Предметный тур. Биология. 3 этап

Самые быстрые рефлексы — постуральные. (5 баллов)

Поскольку при срабатывании других рефлексов — защитных, пищевых или болевых — необходимо продолжать поддержание позы, т. е. регулировка и контроль в путях постурального рефлекса должны быть быстрее, чем в путях других рефлексов. Иначе при отдергивании руки от огня человек (или другое млекопитающее) теряли бы равновесие и падали. (7 баллов)

1. При развитии у новорожденных или недоношенных младенцев апноэ (т. е. невозможности сделать первый вдох). Описанные стимуляции подобного рода «заставляют» младенцев/запускают механизмы жизнедеятельности и, в конечном счете, позволяют самостоятельно дышать. (2 балла)

   Речь в вопросе идет о нервной системе, ее отделе: центральной нервной системе. ЦНС обеспечивает приспособление организма к изменяющимся условиям окружающей среды: изменение поведения в соответствии с потребностями организма; контроль и объединение органов в единое целое на основе восприятия, оценки, сравнения, анализа и интеграции импульсов возбуждения. (2 балла)

2. Благодаря следующим особенностям и принципам проведения возбуждения в ЦНС организм (в случае, описанном в задаче) достигает полезного приспособительного результата (т. е. самостоятельного дыхания):

   • Мультипликация возбуждения — его распространение от одного афферентного нейрона на совокупность вставочных, а от них — на еще большую совокупность эфферентных. Лежит в основе иррадиации возбуждения. (2 балла)
   • Иррадиация возбуждения — распространение возбуждения с нервного центра одного рефлекса на нервные центры других рефлексов в результате увеличения продолжительности или силы раздражения, или на основе повышения возбудимости ЦНС. Основа иррадиации — это многочисленные взаимосвязи между нейронами. Иррадиация играет важную роль при формировании новых реакций организма (ориентировочных реакций, условных рефлексов). Активация большого количества различных нервных центров позволяет отобрать из их числа наиболее нужные для последующей деятельности, т. е. совершенствовать ответные действия организма. (2 балла)
   • Конвергенция — схождение возбуждения от различных рецепторов, нейронов на одном и том же нейроне. Лежит в основе интегративной функции нейрона (по П. К. Анохину). (2 балла)
   • Суммация — возрастание рефлекторного ответа в результате увеличения частоты раздражений через один и тот же рецептор (временная) либо числа возбуждаемых рецепторов (пространственная). (2 балла)
   • Принцип проторения синаптического пути — улучшение синаптической проводимости при тетанической стимуляции синапсов: если по сети нейронов по определенному пути прошел ПД, то при последующих раздражениях за счет кратковременной и долговременной потенциации по этому же пути он пройдет «легче». Этот принцип имеет особенно важное значение для формирования условных рефлексов и памяти. (2 балла)
   • Принцип доминанты (по А. А. Ухтомскому). Доминанта — господствующий очаг возбуждения, который предопределяет характер текущих реакций центров в данный момент. (2 балла)

1. Быстроволновой — так как механизмы его регуляции располагаются преимущественно в эволюционно древних стволовых системах головного мозга, а более молодой теленцефалон (конечный/передний мозг) является регуляторным центром длинноволнового сна, кроме того, передний мозг наиболее развит у птиц и млекопитающих. (4 балла)
2. В пользу более раннего происхождения быстроволнового сна (БФС) может свидетельствовать то, что в периоды сна температура тела и мозга понижается, а в течение БФС организм теплокровного животного ведет себя подобно организму холоднокровного, т. е. отслеживает температуру окружающей среды. (2 балла)
3. Гипотеза о том, что медленноволновой сон (МФС) является эволюционно более древним приобретением позвоночных аргументируется тем, что в цикле «бодрствование — сон» у млекопитающих медленноволновой сон всегда предшествует быстроволновому. (2 балла)
4. У птиц быстроволновой сон плохо организован во времени: он дробный и очень кратковременный; у ехидны, одного из представителей яйцекладущих млекопитающих, быстроволновой сон отсутствует. Для морских животных (дельфины) характерен однополушарный медленноволновой сон и бодрствование, тогда как быстроволновой сон отсутствует. Сон рептилий и медленноволновой сон млекопитающих можно вызвать и заблокировать одними и теми же фармакологическими веществами. (8 баллов)

Гиппократ, Гален, Авиценна. (3 балла)

