Биохимия

Название Формулировка задачи Автор
1 Растительный фагоцитоз Известно, что клетки растений не способны к фагоцитозу. С чем это связано? Какие клетки могли бы с наибольшей вероятности приобрести способность к фагоцитозу. Предложите модель растения, обладающего такими клетками. Опишите его анатомические, физиологические и экологические особенности. Агапов А.А.
2 Жадина-говядина Круговорот биогенных элементов является основой существования биосферы. Предположите, что возник живой организм, максимально затрудняющий использование органических соединений, входящих в его состав, другими организмами, при этом он сам способен метаболизировать эти соединения. Каким образом «жадный» организм может достичь этой цели с минимальными изменениями обычных биохимических путей? Какие основные типы важных для его жизнедеятельности молекул (соединений) и каким образом он сможет «защитить» от использования другими организмами? Костюк А.И.
3 Сочные беспозвоночные Некоторых водных беспозвоночных разводят в промышленных масштабах для употребления в пищу человеком. Для наземных беспозвоночных такое применение гораздо менее характерно. Какие особенности наземных беспозвоночных затрудняют их массовое использование в пищевых целях? Как эти трудности можно было бы преодолеть методами биотехнологии и генетической инженерии? Ломов Н.А.
4 Сахарный код К биологическим полимерам кроме белков и нуклеиновых кислот относятся также полисахариды. Предложите механизм прямого кодирования последовательности моносахаридов в полисахариде последовательностью нуклеотидов в РНК. Чем этот процесс будет отличаться от трансляции? Для каких организмов он мог бы быть полезен? Кузин И.А.
5 ПолезныЕ Распространено мнение, что пищевые добавки Е, то есть входящие в соответствующую классификацию пищевых добавок, принятую в странах Евросоюза, являются вредными. Однако некоторые из них не только не являются вредными, но и могут быть полезными. Предложите три пищевые добавки Е, наиболее полезные для человека. Связана ли их полезность с причинами, по которым их применяют в пищевой промышленности? Шилов Е.С., Шилова О.Н.
6 Крутые перцы Во многих национальных кухнях тропического региона при приготовлении блюд используется неприемлемое на наш взгляд количество острых приправ, в том числе и перца. Приведите как можно больше рациональных объяснений этой кулинарной особенности. Шаламов Р.В.
7 Живые батарейки Обсудите возможность создания устройства, генерирующего электрохимический градиент, подобно двумембранным органеллам. Предложите пути применения подобного устройства. Шаламов Р.В.
8 Алиса в Зазеркалье Все известные организмы состоят из "правых" (D) сахаров и "левых" (L) аминокислот. Однако физические законы (существенные для жизнедеятельности биологических систем) не меняются при "зеркальном отражении". Почему же до сих пор не найдены организмы, состоящие из L-сахаров и D-аминокислот? А если они будут найдены, то каков будет их тип питания? Будут ли они представлять опасность для человека или для "естественных" экосистем? Кузин И.А.
9 Гликозимы В настоящее время показано, что широкое распространение в живых клетках имеют каталитические белки (классические ферменты) и РНК (рибозимы), однако пока не обнаружено никаких свидетельств в пользу существования каталитических углеводов. Предложите основные принципы структуры и функционирования биокатализаторов на основе углеводов. Какие реакции они могли бы катализировать наиболее эффективно? Какие преимущества и недостатки были бы характерны для таких гликозимов по сравнению с классическими ферментами и рибозимами? Предложите основные причины, по которым углеводные биокатализаторы не распространены в природе. Шилов Е.С.
10 Регенераты Представьте, что в недалеком будущем благодаря усилиям ученых человек приобрел способность к регенерации любых тканей. Не вдаваясь в конкретные механизмы регенерации, предположите, какие разделы медицины в результате этого окажутся менее востребованными, а какие, наоборот, более востребованными и почему? Как изменятся фармацевтические, хирургические и другие подходы к лечению различных заболеваний? Андреева А.Н.
11 Великолепная пятерка Представьте, что белок-синтезирующий аппарат гипотетической клетки может включать в состав растущего полипептида только пять аминокислот. Какие аминокислоты из 20 протеиногенных вы бы оставили в составе белка, максимально сохранив при этом разнообразие функций белков? Каким образом можно обойти проблемы возникшие при потере структурного разнообразия боковых радикалов аминокислот? Костюк А.И.
12 Суперпатоген Различные патогены человека после попадания в организм хозяина используют разные механизмы, позволяющие избежать их уничтожения иммунной системой. Предложите реально существующие и гипотетически возможные механизмы, применяемые микроорганизмами с этой целью. Предложите модель микроорганизма-суперпатогена, наиболее успешно «уходящего» от иммунного ответа. Шилов Е.С.
13 Квадратная картошка В живых организмах крайне редко встречаются структуры в форме прямоугольных пареллелепипедов. В то же время они могли бы быть очень полезны в народном хозяйстве (например, кубические яйца). Почему прямоугольные формы редко встречаются в природе? Предложите биотехнологический способ создания сельскохозяйственных продуктов в форме прямоугольных параллелепипедов. Пупов Д.В.
14 Миксотроф Известно, что эвглена зеленая может чередовать гетеротрофный и автотрофный типы питания. Данная стратегия на первый взгляд выглядит очень выгодной. Почему она не распространена среди многоклеточных организмов? Кто скорее мог бы дать начало группе многоклеточных миксотрофов: животные или растения? Кузин И.А., Пупов Д.В.
