Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 1
ТЕМА: Розв’язування елементарних вправ та типових задач з молекулярної біології
МЕТА: Закріпити знання про нуклеїнові кислоти, їх роль у передачі спадкової інформації. Формувати практичні вміння і навички розв’язування вправ та типових задач з молекулярної біології.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА:
Одним із найважливіших розділів біології є молекулярна біологія. Вона вивчає закономірності спадковості організмів на молекулярному рівні. Вивчення цих закономірностей дає можливість зрозуміти, яким чином реалізується взаємодія в системі «ген – фермент – ознака».
Результати досліджень з молекулярної генетики свідчать про те, що ген – це ділянка молекули ДНК або РНК, яка кодує і передає генетичну інформацію. Ген визначає лише первинну структуру білка. Від специфіки первинної структури залежить конформація білка (вторинна, третинна, четвертинна структури). Білки-ферменти, каталізуючи певні реакції, забезпечують вияв ознаки.
Згідно з тривимірною моделлю структури ДНК Уотсона – Кріка, молекула ДНК складається з двох полінуклеотидних ланцюгів, які утворюють спіраль відносно однієї і тієї ж осі. Полінуклеотидні ланцюги – це полімерні молекули, мономерами яких є нуклеотиди. Кожен нуклеотид складається із трьох частин: нітрогеновмісної основи, моносахариди пентози і залишку ортофосфатної кислоти. Якщо до складу нуклеотиду входить рибоза, то це РНК, якщо дезоксирибоза – це ДНК. Нітрогеновмісні основи у НК бувають двох типів: пуринові – аденін (А) і гуанін (Г) та піримідинові – цитозин (Ц), тимін (Т), урацил (У). ДНК містить А, Т, Г, Ц, а РНК – А, Г, Ц, У. Напрям ланцюгів взаємно протилежний. У полінуклеотидному ланцюзі нуклеотиди сполучені між собою фосфодіестерними зв’язками: ортофосфат-йон – пентоза.
Важлива ознака ДНК – здатність до самовідтворення, в основі якого лежить комплементарність. Комплементарність – відповідність основ у протилежних ланцюгах ДНК. Наприклад, якщо в першому ланцюзі на певному місці стоїть нуклеотид А, то в другому, тобто протилежному, на тому ж місці нуклеотид Т, і навпаки. За такої умови між основами утворюються два водневі зв’язки. Аналогічно нуклеотид Г комплементарний нуклеотиду Ц, і між ними утворюється три водневі зв’язки.
Американський біохімік Е.Чаргафф (родом із Чернівців) у 1950 році встановив, що в молекулі ДНК кількість аденіну рівна кількості тиміну, а кількість гуаніну – кількості цитозину. Ця відповідність отримала назву правило Чаргаффа:
А = Т і Г = Ц, тобто А + Г = Ц + Т, а (А+Т)+(Г+Ц)=100%.
Розрізняють три типи РНК: інформаційна або матрична, рибосомальна і транспортна.
і-РНК – копія (транскрипт) відповідної ділянки ДНК. Вона служить матрицею для синтезу білкової молекули. Кожні три послідовні основи нуклеотидів і-РНК називають кодоном (триплетом). Він кодує одну амінокислоту. Кодон і-РНК комплементарний кодогену (кодону) ДНК.
т-РНК транспортує «свою» АМК до зростаючого ланцюга поліпептиду і розпізнає відповідний кодон в і-РНК. Оскільки для кожної АМК існує відповідна т-РНК, то розпізнавання кодонів і-РНК відбувається за допомогою антикодонів т-РНК.
Антикодон – це три послідовних основи на антикодоновій петлі т-РНК, які комплементарні основам кодона і-РНК. Наприклад,
і-РНК: - У – А – Ц – Г -
т-РНК: - А – У – Г – Ц -
р-РНК утворюють каркас, до якого приєднуються молекули білків рибосом. Вона специфічно повязується з комплементарними ділянками і-РНК та т-РНК і бере участь в процесі зчитування інформації.
Послідовність розміщення нуклеотидів у ДНК та РНК визначає послідовність включення АМК у поліпептидний ланцюг. Ця відповідність лінійної будови обох хімічних систем (ДНК та і-РНК) називається генетичним кодом.
Генетичний код має такі характеристики:
а) триплетність – одну АМК кодують три нуклеотиди, розміщені поруч;
б) виродженість – кожну АМК крім триптофану та метіоніну кодує більше, ніж один триплет;
в) коленіарність – послідовність триплетів нуклеотидів точно відповідає послідовності залишків АМК у поліпептиді;
г) неперехресність – два розміщені поруч триплети кодують дві АМК;
д) універсальність – код єдиний для всіх клітинних і неклітинних форм життя.
Триплет АУГ в і-РНК є стартовим кодоном, а триплети УАГ, УАА та УГА – кодонами-термінаторами, які означають кінець синтезу поліпептидного ланцюга.
Догма молекулярної біології стверджує, що існує прямий та зворотній зв'язок:
ДНК ↔ і-РНК ↔ білок
Загалом схема послідовної передачі інформації з ДНК на білок наступна (наприклад):
ДНК, І ланцюг (некодуючий): - ТТТ – ТГЦ – ТАЦ – ЦЦЦ – АЦЦ -
| | | | | | | | | | | | | | |
ДНК, ІІ ланцюг (кодуючий): - ААА – АГЦ – АТГ – ГГГ – ТГЦ -
і-РНК: - УУУ – УЦГ – УАЦ – ЦЦЦ – АЦЦ -
Білок: - фен – сер – тир – прол – трип –
Щоб визначити АМК, кодовану тим чи іншим триплетом і-РНК, слід скористатися таблицею «Генетичний код». Перша основа триплета обирається в першому стовпчику, друга – в горизонтальному ряду, третя – в останньому стовпчику. На перетині ліній знаходимо шукану АМК.
Якщо кислота кодується більше, ніж одним триплетом, то код вироджений. Це потрібно для «підстраховки» генетичної інформації: якщо не буде зчитано один триплет, можливо, зчитається інший з тих, що кодують дану АМК.
При виконанні зворотніх вправ (дано перелік АМК у поліпептидному ланцюзі, а потрібно визначити послідовність нуклеотидів у і-РНК чи ДНК), обирають той кодон, який розмішений найвище (вказаний першим). Так, для лейцину можна обрати або УУА, УУГ, або ЦУУ, ЦУЦ, ЦУА чи ЦУГ. Перевагу слід надати першому триплету УУА.
Для розв’язання задач з молекулярної біології треба пам’ятати наступні факти:
1) Правило Чаргаффа: А = Т, Г = Ц, А + Г = Т + Ц, А + Т + Ц + Г = 100%.
2) Розміщення нуклеотидів в одному ланцюзі ДНК і між нуклеотидами двох ланцюгів таке, що місця з’єднання пари нуклеотидів знаходяться одне від одного на відстані 0,34 нм.
3) На один виток спіралі припадає 10 пар нуклеотидів, а крок спіралі становить 3,4 нм.
4) Діаметр подвійної спіралі рівний приблизно 20 нм.
5) Відносна молекулярна маса одного нуклеотида рівна 345, а маса амінокислоти в середньому складає 100.
Для прикладу наведемо розв’язання типової задачі.
Відносну молекулярну масу низькомолекулярних білків обчислимо за даними амінокислотного складу. У цьому разі вибирають ту амінокислоту, вміст якої в білку мінімальний. За даними елементарного та амінокислотного складу спочатку обчислюють мінімальну відносну молекулярну масу за формулою:
Мr = Ar· 100/W,
де Мr – мінімальна відносна молекулярна маса білка,
Ar – відносна атомна або молекулярна маса компонентів,
W – масова частка компонента у %.
У будові молекули білка може бути один або кілька атомів металічного елемента. Ним може бути атом Феруму, Цинку, Купруму тощо. Знаючи кількість атомів металічного елемента або амінокислотних залишків у молекулі, можна обчислити дійсну відносну молекулярну масу даного білка, помноживши мінімальну відносну молекулярну масу білка на кількість компонентів (АМК).
Задача 1.
Гемоглобін містить 0,34% Феруму. Обчисліть відносну молекулярну масу гемоглобіну.
Розв’язання:
Ar(Fe) = 56.
Складаю пропорцію: 0,34% - 56,
100% - х,
Звідси х = 56·100/0,34, х = 16471.
Відповідь: Мінімальна відносна молекулярна маса гемоглобіну становить 16471.
Задача 2.
Білок складається з 124 залишків АМК. Порівняйте відносні молекулярні маси білка та гена, що його кодує.
Розв’язання:
Мr(АМК) = 100, Мr(нуклеотида) = 345
Мr(білка) - ?
Мr(гена) - ?
Встановимо відносну молекулярну масу білка: 124 · 100 = 12400 (оскільки всього залишків АМК 124, а молекулярна маса одного в середньому 100).
Встановимо кількість пар нуклеотидів у складі гена, що кодує цей білок, виходячи з того, що кожен залишок АМК закодований трьома нуклеотидами (триплетом): 124 · 3 = 372.
Оскільки кожен нуклеотид в одному ланцюзі ДНК має комплементарний собі нуклеотид в складі другого ланцюга, то здобуте число слід подвоїти: 372 · 2 = 744.
Визначаємо відносну молекулярну масу гена: 744 · 345 = 256 680.