Обонятельные рецепторы играют ключевую роль в восприятии запахов. (1 балл)

Это первичночувствующие обонятельные клетки, являющиеся хеморецепторами и представленные биполярными нейронами. Их дендриты снабжены ресничками и контактируют с одорантами (молекулами запаха), что приводит к запуску процесса передачи сигнала. (1 балл)

Когда молекулы вещества попадают в носовую полость и связываются с рецепторами, это запускает химические реакции внутри клеток, что генерирует электрический сигнал. Этот сигнал передается по обонятельным нервам в мозг, где он интерпретируется как специфический запах. (3 балла)

Каждый обонятельный рецептор чувствителен к определенным молекулам запахов, что позволяет человеческому организму распознавать широкий спектр запахов. Благодаря большому числу различных рецепторов, мозг может различать тысячи запахов, даже если они имеют схожую химическую структуру. (2 балла)

Основная роль в процессе восприятия запахов и их связи с эмоциями и воспоминаниями отводится лимбической системе, в частности, гиппокампу и амигдале. (6 баллов)

1. Речь идет об ацетилхолине, пептидном нейромедиаторе, являющимся производным холина. (2 балла)

2. Речь идет об агонистах и антагонистах синаптической передачи. (2 балла)

   Если взаимодействие с другими веществами приводит к примерно такому же сдвигу проводимости (как и при взаимодействии со специфическим медиатором), значит, действующее вещество полностью заменяет медиатор и является его агонистом. Другие вещества, также связывающиеся в рецепторами медиаторов, но не столь эффективно изменяющие мембранную проводимость, называются их частичными агонистами. Некоторые молекулы, связываясь с синаптическими рецепторами, не вызывают изменений проводимости, поскольку, занимая рецептор, они препятствуют действию медиаторов или их агонистов. Называются такие вещества антагонистами. Связывание их может быть обратимым: спустя определенный период времени антагонист отделится от рецептора. При этом эти вещества конкурируют с медиаторами и их агонистами за участки связывания, а потому такие вещества называют конкурентными антагонистами. (8 баллов)

   В данном случае яд кураре (d-тубокурарин) является конкурентным антагонистом ацетилхолина в концевой пластинке нейро-мышечного синапса. (4 балла)

3. Уменьшение количества функциональных ацетилхолиновых рецепторов при myasthenia gravis обусловлено аутоиммунной реакцией: организм больного вырабатывает антитела, разрушающие или сокращающие время жизни собственных ацетилхолиновых рецепторов. При таком состоянии очень хорошо помогают препараты ингибиторов холинэстеразы, позволяющие высвобождаемому в синапсах ацетилхолину действовать дольше, чем в норме, вызывая таким образом достаточную деполяризацию мембраны во время потенциала концевой пластинки. (4 балла)

1. Речь в вопросе идет о зрении и зрительной системе. (1 балл)

   У человека способность воспринимать информацию путем преобразования электромагнитного излучения видимого диапазона начинается в сетчатке глаза, где возбуждаются фоторецепторы (палочки и колбочки). (3 балла)

   Далее информация передается и преобразуется в нейронных слоях, что приводит к формированию зрительного образа в затылочной доле коры головного мозга. (2 балла)

   Именно благодаря палочкам и колбочкам, расположенным в сетчатке глаза, происходит восприятие света видимого спектра и его последующая передача по структурам зрительного анализатора. Палочки — фоторецепторы, расположенные по периферии сетчатки; используются для ночного зрения (функционируют в условиях низкой освещенности); для них характерна низкая острота зрения; высокочувствительны (способны воспринимать даже рассеянный свет), их примерно в 20 раз больше, чем колбочек; имеют 1 тип фоточувствительного пигмента (родопсин). (4 балла)

   Колбочки — фоторецепторы, расположенные в центральной ямке желтого пятна; используются для дневного зрения (функционируют в условиях высокой освещенности); для них характерна высокая острота зрения и лучшее пространственное разрешение; не очень чувствительны к свету и реагируют только на (понятно, что отраженный) прямой свет; имеют 3 типа фоточувствительного пигмента (3 типа пигмента йодопсина, 3 типа колбочек соответственно). (4 балла)

