План подготовки к олимпиадам по биологии в Казахстане (9-12 классы)

Содержание

Лицензия
Авторы Плана
1. Анатомия и физиология человека и основных групп животных
2. Эволюция
3. Экология
4. Анатомия и физиология растений
5. Генетика
6. Биохимия
7. Молекулярная биология
8. Этология
9. Статистика
10. Практика

Лицензия

Настоящий план подготовки является предметом интеллектуальной собственности ОФ Beyond Curriculum и лицензирован под условиями CC BY-NC-ND 4.0 . Вы можете распространять этот план подготовки частично или целиком при следующих условиях: вы обязаны указать правообладателя (BY, ОФ "Beyond Curriculum") с активной ссылкой на первоисточник, при этом, вы не можете видоизменять план подготовки (ND) и вы должны использовать его исключительно в некоммерческих целях (NC).

Напоминаем, что Республика Казахстан (как и многие другие страны) присоединилась к Бернской конвенции Законом РК № 297-1 от 10.11.1998 г., и конвенция вступила в законную силу с 12 апреля 1999 года. Согласно данной конвенции, страны участницы уважают авторское право других стран участниц в той же мере, в которой они уважают авторские права своих граждан.

Авторы Плана

Этот план подготовки был написан целым коллективом победителей и призеров республиканских олимпиад по биологии:

Муратов Ерасыл (золотой и трехкратный серебряный медалист)
Арманулы Азамат (трехкратный бронзовый медалист, член жюри сетевых олимпиад)
Уразбаев Динмухамед (двухкратный золотой медалист)
Бисенбаев Кудайберген (двухкратный золотой медалист, член жюри сетевых олимпиад)
Аликенова Балжан (золотой и серебряный медалист)
Уркумбаев Эльдар (золотой и серебряный медалист)

1. Анатомия и физиология человека и основных групп животных

Иммунная система
- Врожденный иммунитет беспозвоночных
- Врожденный иммунитет позвоночных
- Как патогены могут противостоять иммунитету
- Обзор гуморального и клеточного иммунитета
- Виды иммунных клеток
- Основные виды цитокининов
- Распознавание антигенов В-лимфоцитами и антителами
- Распознавание антигенов Т-лимфоцитами
- Созревание В- и Т-лимфоцитов
- Роль Т-хелперов в приобретенном иммунитете
- Роль В-лимфоцитов в приобретенном иммунитете
- Механизм распознавания антигена Т-хелперов и Т-киллеров
- Обзор вакцинации: активный и пассивный иммунитет
- Роль иммунных клеток в аллергической реакции и ее обзор
- Использование антител в биотехнологии (Иммунофлуоресцентный анализ)
- Виды дефекта иммунной системы (сильно выраженный, слабо выраженный, самонаправленный)
- Биология рака: причины и механизм появления и развития, методы предотвращения
- Как иммунная система борется с раковыми клетками
Строение нервной системы человека
- Механизм генерирования потенциала действия и потенциала покоя
- Процесс деполяризации и гиперполяризации
- Генерирование и суммация постсинаптического потенциала
- Ослабление нервного импульса
- Виды нейротрансмиттеров
- Циркадные ритмы и регуляция биологических часов
- Нейро-гормональные основы эмоций
- Механизм томографии мозга
- Формирование языка и понимание речи: центры Брока и Вернике
- Роль ассоциативных зон в механизмах обработки информации
- Эволюция когнитивных функций позвоночных
- Строение лимбической системы
- Механизм формирования памяти и обучение: нейронная пластичность
- Заболевание нервной системы: шизофрения, депрессия, наркотическая зависимость, болезнь Альцгеймера, болезнь Паркинсона
- Свойства и типы сенсорных рецепторов, механизм трансдукции сигнала
Механизмы чувств зрения, слуха, осязания, вкуса и гравитации/равновесия

Источники:

Raven Biology, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer
Animal Diversity, Cleveland P. Hickman, Jr., Larry S. Roberts, Allan Larson
Animal Physiology, Gordon A. Wyse, Margaret Anderson, Richard W. Hill