Визначимо, у скільки разів ген важчий за білок: 256 680 : 12400 = 20,7.
Відповідь: відносна молекулярна маса білка у 20,7 рази більша, ніж відносна молекулярна маса гена, що кодує даний білок.
Задача 3.
Гормон росту людини (соматотропін) – білок, що містить 191 залишок АМК. Скільки кодуючи нуклеотидів і триплетів входить до складу гена соматотропну?
Розв’язання:
Одну АМК кодує один триплет, отож у складі гена 191 триплет нуклеотидів.
Один ланцюг складається з 191 · 3 = 573 нуклеотиди.
Обидва ланцюги (кодуючий і комплементарний) містять вдвічі більше нуклеотидів: 573 · 2 = 1146.
Відповідь: до складу гена соматотропну входить 191 триплет нуклеотидів, що містить 1146 нуклеотидів у двох ланцюгах.
Задача 4.
Фрагмент молекули ДНК містить 560 тимідилових нуклеотидів, що становить 28% загальної кількості. Визначте:
а) скільки в даному фрагменті аденілових, гуанілових і цитидилових нуклеотидів;
б) розмір даного фрагмента
Розв’язання:
а) Кількість аденілових нуклеотидів дорівнює кількості тимідилових (А – Т), тобто 560. Загальна кількість А і Т – 1120, що становить 56%.
Позначимо кількість Г + Ц через x і складемо пропорцію:
1120 – 56%;
x – 44%.
Звідси кількість Г – 440, Ц – 440.
б) В даному фрагменті 2 000 нуклеотидів, тобто 1 000 пар. Довжина фрагмента ДНК:
1 000 × 0,34нм = 340нм.
Відповідь: А = 560, Т = 560, Г -440, Ц = 440; довжина фрагмента 340 нм.
Задача 5.
У молекулі ДНК з відносною масою 69 000 на частку аденілових нуклеотидів припадає 8625. Визначте кількість нуклеотидів кожного виду, якщо молекулярна маса одного нуклеотида 345.
Розв’язання:
Загальна кількість нуклеотидів 69 000 : 345 = 200. Кількість аденілових нуклеотидів складає 8625 : 345 = 25, а оскільки А = Т, то тимідилових нуклеотидів також 25.
Гуанілових і цитидилових нуклеотидів 200 – 50 = 150, а оскільки Г = Ц, то кожного виду окремо – по 75.
Відповідь: А = 25, Т = 25, Г = 75, Ц = 75.
Задача 6.
До складу білка входять 400 амінокислот. Визначте, яку довжину має ген, що його кодує.
Розв’язання:
Відповідна ділянка одного ланцюга ДНК складається з 400×3=1200 нуклеотидів, а ген – із 1200 пар нуклеотидів. Довжина одної пари нуклеотидів 0,34 нм, звідси довжина даного гена 1200 · 0,34=408 нм.
Відповідь: довжина гена 408 нм.
Задача 7.
У фрагменті ДНК знайдено 1120 аденінових нуклеотидів, що становить 28% від загальної кількості. Встановіть відсотковий вміст інших нуклеотидів та відносну молекулярну масу і довжину цього фрагмента ДНК.
Розв’язання:
За правилом Чаргаффа і принципом компліментарності встановимо, що Т = А = 1120 нуклеотидів = 28%.. Тому Г = Ц = (100% – (А + Т)) : 2 = 22%.
Щоб встановити кількість нуклеотидів Г і Ц у даному фрагменті ДНК, складемо пропорцію: 1120 нуклеотидів – 28%
х нуклеотидів – 22%,
звідки х = Г = Ц = 1120 · 22 / 28 = 880 нуклеотидів.
Щоб визначити довжину фрагмента ДНК, (1120 + 880) · 0,34 нм = 680 нм.
Для того, щоб встановити молекулярну масу обох ланцюгів ДНК, суму всіх нуклеотидів треба помножити на відносну молекулярну масу одного нуклеотида: (1120 · 2 + 880 · 2) ·345 = 1 380 000.
Відповідь: А = Т = 1120, Г = Ц = 880, l = 680 нм, m = 1 380 000.
Задача 8.
Визначте відносну молекулярну масу гена (дволанцюгової ДНК), якщо в одному його ланцюзі закодовано білок з відносною молекулярною масою 3000.
Розв’язання:
У даному білку міститься кількість залишків АМК, яку можна встановити, якщо поділити Мr(білка) на Мr(АМК):
3 000 : 100 = 30.
Встановимо кількість нуклеотидів у двох ланцюгах ДНК, що кодують даний білок:
30 · 3 · 2 = 180 (нуклеотидів).
Визначимо відносну молекулярну масу гена:
180 · 345 = 62 100.
Відповідь: відносна молекулярна маса гена, що кодує цей білок, складає 62 100.
ВПРАВИ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ВИКОНАННЯ:
1. Фрагмент першого ланцюга ДНК має таку послідовність нуклеотидів: ТАЦ-АГА-ТГГ-АГТ-ЦГЦ. Визначте послідовність мономерів білка, закодованих фрагментом другого ланцюга ДНК.
2. Некодуючий ланцюг ДНК має будову ГАГ-АГГ-ЦГТ-АГА-ЦГГ. Визначте будову відповідного фрагмента молекули білка, синтезованої за участі кодуючого ланцюга ДНК.
3. Перший ланцюг фрагмента гена має таку структуру: ТАТ-ТЦТ-ТТТ-ТГТ-ГГА. Вкажіть структуру відповідного фрагмента білка, синтезованого за участю другого ланцюга ДНК.
4. Фрагмент ДНК складається з нуклеотидів, розміщених в такій послідовності: ГЦГ-ААТ-АТГ-ЦАЦ-ТТА. Встановіть послідовність залишків АМК у молекулі білка, синтезованій за другим ланцюгом ДНК.
5. Некодуючий ланцюг фрагмента гена має таку послідовність нуклеотидів: ЦАА-ЦГЦ-ЦТГ-ЦГТ-ТГА. Встановіть послідовність залишків АМК у фрагменті молекули білка, закодованої кодуючим ланцюгом цього гена.
6. Фрагмент молекули білка нормального гемоглобіну крові складається з таких амінокислот: вал – лей – лей – тре – про – глн – ліз. Встановіть послідовність нуклеотидів у кодуючому ланцюзі ДНК, який кодує цей білок, та у некодуючому ланцюзі ДНК, комплементарному першому.
7. Поліпептид складається з такої послідовності АМК: глн – про – ала – сер – мет – три – асн. Встановіть послідовність нуклеотидів у кодуючому ланцюзі ДНК, який кодує цей поліпептид, та у некодуючому ланцюзі ДНК, комплементарному першому.
8. Фрагмент одного з поліпептидних ланцюгів ферменту підшлункової залози складається з такої послідовності АМК: глі – асп – про – тир – вал – про – гіс. Встановіть послідовність нуклеотидів у кодуючому ланцюзі ДНК, який кодує цей фрагмент поліпептиду, та у некодуючому ланцюзі ДНК, комплементарному першому.
9. Фрагмент молекули міоглобіну складається з таких залишків АМК: ала – глу – тир – сер – глн – вал – асн. Встановіть послідовність нуклеотидів у кодуючому ланцюзі ДНК, який кодує цей білок, та у некодуючому ланцюзі ДНК, комплементарному першому.
10. Поліпептидний ланцюг має таку послідовність залишків АМК: арг – лей – три – арг – глу – лей – сер. Встановіть послідовність нуклеотидів у кодуючому ланцюзі ДНК, який кодує цей фрагмент поліпептиду, та у некодуючому ланцюзі ДНК, комплементарному першому.
11. Фрагмент ДНК складається з таких нуклеотидів: ГЦГ-ААТ-АТГ-ЦАЦ-ТТА-АЦТ-ГЦГ. Визначте склад і послідовність залишків АМК у поліпептидному ланцюзі білка, закодованому в цьому фрагменті гена, якщо фрагмент ДНК втратить сьомий нуклеотид А.
12. Фрагмент ДНК складається з таких нуклеотидів: ГЦГ-ААТ-АТГ-ЦАЦ-ТТА-АЦТ-ГЦГ. Визначте склад і послідовність залишків АМК у поліпептидному ланцюзі білка, закодованому в цьому фрагменті гена, якщо фрагмент ДНК подвоїть сьомий нуклеотид А.
13. Фрагмент ДНК складається з таких нуклеотидів: ГЦГ-ААТ-АТГ-ЦАЦ-ТТА-АЦТ-ГЦГ. Визначте склад і послідовність залишків АМК у поліпептидному ланцюзі білка, закодованому в цьому фрагменті гена, якщо між сьомим та восьмим нуклеотидом стане нуклеотид Г.
14. Ділянка гена має наступний склад нуклеотидів: ТГГ-ТЦГ-ЦАГ-ГАГ-ГГГ-ТТТ-ААА. Визначте послідовність залишків АМК у фрагменті молекули білка, закодованому цією ділянкою гена, якщо іонізуючим випромінюванням видалити 10, 11 та 12 нуклеотиди.
15. Ділянка гена має наступний склад нуклеотидів: ТГГ-ТЦГ-ЦАГ-ГАГ-ГГГ-ТТТ-ААА. Визначте послідовність залишків АМК у фрагменті молекули білка, закодованому цією ділянкою гена, якщо подвоїти десятий нуклеотид Г.