15 Гипножаба В мультсериале «Футурама» присутствует эпизодический персонаж – гипножаба, которая может дистанционно управлять поведением других животных. Рассмотрите механизмы (в том числе и гипотетические), при помощи которых одно животное может управлять поведением другого, и приведите реально существующие примеры такого управления. Пупов Д.В., Шилов Е.С.
16 Национальная кухня Известно, что национальные кухни существенно различаются. Укажите, какие факторы в основном определяют компоненты, используемые в блюдах той или иной национальной кухни? Ответ проиллюстрируйте конкретными примерами. Шаламов Р.В.
17 Паспорт Вас пригласили работать в проект по разработке биометрических паспортов, введение которых планируется на территории всей страны. Биометрический паспорт должен однозначно идентифицировать человека по его анатомическим, физиологическим и биохимическим параметрам, которые можно легко определить с помощью различных приборов или экспресс-методик, и которые бы минимально зависели от возраста и конкретного состояния человека. Какие параметры обеспечили бы выполнение поставленной задачи? Какими методами или приборами Вы будете пользоваться для их измерения? Пупов Д.В.
18 Елочка, зажгись! Способность к биолюминисценции характерна для многих бактерий, грибов и животных, но не для высших растений. С какими морфофизиологическими особенностями высших растений это связано? Какие из их органов могли бы стать светящимися с наибольшей вероятностью? Какие преимущества и недостатки дала бы высшим растениям биолюминисценция? Пуховая Е.М.
19 Старуха-процентщица В среднем передача энергии с одного трофического уровня на другой составляет около 10%. Тем не менее, для отдельных видов в трофических цепях это значение может быть как существенно больше, так и существенно меньше. Предложите модели самого «жадного» и самого «щедрого» организмов, относительно передачи энергии на следующий трофический уровень. Какие экологические, физиологические и биохимические особенности будут характерны для каждого из них? Шилов Е.С.
20 Живое зеркало Некоторые привычные для нас и, казалось бы, простые устройства практически не имеют аналогов в живой природе, например, оптическое зеркало. Предложите модель животного, вся поверхность которого или значительная ее часть является зеркальной. Каким может быть внешнее и внутреннее строение такого "живого зеркала"? С какими преимуществами и недостатками связано обладание зеркальной поверхностью? Пупов Д.В.
21 Биокулинария Приведите классификацию способов (процессов) приготовления различных живых организмов с точки зрения биохимика. Сгруппируйте причины выбора того или иного способа. С какими процессами, происходящими в живых организмах, связаны особенности их приготовления? Приведите примеры таких организмов. Ходырева А.Н.
22 Бесконечная ДНК Перед Вами стоит задача получить непрерывную молекулу ДНК как можно большей длины. В вашем распоряжении имеется только ДНК-полимераза, имеющая праймазную активность (т.е. способная синтезировать РНК-затравки). Каким образом должна быть организована матричная ДНК для получения искомой молекулы ДНК? Предложите как можно больше способов ее получения. Пупов Д.В.
23 Съешь меня! Несъедобность, обусловленная ядовитостью, широко распространена среди самых разных животных, но крайне редко встречается у амниот. С какими эволюционными и физиологическими причинами это может быть связано? Кузин И.А.
24 Незаменимые аминокислоты С чем связана неспособность некоторых организмов синтезировать некоторые аминокислоты (ауксотрофность)? Для каких групп она характерна? Почему подобная ауксотрофность закрепилась в эволюционно успешных и прогрессивных группах? Шилов Е.С.
25 Отопительный сезон Как правило животные либо постоянно поддерживают высокую температуру тела (гомойотермные), либо их температура тела зависит от температуры окружающей среды (пойкилотермные). По каким причинам не распространена модель терморегуляции, когда животное, сохраняя активность, может без последствий переключать терморегуляцию с пойкилотермного на гомойотермный режим и обратно? Какие животные могут перейти к этой модели с наибольшей вероятностью? Пупов Д.В.
26 Монофаг В связи с длительными космическими полетами актуальной становится проблема поддержания человека на диете, состоящей из продуктов, получаемых из одного вида организмов. Какой вид лучше всего подходит для этой цели? Предложите ряд методов, которые позволяют смягчить эту проблему. Выберите из них наиболее перспективный с точки соотношения сложности и эффективности. Пупов Д.В.
27 Незаменимые В ходе эволюции предками человека была утеряна способность синтеза некоторых веществ, которые человек теперь вынужден получать с пищей (например, витамин С). Составьте «Top 5» веществ, возможность синтеза которых человек может потерять в будущем с наибольшей вероятностью. Выбор обоснуйте. Кузин И.А., Агапов А.А.
28 Эликсир жизни Великий ученый А.В. Бородач изобрел уникальный эликсир, который, по его мнению, может замедлить процесс старения любого живого существа. Возможно ли создание подобного универсального «эликсира жизни», который бы достаточно хорошо действовал на представителей различных групп живых организмов? Каким бы мог быть его состав? Пупов Д.В.
29 Ахиллес и черепаха Скорость работы ферментов характеризуется числом оборотов Kcat и может значительно различаться у ферментов из разных источников, но обладающих одинаковой субстратной специфичностью. Какие преимущества и недостатки для функционирования живой клетки будет иметь увеличение значения Kcat в случае какого-либо фермента? Какие факторы накладывают ограничения на скорость работы ферментов? Сравните потенциальную возможность увеличения в ходе эволюции скорости работы ферментов в случаях прокариот и эукариот. К каким изменениям в метаболизме бактерии приведет превращение всех ее ферментов в максимально «быстрые»? Кузин И.А.