2. Ген IRBP отвечает за синтез белка, который восстанавливает способность фоточувствительных опсинов реагировать на свет. Сами опсины в палочках и колбочках взаимодействуют с ретиналем — небольшой молекулой, являющейся производным витамина A. При попадании фотонов структура ретиналя меняется, вслед за этим меняется и конфигурация опсина, что запускает каскад процессов и приводит к появлению электрохимического сигнала, путешествующего по цепочке клеток сетчатки к зрительному нерву. Однако самостоятельно возвратиться к исходному состоянию ретиналь не может — ему помогает белок, кодируемый геном IRBP и синтезируемый клетками пигментного эпителия сетчатки. Этот эпителиальный слой прилегает к палочкам и колбочкам почти вплотную, а IRBP функционирует в узком пространстве между ними: вернув ретиналю исходную конфигурацию, он возвращает его фоточувствительным белкам. (4 балла)

   Бактериальный ген, который впоследствии стал зрительным IRBP, попал к древним позвоночным благодаря горизонтальному переносу генов, процессу, который представляет собой передачу генетического материала, в результате которой организм-реципиент получает набор генов (и функций) от организма-донора; такая передача осуществляется между особями, не являющимися родственными друг другу. (2 балла)

1. Липиды — удлиненные углеводородные хвосты для обеспечения необходимой степени «густоты» и текучести мембран при повышенных температурах. Белки — увеличенное количество дисульфидных мостиков для стабилизации структуры белка в условиях повышенных температур. ДНК/РНК — усиленная система белков-шаперонов, стабилизирующих хроматин в условиях повышенных температур. (5 баллов)

2. Организм, чьи макромолекулы имеют повышенную стойкость к высоким температурам, также будет иметь повышенную стойкость к таким факторам как ионизирующее излучение и свободные радикалы, т. к. механизм повреждения у данных факторов схож с воздействие высоких температур — «расшатывание» и разрушение нормальных связей в макромолекулах. (3 балла)

1. Сенситивная (заднестолбовая) атаксия развивается вследствие недостаточности или отсутствия афферентных сигналов от нервных окончаний в мышцах или сухожилиях о положении отдельных частей тела, степени сокращений мышц, скорости их движений, сопротивлении этим движениям. Причиной ее является поражение задних столбов спинного мозга, задних его корешков, зрительного бугра, периферических нервов. (4 балла)
2. Мозжечковая атаксия развивается вследствие поражения мозжечка и/или его проводящих путей. (2 балла)
3. Корковая атаксия — результат повреждения нейронов лобной или височной зоны коры большого мозга. (2 балла)
4. Вестибулярная (лабиринтная) атаксия — поражение периферического вестибулярного аппарата, кохлеовестибулярного нерва, вестибулярных ядер или путей в стволе мозга. (4 балла)

1. Такая чувствительность называется проприоцепцией (или глубокой или кинестетической чувствительностью) — восприятие позы и движения собственного тела организма. Сознательное восприятие движения и положения суставов и, соответственно, конечностей, по-видимому, обусловлено одновременным действием различных механорецепторов растяжения: суставных и кожных рецепторов, мышечных веретен (экстрафузальные и интрафузальные мышечные веретена; Ia, Ib мышечные волокна), сухожильных органов (мышечные волокна Ib). Такие механорецепторы назваются проприорецепторами. (3 балла)
2. Проприоцепция обуславливается суставными рецепторами в суставных капсулах, а также мышечными веретенами и сухожильными органами Гольджи (подтверждается это экспериментами, в ходе которых, воздействуя на мышцы и сухожилия вибрацией, активирующей главным образом мышечные веретена и сухожильные органы Гольджи, можно вызывать иллюзию движения в суставах, что сбивает испытуемых с толку). Как правило, мышечные веретена регистрируют главным образом длину мышцы, а сухожильные органы Гольджи — ее напряжение. С работой этих органов сочетаются сигналы от вестибулярного аппарата, что позволяет определять положение тела в поле земного притяжения (гравитация как главная сила воздействия, которую необходимо преодолеть). (4 балла)

3. Парез у пациента обусловлен нарушением проприоцептивной чувствительности (известно, что парез — это снижение силы). Чем же определяется сила, точнее, куда она направлена? На противодействие какой-то другой силе, которая выражается в преодолении силы гравитации или объекта на ту или иную часть тела. Предполагаем, что у пациента в задаче полностью отсутствуют рецепторные функции мышечных веретен и сухожильных органов (и/или каких-либо других видов проприорецепторов) по какой-то неизвестной нозологической причине. (4 балла)