16. Четвертий пептид в нормальному гемоглобіні А складається з амінокислот: валін – гістидин – лейцин – треонін – пролін – глутамінова кислота – глутамінова кислота – лізин. У хворого з синдромом спленомегалії діагностували помірну анемію і виявили такий склад четвертого пептиду: валін – гістидин – лейцин – треонін – проллін – лізин глутамінова кислота – лізин. Визначте зміни, що відбулися в ДНК, що кодує четвертий пептид гемоглобіну, після мутації.
17. У хворого на синдром Фанконі (порушення утворення кісткової тканини) із сечею виділяються амінокислоти, яким відповідають наступні триплети і-РНК: АУА, ГУЦ, АУГ, УЦА, УУГ, УАУ, ГУУ, АУУ. Визначте, які АМК виділяються з сечею у хворого.
18. У здорової людини в сечі виявляють: ала, сер, глу, глі. Запишіть триплети, які кодують АМК, що виділяються з сечею здорової людини.
19. У хворого на цистинурію (підвищений вміст АМК у сечі) із сечею виділяються АМК, яким відповідають триплети і-РНК: ЦУУ, ГУУ, ЦУГ, ГУГ, УЦГ, ГУЦ, АУА. Виділення яких триплетів відбувається з сечею у хворих на цистинурію.
20. Які АМК будуть брати участь в синтезі білка, якщо в систему для штучного синтезу білка внесли т-РНК з такими антикодонами:
а) ГЦУ, УУА, АЦА, ЦУА;
б) АЦЦ, УУА, ГЦА, АЦГ;
в) УГУ, ААГ, АГЦ, ГАГ?
21. Довжина фрагмента ДНК 680 нм. Визначте кількість азотистих основ у даному фрагменті.
22. ДНК сперматозоїда людини містить 109 пар азотистих основ. Визначте довжину ДНК.
23. До складу білка входить 800 залишків амінокислот. Визначте довжину гена, що кодує цей білок.
24. Білок вазопресин (гормон гіпофізу, що підвищує кров’яний тиск) складається з 9 залишків АМК. Визначити кількість нуклеотидів і триплетів у ДНК і довжину гену, що кодує цей білок.
25. Визначте довжину гена, що кодує білок нормального гемоглобіну, який у своєму складі містить 237 залишків АМК.
26. Один із ланцюгів ДНК має відносну молекулярну масу 68 310. Визначте кількість залишків АМК у білку, закодованому цим ланцюгом.
27. Визначте відносну молекулярну масу й довжину гена, який кодує білок з відносною молекулярною масою 280 000.
28. Відносна молекулярна маса одного з ланцюгів ДНК становить 119 025. Визначте кількість залишків АМК у складі білка, закодованого цим ланцюгом ДНК.
29. Дано білок, що складається із 150 амінокислотних залишків. Скільки нуклеотидів містить ген, що кодує цей білок? Визначте масу білка та гена, що його кодує.
30. Довжина фрагмента ДНК становить 1530 нм. Скільки в ньому закодовано білкових молекул, які складаються в середньому із 300 амінокислотних залишків?
31. Скільки амінокислотних залишків (у середньому) містить білкова молекула, якщо в фрагменті ДНК розміром 10 200 нм закодовано 20 білкових молекул?
32. До складу білка входить 240 залишків АМК. Яка довжина і відносна молекулярна маса гена, що кодує цей білок?
33. Відносна молекулярна маса білка 9000. Визначте довжину і відносну молекулярну масу гена, що кодує цей білок.
34. Довжина фрагмену ДНК – 4080 нм. Яку кількість залишків АМК кодує даний фрагмент і яка молекулярна маса білка та гена?
35. Один з ланцюгів ДНК має відносну молекулярну масу 72450. Визначте кількість залишків АМК у білку, кодованому даним ланцюгом, та відносну молекулярну масу цього білка.
ХІД РОБОТИ:
ВАРІАНТ __________
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 2
ТЕМА: Порівняння мітозу та мейозу
МЕТА: Узагальнити та закріпити знання про мітоз та мейоз. Порівняти біологічне значення мітозу та мейозу, стадії мітозу та мейозу, їх особливості, виділити спільне та відмінне.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА:
Мейоз – це один із поділів клітини, при якому відбувається редукція (зменшення) кількості хромосом вдвічі і перехід клітин з диплоїдного 2n стану у гаплоїдний 1n.
У тварин мейоз відкрив німецький гістолог В.Флеммінг у 1882 році, а у рослин вперше описав польський ботанік Е.Страсбургер у 1888 році.
За допомогою мейозу утворюються статеві клітини: у тварин – гамети, а у рослин – спори. Внаслідок редукційного поділу у кожну гамети чи спору потрапляє по одній хромосомі із кожної пари гомологічних хромосом. В процесі запліднення гамети зливаються і диплоїдний набір хромосом відновлюється. Саме завдяки мейозу організми з покоління в покоління мають саме диплоїдний набір хромосом. Внаслідок складних процесів кросинговеру у профазі І та тому, що кожна особина має половину генетичного матеріалу від матері, а половину – від батька, організми мутують і пристосовуються до змінних умов середовища. Біологічне значення мейозу – забезпечення постійності каріотипу в ряді поколінь організмів одного виду. Саме тому у мейозі на одне подвоєння ДНК припадає два поділи клітини, що забезпечує редукцію хромосом.
Фази мейозу.
Перший поділ мейозу відбувається після інтерфази, під час якої в синтетичному періоді відбувається подвоєння хромосом. Тому в перший поділ мейозу хромосоми вступають двохроматидними, а набір хромосом – диплоїдний.
Оскільки під час першого поділу відбувається зменшення кількості хромосом вдвічі, то перший поділ називають редукційним. Перший поділ складається з чотирьох фаз, практично ідентичних мітозу, але профаза значно складніша. В профазі І крім звичних для мітозу процесів відбувається кон’югація хромосом – їх тісне зближення, а під час кон’югації кросинговер – перехрещення гомологічних хромосом, під час якого між хромосомами відбувається обмін деякими ділянками хроматид. По завершенні кросинговеру хромосоми розходяться видозміненими, що є матеріалом для мутацій і в кінцевому результаті – для пристосування особин до змінних умов довкілля.
Таким чином, у профазі І відбуваються процеси:
Метафаза І . Процеси:
Анафаза І. Процеси:
Телофаза І. Процеси:
Таким чином, перший поділ мейозу закінчується утворенням двох дочірніх клітин або лише ядер з диплоїдним набором однохроматидних хромосом.
Інтерфаза між першим і другим поділом мейозу може бути дуже вкороченою, без подвоєння ДНК, тобто хромосоми після неї залишаються однохроматидними, або навіть повністю відсутньою (це спостерігається у багатьох рослинних видів).
Профаза ІІ загалом нетривала. Процеси:
Кон’югація і кросинговер при цьому не відбувається.
Метафаза ІІ. Процеси:
Анафаза ІІ. Процеси:
Телофаза ІІ. Процеси:
Таким чином, внаслідок другого поділу мейозу з двох дочірніх клітин першого поділу утворюється чотири дочірніх клітини з гаплоїдним набором однохроматидних хромосом. В наступній інтерфазі ДНК подвоїться і хромосоми стануть двохроматидними.
Отже, біологічне значення мейозу полягає в підтриманні постійної кількості хромосом за наявності статевого процесу. Крім того, внаслідок кросинговеру відбувається рекомбінація – поява нових поєднань генів у хромосомах. Мейоз забезпечує матеріал для комбінативної мінливості – процесів, які забезпечують пристосування видів до змінних умов довкілля.
Хід мейозу перебуває під контролем генотипу організму, на нього впливають статеві гормони у тварин і фітогормони у тварин.
Мітоз та мейоз різняться своїм біологічним значенням.
Мітоз – це спосіб передачі незмінної спадкової інформації від материнської клітини дочірнім.
Мейоз – редукційний поділ, внаслідок якого дочірні клітини отримують гаплоїдний набір однохроматидних хромосом. Крім того, кросинговер профази І забезпечує рекомбінацію генів, що може стати матеріалом для мінливості дочірніх клітин в порівнянні з материнською.
У мітозі на одне подвоєння ДНК (у синтетичному періоді інтерфази) припадає один поділ клітини. Це поділ, що забезпечує незмінність, стабільність організмів. У мейозі на одне подвоєння ДНК припадає два поділи клітини, що призводить до утворення чотирьох дочірніх клітин з гаплоїдним набором хромосом.
У мейозі значно триваліша профаза І, під час якої відбувається кон’югація та кросинговер, а для мітозу вони не характерні.
