Тест по биологии: Углеродных полимеры (10 класс)
Тест по биологии «Углеродные полимеры» для 10 класса — это проверочная работа, предназначенная для оценки понимания учащимися уникальной роли углерода в биологических системах, а также для ознакомления с гипотезами об альтернативных формах жизни (кремниевой и азотной). Тест стимулирует научное мышление и расширяет кругозор в области ксенобиологии и биохимии.
1
Какой химический элемент традиционно рассматривается учеными как наиболее вероятная альтернатива углероду для построения жизни на других планетах?
Правильный ответ:
Кремний.Пояснение:
Кремний (Si) находится в той же IV группе Периодической системы, что и углерод, и имеет сходное строение внешней электронной оболочки (4 валентных электрона). Это теоретически позволяет ему образовывать четыре химические связи и служить основой для сложных молекул, хотя его возможности ограничены по сравнению с углеродом.2
Какое главное препятствие для существования кремниевой жизни связано с продуктом дыхания (окисления) кремния?
Правильный ответ:
Продукт окисления (диоксид кремния) является твердым нерастворимым веществом (песком), которое трудно выводить из организма.Пояснение:
Углеродная жизнь «выдыхает» углекислый газ (CO₂), который легко растворяется и удаляется. Аналог для кремния — SiO₂ (кремнезем, песок) — при земных условиях является твердым кристаллом. Организму было бы крайне сложно избавляться от такого твердого «отхода» жизнедеятельности.3
При каких условиях, согласно расчетам группы Артёма Оганова, азот способен образовывать сложные полимерные цепочки?
Правильный ответ:
Под действием колоссального давления в недрах планет-гигантов.Пояснение:
В обычных условиях азот инертен. Однако моделирование показало, что при экстремальных давлениях, характерных для глубин газовых гигантов (как Юпитер), тройные связи в молекулах N₂ разрываются, и атомы азота могут соединяться в длинные полимерные цепи, подобные углеродным.4
Почему на планете Венера теоретически возможна кремниевая жизнь?
Правильный ответ:
Там очень высокая температура и агрессивная среда (серная кислота), в которой силиконы (соединения кремния) стабильнее углеродных молекул.Пояснение:
Венера — раскаленная планета с дождями из серной кислоты. Углеродные молекулы в таких условиях разрушаются. Однако силиконы (цепочки Si-O) обладают высокой термостойкостью и химической устойчивостью, что делает их потенциальной основой для жизни в таких экстремальных условиях.5
Какие земные организмы используют диоксид кремния для построения своего панциря?
Правильный ответ:
Диатомовые водоросли.Пояснение:
Диатомовые водоросли — это микроскопические организмы, обитающие в воде. Они извлекают растворенный кремний из окружающей среды и строят из него прочный и изящный внешний панцирь, состоящий из гидратированного диоксида кремния (опала).6
Какое соотношение распространенности углерода и кремния наблюдается в космическом пространстве (межзвездной среде)?
Правильный ответ:
Углерода примерно в 10 раз больше, чем кремния.Пояснение:
Астрономические наблюдения показывают, что углерод значительно более распространен во Вселенной, чем кремний (соотношение 10:1). Кроме того, в космосе найдено огромное количество сложных углеродных молекул и очень мало кремниевых, что делает углеродную жизнь статистически более вероятной.7
Почему атому кремния сложнее образовывать двойные и тройные связи, чем атому углерода?
Правильный ответ:
Потому что атом кремния имеет бо́льшую массу и радиус, что ослабляет взаимодействие электронов.Пояснение:
Больший атомный радиус кремния приводит к тому, что перекрытие электронных орбиталей при образовании кратных связей (двойных, тройных) становится менее эффективным и энергетически невыгодным. Это делает такие связи нестабильными, ограничивая химическое разнообразие соединений кремния.8
Какое вещество является аналогом органических полимеров в мире кремния, обладающим высокой жаропрочностью?
Правильный ответ:
Силикон (цепочки чередующихся атомов кремния и кислорода).Пояснение:
Силиконы — это гетерополимеры, основу которых составляет цепочка из чередующихся атомов кремния и кислорода (-Si-O-Si-). Такая структура придает им уникальные свойства: гибкость, термостойкость и химическую инертность, отличающие их от чисто углеродных цепей.9
Какой факт о составе Земли свидетельствует в пользу уникальности углерода для жизни?
Правильный ответ:
На Земле много кремния и мало углерода, но жизнь все равно построена на основе углерода.Пояснение:
Земная кора богата кремнием (он второй по распространенности) и бедна углеродом. Если бы кремний был хорошей основой для жизни в земных условиях, эволюция, вероятно, использовала бы его из-за доступности. Однако выбор пал на более редкий, но химически более универсальный углерод.10
В каких тканях млекопитающих (включая человека) обнаруживаются соединения кремния в качестве строительного материала?
