Тест по биологии: Экспериментальная проверка теории эволюции (11 класс)
Тест по биологии «Экспериментальная проверка теории эволюции» для 11 класса — это проверочная работа, направленная на углубленную оценку знаний учащихся о современных методах доказательства эволюционных процессов. Задания основаны на анализе результатов долгосрочного эволюционного эксперимента, демонстрирующего действие естественного отбора и мутационной изменчивости в популяциях прокариот.
1
Какой главный аргумент противников теории эволюции опровергается долгосрочными экспериментами с микроорганизмами?
Правильный ответ:
Аргумент об отсутствии экспериментального подтверждения видообразования и появления новых признаков в реальном времениПояснение:
Долгое время критики указывали на то, что эволюция — это исторический процесс, который нельзя воспроизвести в лаборатории из-за его длительности. Эксперименты с быстро размножающимися организмами (бактериями) позволяют сжать эволюционное время и наблюдать появление новых признаков и адаптаций непосредственно, опровергая тезис о нефальсифицируемости теории.2
Какой организм был выбран в качестве модельного объекта в эксперименте Ричарда Ленски?
Правильный ответ:
Кишечная палочка (Escherichia coli)Пояснение:
В качестве объекта исследования была выбрана бактерия Escherichia coli (кишечная палочка). Этот выбор обусловлен высокой скоростью размножения бактерий (смена поколений происходит очень быстро), хорошо изученным геномом, простотой культивирования и возможностью длительного хранения в замороженном виде.3
Какое количество независимых популяций бактерий было создано на старте эксперимента Ленски?
Правильный ответ:
12 популяцийПояснение:
Эксперимент начался с 12 независимых популяций, происходящих от одного предкового штамма. Такое количество (параллельные повторности) необходимо для того, чтобы отделить закономерные эволюционные события (происходящие во всех линиях) от случайных (происходящих только в одной или нескольких).4
Какое вещество являлось единственным источником углерода и энергии, ограничивающим рост бактерий в стандартной среде эксперимента?
Правильный ответ:
ГлюкозаПояснение:
Среда, в которой культивировались бактерии, содержала минимальный набор солей и глюкозу. Именно глюкоза была лимитирующим фактором: бактерии размножались до тех пор, пока не исчерпывали весь запас этого сахара, после чего их рост останавливался до пересадки в свежую среду.5
Для какой цели ученые регулярно замораживали образцы бактерий из разных поколений?
Правильный ответ:
Чтобы создать «ископаемую летопись» и иметь возможность сравнить потомков с предками или повторить эксперимент с определенной точкиПояснение:
Заморозка образцов позволяет сохранить живые «ископаемые». Это дает уникальную возможность в любой момент «воскресить» предковые формы и напрямую сравнить их приспособленность с потомками, а также проверить, повторится ли эволюционное событие, если запустить процесс заново из той же точки.6
Какое неожиданное эволюционное событие (ароморфоз) произошло в одной из популяций бактерий (Ara-3)?
Правильный ответ:
Бактерии приобрели способность усваивать цитрат в аэробных условиях (Cit+)Пояснение:
Самым ярким открытием стало появление способности питаться цитратом (Cit+). В норме E. coli не может транспортировать цитрат внутрь клетки в присутствии кислорода. Появление этого признака стало примером возникновения качественно новой функции, расширяющей экологическую нишу организма.7
Почему предковый штамм E. coli не мог усваивать цитрат из питательной среды?
Правильный ответ:
Клеточная мембрана была непроницаема для цитрата в присутствии кислорода (отсутствовал активный белок-транспортер)Пояснение:
E. coli имеет ферменты для расщепления цитрата внутри клетки (цикл Кребса), но не может «втянуть» молекулу цитрата из внешней среды, когда вокруг есть кислород, так как соответствующие транспортные каналы заблокированы. Мутация позволила активировать транспорт цитрата.8
Что показало генетическое исследование причин появления Cit+ фенотипа?
Правильный ответ:
Этому предшествовало накопление «потенцирующих» мутаций, без которых ключевая мутация не дала бы эффектаПояснение:
Исследования показали, что ключевая мутация (дупликация гена транспортера) привела к успеху только потому, что до этого в геноме накопились специфические фоновые («потенцирующие») мутации. Без этой подготовки то же самое генетическое изменение было бы бесполезным или вредным.9
Какое изменение произошло с геном, ответственным за усвоение рибозы, в большинстве популяций?
Правильный ответ:
Он был утрачен или инактивирован (делеция оперона rbs), так как это экономило ресурсыПояснение:
Поскольку в среде эксперимента не было рибозы, ген, отвечающий за ее усвоение, стал бесполезным балластом. Мутации, разрушающие этот ген (делеции), оказались выгодными, так как бактерии перестали тратить энергию на синтез ненужного белка, что дало им преимущество в отборе.10
Как изменилась средняя приспособленность бактерий к условиям эксперимента за десятки тысяч поколений?