ХІД РОБОТИ:
1. Розгляньте схему мейозу. Вкажіть процеси, що відбуваються під час кожної з фаз мейозу.
|
Назви фаз |
Процеси: |
|
Профаза І |
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
|
|
6 |
|
|
7 |
СХЕМА МЕЙОЗУ:
|
Назви фаз |
Процеси: |
|
Метафаза І |
1 |
|
2 |
|
|
Анафаза І |
1 |
|
2 |
|
|
Телофаза І |
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
Інтерфаза |
|
|
Профаза ІІ |
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
Метафаза ІІ |
1 |
|
2 |
|
|
Анафаза ІІ |
|
|
Телофаза ІІ |
1 |
|
2 |
|
|
3 |
|
|
4 |
|
|
5 |
2. Заповніть таблицю порівняння мітозу та мейозу:
|
мітоз |
мейоз |
|
Спільне: 1) Мають ___________________________________________________ (однакові, різні) фази поділу. 2) Перед початком процесу відбувається __________________________ та ______________________________________________ хромосом. |
|
|
Відмінне: |
|
|
1) _______________(один, два ) поділ(и). 2) У метафазі (метафазі І) по екватору шикуються ______________________________________________ (однохроматидні, двохроматидні, пари гомологічних ) хромосом(и). 3) Кон'югація хромосом _________ _________________________________(притаманна, непритаманна). 4) Кросинговер____________________ (можливий, неможливий). 5) Між мітозами __________________ (відбувається, не відбувається) самоподвоєння ДНК. 6) Утворюється _________________ (1, 2, 3, 4) дочірні клітини з ________ ______________________(гаплоїдним, диплоїдним) набором хромосом. |
1) ___________________(один, два) поділ(и). 2) У метафазі по екватору шикуються ___________________________________________ (однохроматидні, двохроматидні, пари гомологічних ) хромосом(и). 3) Кон'югація хромосом _________ _______________________________(притаманна, непритаманна). 4) Кросинговер _________________ (можливий, неможливий). 5) Між двома послідовними поділами ______________________ (відбувається, не відбувається) самоподвоєння ДНК. 6) Утворюється _______________ (1, 2, 3, 4) дочірні клітини з _______ ________ (гаплоїдним, диплоїдним) набором хромосом. |
ВИСНОВОК: У висновку зазначте різницю між мітозом і мейозом та їх біологічною роллю.
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 3
ТЕМА: Розв’язування типових задач з генетики. Моногібридне схрещування
МЕТА: Закріпити знання студентів про моногібридне схрещування, перший та другий закони Менделя, правило чистоти гамет. Дати уявлення про основні символи генетики та правила розв’язання найпростіших генетичних задач. Формувати практичні вміння і навички розв’язування задач з генетики.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА:
Генетика – наука про закономірності спадковості та мінливості.
Ген – це ділянка молекули нуклеїнової кислоти, яка визначає спадкові ознаки організмів.
Алельні гени – це гени, що перебувають в різних станах, але займають одне і те ж місце (локус) в хромосомах однієї пари та визначають різні стани певної ознаки (блакитні і карі очі, високий і низький зріст).
Фенотип – це сукупність ознак і властивостей організму.
Генотип – це сукупність генетичної інформації, закодованої в генах клітини або організму.
Спадковість – це властивість живих організмів передавати свої ознаки й особливості онтогенезу потомкам, забезпечуючи спадковість поколінь організмів.
Мінливість – здатність живих організмів передавати свої ознаки і особливості онтогенезу потомкам, забезпечуючи спадковість поколінь організмів.
Генетичні символи:
Р – батьківські форми
– - особина жіночої статі.
– особина чоловічої статі.
F1, F2 … – гібриди (нащадки) першого покоління.
– схрещування.
А, В, С ... – домінантна ознака.
a, b, c ... – рецесивна ознака.
G – гамета.
Моногібридне схрещування – це схрещування форм, за якого простежується успадкування за однією парою алелей. При цьому форми відрізняються однією протилежною ознакою.
Г.Мендель проводив досліди з горохом, вибравши добре видимі відмінні ознаки, що не залежать від середовища та є альтернативними. Простежуючи успадкування цих ознак у потомства, для подальшого схрещування він використовував рослини, у яких в наступних поколіннях не було розщеплення (так звані чисті лінії). Для обробки результатів він використав методи математичного аналізу.
|
Дано: А – ген, що детермінує червоне забарвлення квіток гороху, а – ген, що детермінує біле забарвлення квіток гороху, АА – червоні квітки гороху, Аа – червоні квітки гороху, аа – білі квітки гороху. |
Р ♀ АА х ♂ аа гамети А а (перший тип (другий тип гамет) гамет) F1 Аа – 100% червоні квіти гороху |
Якщо материнська рослина має червоні квіти, а батьківська – білі, то квіти всіх гібридних рослин виявляться червоними. Значить, у гібрида F1 з пари батьківських альтернативних ознак розвивається лише одна.
Явище переважання у гібридів першого покоління ознак лише одного з батьків Г.Мендель назвав домінуванням.
Ознака, яка виявляється у гібрида і гальмує розвиток іншої альтернативної ознаки, була названа домінантною. Ознака, що не виявила себе, була названа рецесивною.
Це явище виявилося універсальним для рослин, тварин та людини. Тому його ввели в ранг правила домінування. Оскільки всі гібриди першого покоління однакові, це явище стали називати першим законом Менделя, або законом одноманітності гібридів першого покоління.
Якщо гібриду першого покоління надається можливість самозапилення, то в наступному поколінні F2 з’являться рослини з ознаками обох батьківських рослин, тобто і з червоними, і з білими квітками.
Процес появи у другому поколінні ознак обох батьківських особин (домінантних і рецесивних) носить назву розщеплення. Розщеплення виявляється не випадковим, воно підкоряється певним кількісним закономірностям, а саме: ¾ від загальної кількості рослин мають червоні квіти, і ¼ – білі. Відношення кількості рослин з домінантною ознакою до кількості з рецесивною становить 3:1. Значить, рецесивна ознака у гібридів першого покоління не зникла, а лише була пригнічена і виявилася в другому поколінні.
|
Дано: А – ген, що детермінує червоне забарвлення квіток гороху, а – ген, що детермінує біле забарвлення квіток гороху, АА – червоні квітки гороху, Аа – червоні квітки гороху, аа – білі квітки гороху, АА, аа – гомозиготи, Аа – гетерозигота. |
Р ♀ Аа х ♂ Аа гамети А, а А, а А а А АА Аа а Аа аа F2 За фенотипом: АА, Аа – 75% - червоні квіти гороху, аа – 25% - білі квіти гороху. За генотипом: 25% - АА (червоні квіти, гомозиготи), 50% - Аа (червоні квіти, гетерозиготи), 25% - аа (білі квіти, гомозиготи). |
3:1 – формула розщеплення за фенотипом у другого покоління гібридів F2 моногібридного схрещування за умов повного домінування ознак.
1:2:1 – формула розщеплення за генотипом у F2 моногібридного схрещування за умов повного домінування ознак.
Розщеплення у F2 в певному кількісному співвідношенні домінантних і рецесивних ознак під час схрещування гібридів першого покоління (двох гетерозиготних особин) за фенотипом 3:1, а за генотипом 1:2:1 було назване другим законом Менделя, або законом розщеплення.
Другий закон Менделя: при схрещуванні двох гетерозиготних організмів, тобто гібридів, які аналізуються за однією парою альтернативних ознак, у потомстві спостерігається розщеплення за фенотипом у співвідношенні 3:1, а за генотипом – у співвідношенні 1:2:1.
Розглянемо приклади розв’язування задач.
Задача 1. У дрозофіл сірий колір тіла – домінантна ознака, а чорний – рецесивна. Присхрещуванні сірих і чорних особин половина потомства має сіре тіло, а половина – чорне. Визначте генотипи батьків.
Розв'язання. Позначимо: А — сірий колір, а — чорний.
Усі чорні мухи мають генотип аа, а у всіх сірих обов'язково є один алель А. Чорні гібридні мухи отримали по одному алелю від кожного з батьків, звідси генотип сірих батьківських форм — Аа. У сірих гібридних мух та кож по одному алелю від кожної батьківської форми, тому їх генотип також Аа.
Схема схрещування:
|
Р |
сірі |
× |
чорні |
|
|
Аа |
аа |
|||
|
Гамети Р |
А |
а |
a |
a |
|
F1 |
Аа |
aa |
||
|
сірі |
чорні |
Задача 2. У мишей сірий колір шерсті домінує над білим. Білого самця схрестили з трьома сірими самками. Перша самка народила 10 сірих мишенят, друга — 5 білих і 5 сірих, третя — 9 сірих і 1 білого. Визначте генотипи самця й усіх трьох самок.
Розв'язання. Позначимо:А — сірий колір, а — білий колір.
Генотип самця — аа. Оскільки при схрещуванні з першою сірою самкою розщеплення не відбулося, її генотип АА. При схрещуванні з другою сірою самкою відбулося розщеплення 1:1, значить, її генотип Аа. Схрещування з третьою самкою дало і сірих, і білих особин, значить, її генотип теж Аа. Однак у зв'язку з тим, що закономірності розщеплення мають статистичний характер, за невеликої кількості потомків реальне розщеплення (9:1) може значно відрізнятися від теоретичного (1 :1).
Задача 3. Група крові у людини визначається одним геном, який має не два, а три алелі — i0, IA, IB. Алелі IA та IB домінують над i0 а в разі сумісного перебування в генотипі проявляються обидва: IA =IB (кодомінантність). Особи з генотипом i0i0 мають першу групу крові, з генотипом IAIA або IAi0 — другу, з генотипомIB IB або IBi0 — третю, з генотипом IA IB — четверту.
Які групи крові можливі у дітей, якщо в їхньої матері — друга група, а в батька — перша?
Розв'язання. Особа з другою групою крові може мати генотип IAIA або IAi0 тому можливі два варіанти:
1) Р IAIA × i0i0;
F1 IAi0 (II група);
2) Р IAi0× i0i0;
F1 IAi0 (IIгрупа), i0i0 (I група.)
Таким чином, у дітей можливі і перша, й друга групи крові.