Правильный ответ:
В связках, хрящах и стенках кровеносных сосудов.Пояснение:
Хотя кремний не составляет основу наших молекул, он играет важную роль как микроэлемент. Соединения кремния необходимы для формирования и укрепления соединительной ткани. Они придают прочность и эластичность костям, хрящам, сухожилиям и стенкам сосудов, участвуя в синтезе коллагена.11
Как переводится с греческого название элемента «азот»?
Правильный ответ:
Безжизненный.Пояснение:
Название «азот» происходит от греческого слова «azoos», что означает «безжизненный». Это название было дано А. Лавуазье, так как в атмосфере чистого азота погибали животные и гасло пламя. Ирония в том, что азот является необходимым элементом для всех живых организмов (в составе белков и ДНК).12
Что произойдет с гипотетическими «азотными существами» из недр Юпитера, если они поднимутся в верхние слои атмосферы планеты?
Правильный ответ:
Их тела рассыплются (распадутся), так как полимеры азота нестабильны при низком давлении.Пояснение:
Существование сложных полимерных цепочек из азота возможно только при колоссальном давлении, которое удерживает атомы вместе в такой конфигурации. При снижении давления (подъеме к поверхности) эти связи станут неустойчивыми, и полимеры распадутся обратно на простые молекулы азота.13
Какое агрегатное состояние диоксида кремния (SiO2) при очень высоких температурах может способствовать существованию кремниевой жизни?
Правильный ответ:
Жидкое (расплав).Пояснение:
При очень высоких температурах твердый диоксид кремния плавится и переходит в жидкое состояние. В виде расплава он может служить средой для химических реакций и растворителем для других кремниевых соединений, выполняя роль, аналогичную роли воды для углеродной жизни.14
Какая группа организмов, помимо диатомовых водорослей, использует кремний для построения скелета?
Правильный ответ:
Радиолярии.Пояснение:
Радиолярии — это одноклеточные планктонные организмы (простейшие), обитающие в океанах. Они обладают сложным и красивым внутренним скелетом, состоящим из диоксида кремния (опала) или сульфата стронция. Их скелеты образуют осадочные породы — радиоляриты.15
Какой элемент занимает четвертое место по распространенности во Вселенной, что делает его доступным для формирования жизни?
Правильный ответ:
Углерод.Пояснение:
Углерод является одним из самых распространенных элементов в космосе, уступая только водороду, гелию и кислороду. Его обилие во Вселенной, наряду с уникальными химическими свойствами, делает его наиболее вероятным кандидатом на роль основы жизни повсеместно.16
Как называются гипотетические гетерополимеры, состоящие из цепочек чередующихся атомов кремния и кислорода?
Правильный ответ:
Силиконы.Пояснение:
Силиконы (или полиорганосилоксаны) — это класс химических соединений, в молекулах которых чередуются атомы кремния и кислорода. В отличие от чисто кремниевых цепей, силиконовые цепи стабильны и обладают рядом уникальных свойств (термостойкость, гидрофобность), делающих их интересными для теории кремниевой жизни.17
Какое химическое свойство азота делает его «безжизненным» в обычных условиях?
Правильный ответ:
Образование очень прочной тройной связи в молекуле N₂, что делает его инертным.Пояснение:
В молекуле N₂ два атома азота связаны тройной ковалентной связью, которая является одной из самых прочных в химии. Чтобы разорвать эту связь и заставить азот вступить в реакцию, требуется огромная энергия. Именно эта инертность затрудняет использование атмосферного азота живыми организмами.18
Какое влияние оказывает сера на возможное разнообразие «азотной жизни»?
Правильный ответ:
Добавление серы (и других элементов) к азотным полимерам может значительно увеличить их химическое разнообразие.Пояснение:
Согласно гипотезе А. Оганова, чисто азотные полимеры могут быть достаточно однообразны. Однако включение в эти цепи других атомов, таких как кислород или сера (аналогично тому, как они включаются в углеродные цепи), может породить огромное количество новых соединений с уникальными свойствами.19
В какой среде соединения кремния оказываются стабильнее углеродных, что важно для гипотезы о жизни на Венере?
Правильный ответ:
В среде, содержащей большое количество серной кислоты.Пояснение:
Углеродные соединения быстро разрушаются (обугливаются) под действием концентрированной серной кислоты. Кремниевые соединения (особенно силиконы) проявляют гораздо большую химическую стойкость к кислотам, что делает их единственно возможной основой для молекул в агрессивной атмосфере Венеры.20
Какой вывод можно сделать о вероятности кремниевой жизни на планетах земного типа с умеренным климатом?