30 Трансляция в ядрах Периодически в научных журналах появляются статьи об обнаружении процесса трансляции в ядрах клеток. Однако до сих пор ни одно такое сообщение не было достоверно подтверждено. Опишите, какие существуют принципиальные запреты на прохождения трансляции в ядрах клеток. Можно ли их преодолеть? Как минимизировать вредные последствия для клеток? Какие выгоды может принести трансляция в ядре? Гительзон Г.И.
31 Эконом-класс Растения тратят довольно большое количество ресурсов на снабжение питательными веществами плодов, рассчитанных на поедание животными. Предположите, каким образом растение может «сэкономить» на запасании питательных веществ без снижения привлекательности плода для животных и без понижения эффективности распространения семян. Предложите модель такого растения. Олина А.В.
32 Прятки Долгие годы поиск новых антибиотиков ученые вели среди культивируемых почвенных микроорганизмов. Однако многие патогены вскоре приобрели устойчивость к традиционным антибиотикам. В каких еще экологических нишах будет перспективен поиск новых организмов-продуцентов антибиотиков? По каким критериям вы будете выбирать эти ниши? Филимонова А.В.
33 Новый вкус Человек обладает пятью базовыми вкусами, основанными на разных типах вкусовых рецепторов. Их адаптивная функция достаточно очевидна. Предложите, какие дополнительные вкусы были бы полезны для человека. Какие лиганды будут связываться с такими рецепторами? Пупов Д.В., Кузин И.А.
34 Жизнь без РНК Приведите несколько примеров, когда традиционные функции РНК выполняют другие молекулы. Предложите молекулярные механизмы функционирования клетки, не содержащей РНК. Какие новые типы молекул появятся в такой клетке? Кузин И.А.
35 Одноклеточный монстр Некоторые одноклеточные организмы настолько велики, что видны невооруженным глазом. Какие биотические и абиотические факторы среды благоприятствуют гигантизму у таких организмов? Как приспособления к данной жизненной форме проявляются на уровне питания, подвижности, формы клеток и внутриклеточной структуры? Почему макроорганизмы все же пошли по пути увеличения числа клеток, а не размеров самой клетки? Волошина М.А., Кузин И.А.
36 Минимальный вирус Известно, что геном вирусов, как правило, меньше генома клеток. Каково же минимальное число генов, необходимых для существования вируса? Какого типа геном будет у такого вируса (ДНК или РНК)? Кто будет его хозяином? Кузин И.А.
37 Универсальный субстрат Базовые метаболические потребности клеток человеческого организма обеспечиваются за счет различных молекул, переносимых с кровью. Предложите одну-единственную молекулу, позволяющую максимально удовлетворить основные биохимические потребности клеток человека. С какими преимуществами и недостатками с точки зрения процессов, происходящих на уровне клетки, ткани и организма, связан переход к такому метаболизму? Никитин Д.М.
38 Кислород В школьном курсе биологии уделяется значительное внимание плоским и круглым эндопаразитическим червям. Наиболее вероятно, что они произошли в процессе эволюции от предковых свободноживущих форм. Каким образом эндопаразиты получают энергию в бескислородном пространстве, которым, например, является полость кишечного тракта? Какие еще существуют способы получения энергии гетеротрофными организмами без использования кислорода? В чем состоят их отличия? Неизвестно
39 Белковый нокаут Известны универсальные способы "выключения" экспрессии гена на уровне взаимодействия с ДНК или РНК, но в некоторых случаях полезно делать это на уровне уже синтезированного белка. Предложите метод, который позволял бы "выключать" по сигналу извне любой интересующий нас белок в живой клетке, не нарушая при этом целостность клетки и функционирование других белков. Рассмотрите преимущества и недостатки различных принципов и механизмов, которые можно положить в основу данной технологии. Выберите метод, который является наиболее универсальным с точки зрения разнообразия выключаемых белков и наиболее простым с точки зрения исполнения. Пупов Д.В.
40 Загадочное фосфорилирование Почти у всех организмов первой реакцией катаболических путей, начинающихся с моносахаридов, является фосфорилирование при помощи АТФ или пирофосфата. Могут ли моносахариды вступать в гликолиз и пентозофосфатный шунт без фосфорилирования? Одинаково ли важно фосфорилирование для каждого из этих путей? Чем могло бы быть заменено фосфорилирование? Шаламов Р.В.
41 Враг в отражении Представьте, что в безжизненном районе Земли были обнаружены две лужи: в одной – экосистема из микроорганизмов, основанная на L-сахарах и D-аминокислотах, а в другой – похожая, но основанная на D-сахарах и L-аминокислотах. Затем эти две лужи оказались соединены. Каким образом «зеркальные» экосистемы будут взаимодействовать с точки зрения биохимии? К каким экологическим и эволюционным последствиям может привести это взаимодействие? Носов Г.А.
42 Разветвленная ДНК Предложите модель строения, репликации и транскрипции разветвленной ДНК. В чем преимущества и недостатки разветвленной ДНК по сравнению с неразветвленной? Бизяев Н.С.
43 Биохимическая классификация Современные методы позволяют легко идентифицировать молекулярный состав сложнейших объектов. С другой стороны, большинство групп живых существ достаточно сильно различаются между собой по наличию или отсутствию определенных биохимических реакций. Предложите вариант естественной классификации, основанный на сходствах и различиях химических реакций, свойственных организмам. Какими соображениями Вы будете руководствоваться при отборе систематических признаков для таксонов высокого и низкого ранга? Оцените, насколько предложенная вами система отражает реальную филогенетическую классификацию. Пупов Д.В.