ВПРАВИ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ВИКОНАННЯ:
Задача 1. Шість особин мають такі генотипи: АА, аа, ВЬ, СС, Dd, Ee. Які з них а) гомозиготи; б) гетерозиготи?
Задача 2. Які типи гамет утворюються у таких особах: а)AA; б) Bb; в) Сс?
Задача 3. Мендель схрещував два сорти гороху: один із гладеньким насінням, другий — зі зморшкуватим. У другому поколінні було отримано 7 324 насінини. 3 них 5 474 гладеньких і 1 850 зморшкуватих. Напишіть схему схрещування.
Задача 4. У великої рогатої худоби алель комолості (безрогості) домінує над алелем рогатості. Яке потомство можна отримати від схрещування комолого бугая з рогатою коровою, якщо комола корова народила від цього бугая рогате теля?
Задача 5. Сірих мишей схрестили з білими. В першому поколінні отримано
тільки сірих мишей, у другому — 201 сіра й 73 білих. Як успадковуються ці ознаки?
Задача 7. У помідорів кругла форма плоду домінує над грушоподібною.
а) Які генотипи батьківських рослин, якщо в потомстві круглих і
грушоподібних плодів порівну?
б) 3 гібридного насіння вирощено рослини помідорів. 118 із них дали грушоподібні плоди, а 363 — круглі Скільки серед цих рослин гетерозигот?
Задача 8. У пшениці алель карликовості домінує над алелем нормального зросту. Які генотипи вихідних форм, як що в потомстві 1/4 рослин — нормального зросту?
Задача 9. У вівса гігантський зріст — рецесивна ознака, нормальний зріст — домінанта. Які рослини треба схрестити, щоб отримати однорідне за зростом гомозиготне потомство?
Задача 10. При схрещуванні дрозофіл із нормальними крилами (А) в потомстві з'явилось 1 /4 мух із загнутими крилами (а). Їх схрестили з нормальними мухами й отримали 47 особин із нормальними крилами й 49 — із загнутими. Визначте генотипи мух, яких схрещували в обох дослідах.
Задача 11. До живого куточка принесли двох чорних морських свинок, вважаючи їх чистопородними. Але в наступному поколінні серед їх потомків з'явилися коричневі. Які висновки можна зробити про генотипи батьківських особин?
Задача 12. У великої рогатої худоби трапляється чорне й червоне забарвлення шерсті. Внаслідок схрещування з одним і тим же чорним бугаєм червона корова народила чорне теля, чорна корова — чорне, а інша чорна корова — червоне. Як успадковуються ці ознаки? Визначте генотипи особин в усіх схрещуваннях.
Задача 13. У людини рецесивний алель b зумовлює глухонімоту, домінантний алель B — нормальний слух Від шлюбу глухонімої жінки з нормальним чоловіком народилася глухоніма дитина. Визначте генотипи батьків.
Задача 14. У людини . шестипалість домінує над нормальною будовою кисті. Визначте ймовірність народження нормальних дітей у сім'ї, де обидва батьки гетерозиготні.
Задача 15. В сім'ї, де один із батьків має нормальну будову кисті, а другий шестипалий, народилася нормальна дитина. Яка ймовірність народження наступної дитини шестипалою?
Задача 16. Альбінізм — рецесивна ознака. В сім'ї, де один із батьків — альбінос, а інший — нормальний, народилися близнюки, один з яких був альбіносом. Яка ймовірність народ ження наступної дитини альбіносом?
Задача 17. Синдактилія (зрошування пальців) успадковується як домінантна ознака. В сім'ї, де один із батьків має дану аномалію, а інший — нормальний, народилося три дитини. Дві з них мають нормальну будову кисті, а в третього пальці зрослися. Визначте генотипи батьків.
Задача 18. Ахондроплазія (порушення розвитку скелета) успадковується як домінантна ознака. В родині, де обидва батьки хворі, народилася нормальна дитина. Яка ймовірність того, що наступна дитина буде також нормальною?
Задача 19. Пізня дегенерація рогівки (розвивається після 50 років) успадковується
домінантна ознака. Визначте ймовірність виникнення захворювання в родині, про яку відомо, що всі родичі по лінії матері, які дожили до 70 років, мали цю хворобу, а по лінії батька всі предки були здоровими.
Задача 20. Чоловік з полідактилією одружився з нормальною жінкою. Вони мають п'ятеро дітей, і всі — з полідактилією. Один із синів одружився з нормальною жінкою. Яка ймовірність народження у них дітей з аномалією?
Задача 21. Світловолосий юнак, батьки якого мали темне волосся, одружився з темноволосою дівчиною, мати якої теж мала темне волосся, а батько — світле. В них народилася темноволоса дитина. Чи може народитися у них дитина зі світлим волоссям?
Задача 22. Руде волосся — рецесивна ознака, чорне — домінантна. При яких шлюбах народжуватимуться діти з рудим волоссям з імовірністю: а) 100%, б) 50%; в) 25%?
Задача 23. У пологовому будинку переплутали двох хлопчиків — Ігоря й Сашка. Батьки одного з них мають І та II групу крові, батьки іншого — II й IV. У Ігоря — І група крові, у Сашка — II. Визначте, хто чий син.
Задача 24. У матері І група крові, а в батька — IV. Чи можуть діти успадкувати групу крові одного з батьків?
Задача 25. Вирішується питання про встановлення батьківства. Лабораторне дослідження показало, що у дитини — І група, а у гаданого батька — IV. Який висновок можна з цього зробити?
Задача 26. Гетерозиготні батьки мають І й III групи крові. Які групи можливі у їхніх дітей?
Задача 27. У хлопчика І група крові, а в його сестри — IV. Які групи крові в їхніх батьків?
Задача 28. Батько дівчини має І групу крові, мати — IV. Дівчина одружилася з юнаком, який має III групу крові (IB і0 ). Від цього шлюбу народилися діти з І, II й III групами. Чи можливе народження дитини з IV групою?
ХІД РОБОТИ:
ВАРІАНТ ________________
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 4
ТЕМА: Розв’язування типових задач з генетики. Дигібридне схрещування
МЕТА: Закріпити знання студентів про дигібридне схрещування, третій закон Менделя. Формувати практичні вміння і навички розв’язування задач з генетики.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА:
Мендель проводив дигібридне схрещування. Він узяв дві чисті алелі у гороху посівного, що відрізняються різними станами двох спадкових ознак: гладенькі жовті насінини і зелені зморшкуваті насінини. Гібриди першого покоління мали гладенькі жовті насінини, тобто проявився закон одноманітності гібридів першого покоління.
У другому поколінні відбувається розщеплення (явище прояву обох станів ознак у другому поколінні). За фенотипом вийдуть чотири групи особин у різних відношеннях: жовті гладенькі (315) – 9, жовті зморшкуваті (101) – 3, зелені гладенькі (108) – 3, зелені зморшкуваті (32) – 1. Мендель аналізує успадкування кожної ознаки окремо і отримує: за забарвленням: жовтих (416) – 3, зелених (140) – 1, за поверхнею: гладеньких (423) – 3, зморшкуватих (133) – 1. Тобто розщеплення 9:3:3:1 можна записати, як (3:1)2.
Цитологічні основи дигібридного схрещування:
Позначимо: А – жовте забарвлення насінини; а - зелене забарвлення насінини; В – гладка форма насінини; в – зморшкувата форма насінини;
Схема дигібридного схрещування:
P ♀ ААВВ x ♂ аавв
G АВ ; ав;
F1 АаВв
За фенотипом: жовті гладенькі насінини. За генотипом: дигетерозиготи.
P ♀ АаВв x ♂ АаВв
G АВ, Ав, аВ, ав; АВ, Ав, аВ, ав. F1
|
♀ ♂ |
АВ |
Ав |
аВ |
ав |
|
АВ |
ААВВ |
ААВв |
АаВВ |
АаВв |
|
Ав |
ААВв |
ААвв |
АаВв |
Аавв |
|
аВ |
АаВВ |
АаВв |
ааВВ |
ааВв |
|
ав |
АаВв |
Аавв |
ааВв |
аавв |
Формулювання закону незалежного комбінування станів ознак (третій закон Менделя): При ди-, три- чи полігібридному схрещуванні розщеплення станів кожної ознаки у нащадків відбувається незалежно від інших.
Тобто, дигібридне схрещування – це ніби два моногібридних, накладених одне на друге. У F2 розщеплення відбувається за формулою (3:1)n, де n – кількість ознак, успадкування яких вивчається.
Проміжний характер успадкування (неповне домінування).
Мендель об’єктом дослідження бере нічну красуню. Виводить чисті алелі. Проводить схрещування за однією ознакою забарвлення квіток (червоне і біле). Згідно закону розщеплення в першому поколінні повинна появитись домінантна алель. Але нащадки першого покоління мали рожеві квітки (проявились обидві алелі, жодна не домінує). А схрестивши особини першого покоління він отримав 25% рослин з червоними квітками, 50% - з рожевими квітками, 25% - з білими квітками.
Цитологічні основи неповного домінування: Ā – червоні квітки, а – білі квітки.