2. Эволюция

Макро- и микроэволюция
- Эволюционные приобретения признаков нисходящих рангов, временные рамки приобретений
- Обзор типов происхождения схожести признака: гомология, гомоплазия
- Обзор эволюции новых видов: дивергентная эволюция, конвергентная эволюция, параллельная эволюция
- Обзор гибридизация видов
- Обзор видообразования: симпатрическое, аллопатрическое, парапатрическое, перипатрическое
Филогенетика
- Виды филогенетических деревьев
- Обзор взаимоотношений групп животных: монофилия, парафилия, полифилия
- Обзор состояний признака: синапоморфия, аутапоморфия, апоморфия, симплезиоморфия
- Понятие “молекулярных часов” в ДНК и в белках
- Методы построения филогенетического древа: UPGMA, outgroup метод, SINE/LINE, ископаемые и ДНК летописи
Развитие теории эволюции
- Карл Линней: его открытия и роль
- Жорж Бюффон: его открытия и роль
- Жан Батист Ламарк: его открытия и роль
- Жорж Кювье: его открытия и роль
- Чарльз Дарвин и его 5 основных пунктов теории эволюции
- Мутационная теория Коржинского — Де Фриза
- Положения неодарвинизма и синтетическая теория эволюции (СТЭ)
- Рональд Фишер: его открытия и роль в СТЭ
- Феодосий Добржанский: его открытия и роль в СТЭ

3. Экология

Экология популяция и сообществ
- Основные свойства популяции: плотность и распределение
- Демографические факторы: рождаемость, смертность, э- и иммиграция
- Модели роста популяции: экспоненциальная и логистическая
- К- и r-селекция в видах
- Плотность-зависимые и плотность-независимые регулирующие факторы популяции
- Межвидовые взаимоотношения: конкуренция, эксплуатация и положительные отношения, +/–/0 нотация этих типов отношений
- Виды сообществ по трофическим признакам
- Меры разнообразия: видовое богатство vs относительное изобилие, индекс Шеннона
- Ключевые, доминантные, инвазивные виды: их роль в экосистеме, сходства и различия
- Виды нарушений (disturbances) сообществ: абиогенные, биогенные, антропогенные
- Влияние нарушений на биоразнообразие: гипотеза промежуточного нарушения
- Сукцессия в сообществах: первичная и вторичная, стадии, механизмы, типичные примеры
- Модель островного равновесия

Источники:

Campbell Biology 11 издание, Урри М. и Кейн М.

4. Анатомия и физиология растений

Сигнализация в растениях
- Сигнальный путь (восприятие, передача, ответ)
- Классификация и эффекты фитогормонов
- Функции голубого фоторецептора
- Молекулярный механизм и функции фитохромного рецептора
- Роль фитохромного рецептора в цветении и созревании семени
- Молекулярный механизм цветения
- Биологические часы и циркадный ритм растений
- Фотопериодизм и сезонные изменения у растений
- Механизмы реакций растений на гравитацию и окружающий стресс
- Роль флоэмы в переносе сигнальных молекул и передаче электрического импульса
Защитная система растений
- Физический барьер против травоядных животных
- Химическая защита против травоядных животных и патогенов
- Животные, которые защищают растения
- Систематический ответ на чужеродные частицы
- Уровни защиты: молекулярный → межвидовой
- Механизм открывания и закрывания устьиц
- Механизмы предотвращения самоопыления

Источники:

Raven Biology, Kenneth A. Mason, Jonathan B. Losos, Susan R. Singer
Campbell Biology 11 издание, Урри М. и Кейн М.

