Задание 2 ЕГЭ по биологии: прогноз результатов эксперимента

Что проверяет задание

Задание 2 проверяет умение применять биологические знания для прогнозирования результата эксперимента. Экзаменатор не просит пересказать теорию — он даёт описание опыта (изменили температуру, убрали свет, подселили конкурента, удалили орган) и спрашивает, как изменятся два показателя у объекта исследования.

В основе задания лежит логика причинно-следственных связей: если в системе меняется один фактор, то на основе биологических закономерностей (физиологии, экологии, микробиологии) нужно предсказать реакцию организма или процесса. Проверяются три содержательных блока: микроорганизмы (бактерии, грибы, простейшие), животные и человек (физиология, поведение, развитие), растения (фотосинтез, рост, размножение, реакция на условия среды).

Главная сложность — не в сложности биологии, а в том, что нужно удержать в голове сразу два взаимосвязанных показателя и не перепутать направление изменения одного из них, ведь они часто меняются в противоположные стороны.

Как выглядит формулировка и сколько баллов

Типичная формулировка: «Экспериментатор [сделал что-то с объектом]. Как изменились [показатель 1] и [показатель 2]? Для каждой величины определите соответствующий характер её изменения: 1) увеличилось; 2) не изменилось; 3) уменьшилось». Ответ записывается двумя цифрами без пробелов, например «31» или «23».

Задание оценивается в 2 балла: 2 балла за оба верных ответа, 1 балл — если верно определена только одна величина, 0 баллов — если обе позиции указаны неверно. Ошибка в порядке цифр (перепутаны местами показатели) засчитывается как неверный ответ, поэтому важно строго соблюдать порядок, заданный в условии таблицы.

Задание относится к базовому уровню сложности, но статистика показывает: именно на нём теряют баллы из-за невнимательности к формулировке эксперимента, а не из-за незнания теории.

Что нужно знать

• Правило Вант-Гоффа: при повышении температуры на $10\,^{\circ}\text{C}$ скорость биохимических реакций (в том числе ферментативных и роста микроорганизмов) увеличивается в $2$–$4$ раза, коэффициент $Q_{10}=2$–$4$, пока температура не превысила оптимум.
• Оптимум ферментов человека и большинства теплокровных — диапазон $36$–$40\,^{\circ}\text{C}$; при температуре выше $60\,^{\circ}\text{C}$ белки денатурируют, ферментативная активность и жизнедеятельность клетки прекращаются.
• Закон минимума (Либиха): жизнедеятельность организма лимитируется тем фактором среды, который находится в минимуме (свет, вода, температура, элементы питания).
• Правило оптимума: у каждого фактора среды есть зона оптимума, зоны угнетения и пределы выносливости; при уходе за пределы выносливости организм гибнет.
• Фотосинтез напрямую зависит от освещённости, концентрации $CO_2$ и температуры; при полном отсутствии света растения переходят на использование запасённых веществ (дыхание продолжается, фотосинтез прекращается).
• Хлорофилл образуется только на свету у большинства растений и одноклеточных водорослей; в темноте синтез хлорофилла останавливается, а уже имеющийся пигмент постепенно разрушается.
• Конкуренция (в том числе межвидовая, например антибиоз плесневых грибов против бактерий) приводит к угнетению одного из конкурентов за счёт выделения токсичных веществ (антибиотиков, фитонцидов, ферментов).
• Пастеризация — нагрев жидкости до $60$–$65\,^{\circ}\text{C}$ в течение $20$–$60$ минут — уничтожает вегетативные формы большинства бактерий, но не разрушает споры; увеличивает срок хранения продукта.
• Стерилизация (автоклавирование при $120\,^{\circ}\text{C}$) уничтожает и споры.
• Рефлекторная дуга и гуморальная регуляция определяют реакцию животных на раздражители: удаление рецептора, нерва или железы меняет силу и скорость ответа.
• У растений удаление верхушечной почки снимает апикальное доминирование и стимулирует рост боковых побегов (за счёт перераспределения ауксина).

Методы решения

Метод 1. Анализ конкуренции между микроорганизмами. Если в среду с одной культурой подселяют другой микроорганизм-антагонист, вспоминаем про антибиоз: плесневые грибы рода Penicillium выделяют антибиотик, подавляющий рост бактерий, а сами при этом получают пространство и ресурсы для роста. Пример: колонию дрожжей подселили к плесени, продуцирующей антибиотик широкого спектра — рост дрожжей замедлится, площадь колонии плесени увеличится.

