушенной тихоходке воды почти нет, и лёд не образуется;
- при нагревании белки (ферменты) активной тихоходки денатурируют, что легко происходит в водной среде; в обезвоженной стекловидной массе молекулы белков неподвижны и сохраняют структуру ИЛИ у высушенной тихоходки нет обмена веществ, который нарушается при нагревании;
- при медленном высыхании клетки успевают синтезировать защитные белки и сахара, заменяющие воду; синтез требует ферментов, энергии АТФ и воды, поэтому возможен, только пока вода ещё есть, а при быстром высыхании не успевает;
- сжатие тела в «бочонок» уменьшает поверхность, через которую испаряется вода, поэтому высыхание замедляется и клетки успевают подготовиться;
- подушки мхов (и лишайников) часто пересыхают; способность переживать высыхание позволяет тихоходкам выжить в засуху и сохранять популяцию там, где нет постоянной воды (высохших тихоходок разносит ветер — это способствует расселению).
Указания. Элементы 2 и 3 засчитываются по отдельности. Ошибкой считать утверждение, что высушенная тихоходка получает энергию брожением или что в состоянии «бочонка» она питается запасами жира, как медведь в спячке.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 8. Роговица, которую не надо подбирать
Роговица — прозрачная передняя часть наружной оболочки глаза; кровеносных сосудов в ней нет. Питательные вещества она получает из внутриглазной жидкости, а кислород — главным образом из воздуха, растворяющегося в слёзной плёнке на её поверхности; когда веки сомкнуты, кислорода к ней поступает гораздо меньше. Первую удачную пересадку роговицы выполнил в 1905 г. австрийский врач Э. Цирм, а в 1930-х гг. одесский офтальмолог В. П. Филатов начал пересаживать роговицу умерших людей.
Сейчас пересадка роговицы — одна из самых частых операций по пересадке тканей. Донорскую роговицу, в отличие от почки, обычно не подбирают по совместимости тканей, и всё же у большинства пациентов она приживается. Иначе обстоит дело, если в роговицу больного проросли кровеносные сосуды, например после воспаления, ожога или многолетнего ношения контактных линз, в том числе во время сна: тогда пересаженная роговица отторгается в несколько раз чаще. Сосуды прорастают в роговицу, когда её клеткам долго не хватает кислорода.
Почему ношение контактных линз во время сна может вызвать кислородное голодание роговицы? Почему пересаженная роговица обычно приживается без подбора донора, а почку подбирают? Почему пересаженная роговица отторгается намного чаще, если в роговицу больного проросли сосуды? Почему прорастание сосудов в роговицу ухудшает зрение даже без пересадки?
Разбор
Ключевые сведения: в роговице нет сосудов; кислород поступает из воздуха через слёзную плёнку, при сомкнутых веках — меньше; при нехватке кислорода прорастают сосуды; при проросших сосудах роговица отторгается чаще; почку подбирают, роговицу — нет. Шум: Цирм, 1905 г., Филатов, Одесса, роговица умерших. Ловушка: сравнение с почкой подталкивает к объяснению размером: «роговица маленькая, поэтому не отторгается». Но размер ни при чём — при проросших сосудах та же маленькая роговица отторгается часто.
Рассуждение. Кислород поступает в роговицу диффузией. Сомкнутые веки отрезают её от воздуха, а линза — ещё одна преграда на пути кислорода, поэтому во сне в линзах роговица испытывает кислородное голодание. Отторжение пересаженной ткани вызывают лимфоциты, распознающие чужие белки (антигены). Клетки иммунной системы и антитела попадают к тканям с кровью. К почке, пронизанной сосудами, они попадают неизбежно — поэтому её подбирают по совместимости. В роговицу без сосудов они почти не попадают, и чужая ткань не разрушается. Сравнение двух групп пациентов подтверждает вывод: стоит в роговицу прорасти сосудам — и отторжение учащается в несколько раз. Наконец, кровь в сосудах поглощает и рассеивает свет: роговица теряет прозрачность, изображение на сетчатке становится тусклым и нечётким.