44 Аминокислоты В составе живых клеток обнаружено более трех сотен различных аминокислот. Однако только 21 из них является протеиногенной, т.е. включается в состав белка непосредственно в процессе его биосинтеза на рибосомах. Для чего же нужны остальные аминокислоты? Какова их биологическая роль? Приведите примеры. Неизвестно
45 Поймай меня, если сможешь Многие прокариотические системы защиты (CRISPR/Cas система, система рестрикции-модификации и др.) распознают чужеродную ДНК по определенным нуклеотидным последовательностям, поэтому вирусам приходится обманывать "иммунную систему" бактериальной клетки. Предложите несколько способов защиты вирусной ДНК от различных ДНК-распознающих защитных систем клетки. Какой из них является наиболее универсальным и эффективным? Какие ещё не описанные способы защиты собственной ДНК от бактериальной "иммунной системы" могут быть найдены у вирусов? Пупов Д.В.
46 Накопитель Различные живые организмы используют разные классы биологических молекул в качестве запасаемых веществ. Предложите строение «идеальной» запасаемой молекулы, обеспечивающей накопление наибольшего количества функциональных групп и элементов. Какие пути метаболизма будут использоваться для создания и утилизации этой молекулы? С чем связана множественность типов запасаемых веществ у одного и того же организма? Шилов Е.С., Костюк А.И., Агапов А.А.
47 Самый горячий Некоторые прокариоты-термофилы успешно существуют и размножаются при температуре более 120°С и, вероятно, это не предел. За счет каких адаптаций возможно существование гипертермофилов? Какие факторы ограничивают максимальную температуру существования жизни? Какой из них, по-Вашему, является важнейшим? Кузин И.А., Шилов Е.С.
48 Зеленый заяц Известно, что у некоторых беспозвоночных в клетках присутствуют одноклеточные эндосимбионты – фотосинтетики. Почему это явление не распространено среди позвоночных? Предположите, у каких групп позвоночных оно могло бы существовать и какие фотосинтетики могли бы стать симбионтами. Кузин И.А.
49 Археи Экология известных групп архей, на первый взгляд, сильно различается. Однако их общей специализацией, вероятно, является приспособление к хроническому недостатку энергии. Укажите, какие причины приводят к такому «голоданию» в различных группах архей. Какие особенности архей можно рассматривать как приспособления к постоянному энергетическому стрессу? Почему археи плохо конкурируют с бактериями в условиях избытка энергии? Кузин И.А., Шилов Е.С.
50 Двоичный код Допустим, что возможности генетической инженерии позволяют создать организм, в состав ДНК которого входят два, а не четыре канонических нуклеотида. Рассмотрите преимущества и недостатки динуклеотидной ДНК (по сравнению с тетрануклеотидной) с точки зрения основных процессов, изучаемых молекулярной биологией: репликации, репарации, транскрипции и трансляции. На основе какой пары нуклеотидов – A-T или G-C – легче создать организмы с динуклеотидной ДНК? Кузин И.А.
51 Иные Возможно, на Земле существуют микроорганизмы, элементный состав которых сходен с составом известных организмов, но строение их молекул и/или их пути метаболизма существенно отличаются от уже известных и подобных им путей метаболизма. Предположите, какими могли бы быть эти отличия. Расположите их в ряд, от менее к более радикальным. Какие обстоятельства могут позволить «иным» микроорганизмам выжить в конкуренции с обычными? Кузин И.А., Пупов Д.В.
52 Декаданс Считается, что эукариоты произошли от прокариот. Предложите, наоборот, возможный механизм происхождения прокариот от эукариот. В каких условиях он мог бы реализоваться? С какими проблемами столкнулись бы первые прокариоты в мире эукариот? Бизяев Н.С.
53 Биологический будильник Известны многие периодические биологические процессы, являющиеся основой для «биологических часов». Предположите, каким образом мог бы быть устроен внутренний «биологический будильник», способный подавать сигнал через наперед заданный промежуток времени. В чем могло бы быть его адаптивное значение? Шилов Е.С.
54 Сообразить на троих Предложите, как был бы устроен генетический код и механизм трансляции, если бы вставка каждой аминокислоты в растущую полипептидную цепь определялась последовательностью двух или более мРНК. В чем были бы преимущества и недостатки такого механизма, по сравнению с существующим? Предложите конкретную модель механизма трансляции и структуры генетического кода. Вьюшков В.С., Костюк А.И., Ломов Н.А.
55 Белок-универсал Считается, что большинство белков в клетке имеют не более двух различающихся функций. Чем ограничивается количество различающихся функций у одного и того же полипептида в пределах одного организма? За счет каких явлений число функций одного и того же белка может возрастать? Какие преимущества и недостатки имеют «многофункциональные» белки? Для организмов какого уровня организации подобные белки были бы наиболее выгодны? Шилов Е.С., Есюнина Д.М.
56 Жизнь без мяса В учебниках пишут, что в растительной пище не содержится полного набора незаменимых компонентов питания, поэтому человек, особенно ребенок, обязательно должен потреблять животную пищу. Как проблему с нехваткой незаменимых компонентов питания решают а) вегансы; б) ововегетарианцы; в) лактовегетарианцы; г) песковегетарианцы? Приведите примеры позвоночных с такой же пищевой специализацией, если они существуют. Как они решают аналогичные проблемы? Шаламов Р.В., Поздняков Д.В.
