Питання 1. Взаємодія і множинне дію генів як основа цілісності генотипу
Гени являють собою структурні і функціональні одиниці спадковості. Кожен з них визначає розвиток одного якогось ознаки, незалежного від інших. Окрема клітина і організм є цілісними системами, де все біохімічні та фізіологічні процеси строго узгоджені і взаємопов'язані перш за все тому, що генотип - це система взаємодіючих генів.
Взаємодіють один з одним як алельних, так і неалельні гени, розташовані в різних локусах одних і тих же, і різних хромосом.
Алельних гени вступають у відносини типу домінантності-рецесивними, розрізняють повне і неповне домінування. Зустрічаються також і інші форми взаємин алельних генів між собою. Одна з них допускає прояв відразу двох алельних генів (кодоминирование) і спостерігається при спадкуванні груп крові у людини в системі АВО. Інша - наддомінування: велика ступінь вираженості ознаки у гетерозиготних організмів є основою гетерозису - явища гібридної сили.
Відомо багато прикладів, коли гени впливають на характер прояву певного неалельні гена або на саму можливість прояву цього гена. Приклад взаємодії двох пар генів - успадкування форми гребеня у курей деяких порід. В результаті різних комбінацій цих генів виникають чотири варіанти форми гребеня.
У запашного горошку є ген А, що обумовлює синтез безбарвного попередника пігменту - пропігмента. Ген В визначає синтез ферменту, під дією якого з пропігмента утворюється пігмент. Квітки запашного горошку з генотипом ааВВ і ааbb мають білий колір: в першому випадку є фермент, але немає пропігмента, у другому - є пропігмент, але немає ферменту, який переводить пропігмент в пігмент. При схрещуванні двох рослин зі згаданими генотипами отримаємо дігетерозіготное рослина з генотипом AaBb.
У дігетерозіготних рослин є і пропігмент А, і фермент В, які беруть участь в утворенні пурпурного пігменту. Продукти неалельних генів взаємно доповнюють один одного. Така форма взаємодії генів різних алельних пар носить назву компліментарності - взаємодоповнення.
Приклад іншої форми взаємодії генів - епістазу - розвиток забарвлення плодів у гарбуза. Пофарбованими плоди гарбуза будуть тільки в тому випадку, якщо в генотипі рослин відсутня домінантний ген В з іншого алельних пари. Цей ген пригнічує розвиток забарвлення у плодів гарбуза, а його рецессивная аллель b не заважає забарвленні розвиватися.
У пшениці червоний колір зерен визначається двома генами: А 1. А 2. неалельні гени позначені тут однією буквою А (а), тому що визначають розвиток однієї ознаки. При генотипі А 1 А 1 А 2 А 2 забарвлення зерен найбільш інтенсивна, при генотипі а 1 а 1 а 2 а 2 вони мають білий колір. Залежно від числа домінантних генів в генотипі можна отримати всі переходи між інтенсивно червоної і білої забарвленням.
Таким чином, багато ознак розвиваються при взаємодії декількох пар генів - полімерних, що діють в одному напрямку.
Часто зустрічаються і ситуації, коли один ген визначає розвиток кількох ознак і властивостей організмів. Таке явище отримало назву плейотропії. Так, наприклад, у людини відомий ген, що визначає одночасно розвиток дефекту нігтів і колінної чашечки.
Питання 2. Співвідношення організмів-продуцентів, консументів, редуцентов в екосистемі
Будь-яке природне співтовариство складається із сукупності організмів, які за типом харчування можна розділити на функціональні групи.
Першою функціональною групою біоценозу є автотрофи-виробники (продуценти) органічних речовин, здатні акумулювати сонячну енергію в процесі фотосинтезу і утворювати органічні речовини. Найчастіше в ролі продуцентів виступають зелені рослини.
До другої функціональної групи належать гетеротрофні організми, яким для харчування необхідні вже готові органічні речовини. Розрізняють дві групи гетеротрофів: консументи, або споживачі, і редуценти, тобто руйнівники. До консументами відносяться тварини. Травоїдні тварини вживають рослинну їжу, а м'ясоїдні - тваринну.
До редуцентам відносяться мікроорганізми - бактерії і гриби. Редуценти розкладають виділення тварин, залишки мертвих рослин, тварин і мікроорганізмів, інші органічні речовини. Руйнівники живляться органічними сполуками, що утворюються при розкладанні. У процесі харчування редуценти минерализуют органічні відходи до води, вуглекислого газу та мінеральних елементів. Продукти мінералізації знову використовуються продуцентами.
Графічне зображення співвідношення між продуцентами, консументами і редуцентами в екосистемі називається екологічної пірамідою.
У наземних екосистемах кількісні показники продуцентів вище, ніж консументів; консументов першого порядку більше, ніж консументів другого порядку; консументов другого порядку більше, ніж консументів третього порядку і т. д.