   При нарушении проприоцепции у пациента выпадает ощущение давления (он не понимает, с какой силой, что и как на него воздействует) и развивается парез, не истинный, но парез. (4 балла)

1. Темный цвет в черном веществе на срезах посмертных препаратов мозга обусловлен пигментом меланином, являющимся побочным продуктом синтеза дофамина, откладывающимся в дофаминергических клетках компактной части мозга. (5 баллов)

2. Гематоэнцефалический барьер (ГЭБ) представляет собой физиологический гистогематический барьер между кровеносной системой и центральной нервной системой. Он защищает нервную ткань от циркулирующих в крови микроорганизмов, токсинов, клеточных и гуморальных факторов иммунной системы, которые воспринимают ткань мозга как чужеродную. ГЭБ выполняет функцию высокоселективного фильтра, через который из артериального русла в мозг могут поступать питательные и/или биоактивные вещества. (5 баллов)

   Первая линия защиты такого «фильтра» — плотный стой эндотелия капилляров, соединенных плотными контактами. В отличие от большинства капилляров организма, в них нет крупных щелей (пор) для прохождения некоторых белков плазмы. Далее на пути к мозгу находятся перициты (клетки соединительной ткани) и астроциты (вспомогательные клетки в нервной ткани), которые механически не позволяют пройти молекулам крупнее определенного размера (ГЭБ не пропускает вещества более 400–500 Да по массе, в зависимости от свойства вещества). Также барьер непроницаем для ионов, но пропускает жирорастворимые вещества, воду, кислород, углекислый газ, некоторые обезболивающие и алкоголь. Дофамин не проходит через ГЭБ в связи с большим размером молекулы (несколько десятков тысяч дальтон; из различных исследований известно, что функциональная молекулярная масса для сайта связывания агониста дофамина D-1 составила 132800 Да, что выше, чем функциональная молекулярная масса для сайта связывания антагониста дофамина D-1, примерно 80 000 Да). Препарат L-дофа (леводофа) — предшественник дофамина, молекула которого меньше дофамина. (6 баллов)

3. Итак, как уже было сказано, при заместительной терапии дофамина введение больному непосредственно дофамина не имеет смысла, поскольку он не проникает через ГЭБ. Чтобы преодолеть это затруднение, в организм вводят его предшественник — леводофу. Обычно одновременно с этим вводят ингибитор декарбоксилазы, чтобы предотвратить превращение леводофы в дофамин в периферических тканях (ингибитор через ГЭБ не проникает). Таким образом, весь введенный L-дофа поступает в мозг, где декарбоксилируется с образованием дофамина. (После приема L-дофа в течение нескольких лет лечение становится менее эффективным, вероятно, вследствие вторичных изменения дофаминовых рецепторов). (4 балла)

Мускарин — это алкалоид, который действует как агонист мускариновых рецепторов, активируя их. Эти рецепторы связаны с парасимпатической нервной системой, что влияет на работу различных органов, включая сердце, глаза, дыхательные пути и железы.

Симптомы отравления мускарином:

• слюнотечение (повышение активности парасимпатической нервной системы вызывает усиленную секрецию слюны);
• сужение зрачков (миоз) (активация мускариновых рецепторов приводит к сужению зрачков);
• удушье и затруднение дыхания (активация парасимпатической системы может вызвать спазм гладкой мускулатуры дыхательных путей, что приведет к затруднениям в дыхании);
• снижение сердечного ритма (брадикардия) (активизация парасимпатической нервной системы может замедлить частоту сердечных сокращений). (9 баллов)

Атропин — это антагонист мускариновых рецепторов, который блокирует их активность, тем самым ингибируя действия парасимпатической нервной системы.

Симптомы отравления атропином:

• тахикардия (учащение сердечного ритма) (блокирование парасимпатической системы вызывает учащение сердечных сокращений);
• расширение зрачков (мидриаз) (ингибирование парасимпатической активности вызывает расслабление мышц радужки, что приводит к расширению зрачков);
• сухость во рту (блокировка парасимпатических рецепторов снижает секрецию слюны и других жидкостей);
• учащенное дыхание и сухие дыхательные пути (блокировка парасимпатической нервной системы может привести к уменьшению активности желез, выделяющих слизь в дыхательных путях). (9 баллов)