57 USB-хвост В фильме «Аватар» представители коренного населения Пандоры могли «подсоединяться» к другим животным с помощью хвоста. Какими механизмами может обеспечиваться передача информации через такое соединение? Какие особенности строения нервной системы могут быть у организмов, общающихся таким образом? Как в ходе эволюции мог появиться такой общий для множества различных видов способ передачи информации? Ломов Н.А.
58 Замедленная жизнь Многие организмы способны сильно замедлять процессы жизнедеятельности. Приведите примеры таких процессов. До каких пределов может замедляться скорость различных биологических процессов? В каких экологических нишах может существовать «медленная» жизнь? Как в таком случае изменится скорость эволюционных процессов? Пупов Д.В., Шилов Е.С.
59 Жизнь без углеводов Углеводы, вероятно, менее обязательны для функционирования живых систем, чем нуклеиновые кислоты, белки или липиды. Приведите несколько примеров, когда традиционные функции углеводов выполняют другие вещества. Предложите принципы строения жизнеспособного безуглеводного организма. Какие экологические ниши он может занимать? Кузин И.А.
60 Регенерация клеток В первой трети XX века несколько микробиологов из разных стран утверждали, что в своем жизненном цикле бактерии могут проходить через неклеточную стадию, после которой вновь восстанавливается клеточная форма. Предложите наиболее правдоподобный механизм регенерации каких-либо клеток из неклеточного состояния, опираясь на аналогии с известными молекулярно-биологическими и клеточными процессами, а также на различные гипотезы возникновения клеток в ходе эволюции. Опишите структуру и состав неклеточного «живого вещества», из которого происходила бы такая регенерация. Кузин И.А.
61 Мембраны "с нуля" В современных организмах все мембраны происходят из других мембран. С какими трудностями связан синтез мембран de novo? Предложите гипотетический механизм сборки мембран "с нуля". Кузин И.А.
62 Вирусные коммуникации Недавно у некоторых бактериофагов было обнаружено чувство кворума. Кажется логичным, что коммуникация между вирусными частицами одного или нескольких разных вирусов могла бы быть выгодна для более успешной инфекции и их размножения. Предположите, какие пять функций с наибольшей вероятностью могла бы выполнять коммуникация между вирусами? Для каждой из этих пяти функций предложите правдоподобный механизм коммуникации между вирусами. В каких группах вирусов наиболее вероятно существование предложенных вами механизмов коммуникации? Кузин И.А.
63 Прометей Считается, что «приручение» огня сыграло очень важную роль в эволюции предков человека. Предложите наиболее примитивный модельный организм, который был бы способен разводить, использовать и поддерживать открытый огонь. С какими преимуществами и недостатками будет связана такая экологическая стратегия? Акутин И.А.
64 Однонитевая ДНК Известно, что однонитевые ДНК-геномы характерны для некоторых групп вирусов. Предложите модель клетки, содержащей в качестве генома однонитевую ДНК. С какими трудностями столкнется такая клетка? Какие новые полезные свойства могли бы появится в такой системе организации генома? Вьюшков В.С., Костюк А.И., Ломов Н.А.
65 о-Травин Химики в ЛМШ синтезировали потенциально ядовитое для человека вещество с подозрительным названием орто-травин. Какие эксперименты вы бы поставили для выяснения степени опасности и механизма вредоносного для человеческого организма действия этого вещества? На каких доступных в Вишкиле животных вы бы проводили свои опыты? Агапов А.А.
66 Маятники Для биологических систем типична способность генерировать периодические процессы, не зависящие непосредственно от абиотических факторов. Приведите характерные примеры эндогенных периодических процессов для разных уровней организации живого. Предложите механизмы их возникновения. Что в этих механизмах общего? В чем адаптивное значение биологических «маятников»? Шушканова Е.Г., Кузин И.А.
67 Чувство локтя Для бактерий известно явление кворум-сенсинга – переключение метаболических путей и стратегии размножения в зависимости от плотности популяции за счет специальных сигнальных молекул. Возможно ли аналогичное явление для одноклеточных и многоклеточных эукариотических организмов? Для каких организмов кворум-сенсинг был бы наиболее выгоден? Предложите схему эксперимента, позволяющего установить наличие кворум-сенсинга и природу гипотетических сигналов о плотности популяции для людей. Шилов Е.С.
68 Сурвивин Отважные ученые из Института химии создали уникальный лекарственный препарат, который при попадании в организм человека или других млекопитающих полностью предотвращает гибель его клеток. Какие физиологические и биохимические изменения в организме могут быть следствием приема препарата “Сурвивин”? Спрогнозируйте побочные эффекты этого препарата. Пупов Д.В.
69 Перспективный партнер Бактерии рода Rhizobium, способные фиксировать атмосферный азот, склонны вступать в мутуалистические отношения с различными растениями. Предложите гипотетическое животное, образовавшее взаимовыгодное партнерство с азотфиксирующими бактериями. В каких таксонах животных наиболее вероятно и выгодно возникновение мутуализма с азотфиксирующими бактериями? Какими анатомическими, физиологическими и экологическими особенностями должны обладать животные для устойчивого существования таких взаимоотношений? Азбукина Н.В.
70 Трансляция ДНК Центральная догма молекулярной биологии несколько раз уточнялась, но до сих пор в природе не обнаружены случая трансляции непосредственно ДНК, хотя с химической точки зрения этот процесс возможен. С какими преимуществами может быть связана трансляция ДНК? Предположите, каким организмам он мог бы быть выгоден. Какие недостатки и проблемы сопряжены с трансляцией ДНК и как они могут быть решены выбранным Вами модельным организмом? Вьюшков В.С., Ломов Н.А., Агапов А.А.