Схема неповного домінування: P ♀ ĀĀ x ♂ аа
G Ā; a
F1 Āа
За генотипом: гетерозигота. За фенотипом: рожеві квіти
P ♀ Āа x ♂ Āа
G Ā,a Ā,а
F2 ĀĀ, Āа, Āа, аа; За генотипом: 1:2:1 За фенотипом: 1:2:1
Висновки, зроблені Менделем в результаті дослідження:
1. Якщо один алельний ген не повністю домінує над іншим, спостерігається проміжне успадкування. У другому випадку ознаки гібридів є проміжними у порівнянні з батьківськими формами.
2. При схрещуванні гібридів першого покоління між собою в другому поколінні відбувається розщеплення у відношенні 1:2:1 ( за фенотипом і генотипом).
3. Гетерозиготні (гібридні) рослини (рожеві квітки) зовні відрізняються від гомозиготних (червоні та білі квітки).
Аналізуюче схрещування (методи перевірки генотипу гібридних особин) – це схрещування особин невідомого генотипу з особиною, гомозиготною за рецесивними алелями, і по потомству можна судити про генотип невідомої особини. Якщо в результаті такого схрещування нащадки одноманітні, то аналізована особина гомозигота, якщо відбувається розщеплення 1:1, то аналізована особина гетерозигота. Розщеплення 3:1 за кожною з ознак прослідковується, якщо схрещували гетерозиготні за цією ознакою особини (випадок виходить за межі аналізую чого схрещування).
Летальні алелі – це алелі, що проявляючись в гомозиготному стані призводять до смерті особини. Більшість із них є рецесивними, рідше домінантними. Наприклад, платинове забарвлення хутра у лисиці визначається домінантним генотипом (Р), а сріблясте рецесивниим. Вивести гомозиготи з платиновим забарвленням(РР) не можливо, вони гинуть, тому що ген, що визначає платинове забарвлення в гомозиготному стані, призводить до смерті особини.
ВПРАВИ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО ВИКОНАННЯ:
Задача 1. При схрещуванні двох форм нічної красуні половина потомства має рожеві квітки, половина — червоні. Визначте генотипи й фенотипи батьків.
Задача 2. При схрещуванні жовтої морської свинки з білою всі потомки кремові. Схрещування кремових свинок між собою дало розщеплення 1 жовта: 2 кремових: 1 біла. Яким буде потомство від схрещування кремових із жовтими й білими?
Задача 3. Внаслідок схрещування двох сортів нічної красуні отримано 52 рослини із рожевими квітками й 49 рослин із білими. Визначте генотипи й фенотипи батьків.
Задача 4. Схрестили дві форми суниць — червоноплідну та біло плідну. Потомство має рожеві плоди. Яким буде потомство за генотипом і фенотипом від схрещування між собою гібридних форм із рожевими плодами?
Задача 5. Червоноквіткову форму нічної красуні схрестили з білоквітковою. Яким буде потомство від схрещування рослин першого покоління: а) з білоквітковою батьківською формою; б) з червоноквітковою батьківською формою?
Задача 6. Від схрещування двох форм нічної красуні отримано гібриди, 25% яких мали червоні, 50% рожеві, 25% білі квітки. Визначте генотипи й фенотипи батьків.
Задача 7. При схрещуванні чорного півня з білою куркою всі курчата строкаті. В другому поколінні отримано 24 строкатих, 12 чорних і 10 білих Яким буде потомство від схрещування: а) строкатих курей з чорними півнями; б) строкатих півнів з білими курми?
Задача 8. У редиски коренеплід може бути довгим, круглим або овальним. При схрещуванні між собою форм з овальним коренеплодом отримано розщеплення: 121 рослина з довгими коренеплодами, 119 з круглими, 243 з овальними. Яким може бути потомство від самозапилення рослин, що мають: а) довгий коренеплід, б) круглий.
Задача 9. Червоний колір квітки у ротиків визначається алелем А, білий — а. Рослини з генотипом Аа мають рожеві квітки. При схрещуванні двох форм ротиків половина потомства має рожеві квітки, половина — білі. Визначте генотипи й фенотипи батьків.
Задача 10. Серпоподібноклітинна анемія успадковується як ознака з неповним домінуванням. Гомозиготні індивідууми рано помирають, гетерозиготні життєздатні й мають особливу форму гемоглобіну. Малярійний плазмодій не здатний живитися цим гемоглобіном, тому гетерозиготи не хворіють на малярію. Яка ймовірність народження дітей, стійких до малярії, у родині, де один із батьків гетерозиготний, а другий нормальний щодо цієї ознаки?
Задача 11. Яка ймовірність народження дітей нестійких до малярії, у родині, батьків є стійкими до цієї хвороби?
Задача 12. При схрещуванні двох форм ротиків — із білими та червоними квітками — все потомство має рожеві квітки. Схрещування рослин із червоними квітками та нормальним віночком і рослин із рожевими квітками та радіальним віночком дає лише рослини з нормальним віночком, але половина з них — рожеві, половина — червоні. Якщо отримані рослини з рожевими нормальними квітками самозапилюються, то яка частина їхнього потомства матиме рожеві нормальні, а яка — білі радіальні квітки?
Задача 13. У морських свинок кудлата шерсть і чорне забарвлення — домінантні ознаки, гладенька шерсть і біле забарвлення — рецесивні. Внаслідок схрещування чорної кудлатої свинки з чорною гладкошерстою отримали 28 гладкошерстих чорних, 30 кудлатих чорних, 9 гладкошерстих білих, 11 кудлатих білих. Визначте генотипи батьків.
Задача 14. У малини червоний колір плодів і колюче стебло — домінантні ознаки, а жовтий колір плодів і гладеньке стебло — рецесивні. Унаслідок схрещування
гетерозиготних за обома ознаками рослин із рослинами, які мають жовті плоди й гладеньке стебло, отримано 100 потомків. Скільки з них матимуть жовті плоди й колюче стебло?
Задача 15. У вівса нормальний зріст домінує над гігантським, ранньостиглість — над пізньостиглістю. Внаслідок схрещування ранньостиглих рослин нормального зросту між собою отримано 128 рослин. Із них 32 гігантських і стільки ж — пізньостиглих. Яка кількість гігантських пізньостиглих?
Задача 16. У жінки з резус-негативною кров'ю III групи народилася дитина з IV групою крові, у якої була гемолітична хвороба внаслідок резус-конфлікту. Що можна сказати про групу крові та резус-фактор батька дитини?
Задача 17. За яких генотипів батьків спостерігатиметься одноманітність гібридів першого покоління: а) АаВb × АаВb; б) AaBB × AaBB; в) ААВВ × aabb; г) AaBb × aabb; д) aabb × Aabb;
Задача 18. В якому зі схрещувань співвідношення генотипів у потомстві складає 9:3:3:1, якщо гени містяться в різних парах гомологічних хромосом: а) АаВВ × АаВb; б) AaBb × aabb в) АаВb × АаВb; г) AAbb × aaBB ;
Задача 19. Які типи гамет утворюють організми з такими генотипами: а) ААВВ; б) АаВB в) aaBB г) ААВb; д) ААbb е) AaBb?
Задача 20. У помідорів нормальна висота (A) і червоний колір плодів (В) - домінантні ознаки, а карликовість і жовтоплідність — рецесивні. Які плоди будуть у рослин, отриманих унаслідок схрещування: а) ААbb × ааВВ; б) AaBb × Aabb в) АаВb × aabb?
Задача 21. Один із сортів пшениці має червоне колосся (домінантна ознака) й неполягаюче стебло (рецесивна ознака). Другий сорт пшениці має біле колосся (рецесивна ознака) й поляга-юче стебло (домінантна ознака). Обидва сорти гетерозиготні. Який процент гібридів із білим колоссям і неполягаючим стеблом буде отримано внаслідок схрещування цих сортів?
Задача 22. Сорт помідора з червоними кулястими плодами схрещено з сортом, який має жовті кулясті плоди. Потомство має червоні кулясті та червоні грушоподібні плоди. Визначте генотипи батьків.
Задача 23. Які ознаки матимуть гібридні рослини, одержані внаслідок запилення гомозиготних червоноплідних помідорів нормального зросту пилком жовтоплідних карликових?
Задача 24. У селекціонера є два гомозиготних сорти помідорів — жовтоплідний нормального зросту й червоноплідний карликовий. Як із цим вихідним матеріалом отримати гомо зиготні форми: червоноплідну нормальну й жовтоплідну карликову?
Задача 25. У дурману пурпуровий колір квіток (Р) домінує над білим (р), а колючі коробочки (D) — над гладенькими (d). Форму рослини, яка має пурпурові квітки й гладеньку коробочку, схрестили з формою, яка має білі квітки й колючі коробочки. Отримано 320 рослин із пурпуровими квітками й колючими коробочками та 312 рослин із пурпуровими квітками й гладенькими коробочками. Визначте генотипи батьків.
Задача 26. У морської свинки кучерява шерсть (А) і чорне забарвлення (В) — домінантні ознаки, а гладенька шерсть (а) і біле забарвлення (Ь) — рецесивні. В результаті схрещу вання чорної кучерявої свинки з білою гладкошерстою в потомстві отримано 9 кучерявих чорних свинок і 11 кучерявих білих. Визначте генотипи батьків.
Задача 27. У дурману пурпурове забарвлення квіток (А) домінує над білим (а), а колючі коробочки (В) — над гладенькими (Ь). Рослину з пурпуровими квітками й колючими коробочками схрещено з рослиною, яка має білі квітки й гладенькі коробочки. В потомстві отримано 320 рослин із пурпуровими квітками й колючими коробочками та 312 рослин із пурпуровими квітками й гладенькими коробочками Яким буде потомство від самозапилення батьківської рослини з пурпуровими квітками й колючими коробочками?