Отравление мухоморами может начинаться с симптомов, схожих с действием мускарина (например, слюнотечение, брадикардия, сужение зрачков), но затем может перейти в фазу, когда проявляется действие атропина (тахикардия, сухость во рту, расширение зрачков). Атропин действует как антагонист мускариновых рецепторов и блокирует их только после того, как мускарин успевает активировать парасимпатическую нервную систему. В итоге симптомы отравления могут измениться, и начинают проявляться признаки, связанные с блокировкой парасимпатической активности. (2 балла)

1. В первую очередь скажем, что наиболее распространенным объяснением синестезии является теория кросс-активации, предложенная нейропсихологами В. Рамачандраном и Э. Хаббардом. По этой теории между двумя соседними зонами коры головного мозга, отвечающими за цвета и звуки (или цвета и буквы и цифры), происходит перекрестная активация или кросс-активация. Иными словами, зона распознавания звуков (или букв и цифр) в коре головного мозга, вероятно, связана с зоной различения цветов. Такое необычное взаимодействие вызывается, предположительно, врожденными мутациями генов.

   Тем не менее эта теория не получила широкого научного признания, поскольку, например, не учитывает культурный фактор, не объясняет редкие формы синестезии (такие, как эмпатия прикосновений) или синестезию, возникшую из-за травмы или употребления психоактивных веществ. (8 баллов)

   Другие гипотезы:

   • Анатомическая* (морфологическая). Важную роль в этой гипотезе играют особенности строения и организации сенсорной системы. Известно, что таламус считается входными воротами и распределительным пунктом, через которые все афферентные системы получают доступ к филогенетически более молодым церебральным структурам, обеспечивающим осознание сенсорных стимулов. В частности, в строении таламуса можно выделить несколько функционально и/или анатомически различимых ядер, каждое из которых связано со своей корковой областью. В первую очередь в данном вопросе вызывает интерес специфичные переключающие и перерабатывающие ядра кожных сенсорных органов, глаза и уха; ядра с ассоциативными функциями. Эти таламические переключающие и перерабатывающие структуры связаны с корковой областью, отвечающей за их сенсорную модальность, и в свою очередь регулируются (возбуждаются и тормозятся) этой областью. Специфичные ядра зрительной и слуховой систем соответственно — латеральное коленчатое тело и медиальное коленчатое тело.

     Немаловажную роль играют и особенности организации зрительного и слухового трактов: для обоих сенсорных аппаратов характерно прохождение сенсорных трактов через нижние холмики четверохолмия и через верхние холмики четверохолмия соответственно.

     Возможно, возникновение в ходе онтогенеза каких-либо связей, анастомозов между латеральным и медиальным коленчатым телами таламуса и верхними и нижними холмиками четверохолмия в составе зрительного и слухового трактов и дают развитие синестезии. (8 баллов)

   • Физиологическая. Эта гипотеза основывается на анатомической (взаимосвязи в зрительном и слуховом трактах), но также учитывает и особенность проведения возбуждения по нейронам. Здесь можно предположить, что развитие синестезии возможно благодаря следующим особенностям организации нейронов и проведения возбуждения в нервной системе:

     • иррадиация возбуждения (по нервным структурам, в том числе, структурам зрительного и слухового анализаторов);
     • пластичность нервных центров (в том числе, в коре головного мозга);
     • гетерогенность нейронных ансамблей (нейроны в составе слуховой и зрительной коры могут брать на себя функцию обработки информации в той или иной степени);
     • мультипликация, суммация и конвергенция возбуждения;
     • принцип проторения синаптического пути.

     (5 баллов)

   • Психологическая. Для выявления синестезии нейропсихологи используют специальные тесты и измерения активности мозга. Техника регистрирует необычную активность мозга синестетов в определенных зонах, когда испытуемые смотрят на так называемые раздражители, например, буквы или цифры того цвета, который не соответствует их обычному восприятию. У людей без синестезии такой активности мозга не наблюдается. (4 балла)

     Кроме того, чтобы отличить синестезию от игры воображения и ассоциаций, присущих всем людям, ученые проверяют синестетов на точность и постоянство реакций. У настоящих синестетов выявляются стабильные связи между буквой и цветом, вкусом и формой и так далее, которые остаются неизменными годами.

2. Критерии ответа на данный вопрос указаны в абзаце под «*».
3. Могут выбрать любую и обосновать свой выбор (на данный момент не существует единой верной теории описывающей феномен хроместезии).