71 Бактериальные сообщества Известно, что желудочно-кишечный тракт жвачных животных является местообитанием сложного бактериального сообщества, играющего ключевую функцию в пищеварении. В каких еще организмах встречаются подобные сложные сообщества и какие функции они выполняют у этих организмов? Для каких новых целей организмы могли бы использовать сложные бактериальные сообщества? Каким организмам, в настоящее время не имеющим таких сложных сообществ, было бы выгодно ими обзавестись? Филимонова А.В.
72 Батарейка Большинство живых организмов способны создавать для себя запас питательных веществ на "черный день". Каким образом мог бы быть устроен отделяемый от организма модуль, позволяющий накапливать энергию в наиболее удобной форме и обмениваться этой энергией с особями своего или другого вида. Предложите несколько принципиально различных способов накопления энергии в таком "аккумуляторе". Укажите параметры, по которым можно сравнить эти способы между собой, и выберите наиболее оптимальный принцип организации. Какое экологическое значение могла бы иметь такая "батарейка"? Пупов Д.В.
73 Геномный ветер Возможности переноса информации при известных способах горизонтального переноса генов ограничены. Предложите искусственный способ передачи генетической информации между организмами за счет электромагнитного излучения. Опишите возможное устройство соответствующих передатчика и приемника информации. Каковы ограничения данного механизма с точки зрения объема передаваемой генетической информации и точности ее передачи? Пупов Д.В.
74 Клеточная смерть Для многоклеточных организмов, в особенности для человека, разработан ряд критериев, позволяющих судить о наступлении смерти. В некоторых ситуациях одни из них оказываются недостаточными, а другие — избыточными. Для одноклеточных организмов такие критерии менее очевидны. Разработайте критерии гибели для одноклеточных и укажите случаи, в которых они могут не выполняться. Будут ли эти критерии отличаться для про- и эукариот? Кузин И.А.
75 Пограничная органелла Границы между органеллами и молекулярными комплексами сложного состава в литературе зачастую условны и зависят от личной точки зрения автора. Предложите 4-5 критериев, в соответствии с которыми будет проводиться граница между настоящими органеллами и мультимолекулярными комплексами. Какие мультимолекулярные комплексы можно будет включить в число органелл хотя бы по одному из Ваших критериев? Возможна ли их эволюция в направлении полного соответствия всем критериям органелл? Шилов Е.С.
76 Прямая связь В биологических системах самого разного уровня – от молекул до экосистем – большую роль играют обратные связи (feedback). Их разделяют на отрицательные (уменьшающие отклонения системы от заданного состояния) и положительные (увеличивающие отклонения). Но важное значение имеют и прямые (упреждающие) связи (feedforward), когда регуляция в ответ на возмущение осуществляется еще до того, как возмущение вызовет отклонение системы. Приведите в виде схем примеры таких связей, действующих на различных уровнях организации живого. Отметьте, в чем состоят отличия прямых связей от обратных с точки зрения выполняемых функций. Волошина М.А.
77 Без электрофореза Явление электрофореза было открыто в начале XIX века профессором Московского университета Ф.Ф. Рейссом, однако техника электрофореза получила развитие не сразу. Какие методы молекулярной биологии включают в себя стадию электрофореза? Какого рода информацию можно получить при помощи этих методов? Предложите наиболее эффективный способ получения каждого из перечисленных Вами типов информации без использования электрофореза и сравните его с традиционным. Кузин И.А.
78 Белки-трансформеры На заре молекулярной биологии была популярна гипотеза, что функциональная трехмерная структура белков определяется не собственно аминокислотной последовательностью, а в результате комплементарного взаимодействия с какими-либо другими молекулами. При этом белки с разными первичными структурами могут приобретать одинаковую третичную структуру, а с одинаковой первичной структурой - разные третичные. Предложите, как могла бы быть устроена такая система «молекул-матриц», которые бы определяли третичную структуру взаимодействующих с ними белков. С какими недостатками и преимуществами был бы связан такой механизм приобретения белками функциональной третичной структуры? Предположите, в каких биохимических и молекулярно-биологических процессах он мог бы быть полезен. Кузин И.А., Либерзон А.Н., Костюк А.И.
79 Черная Земля Пигменты фотосинтезирующих организмов поглощают весь спектр видимого света кроме зеленой его части, что выглядит неэффективным. Каким организмам было наиболее выгодно освоение «зеленых» фотонов? Как при этом изменится структура фотосинтетического аппарата? К каким экологическим последствиям могло бы привести появление таких фотосинтетиков? Олина А.В., Агапов А.А.
80 Жадина Несмотря на то, что основные пути аэробного катаболизма заканчиваются разложением органических веществ до неорганических, животные выводят довольно много пригодных для дальнейшего метаболизма органических веществ и недоокисляют некоторые неорганические (например, аммиак). Опишите метаболизм многоклеточного животного, которое самостоятельно или с помощью симбионтов полностью метаболизирует вещества, содержащие биогенные элементы, выделяя их в виде наиболее термодинамически выгодных кислородсодержащих соединений. В какой группе животных и при каких условиях может развиться "безотходный метаболизм"? По каким причинам современные животные далеки от такого способа существования? Шилов Е.С.
81 Альтернативная энергетика Множество «молекулярных машин» в каждой клетке превращают химическую энергию в механическую. Каким образом живые организмы могли бы решать обратную задачу, то есть преобразовывать механическую энергию (движение воды, воздуха и т.д.) в химическую? Предложите механизм работы такого преобразователя. У каких организмов и в каких условиях он мог бы возникнуть в ходе эволюции? Ломов Н.А.