Метод 2. Оценка влияния температуры на биологический объект. Определяем, попадает ли новая температура в зону оптимума, угнетения или губительную зону. Пример: культуру бактерий перенесли из $37\,^{\circ}\text{C}$ в холодильник при $4\,^{\circ}\text{C}$ — метаболизм и деление клеток замедлятся, количество бактерий в единицу времени будет расти медленнее (или почти не изменится за короткий срок наблюдения).

Метод 3. Анализ реакции растения на изменение светового режима. Если растение лишают света, фотосинтез прекращается, а дыхание продолжается за счёт запасов; хлорофилл без света не образуется и постепенно разрушается. Пример: комнатное растение накрыли светонепроницаемым колпаком на две недели — интенсивность фотосинтеза снизится до нуля, содержание крахмала в листьях уменьшится.

Метод 4. Анализ физиологического ответа животных при удалении органа или блокировке рефлекса. Если удалить железу внутренней секреции или перерезать нерв, реакция, за которую они отвечают, либо исчезает, либо ослабевает. Пример: у лягушки перерезали седалищный нерв — рефлекторное сгибание лапки на раздражение исчезнет, так как нарушена рефлекторная дуга.

Метод 5. Оценка воздействия термической обработки на пищевой продукт и микрофлору. Нагрев в диапазоне пастеризации снижает количество живых бактерий, что увеличивает срок хранения продукта, так как именно бактерии вызывают порчу. Пример: молоко пастеризовали — количество бактерий уменьшилось, срок хранения увеличился.

Алгоритм решения по шагам

1. Прочитать условие и выделить, что именно изменил экспериментатор (фактор воздействия): температуру, свет, наличие конкурента, удаление органа, состав среды.
2. Определить объект и показатель, для которого нужно дать прогноз — часто их два, и они логически связаны (например, жизнеспособность и содержание пигмента).
3. Вспомнить биологическую закономерность, которая связывает фактор воздействия и показатель (правило Вант-Гоффа, зависимость фотосинтеза от света, антибиоз, рефлекторная дуга).
4. Мысленно «прогнать» ситуацию: усиливает фактор процесс, ослабляет его или не влияет вовсе.
5. Для каждого из двух показателей выбрать один из вариантов ответа: увеличилось, уменьшилось, не изменилось.
6. Проверить логическую согласованность двух ответов между собой — часто они противоположны (один растёт, другой падает) или сонаправлены, если оба показателя зависят от одного и того же процесса.
7. Записать цифры строго в том порядке, в котором показатели расположены в таблице условия.

Разбор примеров

Пример 1. На питательную среду с колонией бактерий Escherichia coli заселили плесневый гриб пеницилл. Нужно определить изменение размера колонии бактерий и площади мицелия пеницилла.

Шаг 1. Фактор воздействия — появление конкурента-антагониста (плесневого гриба) в той же среде.

Шаг 2. Показатели: размер колонии E. coli и площадь мицелия пеницилла.

Шаг 3. Вспоминаем биологию гриба Penicillium: он продуцирует антибиотик пенициллин, подавляющий синтез клеточной стенки у бактерий, что останавливает их размножение и приводит к гибели чувствительных клеток. Сам гриб при этом освобождает себе пространство и ресурсы среды, не встречая конкуренции со стороны подавленных бактерий.

Шаг 4. Логика: колония бактерий будет угнетена антибиотиком — её размер уменьшится. Гриб, избавившись от конкурента, свободно разрастается — площадь мицелия увеличится.

Шаг 5–6. Ответы: размер колонии бактерий — уменьшился (3), площадь мицелия — увеличилась (1). Проверка: изменения противоположны, что логично для отношений антибиоза.

Итоговый ответ: 3 1.

Пример 2. Экспериментатор взял две колбы свеженадоенного молока. Одну нагревал в течение получаса при $60$–$65\,^{\circ}\text{C}$, вторую (контроль) оставил без изменений. Нужно определить изменение срока хранения молока и количества бактерий в первой колбе по сравнению с контролем.

Шаг 1. Фактор воздействия — тепловая обработка (пастеризация) в диапазоне $60$–$65\,^{\circ}\text{C}$ в течение получаса.

Шаг 2. Показатели: срок хранения молока и количество бактерий в нём.

Шаг 3. Вспоминаем, что пастеризация уничтожает вегетативные формы большинства патогенных и гнилостных бактерий, не разрушая при этом основные питательные вещества молока. Порчу продукта вызывает именно жизнедеятельность бактерий (молочнокислое брожение, гниение), поэтому снижение их количества замедляет порчу.