Приёмы: физика (диффузия газов), сравнение и контроль (роговица и почка; роговица с сосудами и без них), количественная оценка («в несколько раз чаще»).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- кислород поступает в роговицу путём диффузии из воздуха через слёзную плёнку, и контактная линза — дополнительная преграда на его пути;
- во сне веки сомкнуты и кислород из воздуха к роговице почти не поступает, а линза ещё больше уменьшает его поступление — возникает кислородное голодание;
- отторжение пересаженной ткани вызывают клетки иммунной системы — лимфоциты (клеточный иммунитет), которые распознают чужеродные белки (антигены) донорских клеток и разрушают их;
- в роговице нет кровеносных сосудов, поэтому лимфоциты и антитела с кровью к пересаженной роговице почти не попадают и чужая ткань не разрушается; к почке, пронизанной сосудами, они попадают, поэтому почку подбирают по совместимости;
- по проросшим сосудам к пересаженной роговице поступают лимфоциты (антитела), распознают её чужеродные белки, и роговица отторгается;
- кровь в сосудах (эритроциты с гемоглобином) поглощает и рассеивает свет, роговица теряет прозрачность, к сетчатке поступает меньше света, и изображение на ней становится нечётким.
Указания. Элемент 4 не засчитывается без указания на отсутствие сосудов. Ошибкой считать утверждения, что роговица получает кислород из собственных сосудов или что кислород в крови переносит плазма.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 9. Сращённые мыши и гормон сытости
В 1949 г. в одной из лабораторий США обнаружили мышей с наследственным ожирением: мыши линии ob постоянно ели и к нескольким месяцам весили втрое больше обычных. Позже нашли мышей линии db, внешне и по поведению не отличимых от мышей ob. В 1960–1970-х гг. исследователь Д. Коулман сращивал мышей попарно хирургическим путём, так что в организм каждого партнёра попадала кровь другого. Мышь ob, сращённая с обычной мышью, стала есть меньше и худеть. Обычная мышь, сращённая с мышью db, почти перестала есть и вскоре погибла от истощения, а мышь db продолжала переедать.
В 1994 г. группа Дж. Фридмана выяснила, что у мышей ob не образуется гормон лептин, который выделяют клетки жировой ткани: чем больше в организме жира, тем выше содержание лептина в крови. Лептин действует на клетки головного мозга, управляющие чувством голода и насыщения. В 2010 г. Коулман и Фридман получили за эти работы одну из самых престижных медицинских наград. Позже у людей описали редкую наследственную болезнь, при которой лептин не образуется: дети с рождения сильно переедают, а введение лептина уменьшает у них аппетит и массу тела. У большинства же людей с ожирением содержание лептина в крови высокое.
Почему мышь ob, сращённая с обычной мышью, стала есть меньше? Чем нарушение у мышей db отличается от нарушения у мышей ob и почему обычная мышь, сращённая с мышью db, погибала от истощения? Что произойдёт, если срастить мышь ob с мышью db? Как лептин в норме поддерживает постоянство запасов жира и почему его введение почти не уменьшает аппетит у большинства людей с ожирением?
Разбор
Ключевые сведения: результаты двух вариантов сращивания; у мышей ob нет лептина; лептин выделяет жировая ткань пропорционально её количеству; он действует на мозг; детям без лептина гормон помогает; у большинства людей с ожирением лептина много. Шум: 1949 г., США, имена исследователей и награда. Ловушка: мыши db «внешне и по поведению не отличимы» от мышей ob — это подталкивает к выводу, что у них то же нарушение. Опыт со сращиванием показывает обратное.