5. Генетика

Аллельные взаимодействия: общее понимание и алгоритмы решения
- Законы Менделя:
  - Закон об единообразии
  - Закон о расщеплении признаков
  - Закон о независимом наследовании признаков
- Полное доминирование
- Неполное доминирование: цвет лепестков
- Множественный аллелизм: наследование цвета шерсти у кроликов
- Кодоминирование: наследование групп крови
- Сверхдоминирование: серповидноклеточная анемия
Неаллельные взаимодействия – соотношение фенотипов при дигибридном скрещивании и алгоритмы решения
- Общие характеристики
- Виды эпистаза:
  - Доминантный
  - Рецессивный
  - Криптомерия
  - Двойной доминантный
  - Кумулятивный
- Комплементарность
- Плейотропия
- Полимерия
Популяционная генетика
- Уравнение Харди-Вайнберга: общее понимание и алгоритм решения
- Естественный отбор: расчет коэффициента отбора, относительной приспособленности
- Мутации при рецессивном и доминантном отборе гомозигот
Классификация мутаций:
- Доминантные и рецессивные мутации
- По масштабу:
  - Точечные: транзиция(пурин на пурин, пиримидин на пиримидин) и трансверсия(пурин на пиримидин и обратно)
  - Генные: миссенс, нонсенс, синонимичные, нарушение сплайсинга, сдвиг рамки считывания
  - Хромосомные: внутрихромосомные – утрата, делеция, дупликация, инверсия и межхромосомные – транслокация, транспозиция
  - Геномные: аллополиплоидия и автополиплоидия, анеуплоидия
Обратные и супрессорные мутации
Заболевания вызванные всеми вышеуказанными видами мутаций
Механизмы возникновения мутаций
Кроссинговер
- Тетрадный анализ (полный разбор алгоритма решения)
- Молекулярный механизм кроссинговера
- Понимание и расчет зависимости частоты кроссинговера от частоты конъюгации хромосом и расстояния между генами
- Понимание и расчет зависимости частоты рекомбинантный гамет от частоты рекомбинации
- Картирование хромосомы с помощью одинарного, двойного трехточечного и двойного двухточечного кроссинговера
- Понимание и расчет коэффициента интерференции и коинциденции
Родословные
- Символы родословных схем
- Типы наследования заболеваний

Источники:

Schaum’s outlines of Genetics
Brooker’s Genetics
Современная генетика, Ф. Айала, Дж. Кайгер.
Pierce Genetics

6. Биохимия

Основы Биохимии
- Структура и функции липидов
  - Сложноэфирная связь
- Структура и функции белков
  - Первичная, вторичная, третичная и четвертичная структуры белка
  - Пептидная связь
  - Классификация аминокислот
  - Графики титрования аминокислот
- Структура, функции и классификация углеводов
  - Моно-, ди-, олиго- и полисахариды
  - Виды гликозидной связи
- Структура и функции нуклеиновых кислот
  - Типы нуклеотидов
  - Фосфодиэфирная связь
  - Отличия дезоксирибонуклеиновой и рибонуклеиновой кислот
  - Химические и физические свойства ДНК и РНК: плавление, спаривание, седиментация
  - Формы ДНК: A, B, Z, трехспиральная форма
Клеточное дыхание: механизмы и общие реакции следующих путей
- Гликолиз: регуляция ферментов обратной связью
- Связующий этап
- Цикл Кребса: связи с другими метаболическими путями
- Окислительное фосфорилирование
- Приспособления структуры митохондрии к клеточному дыханию
Основы органической химии: особенности следующих групп химических соединений
- Спирты
- Карбоновые кислоты
- Амиды
- Эфиры простые и сложные
- pH и pK: основные понятия и формулы расчета
Метаболизм и биоэнергетика: механизмы и общие реакции следующих путей
- Анаболизм и катаболизм
- Энергетический баланс клеточного дыхания: количественное значение атомов углерода, АТФ, НАДН, ФАДН_2
- Глюконеогенез
- Пентозофосфатный путь
- Бета, альфа и омега-окисление жирных кислот
- Цикл мочевины
Ферментативная кинетика: умение использовать данные с графика, использование уравнения для поиска $V_{max}, K_m, V_0$ $V_{ma x}, K_{m}, V_{0}$
- Уравнение Михаэлиса-Ментена
- График Лайнуивера-Берка
- Виды ингибирования: молекулярный механизм и графики
- Факторы, влияющие на скорость ферментов
- График энергии реакции: энтальпия, энергия активации
- Свободная энергия Гиббса

Источники:

Основы Биохимии Ленинджера(1 том), Д. Нельсон, М. Кокс.
Quick Biochemistry basics YouTube канал
Biochemistry, Berg, Tymozco, Stryer.