При переході з одного трофічного рівня на інший чисельність особин зменшується, а їх розмір збільшується. У деяких водних екосистемах, що відрізняються виключно високою біологічною прордуктівностью продуцентів, екологічна піраміда може виявитися зверненої, «перевернутотй», т. Е. Кількісні показники консументов можуть бути вище, ніж продуцентів і редуцентов. У деяких глибоководних і підземних екосистемах практично немає ланки продуцентів, їх продукція приходить ззовні, від поверхневих екосистем.
Передача енергії з одного харчового рівня на інший відбувається з дуже малим ККД. З рівня на рівень переходить близько 10% енергії, що пояснює зменшення числа і сумарної маси організмів на кожному наступному рівні і обмеженість кількості ланок у харчовому ланцюзі.
Питання 3. За допомогою досвіду довести, що фермент в клітинах бульби картоплі, що розщеплює перекис водню, має білкову природу. Яка хімічна природа всіх ферментів?
Довести, що фермент в бульбах картоплі, що розщеплює перекис водню, має білкову природу можна, поставивши наступний досвід.
У дві пробірки наллємо по 1 мл перекису водню. В одну пробірку помістимо невеликий шматочок вареного бульби картоплі, а в іншій - сирого.
У пробірці з сирою картоплею спостерігається бурхливе виділення бульбашок газу (кисню), що утворився в результаті розщеплення перекису водню ферментом - пероксидазою, що міститься в живих клітинах картоплі.
У пробірці з вареною картоплею бульбашки газу не виділяються. Реакція розщеплення не йде, так як фермент руйнується при варінні картоплі. Тільки білки під дією високих температур денатурируют, т. Е. Втрачають свою структуру, а, отже, і властивості, значить фермет-пероксидаза має білкову природу.
Всі ферменти є білками за своєю природою, але не всі білки виконують в клітинах ферментівную функцію.
Питання 1. Генетика людини. Методи вивчення спадковості людини, спадкові захворювання, їх профілактика
Людина як генетичний об'єкт складний для вивчення. Ясно, що експериментувати з ним, як з твариною або рослиною, неприпустимо. Зміна одного покоління у людини відбувається за 25 років. Все це ускладнює вивчення спадкових властивостей у людини і їх передачі в поколіннях.
Існують наступні методи вивчення спадковості людини.
1. Гибридологический метод. Можна встановити генотип організму, домінантність або рецесивним досліджуваної ознаки, зчеплення генів з підлогою і ін.
2. Цитологічний метод полягає у вивченні кількості, форми і розмірів хромосом.
3. генеалогічний метод полягає у вивченні успадкування якої-небудь ознаки в ряду поколінь у якомога більшої кількості родичів.
4. Близнюковий метод заснований на вивченні однояйцевих близнят з однаковим генотипом. Всі відмінності між близнюками обумовлені виключно впливом зовнішнього середовища. Цей метод дозволяє оцінити роль зовнішнього середовища в реалізації дії генів.
Вивчення генетики людини, незважаючи на всю складність, важливо не тільки з точки зору науки.
Велика роль генетики людини в рішенні проблем спадкових хвороб. Людиною успадковуються багато хвороб, такі, як несвертиваемость крові, дальтонізм, ряд психічних захворювань.
ДНК - носій генетичної інформації - піддається змінам. Ці зміни можуть відбуватися в соматичних клітинах. Тоді виникає захворювання, яке не передається нащадкам. Прикладом служить злоякісний ріст клітин. Коли поразка зачіпає ДНК в зародкових клітинах людини, можуть з'являтися діти з вродженими дефектами. Спадкові дефекти виникають з трьох причин.
Перша - генні мутації, при яких азотистих основ в гені замінюється на інше, втрачається, змінює місце і так далі. Прикладом може служити хвороба, що одержала назву серповидно-клітинної анемії. Гемоглобін втрачає здатність до транспорту кисню, і діти при народженні гинуть від злоякісної анемії.
Друге джерело мутацій - порушення числа хромосом. Втрата будь-який з 46 хромосом або додавання зайвої веде до важких розладів розвитку. Приклад - діти з синдромом Дауна. Причина хвороби полягає в появі зайвої хромосоми в 21-й парі.
Третє джерело спадкових відхилень - це різноманітне порушення структури хромосом в зародкових клітинах батьків. Через втрату ділянки п'ятої хромосоми
народжуються діти з синдромом хвороби, званої «котячий крик». У них уражена нервова система, порушена анатомія гортані.
Середовище, що оточує людей, поступово накопичує мутагенні агенти, здатні проникати в зародкові клітини людей і вражати в них молекули ДНК. До них відносяться мутагени: двоокис сірки, окис азоту, азотистая кислота, ароматичні вуглеводні, нітрити, пероксиди, озон, пестициди, формальдегіди і багато інших з'єднань.
Перед генетикою і медициною постало завдання величезного значення. Наука повинна розібратися в причинах явища, і, якщо воно реально і загрожує людству, треба знайти способи захисту.