82 Исполняющие обязанности Часто в клетках живых организмов функции одних химических элементов в их отсутствии могут брать на себя другие элементы. Предположите, какие химические элементы в биологических системах могут «исполнять обязанности», соответственно, серы, железа, кальция и натрия. Обоснуйте свой выбор, основываясь на биологических функциях этих элементов. Шилов Е.С.
83 Универсальные макроэрги Макроэргические связи присутствует во многих соединениях, таких как ацетил-кофермент А, аминоацил-тРНК, фосфоенолпируват и т.д. Тем не менее, универсальной «энергетической валютой» клеток являются нуклеозидтрифосфаты. Какие молекулы могли бы послужить их полноценной заменой? С чем связана современная монополия нуклеозидтрифосфатов на универсальность? Почему используются трифосфаты, а не дифосфаты, тетрафосфаты или полифосфаты нуклеозидов? Шилова О.Н.
84 Хищные бактерии Один из перспективных способов защиты от бактериального оружия - применение хищных бактерий. Хищничество несколько раз возникало в ходе эволюции животных, вероятно, то же самое верно и для прокариот. Составьте общее представление о хищных бактериях. Какие особенности морфологии, биохимии и молекулярной биологии будут характерны для хищных бактерий? Предложите классификацию их экологических стратегий. Кузин И.А.
85 Жизнь без кислорода Позвоночные животные обитают в самых разнообразных условиях, но среди них не распространены адаптации к анаэробному образу жизни. С какими проблемами столкнулись бы позвоночные при переходе к анаэробному образу жизни? Какие из этих проблем и с помощью каких адаптаций могут быть решены? Предложите гипотетическое позвоночное животное, в наибольшей степени приспособленное к жизни без кислорода, и опишите его биохимические, анатомо-физиологические и экологические особенности. Кузин И.А.
86 Чужой против Хищника По типу метаболизма все эукариоты подразделяются на фотолитоавтотрофов и хемоорганогетеротрофов. Среди прокариот можно обнаружить и шесть других возможных типов метаболизма. Проранжируйте эти шесть типов метаболизма по вероятности возникновения среди многоклеточных эукариот. Какие из существующих многоклеточных организмов могут дать начало каждому из них? Приобретение какого из шести типов метаболизма многоклеточными проще всего с эволюционной точки зрения? Агапов А.А., Ломов Н.А.
87 Ретроэндосимбиоз Представьте себе, что эукариотические клетки возникли по альтернативному сценарию: клетка с развитой системой внутриклеточных мембран с анаэробным метаболизмом была поглощена клеткой с интенсивным окислительным метаболизмом. Кто, по-Вашему мнению, из симбионтов будет «главным», а кто «подчиненным»? С какими трудностями столкнется возникший организм? Чем может быть выгоден такой вариант эндосимбиоза? Шилов Е.С.
88 Многоклеточность Клетки многоклеточного организма живут в едином сообществе, для которого опасно появление «эгоистичных» клеток, например, раковых. Какие особенности многоклеточных организмов можно рассматривать как приспособления, препятствующие появлению или передаче «эгоистичных» клеток? Выделите среди них наиболее важные для возникновения и усложнения многоклеточности. Кузин И.А.
89 Железный дровосек Матрикс костной ткани позвоночных обычно состоит из белков коллагенового типа и неорганических соединений кальция. Какие альтернативные биополимеры или минералы могли бы быть использованы для построения скелета позвоночных животных? Какие преимущества и недостатки характерны для существующего типа костной ткани, а какие - для предложенного Вами? Черных О.Н.
90 Химическая эволюция Одной из наиболее популярных гипотез о происхождении жизни является концепция «Мир РНК», утверждающая, что первой молекулой, отделившей жизнь от «не-жизни», была именно РНК. Точнее рибозимы — молекулы РНК, способные к самовоспроизведению матричным способом. Предположите пути химической эволюции макромолекул, приведших к становлению классического пути реализации генетической информации в клетке ДНК - РНК - белок и опишите процессы, происходящие при эволюционировании РНК в ДНК и при передаче ряда функций РНК белкам. Шаламов Р.В.
91 Спасение планеты Одной из задач современного общества является сокращение выделения парниковых газов в атмосферу. Известно, что организмы в ходе своей жизнедеятельности выделяют парниковые газы, такие как СО2 и CН4, тем не менее некоторые из них умеют выводить углерод из биогеохимического круговорота. Приведите примеры таких организмов и предложите модель организма, который мог бы наиболее эффективно выводить углерод из атмосферы. Пупов Д.В.
92 Суперкод Возможности современной биоинженерии в принципе позволяют дополнить генетический код новыми аминокислотами. Какие аминокислоты могли бы заменить различные простетические группы и посттрансляционные модификации, встречающиеся в белках? Для примера предложите три таких замены в генетическом коде, которые были бы наиболее выгодны с точки зрения функционирования клетки. Кузин И.А., Пупов Д.В.
93 Новые рецепторы Мы часто сталкиваемся с различными химическими соединениями, распознавание которых ранее не было необходимо нашим предкам. Составьте ТОП5 соединений, точная идентификация которых с помощью специфических рецепторов была бы полезна современному человеку, и приведите критерии своего выбора. Какие уже существующие белки, в том числе и ферменты, вы бы выбрали в качестве основы лиганд-связывающей части рецептора к соединению – лидеру вашего рейтинга? Аргументируйте свой выбор. Какие дополнительные изменения должны произойти с выбранной вами молекулой, чтобы она стала эффективной лиганд-связывающей частью нового рецептора? Шмидт Д.И.