Шаг 4. Логика: количество бактерий после нагрева уменьшится по сравнению с контролем. Из-за меньшего числа бактерий продукт будет портиться медленнее — срок хранения увеличится.

Шаг 5–6. Ответы: срок хранения — увеличился (2), количество бактерий — уменьшилось (3). Проверка: связь причинно-следственная и логически согласованная — меньше бактерий, дольше хранится.

Итоговый ответ: 2 3.

Пример 3. Культуру эвглен зелёных поместили в тёмный шкаф на продолжительное время. Нужно определить изменение жизнеспособности этих организмов и количества в них хлорофилла.

Шаг 1. Фактор воздействия — длительное отсутствие света.

Шаг 2. Показатели: жизнеспособность эвглен и количество хлорофилла в клетках.

Шаг 3. Эвглена зелёная — миксотрофный организм: на свету она фотосинтезирует благодаря хлорофиллу, в темноте способна переходить на гетеротрофное питание (сапротрофное поглощение органических веществ из среды), но при длительном отсутствии света и ограниченности органических ресурсов среды жизнеспособность снижается. Хлорофилл без света не синтезируется и постепенно разрушается, так как его образование — светозависимый процесс.

Шаг 4. Логика: длительное отсутствие света приводит к разрушению хлорофилла (его количество уменьшится) и к ослаблению организма из-за нехватки продуктов фотосинтеза — жизнеспособность снизится.

Шаг 5–6. Ответы: жизнеспособность — снизилась (1 по варианту нумерации в задаче), количество хлорофилла — снизилось. В обозначениях задачи: жизнеспособность — вариант 3 (снизилась в нумерации задачи она обозначена как позиция «3»), хлорофилл — вариант 1. Важно свериться с конкретной нумерацией вариантов ответа в каждом задании, так как порядок цифр 1–2–3 может отличаться от задания к заданию.

Итоговый ответ: 3 1.

Типичные ошибки и ловушки

• Перепутан порядок цифр в ответе: показатели в бланке ответа идут в строго определённом порядке, и цифры нужно ставить именно в этом порядке, а не в том, в котором показатель упоминается в тексте условия.
• Не учтена конкретная нумерация вариантов «увеличилось / уменьшилось / не изменилось» — в разных заданиях порядок вариантов может отличаться (иногда «увеличилось» стоит под цифрой 1, иногда под цифрой 2), поэтому нужно каждый раз внимательно смотреть легенду конкретного задания, а не полагаться на память о предыдущих задачах.
• Игнорирование деталей условия: важна не только сама манипуляция, но и её параметры — температура, длительность, интенсивность. Пастеризация при $60$–$65\,^{\circ}\text{C}$ и стерилизация при $120\,^{\circ}\text{C}$ дают разный эффект (первая не убивает споры, вторая убивает).
• Смешение понятий «пастеризация» и «кипячение»: кипячение убивает почти всё, включая часть спор, но также разрушает некоторые витамины, поэтому нельзя автоматически переносить эффект одного процесса на другой.
• Ошибка в логике антибиоза: иногда путают, кто угнетает кого — важно точно помнить, что плесневые грибы рода Penicillium подавляют бактерии, а не наоборот.
• Забывание, что при отсутствии света дыхание у растений и водорослей продолжается, а фотосинтез — нет; из-за этого иногда неверно предполагают, что организм сразу погибает, хотя правильнее говорить о снижении жизнеспособности, а не о немедленной гибели.
• Невнимательность к слову «контроль»: сравнение всегда идёт с контрольной группой, а не с исходным состоянием объекта до эксперимента, и об этом легко забыть при формулировке ответа.

Как готовиться

Эффективнее всего разобрать типовые сценарии по трём блокам — микроорганизмы, животные и человек, растения — и выучить для каждого 3–4 базовые закономерности: правило Вант-Гоффа и температурные пороги для микробов, правило оптимума и рефлекторную дугу для животных и человека, зависимость фотосинтеза от света и правило апикального доминирования для растений.

Полезно решать задания порциями по 10–15 штук, сразу проверяя себя и выписывая формулировку закономерности, на которую опирается верный ответ — так теория закрепляется через практику, а не через отдельное заучивание.

Стоит завести таблицу частых пар «фактор — эффект»: температура и скорость реакций, свет и фотосинтез, конкуренция и рост колонии, удаление органа и рефлекс, — чтобы на экзамене быстро находить нужную логическую цепочку, не тратя время на восстановление теории с нуля.

При разборе своих ошибок обязательно фиксировать, что именно пошло не так: незнание факта, неверная логика или ошибка в порядке цифр в ответе — это разные типы ошибок, и работать над ними нужно по-разному.