7. Молекулярная биология

Основы молекулярной биологии
- Центральная догма: ДНК→РНК→Белок
- Классификация РНК: тРНК, рРНК, мРНК(иРНК), виды микроРНК
- Принцип комплементарности
- Генетический код: общее понятие
- Направленность нуклеиновых кислот и белков: 3´ и 5´ концы, N и C конце
Структура генома
- Упаковка ДНК: нуклеотидная цепь → хромосома
- Строение и функция гистонов
- Репарация ДНК: виды и механизмы
Генная экспрессия
- Репликация ДНК
  - Механизм и стадии репликации: у прокариот и у эукариот
  - Виды репликации ДНК
  - Виды и механизм работы ферментов
  - Направления движения у ферментов и нуклеиновых кислот
- Транскрипция
  - Механизм и стадии транскрипции: у прокариот и у эукариот
  - Виды транскрипции
  - Виды и механизм работы ферментов
  - Направления движения у ферментов и нуклеиновых кислот
  - Функции, механизм и важность процессинга РНК: полиаденилирование, кэпирование, редактирование
- Трансляция
  - Механизм и стадии трансляции
  - Виды и механизм работы ферментов
  - Направления движения у ферментов и нуклеиновых кислот
- Посттрансляционная модификация белков
  - Шапероны и шаперонины: роль в фолдинге белков
- Механизмы регуляции генной экспрессии
Клеточный цикл
- Фазы клеточного цикла: G1, S, G2, M, G0
- Стадии митоза: профаза,(прометафаза), метафаза, анафаза, телофаза, цитокинез
- Различия цитокинеза у растений и животных
- Процесс мейоза: сравнение с митозом
- Механизм апоптоза и некроза
- Виды клеточной сигнализации
- Основные сигнальные пути в клетке
Методы молекулярной биологии:
- Секвенирование ДНК: по Сэнгеру и новое поколение
- ПЦР. Основные этапы
- Виды блоттинга
- Клонирование растений и животных
- Трансформация и трансфекция
- Виды электрофореза
- Виды хроматографии
- Использование векторных организмов
- ELISA метод

8. Этология

Основы поведения
- Виды обучения: типичные примеры и их нейронная природа
  - Импринтинг
  - Фиксированная форма действия
  - Бихевиоризм
  - Инстинкты
- Территориальное поведение
- Выбор полового партнера и ухаживание
- Родственный отбор и правило Гамильтона

Источники:

Campbell Biology 11 издание, Урри М. и Кейн М.

9. Статистика

Понимание и расчет основных понятий
- Меры середины: мода, медиана, среднее арифметическое
- Меры разброса данных: вариация, стандартное отклонение
- Различия популяции и выборки
- Понимание степеней свободы
Статистические тесты: цель, формула, применение
- Хи-квадрат метод
- T-критерий Стьюдента
- Критерий Симпсона

10. Практика

После прочтения или же в процессе чтения этих книг ты можешь расширять свои знания по определенным сферам. Самым главным моментом в этом этапе является то, что ты должен практиковаться. Решай международные олимпиады и национальные олимпиады. Разбирай задачи, понимай и решай заново их уже на время.

Районные, областные олимпиады (лучше смотреть уже готовые с ответами для понимания того, что составители любят добавлять)
Республиканские олимпиады, начиная с 2012
Международные олимпиады (IBO), начиная 2012 года
Иностранные национальные олимпиады (они полезны для практики своих навыков решения задач различного типа)
- Индийские олимпиады (INBO)
- Американские олимпиады (USABO)
- Всероссийские олимпиады (Всеросс)
Все эти олимпиады можно найти в Телеграм боте @kazolympbot и на сайте https://olympiads.bc-pf.org/

Ты должен уметь синтезировать свои знания в реальной жизни. Разбирай популярные статьи в научных журналах, попроситесь в лабораторию школы, чтобы делать практики олимпиад. Ты почувствуешь себя реальным ученым, когда начнешь все это. Ты должен наработать навыки по практике, потому что на международных олимпиадах тебе придется максимально точно и ускоренно выполнять практические задания. Разбирая статьи, ты начнешь мыслить как ученый. Плюс к этому, материалы со статей берут на олимпиады. Даже на сборах тренер будет тебя проверять на то, насколько ты будешь понимать данную статью, давая различные задания по ним.