Рассуждение. Мышь ob получила от партнёра с кровью то, чего ей не хватало, — и стала есть меньше. Значит, у неё нет гормона насыщения, а реагировать на него она способна. Мышь db, наоборот, сама не реагирует на гормон, но вызывает голодание партнёра. Значит, гормон у неё есть, и в большом количестве: жира много, а мозг сигнала не воспринимает, поэтому мышь продолжает есть, жира становится ещё больше, гормона — тоже. Нормальный мозг партнёра воспринимает избыток гормона как сигнал об огромных запасах жира и подавляет аппетит до истощения. Отсюда прогноз для пары ob и db: мышь ob получит много лептина и перестанет есть, мышь db не изменится. В норме работает отрицательная обратная связь: больше жира — больше лептина — слабее аппетит — запасы жира снижаются. Дети без лептина подобны мышам ob — им помогает недостающий гормон. Большинство людей с ожирением ближе к мышам db: гормона у них много, а чувствительность к нему снижена, и добавка ничего не меняет.
Приёмы: сравнение и контроль (два варианта сращивания), мысленный эксперимент (пара ob и db), обратная связь, аналогия (люди и мыши двух линий).
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- у мышей ob не образуется гормон насыщения (лептин), поэтому они переедают; с кровью обычной мыши этот гормон поступал к мыши ob, её мозг на него реагировал, и аппетит снижался;
- у мышей db лептин образуется, но клетки мозга на него не реагируют (нарушено восприятие гормона), поэтому они переедают, несмотря на гормон;
- у мышей db много жировой ткани, поэтому лептина в их крови очень много; поступая с кровью к обычной мыши, избыток гормона подавлял её аппетит, и она голодала до истощения;
- при сращивании мыши ob с мышью db мышь ob получит от партнёра много лептина, перестанет есть и похудеет (может погибнуть от истощения), а мышь db не изменится;
- в норме действует отрицательная обратная связь (гуморальная регуляция): при увеличении запасов жира растёт содержание лептина и аппетит снижается, при уменьшении запасов — наоборот, поэтому масса жира поддерживается примерно постоянной;
- у большинства людей с ожирением лептина и так много, но чувствительность к нему клеток мозга снижена (как у мышей db), поэтому дополнительный лептин аппетит почти не уменьшает; детям с наследственным отсутствием лептина (подобным мышам ob) его введение помогает.
Указания. Термины «рецептор», «гипоталамус» не обязательны. Ошибкой считать утверждения, что у мышей db лептин не образуется, что лептин — фермент или что его выделяет поджелудочная железа.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Задание 10. Капли из красавки
Красавка, или белладонна, — ядовитое травянистое растение семейства паслёновых с блестящими чёрными ягодами. По легенде, итальянские красавицы закапывали её сок в глаза, чтобы зрачки казались большими; отсюда и название: по-итальянски bella donna — «красивая женщина». В растении содержится атропин — вещество, которое не даёт органам отвечать на сигналы, приходящие к ним по парасимпатическим нервам. Родственники красавки — картофель, томат и баклажан — выращивают как овощные растения.
Капли с атропином и сходными по действию веществами применяют окулисты. После закапывания таких капель зрачки расширяются и долго — после атропина несколько дней — почти не сужаются даже на ярком свету: расширенный зрачок позволяет врачу рассмотреть сетчатку. Человек при этом плохо видит вблизи — не может читать, хотя вдаль видит хорошо, а яркий свет его слепит. Дети, съевшие ягоды красавки, жалуются на сухость во рту, у них учащается сердцебиение и расширяются зрачки.
Почему после закапывания капель с атропином зрачок расширяется и не сужается на свету? Почему человек при этом плохо видит близкие предметы, но хорошо — далёкие? Почему его слепит яркий свет? Почему при отравлении ягодами красавки учащается сердцебиение и появляется сухость во рту?
Разбор
Ключевые сведения: атропин блокирует действие парасимпатических нервов; зрачок расширен и не реагирует на свет; нарушено зрение вблизи; учащение сердцебиения и сухость во рту. Шум: легенда о красавицах, происхождение названия, родство с картофелем и томатом. Ловушка: слово «ядовитое» подталкивает к мысли, что атропин парализует все мышцы глаза. Но мышца, расширяющая зрачок, работает — иначе зрачок не расширился бы.