94 СуперЯд Возможно ли создание органического отравляющего вещества, которое бы эффективно воздействовало на все известные живые организмы? Какие клеточные процессы могли бы стать основной мишенью такого яда? Как обеспечить универсальность доставки яда к мишени? Почему такой яд не возник в ходе эволюции? Пупов Д.В.
95 Радикалы Появление в клетке свободных радикалов, например, активных форм кислорода, может вызывать повреждения биологических макромолекул. Однако протекание некоторых биохимических процессов невозможно без участия свободных радикалов. Приведите соответствующие примеры. Насколько свободные радикалы важны для жизнедеятельности клетки? Как биологическим системам удается соблюдать баланс между полезными и вредными следствиями образования свободных радикалов? Чуб В.В., Пупов Д.В., Кузин И.А.
96 Жизнь без мембран Ряд гипотез о происхождении жизни предполагает довольно позднее возникновение липидных мембран в ходе эволюции. Рассмотрите возможность существования "клеток" без липидных мембран. Предположите, как могла бы быть устроена такая "клетка"? Как была бы устроена ее граница и организован метаболизм такой "клетки"? Пупов Д.В.
97 Молекулярная дезинформация Известно, что некоторые бактерии и грибы, в том числе симбиотические, используют для общения друг с другом молекулы, служащие нейромедиаторами для многоклеточных животных, в том числе для хозяев этих же симбионтов. Какие сигнальные молекулы хозяина было бы выгодно "подделывать" комменсалам и паразитам? Какую выгоду от хозяина в результате можно было бы получить? Как организм-хозяин может защитить свои сигнальные молекулы от "взлома" симбионтом? Шилова О.Н.
98 Умная клетка Известно, что клетки многоклеточного организма обладают памятью. Если к механизмам «долговременной клеточной памяти» относить наследуемые изменения (мутации, эпигенетические модификации), то что можно отнести к механизмам «кратковременной клеточной памяти»? Сравните различные виды «кратковременной клеточной памяти» по времени действия. Для каких целей может быть использовано такое запоминание в клетках многоклеточного организма? Агапов А.А.
99 Ex viri Допустим, что стадией онтогенеза некоторого клеточного организма является вирус. Предложите механизм перехода в жизненном цикле этого организма от вирусной стадии к клеточной. Какую роль может играть в жизненном цикле вирусная стадия? В чем могут быть преимущества и недостатки такой стратегии онтогенеза? Костюк А.И.
100 Химический язык Представьте, что в ходе эволюции интеллект, сравнимый с человеческим, возник у вида, использующего для коммуникации главным образом химические сигналы. Каким образом мог бы быть реализован такой «химический язык», чтобы он обладал важнейшими свойствами человеческого языка: неограниченной продуктивностью, наличием грамматических категорий, рекурсивностью? Какие трудности возникнут при реализации этих свойств в случае химической коммуникации? В какой степени они могут быть разрешены? Гущина И., Зоненко Н.
101 Метаболическая инженерия В учебной литературе катаболические пути обычно сравниваются по выходу АТФ. Однако в природе, иногда даже внутри одного организма, могут сосуществовать несколько способов деградации одного и того же вещества, с большим и меньшим энергетическим выходом. В качестве примера можно привести гликолиз и пентозофосфатный путь. По-видимому, есть и другие критерии оптимальности катаболических путей, помимо количества образующейся АТФ. Предложите набор таких критериев. По каким критериям в разных условиях внутренней и внешней среды будет оптимален тот или иной из перечисленных выше путей? Кузин И.А.
102 Лилипуты В фильме «Дорогая, я уменьшил наших детей» изобретатель Уэйн Шалински создал установку для уменьшения размеров различных объектов. Случайно ее действию подверглись дети изобретателя, но к счастью все обошлось, и они остались живы и здоровы. Предположите, какие биологические проблемы могли бы возникнуть, если бы размеры человека уменьшились до нескольких сантиметров, а при этом физиологические и биохимические параметры организма остались бы прежними? Каким образом эти проблемы можно было бы разрешить? Пупов Д.В.
103 Жизнь без железа Железо является одним из жизненно важных элементов. Однако существуют группы организмов, у которых биологические функции железа выполняют другие металлы. С чем это связано и какие именно металлы могут играть эту роль? Шилов Е.С.
104 Цикл Кребса Происхождение биохимических циклов довольно загадочно, так как на первый взгляд они могут быть полезны только в «готовом» виде. Существует две гипотезы возникновения цикла трикарбоновых кислот (ЦТК). Согласно одной точке зрения ЦТК возник еще до появления первых организмов, но был восстановительным (работал в обратном направлении). По другой версии ЦТК мог возникнуть в результате замыкания окислительной и восстановительной ветвей, выполнявших до этого независимые функции. Приведите как можно больше аргументов, подтверждающих или опровергающих ту или иную гипотезу. Кузин И.А.
Любое использование и перепечатка задач представленных в данной базе возможно только при условии указания авторства Методической комиссии ВТЮБ и ссылки на сайт Турнира. Пример: "Задача предоставлена Методической комиссией Всероссийского Турнира юных биологов. Сайт Турнира: bioturnir.ru"

Открытая база задач ТЮБ

Задач в открытой базе: 413 шт.

Закрытая база задач ТЮБ

Задач в закрытой базе: 932 шт.

База заданий жеребьевок

Заданий жеребьевок: 151 шт.