Задача 28. У помідорів червоний колір плоду (А), кругла форма його (В) і нормальний зріст (С) — домінантні ознаки, а жовтий колір плоду (а), видовжена форма його (b) і карликовий зріст (с) — рецесивні ознаки. Схрестили сорт нормального зросту з червоними круглими плодами і сорт карликового зросту з жовтими видовженими плодами. В потомстві отримали 25% нормальних із червоними круглими плодами, 25% нормальних із червоними видовженими плодами, 25% нормальних із жовтими круглими плодами й 25% нормальних із жовтими видовженими плодами. Визначте генотипи батьків.
Задача 29. У флоксів біле забарвлення квіток визначається геном R, кремове — r; плоский віночок — W, лійкоподібний — w. Рослину з білими плоскими квітками схрещено з рослиною, яка має кремові лійкоподібні квітки. В потомстві 1/4 рослин має білі плоскі квітки, 1/4 — кремові плоскі, 1/4 — білі лійкоподібні, 1/4 — кремові лійкоподібні. Визначте генотипи батьківських особин.
Задача 30. У запашного горошку високий зріст (A) домінує над карликовим (а); зелене забарвлення бобів (В) — над жовтим (b). Схрестили рослину високого зросту, що дає зелені боби, з карликовою рослиною, яка має жовті боби. В потомстві отримано 52 рослини високого зросту із зеленими бобами й 49 карликових рослин із зеленими бобами. Визначте генотипи батьківських особин.
Задача 31. У помідорів червоне забарвлення плодів домінує над жовтим, двогніздові плоди — над багатогніздовими, високе стебло — над карликовим. Селекціонер має високий сорт із червоними двогніздовими плодами. Як практично можна визначити чи є він гомозиготним?
не відбудеться, значить, сорт є гомозиготним.
Задача 32. У собак чорний колір шерсті домінує над кофейним, а коротка шерсть — над довгою. Мисливець купив собаку чорного з короткою шерстю й хоче впевнитися, що він не несе алелів кофейного кольору та довгої шерсті. Якого партнера потрібно
підібрати для схрещування, щоб перевірити генотип купленого собаки?
Задача 33. Гетерозиготний бугай має рецесивний алель, який викликає відсутність шерсті. В гомозиготному стані цей алель призводить до загибелі потомства. Визначте ймовірність народження нежиттєздатних телят при схрещуванні цього бугая з гетерозиготною коровою.
Задача 34. Лисиці з генотипом Рр мають платинове забарвлення, рр — сріблясте. Домінантний алель Р має рецесивну летальну дію, тобто особини з гено типом РР нежиттєздатні. Яким буде потомство від схрещування платинової та сріблястої лисиць?
Задача 35. Миші з генотипом уу — сірі, Yy — жовті, YY — гинуть на ембріональній стадії. Проведено два схрещування: а) жовтої з сірою; б) жовтої з жовтою. В якому випадку можна сподіватися на численніше потомство?
Задача 36. У норок буває коричнева й срібляста шерсть. Схрещування сріблястих із коричневими завжди дає розщеплення 50% коричневих : 50% сріблястих. При розведенні коричневих норок в собі сріблясті особини ніколи не з'являються. Яким буде потомство від схрещування сріблястих норок між собою?
Задача 37. При схрещуванні між собою чубатих качок каченята виводяться тільки з 3/4 яєць, а 1/4 ембріонів гине.Серед каченят, що вилупилися, 2/3 чубатих і 1/3 нормальних. Яким буде потомство від схрещування чубатих із нормальними?
ХІД РОБОТИ:
ВАРІАНТ ________________
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 5
ТЕМА: Розв’язування типових задач з генетики. Хромосомна теорія спадковості
МЕТА: Закріпити знання студентів про зчеплене успадкування і хромосомну теорію спадковості. Формувати практичні вміння і навички розв’язування задач з генетики.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА:
Сумісне успадкування генів, які містяться в одній хромосомі, називають зчепленим успадкуванням.
Гени одної хромосоми утворюють групу зчеплення. Кількість груп зчеплення дорівнює кількості пар хромосом, або гаплоїдному числу хромосом.
Якщо гени розташовані в одній парі гомологічних хромосом, то генотип особини записують у такому вигляді: Зчеплення генів може порушуватися в результаті кросинговеру.
Кросинговер — це обмін ділянками між гомологічними хромосомами.
В особин внаслідок кросинговеру утворюються такі типи гамет:
а) аВ, Ab — їх називають кросоверними, вони містять нові комбінації алелів;
б) АВ, ab — їх називають некросоверними.
Частота кросинговеру між даними генами прямо пропорційна відстані між ними, яка вимірюється в умовних одиницях — морганідах. 1 морганіда — це відстань між генами, за якої кросинговер відбувається з частотою 1%.
Кількісно частота кросинговеру між даними генами дорівнює відсоткові кросоверних особин, отриманих при аналізуючому схрещуванні, або відсоткові кросоверних гамет, які утворює гетерозиготна батьківська особина.
Досить часто в задачах на зчеплене успадкування генів ставиться питання: як успадковуються гени або ознаки – зчеплено чи незалежно? Про наявність або відсутність зчеплення свідчить числове розщеплення в потомстві. Якщо фенотипні класи утворилися у рівному співвідношенні, то мало місце вільне сполучення ознак у нащадків, а гени, що контролюють ці ознаки, - незчеплені. Якщо серед нащадків з’явилися рекомбінантні особини (причому їх завжди мала кількість),значить, гени зчеплені.
Приклади розв’язування задач.
Задача 1. Особину, гомозиготну за генами А і В, схрестили з рецесивною за обома генами формою. Гібридів першого покоління знову схрестили з подвійною гомозиготою за рецесивною ознакою. Отримали 902 особини АВ, 98 особин Ав, 102 аВ та 892 ав. Поясніть ці результати.
Розв’язання: 1. У потомстві від аналізуючого схрещування утворилося 4 фенотипових класи, але не у співвідношенні 1:1:1:1. Якби гени успадковувалися незалежно, цього б не відбулося.
2. Переважання форм з фенотипами батьків свідчить про зчеплене успадкування, а поява рекомбінантних особин Ав та аВ – про кросинговер.
3. Генетична схема: Р ♀ х ♂
G AB ab
F1 х
G Ab, aB AB, ab / ab
кросинговерні некросинговерні
F2 , , ,
902, 892, 98, 102
Відповідь: Гени А і В успадковуються зчеплено, але зчеплення неповне і виникає кросинговер.
Задача 2. У томатів високе стебло домінує над карликовим, а куляста форма плоду над грушоподібною. Гени, що контролюють ці ознаки, розміщені на відстані 20 морганід. Гетерозиготну високу з кулястими плодами рослину схрестили з рослиною карликового зросту з грушоподібними плодами. Визначте співвідношення різних фенотипів у цьому схрещуванні.
Розв’язання: 1. За умовами задачі А – ген високго зросту, а – карликового, В – кулястих плодів, b – грушоподібних. Гени зчеплені, отже генотипи батьків , .
2. Оскільки віддаль між генами 20 морганід, то кросинговер відбувається у 20% випадків.
3. Дигетерозигота утворює 4 типи гамет у співвідношенні 80% некросоверних і 20% кросоверних.
4. Генетична схема: Р ♀ х ♂
G AB, ab – 80% ab – 100%
некросоверні
Ab, aB – 20%
кросоверні
F1 , , ,
40%, 40%, 10%, 10%.
Відповідь: співвідношення фенотипів буде наступне: 40% - високі кулясті, 40% - карликові грушоподібні, 10% - високі грушоподібні, 10% - карликові кулясті.
Задача 3. Визначте генотип батьківської форми, порядок розташування генів і відсоток кросинговеру , якщо у аналізую чому схрещуванні отримані наступні результати: АbC – 104, abc – 180, aBc – 109, ABc – 221, aBC – 5, Abc – 5, abC – 191, ABC – 169.
Розв'язання: 1. Нерівне співвідношення різних фенотипів свідчить про неповне зчеплення генів і кросинговер, що мав місце.
2. Оскільки форм ABс і abC найбільша кількість, то можна зробити висновок, що вони є основними, тобто утворилися з некросоверних гамет, а решта – рекомбінантні. Таким чином, генотип вихідної тригетерозиготи .
3. Форми aBC і Abс, оскільки їх дуже мало, утворилися внаслідок подвійного кросинговеру.
4. Внаслідок перехресту хромосом між генами А і В утворюються генотипи aBc і AbC, таким чином, відстань між цими генами, враховуючи подвійний кросинговер, буде · ·100% = 22, 66%.
5. Від кросинговеру між генами В і С утворюються генотипи АВС і abc. Знаходимо відстань між цими генами: · 100% ≈36,48%.
Відповідь: Генотип вихідної гетерозиготної форми , відстань між генами А і В складає 22,66 морганіди, а між генами С і В – 36,48 морганід.
Задача 4. У дрозофіли відстань між генами А і В 12 морганід. Якими будуть нащадки від схрещування рецесивної самки та самця з генотипом ?