Рассуждение. Работа органов, получающих двойную иннервацию, — результат «перетягивания каната» между симпатическим и парасимпатическим отделами. Если выключить один из них, преобладает другой. Зрачок суживает кольцевая мышца радужки — по сигналам парасимпатических нервов, на этом основан зрачковый рефлекс на свет. Атропин эти сигналы блокирует, и преобладает действие радиальной мышцы, расширяющей зрачок по сигналам симпатических нервов. Для рассматривания близких предметов ресничная мышца сокращается (тоже по парасимпатическим сигналам), и хрусталик становится более выпуклым — это аккомодация. Атропин расслабляет ресничную мышцу, хрусталик остаётся уплощённым и фокусирует на сетчатке только далёкие предметы. Широкий зрачок, не сужающийся на свету, пропускает к сетчатке избыток света. По аналогии с глазом: парасимпатические нервы замедляют работу сердца и усиливают выделение слюны; без их действия сердце бьётся чаще, а слюны выделяется мало.
Приёмы: аналогия (антагонизм отделов вегетативной нервной системы), мысленный эксперимент (выключение одного из отделов), опора на строение и оптику глаза.
Критерии оценивания
Элементы ответа:
- кольцевая мышца радужки, суживающая зрачок, сокращается по сигналам парасимпатических нервов (в том числе при зрачковом рефлексе на свет); атропин блокирует эти сигналы, и мышца расслабляется;
- радиальная мышца, расширяющая зрачок, управляется симпатическими нервами, на которые атропин не действует; её действие преобладает, и зрачок расширен;
- при рассматривании близких предметов ресничная мышца сокращается (по сигналам парасимпатических нервов), и хрусталик становится более выпуклым (аккомодация); под действием атропина ресничная мышца расслаблена, хрусталик уплощён;
- уплощённый хрусталик фокусирует на сетчатке изображение далёких предметов, а изображение близких предметов получается нечётким;
- через широкий, не сужающийся на свету зрачок на сетчатку попадает слишком много света, и фоторецепторы чрезмерно раздражаются — свет слепит;
- парасимпатические нервы замедляют сокращения сердца и усиливают выделение слюны; при блокаде их действия преобладает влияние симпатических нервов — сердцебиение учащается, слюны выделяется мало, во рту сухо.
Указания. Ошибкой считать утверждения, что зрачок суживается по сигналам симпатических нервов или что при рассматривании близких предметов хрусталик становится более плоским.
| Ответ | Балл |
|---|---|
| Пять-шесть элементов, нет биологических ошибок | 3 |
| Три-четыре элемента без биологических ошибок | 2 |
| Два элемента без биологических ошибок | 1 |
| Все иные ситуации | 0 |
Шпаргалка за минуту
- Задание 25: текст-наблюдение и три-четыре вопроса, эталон из шести элементов; 5–6 элементов — 3 балла, 3–4 — 2, 2 — 1; ошибка в лишнем — минус балл.
- Пять шагов: сосчитать вопросы → определить их тип → разметить условие (ключ, шум, ловушка) → построить цепочку «факт → механизм → значение» → записать по принципу «один тезис — одна строка».
- Восемь приёмов: сравнение и контроль, мысленный эксперимент, ограничивающий фактор, баланс прихода и расхода, цена и выгода, обратная связь, количественная оценка, аналогия.
- Опора — физика (поверхность и объём, диффузия, осмос, теплообмен, свойства воды) и несколько десятков школьных закономерностей вместе с ответом на вопрос «что будет, если это нарушить?».
- Не «чтобы», а «потому что»; на каждый вопрос — свой пункт; ничего сомнительного.
Триста таких заданий с разборами и критериями собраны в сборнике «Линия 25. Обобщение и применение знаний о человеке и многообразии организмов», а теория и ещё 307 заданий по ботанике, зоологии и анатомии — в сборнике «Линия 25. Ботаника, зоология и анатомия» (оба — в разделе «Пособия»). Повторить факты, на которых строятся рассуждения, можно в тренажёре ЕГЭ по биологии.
Обсуждение
Загружаем обсуждение…