Здравствуйте, уважаемые читатели блога репетитора биологии biorepet-ufa.ru.
Текст этой статьи взят из заключительной части Методических рекомендаций Рохлова В.С., Петросовой Р.А., Саленко В.Б. посвященной разъяснению тех новшеств в заданиях КИМ, которые нужно знать учителям и репетиторам при подготовке учащихся к сдаче ЕГЭ по биологии в 2027 году.
Одним из содержательных обновлений КИМ по биологии в 2027 году станет расширение блока заданий, проверяющих умение анализировать филогенетические взаимосвязи. Такие задания потребуют от участников экзамена не просто воспроизведения фактов, а применения знаний для решения описательных задач:
— интерпретации схем,
— сравнения таксонов,
— выявления эволюционных закономерностей.
Филогенетическое древо – математическая модель, отражающая эволюционные взаимосвязи между различными видами, которые имеют общего предка. Необходимо
отметить, что рассматриваются порой не реальные, а гипотетические исторические связи между организмами, то есть дерево может отражать реальные события или не отражать их.
Данное понятие рассматривается в ФРП по биологии (углубленный уровень) в теме «Макроэволюция и ее результаты», где представлены молекулярно-генетические,
биохимические и математические методы изучения эволюции, гомологичные гены и современные методы построения филогенетических деревьев.
.
Филогенетическое древо представляет собой структуру, состоящую из узлов и ветвей. В терминальных (конечных) узлах расположены исследуемые таксоны, в то
время как внутренние узлы представляют собой места ветвления дерева. Из представленной схемы филогенетического дерева логично вытекает, что таксонами являются объединения их терминальных узлов, которые содержат всех потомков одного общего предка. Такие таксоны называются кладами или монофилетическими таксонами.
В проекте Демонстрационного варианта на 2027 г.од приведено одно из заданий линии 11 с филогенетическим деревом, в котором требуется определить эволюционно
продвинутые признаки для группы, отмеченной на дереве цифрой. Для его выполнения необходимо соотнести отмеченный участок дерева с соответствующей группой потомков общего предка и определить признаки, характеризующие эту группу.
Задание 8.
Рассмотрите кладограмму – схему в виде древа, показывающую эволюционные отношения между таксонами позвоночных животных. Какие из приведённых признаков являются эволюционно продвинутыми для группы (синапоморфиям), отмеченной цифрой 1.
1) амниотическое яйцо
2) хорда и нервная трубка
3) шейный отдел позвоночника
4) среднее ухо с одной или несколькими слуховыми косточками
5) две пары пятипалых рычажных конечностей
6) челюсти.
При обучении выполнению подобных заданий необходимо подвести учащихся прежде всего к нахождению общего узла для рассматриваемой группы и проследить признаки, возникающие на соответствующем участке дерева. Подобные задания требуют не простого воспроизведения признаков отдельных классов позвоночных, а анализа их распределения на филогенетической схеме.
Ответ 1) не выбираем, так как он не относится к первым четырем организмам представленным на кладограмме. Ответ 2) правильный. Ответ 3) не выбираем: первые три организма кладограммы не имеют шейного отдела. Ответ 4) не выбираем, так как среднее ухо отсутствует у первых трех организмов. Ответ 5) не выбираем: он подходит не для всех организмов и Ответ 6) правильный.
Странно, что правильных 2 ответа из шести? Но в задании и не говорится, что должно быть три верных ответа из шести. Хотя в Демоверсии на 2027 год приводится этот же рисунок кладограммы (но цифра один стоит перед Земноводными, список ответов приводится тот же и подходят три верных ответа.
В части 2 КИМ ЕГЭ по биологии дальнейшее развитие получили задания линии 26, проверяющие знания и умения по эволюции и экологии. В методических рекомендациях 2025 г. отмечалось, что задания этой линии проверяют умение применять теоретические знания для объяснения явлений и процессов из различных областей биологии, в том числе эволюционной биологии, а также строятся с использованием функционального и системного подходов. В проекте демонстрационного варианта ЕГЭ 2027 г. качественный
анализ эволюционного процесса дополнен расчетным пунктом.
Приведем пример задания.
Задание 26
На графиках показано изменение частот двух аллелей разных генов в разных популяциях. Какой аллель находится под действием положительного естественного отбора? Ответ поясните. Частота аллеля Р после пятидесятого поколения начала резко колебаться. Влияет ли существенно аллель Р на приспособленность
организма? Какое событие привело к возникновению колебаний частоты аллеля Р после пятидесятого поколения? Какой эволюционный фактор начал сильнее влиять на частоту аллеля Р после пятидесятого поколения? Ответ поясните. Для оценки силы действия естественного отбора часто используется следующая формула: s = (p₂ − p₁) / ((t₂ − t₁) · p̄· (1 − p̄)), где p₁ и p₂ – начальная частота и конечная частота аллеля соответственно, p̄ – средняя частота аллеля за время измерения, t₁ и t₂ – начальное поколение и конечное поколение соответственно. Для аллеля, находящегося под действием положительного естественного отбора, рассчитайте значение средней силы отбора на протяжении 100 поколений (с 1-го по 100-е поколение). Ответ округлите до тысячных.
В критериях к оцениванию задания предусмотрено, что аллель М находится под действием положительного естественного отбора, поскольку его частота в ряду поколений постоянно увеличивается. Аллель Р рассматривается как нейтральный. Резкое увеличение амплитуды колебаний его частоты связывается со снижением численности (эффективной численности) популяции, в том числе с эффектом «бутылочного горлышка», после чего сильнее проявляется дрейф генов. В малочисленных популяциях возрастает роль случайных колебаний частот аллелей.