Правильный ответ:
Приспособленность значительно возросла, особенно в начальной фазе, и продолжила расти медленнее в дальнейшемПояснение:
Эксперимент показал неуклонный рост приспособленности (скорости размножения и эффективности использования глюкозы). Наиболее бурный рост наблюдался в первые тысячи поколений, затем темпы снизились, но процесс оптимизации генома продолжается даже спустя 60 000 поколений.11
Какую роль в эксперименте играла мутация в гене topA?
Правильный ответ:
Она изменяла суперспирализацию ДНК, оптимизируя активность многих генов для быстрого ростаПояснение:
Ген topA кодирует фермент топоизомеразу, регулирующий степень скручивания (суперспирализацию) ДНК. Мутация в этом гене изменила укладку ДНК, что повлияло на экспрессию множества других генов, глобально перестроив метаболизм для максимально быстрого роста на глюкозе.12
Что означает термин «100% частота встречаемости мутации» в популяции?
Правильный ответ:
Все особи данной популяции являются носителями этой мутации (фиксация признака)Пояснение:
Когда полезная мутация дает своим носителям существенное преимущество в размножении, они постепенно вытесняют всех остальных особей. В итоге мутантный аллель полностью замещает исходный, и его частота в популяции достигает 100% (происходит фиксация).13
Как ученые отличали «своих» мутантных бактерий от возможного загрязнения извне?
Правильный ответ:
По наличию уникальных генетических маркеров предкового штамма (например, неспособность усваивать арабинозу и устойчивость к вирусу Т6)Пояснение:
Предковый штамм имел специфический набор признаков (генетический паспорт): устойчивость к стрептомицину и фагу Т6, а также (для половины популяций) неспособность усваивать арабинозу. Наличие этих маркеров у Cit+ бактерий доказало, что это потомки исходной культуры, а не внешнее загрязнение.14
Что демонстрирует динамика появления, исчезновения и повторного появления Cit+ бактерий в замороженных пробах?
Правильный ответ:
Сложный путь эволюции, требующий накопления предварительных мутаций перед появлением главного признакаПояснение:
Тот факт, что способность усваивать цитрат появлялась, исчезала и снова закреплялась, свидетельствует о том, что для окончательного успеха требовалось не одно событие, а редкая комбинация нескольких мутаций. Ранние попытки были неудачными, пока геном не был «подготовлен» (потенцирован).15
Какое общебиологическое значение имеет подтверждение роли «исторической случайности» в эволюции?
Правильный ответ:
Оно показывает, что эволюционный путь уникален и зависит от последовательности предыдущих событийПояснение:
Историческая случайность означает, что эволюция не всегда идет одним и тем же путем к «идеалу». Накопление случайных нейтральных или слабополезных мутаций в прошлом открывает (или закрывает) пути для будущих адаптаций. Если бы историю можно было повторить, результат мог бы быть иным.16
Что такое конвергенция на уровне генов, наблюдавшаяся в эксперименте?
Правильный ответ:
Независимое возникновение мутаций в одних и тех же генах (например, topA) в разных популяцияхПояснение:
Конвергенция в данном случае проявилась в том, что разные изолированные популяции, столкнувшись с одной проблемой (ограничение по глюкозе), нашли схожие генетические решения. Отбор независимо в каждой пробирке «нашел» и закрепил мутации в одних и тех же ключевых генах-регуляторах.17
Почему эксперимент Ленски считается корректным подтверждением СТЭ?
Правильный ответ:
Потому что он зафиксировал возникновение новых признаков под действием отбора и мутаций в контролируемых условияхПояснение:
Эксперимент соответствует всем критериям научности: он воспроизводим, контролируем, имеет статистическую выборку и демонстрирует предсказанные теорией механизмы (накопление полезных мутаций, фиксацию признаков, рост приспособленности) на практике.18
Что ограничивало скорость размножения бактерий в пробирках?
Правильный ответ:
Ограниченное количество основного ресурса питания (глюкозы)Пояснение:
Дизайн эксперимента строился на создании конкуренции за ресурс. Ограниченное количество глюкозы создавало жесткие условия борьбы за существование: преимущество получали те бактерии, которые могли быстрее и эффективнее поглощать и перерабатывать дефицитный сахар.19
Какое преимущество получили бактерии, утратившие способность синтезировать некоторые белки (например, для усвоения рибозы)?
Правильный ответ:
Экономия энергии и ресурсов, которые были перенаправлены на размножениеПояснение:
В условиях постоянной среды поддержание неиспользуемых генов и синтез ненужных белков — это энергетические затраты. Мутанты, «выбросившие» лишний груз, тратили сэкономленную энергию на деление, что давало им репродуктивное преимущество перед «универсалами».20
Что продемонстрировал эксперимент в отношении утверждения креационистов о невозможности появления новой информации в геноме?