Для виявлення і оцінки рівня частоти мутацій використовуються чутливі до мутагенів тест-системи, сконструйовані на лініях бактерій, по домінантним леталей у мишей (мутації, що вбивають ембріони мишей на різних стадіях розвитку).
Питання 2. Саморегуляція в біогеоценозі. Різноманіття видів, їх пристосованість до спільної проживання
У природі види рослин і тварин утворюють певні, порівняно постійні комплекси - природні спільноти. Такі комплекси взаємопов'язаних популяцій різних видів, що мешкають на певній території з більш-менш однорідними умовами існування, утворюють біогеоценоз.
Біогеоценоз нерозривно пов'язаний з чинниками неживої природи (грунтом, вологістю, температурою і ін.), Утворюючи разом з ними стійку систему, між компонентами якої протікає круговорот речовин. Саморегуляція проявляється в тому, що чисельність особин кожного виду підтримується на певному, відносно сталому рівні. В біогеоценозах в результаті життєдіяльності організмів безперервно здійснюється потік атомів з неживої природи в живу і назад, замикаючись в круговорот. Джерелом енергії служить Сонце.
Кругообіг речовин в біогеоценозі - необхідна умова існування життя. Він виник в процесі становлення життя і ускладнювався в ході еволюції живої природи. З іншого боку, щоб в біогеоценозі був можливий круговорот речовин, необхідна наявність в екосистемі організмів, що створюють органічні речовини з неорганічних і перетворюють енергію випромінювання Сонця, а також організмів, які використовують ці органічні речовини і знову перетворюють їх на неорганічні сполуки.
Основу переважної більшості біогеоценозів складають зелені рослини - виробники органічної речовини (продуценти). В біогеоценозах обов'язково присутні рослиноїдні і м'ясоїдні тварини - споживачі живої органічної речовини (консументи) і, нарешті, руйнівники органічних залишків - переважно мікроорганізми, які доводять розпад органічних речовин до простих мінеральних сполук (редуценти). В біогеоценозах кожна з цих трьох основних груп утворена багатьма видами.
Процес саморегуляції проявляється в тому, що все населення існує спільно, не знищуючи повністю один одного, а лише обмежуючи чисельність особин кожного виду певним рівнем. Наприклад в діброві листям дуба харчується кілька сотень видів комах, але в нормальних умовах кожен вид представлений настільки малою кількістю особин, що їх загальна діяльність не завдає істотної шкоди дереву і лісі. Тим часом, всі комахи мають великий плодючістю. Багато видів здатні давати 2-3 покоління за літо. Отже, за відсутності обмежуючих факторів чисельність будь-якого виду комах зросла б дуже швидко і призвела б до руйнування екологічної системи.
Спостереження показують, що деяка частина потомства гине під впливом різних несприятливих умов погоди. Але основну масу знищують інші члени біогеоценозу: хижі і паразитичні комахи, птахи, хвороботворні мікроорганізми.
Тварини залишки дуже швидко знищуються жуками-мертвоїди, кожеедов, личинками падальних мух і іншими комахами, а також гнильними бактеріями. Найважче розкладається клітковина і інші міцні речовини, що становлять значну частину рослинного опади. Але і вони служать їжею для ряду організмів, наприклад, грибків і бактерій, що мають спеціальні ферменти, які розщеплюють клітковину та інші речовини до легкозасвоюваних цукрів.
Питання 3. Розглянути в акваріумі риб, знайти різні види і пояснити, чому особини різних видів не схрещуються між собою
Найчастіше в акваріумах зустрічаються найбільш невибагливі види риб: живородні - гуппі, мечоносці, пеціліі; лабірінтовие - тріхогастри, макроподія, бійцівські рибки; коропові - даніо, барбуси; цихловие - скалярів, ціхлазоми, а також донні види риб - Локарєв і ін.
Незважаючи на обмеженість життєвого простору, особини різних видів риб не схрещуються між собою через дії різних механізмів біологічної, або репродуктивної, ізоляції.
По-перше, екологічні механізми, пов'язані зі зниженням імовірності зустрічі партнерів в період розмноження через відмінності в способі життя і терміни спарювання, які багато в чому залежать від температури навколишнього водного середовища.
По-друге, етологічні (поведінкові) механізми. Статевий диморфізм самок і самців риб різних видів найбільш проявляється в шлюбний період. Кожному виду риб характерна своя забарвлення, форма плавників і інші орієнтири, за якими партнери шукають особин свого виду.
Крім того, різним видам риб властиве своє інстинктивне поведінку в період нересту, «ритуал залицяння» за самкою, особливо у живонароджених видів.
По-третє, морфофизиологические механізми, пов'язані з відмінностями в будові статевого апарату і процесів розмноження.
По-четверте, генетичні механізми, обумовлені різним хромосомним набором. При схрещуванні форм з різними хромосомними наборами з'являються гібриди або стерильні (безплідні), або зі зниженою життєздатністю.