Расчет выполняется по формуле, приведенной непосредственно в условии задания. В критериях допускается значение в интервале от 0,020 до 0,035; при считывании с графика значений p₁ = 0,15, p₂ = 0,85 и средней частоты p̄ = 0,5 получается значение s = 0,028. Таким образом, в линии 26 проверяется не только объяснение действия факторов микроэволюции, но и умение использовать количественные данные, представленные на графике, в расчете.
Включение расчетного элемента позволяет рассматривать эволюционный процесс более предметно. Приведенный пример показывает, что даже при коэффициенте отбора 2,8 % частота аллеля за 100 поколений может возрасти более чем в 5 раз: небольшие изменения в одном поколении становятся заметными уже через несколько сотен поколений, а не только в масштабе миллионов лет.
Расчетные задания по экологическим закономерностям также помогают количественно описывать динамику экосистем, сравнивать первичную продукцию разных их типов и обоснованно объяснять меньшую устойчивость агроэкосистем, изменения потоков вещества и энергии при сукцессиях, а также влияние конкуренции на численность популяции и темпы ее роста.
В заданиях линии 27 представлена задача на построение филогенетического дерева по нуклеотидным последовательностям и определение времени существования последнего общего предка. Теоретические основы этой модели, включая принцип молекулярных часов, были подробно рассмотрены в Методических рекомендациях 2025 г.
При сравнении нуклеотидных последовательностей необходимо учитывать, что мутации могут иметь разный фенотипический эффект. Выделяют полезные, вредные и нейтральные мутации. Полезные мутации поддерживаются естественным отбором и быстро распространяются (фиксируются) в популяции. Вредные мутации, наоборот, постепенно элиминируются из популяций.
Для реконструкции филогенетических деревьев полезные или вредные замены не подходят для оценки времени расхождения, поскольку время их фиксации зависит от множества факторов, главным из которых является скорость естественного отбора. Нейтральные же мутации в рассматриваемой учебной модели используются для количественной оценки времени.
В Методических рекомендациях за 2025 г. показано, что вероятность фиксации вновь возникшей нейтральной мутации под действием дрейфа генов составляет 1/2N, где N – число диплоидных особей в популяции. Если вероятность мутации, возникшей у особи за одно поколение, составляет k, то за одно поколение в популяции возникнет k×2N мутаций. С учетом вероятности их фиксации 1/2N в популяции за поколение фиксируется k замен. Формулируется закономерность следующим образом: количество
накопленных замен между особями пропорционально скорости (частоте) мутагенеза k.
А это реальный пример задания, включенный в Демоверсию 2027 года
При каждом раунде репликации ДНК полимераза вносит ошибки в последовательность нуклеотидов. Чем раньше существовал общий предок двух видов, тем больше различий (нуклеотидных замен) накапливается между последовательностями ДНК потомков этого предка.
Филогенетические деревья позволяют продемонстрировать эволюционную связь между потомками общего предка.
Ниже приведен пример выравнивания последовательностей смысловых цепей гомологичных участков одного из генов трех штаммов бактерии и их известного общего предка. Измененные нуклеотиды в выравнивании выделены жирным шрифтом.
Постройте филогенетическое древо для данных трех штаммов на основании представленных последовательностей нуклеотидов.
Укажите порядок возникновения трех штаммов.
Рассчитайте, когда существовал последний общий предок штаммов В и С при условии, что на приведенном участке за сто поколений возникает три нейтральных мутации (нейтральные мутации – это изменения в последовательности ДНК, которые не оказывают никакого влияния на приспособленность организма).
Приведите расчеты, аргументируя ответ.
Считайте, что одно поколение у данного вида бактерии сменяется за 20 минут, а также что все мутации, которые произошли в данном участке гена, нейтральные. При ответе округляйте значения до первого знака после запятой.
В критериях оценивания данной задачи указано, что сначала возник штамм А (или штамм А и предок штаммов В/С), затем возникли штаммы В и С. Между штаммами В и С имеется четыре нуклеотидных различия – в позициях 9, 17, 28 и 32.
После разделения два штамма накопили в среднем по две нейтральные мутации.
При условии, что за 100 поколений возникает три нейтральные мутации, количество поколений, необходимое для накопления двух мутаций, составляет: N = 2·100/3 = 66,7.
При продолжительности одного поколения 20 минут время составляет: t = 66,7·20 = 1334 минуты, или 22,2 часа.
В 2027 г. изменений структуры и содержания КИМ ЕГЭ по биологии не планируется.
В то же время в рамках действующей модели КИМ будут обновлены некоторые линии заданий, что отражено в Демоверсии на 2027 год..
В заданиях линии 11 как альтернативное появится задание по работе с филогенетическим древом.
В заданиях линии 15 будет исключен рисунок.
В заданиях линии 16 будет расширено содержание, связанное с человеком и его здоровьем.
В заданиях линии 22 планируется ввести вопросы по выборке (необходимо будет установить, насколько точно (репрезентативно) группа участников эксперимента отражает характеристики всего исследуемого вида или популяции, чтобы подтвердить возможность переноса полученных результатов на всех остальных людей или животных.
Дополнительно в структуру заданий линии 22 будут включены вопросы, касающиеся соблюдения биоэтических норм и стандартов при проведении экспериментов с участием человека, и вопросы возможности проведения отрицательного контроля в предложенном исследовании.
В задания линии 26 будет добавлен новый расчетный элемент, позволяющий количественно оценивать экологические и эволюционные закономерности.
*****************************************************************************************
Вот уж действительно, «чем дальше в лес, тем больше дров», чем старше становится ЕГЭ, тем бОльшим древом накрывается. Да пусть уж лучше вносились бы изменения в структуру КИМов, чем снова «в рамках действующей модели КИМ будут обновлены некоторые линии заданий». Век живи, век учись, а за светлыми помыслами специалистов ФИПИ не угонишься.