Розв'язання: Відомо, що у самців дрозофіл між генами спостерігається повне зчеплення. Таким чином, самець утворює два типи гамет – АВ і ab. Натомість гомозиготна за рецесивними ознаками самка утворює лише один тип гамет – ab. Отже, в F1 50% особин матиме генотип , а 50% - .
Відповідь: У нащадків половина особин матиме генотип матері, а половина – батька.
При розв’язуванні задач на успадкування ознак, зчеплених зі статтю, треба пам’ятати, що у людини у-хромосома є генетично інертною, тобто здебільшого не містить алелів генів, що перебувають в х-хромосомі. Такий стан (хАу або хау) називають гемізиготним. Він спричиняє цікаве явище, яке називають кріс-крос успадкування: ознака від матері передається синові, а від батька – дочці.
Слід також пам’ятати, що у птахів, як правило, гомогаметними є самці, а гетерогаметними – самки.
Приклади розв’язування задач.
Задача 5. Дочка гемофіліка одружується з сином іншого гемофіліка. Наречені не хворіють на гемофілію. Визначити імовірність народження здорових та хворих дітей у їхній родині.
Розв'язування: 1. У людини жіноча стать визначається двома х-хромосомами, одну з яких дівчинка отримує від батька, а іншу – від матері. Оскільки батько нареченої був гемофіліком, то від нього вона успадкувала х-хромосому з рецесивним геном гемофілії (h). Оскільки сама дівчина не хвора, то материнська х-хромосома у неї містить домінантний ген Н. Отже, наречена гетерозиготна за даною ознакою і є носієм гену гемофілії.
2. Наречений здоровий, оскільки від матері отримав х-хромосому з домінантним геном Н, а від батька-гемофіліка генетично інертну хромосому у. Тому його генотип хНу і він не є носієм гемофілії.
3. Р ♀ хНхh х ♂ хНу
G хН, хh хН, у
F1 хНхН, хНхh, хНу, хhу
Відповідь: У подружжя може народитися з вірогідністю 25%: здорова дівчинка, не носій гемофілії, фенотипово здорова дівчинка – носій гену гемофілії, здоровий хлопчик, не носій гену гемофілії і хворий хлопчик.
ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗУВАННЯ:
Задача 1. Між генами А і В спостерігається неповне зчеплення. Які типи гамет і у якому співвідношенні утворює генотип ?
Задача 2. Які типи гамет і у якому співвідношенні утворюють генотипи: , , ?
Задача 3. Гени В і С зчеплені і кросинговер між ними становить 40%. Визначте типи гамет та співвідношення між ними у відсотках, якщо генотип особини має вигляд , ?
Задача 4. У кролів плямистість домінує над суцільним забарвленням, а нормальна шерсть – над ангорською. Схрещено плямистого нормальношерстого кроля з суцільно забарвленою ангорською кролицею. Гібридів першого покоління схрестили знову з суцільно забарвленими ангорськими кролями. Від цього отримали 26 плямистих ангорських кроленят, 144 суцільнозабарвлених ангорських, 157 плямистих з нормальною шерстю і 23 суцільнозабарвлених нормальношерстих. Як успадковується плямистість і довжина шерсті по відношенню одна до одної?
Задача 5. Схрещено дві лінії мишей: в одній тварини мають хвилясту шерсть нормальної довжини, у другій – пряму і довгу. Гібриди першого покоління мають шерсть пряму і нормальну. В аналізуючому схрещуванні цих гібридів одержали таке розщеплення: 27 мишенят мали шерсть нормальну пряму, 99 – нормальну хвилясту, 98 – довгу пряму, 24 – довгу хвилясту. Як успадковуються ці дві пари ознак?
Задача 6. У дрозофіли чорне тіло і короткі крила – рецесивні ознаки, довгі крила і сіре тіло – домінантні. При схрещуванні дигетерозиготної самки з самцем, що має рецесивні ознаки, одержано: 42% мух з сірим тілом і довгими крилами, 41% - з чорним тілом і і короткими крилами, 8% - з чорним тілом і довгими крилами, 9% - з сірим тілом і короткими крилами. Зчеплені ці гени чи ні?
Задача 7. У дрозофіли гени сірого тіла і червоних очей домінують над генами чорного тіла і яскравих очей. Від схрещування гетерозиготної самки з сірим тілом і червоними очами з чорнотілим яскравооким самцем одержано 25% мух з сірим тілом і червоними очима, 25% - з сірим тілом і яскравими очима, 25% - з чорним тілом і червоними очима, 25% - чорнотілих яскравооких. Визначте, зчеплені ці гени чи ні.
Задача 8. У кукурудзи гладеньке насіння домінує над зморшкуватим, а забарвлене – над безколірним. Ці гени локалізовані в одній хромосомі на відстані 3,6 морганіди. Схрещено гомозиготну рослину з домінантними ознаками з рослиною, що має рецесивні ознаки. Яке потомство буде від схрещування гібрида з рослиною, яка має обидві рецесивні ознаки?
Задача 9. Диплоїдний набір хромосом: а) у людини 46, б) у голуба – 80, в) у кішки – 38, г) у собаки – 78, д) у жаби – 26, е) у аскариди – 4, є) у шимпанзе – 48, ж) у корови – 60. Визначте число груп зчеплення у кожного з перлічених організмів.
Задача 10. Чоловік отримав від матері хромосому з генами А і В, від батька – з генами а і в. Ці гени успадковуються зчеплено. Його дружина рецесивна гомозигота. Яка ймовірність того, що їх дитина буде рецесивною за обома генами, якщо відстань між ними 10 морганід?
Задача 11. Схрестили особини ССDD та ccdd, причому дані гени зчеплені і знаходяться на відстані 16 морганід. Отриманий гібрид схрестили з рецесивною батьківською особиною. Яке потомство у F1 та F2?
Задача 12. Схрещено мух дрозофіл із сірим тілом і червоними очима і з чорним тілом та білими очима. Після аналізую чого схрещування отримано потомство: 99 особин з чорним тілом і білими очима, 101 – з сірим тілом та червоними очима, 24 – з чорним тілом і червоними очима, 26 – з сірим тілом і білими очима. Встановити частоту кросинговеру.
Задача 13. Від шлюбів 18 чоловіків, хворих на одну з форм рахіту, із здоровими жінками народилося 24 дочки та 20 синів. Усі дочки були із ознаками рахіту, а сини – здоровими. Як успадковується ця хвороба?
Задача 14. У родинах, де чоловіки мали темну емаль зубів, а жінки – зубну емаль нормального кольору, народилося 10 синів і 7 дочок. При цьому всі дочки мали темну зубну емаль, а всі сини – нормальну. Як успадковується ця ознака? Доведіть свою думку.
Задача 15. Ген дальтонізму (загальної кольорової сліпоти) рецесивний, зчеплений із статтю. Чоловік-дальтонік одружився з жінкою, яка є носієм гену кольорової сліпоти. Чи можна чекати від цього шлюбу сина з нормальним зором? Доведіть свої твердження.
Задача 16. Ген дальтонізму (загальної кольорової сліпоти) рецесивний, зчеплений із статтю. Чоловік-дальтонік одружився з жінкою, яка є носієм гену кольорової сліпоти. Чи можна чекати від цього шлюбу народження дочки з кольоровою сліпотою? Доведіть свої твердження.
Задача 17. Чоловік хворий на дальтонізм, його дружина і її батьки здорові. Яка ймовірність народження у подружжя здорових дітей?
Задача 18. Гіпертрихоз (надмірна волосатість вушних раковин) визначається геном, локалізованим в у-хромосомі. Чоловік з фенотиповим гіпертрихозом цікавиться ймовірністю народження в його родині дітей без цієї аномалії. Доведіть свої міркування стосовно дівчинки та хлопчика.
Задача 19. Альбінізм визначається рецесивним аутосомним геном, а гемофілія – рецесивним, зчепленим зі статтю (він локалізується в х-хромосомі). Чи може бути чоловік альбіносом і гемофіліком одночасно? Доведіть свою думку, записавши його генотип за цими ознаками. Хто передав йому ген гемофілії?
Задача 20. Альбінізм визначається рецесивним аутосомним геном, а гемофілія – рецесивним, зчепленим зі статтю (він локалізується в х-хромосомі). Здоровий чоловік-альбінос одружився зі здоровою дівчиною, чия мати була альбіносом, а батько – гемофіліком. Які діти можуть народитися в цьому шлюбі?
Задача 21. Гемофілія – хвороба, що визначається рецесивним геном, зчепленим зі статтю (він локалізується в х-хромосомі). Ген кароокості домінує над геном блакитноокості і розміщується в аутомсомі. Батько і син кароокі гемофіліки, а мати блакитноока і не хвора на гемофілію. Від кого успадкував син ці ознаки?
ХІД РОБОТИ:
ВАРІАНТ ________________
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 6
ТЕМА: Складання родоводів
МЕТА: Навчитись складати та аналізувати родоводи, прогнозувати народження хворих дітей у родині пробанда.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА:
Генеалогія – вчення про родоводи. У клінічній медицині одним із методів генетичного аналізу є генеалогічний. Сутність цього методу полягає у вивченні спадковості людини шляхом урахування та аналізу спадкових ознак у низці поколінь пробанда.
Цей метод увів у науку Ф. Гальтон у кінці ХІХ ст.. Метод допомагає з’ясувати :
Генеалогічний метод дослідження широко використовується в медико-генетичному консультуванні.
Позначення і символи генетики
Етапи генеалогічного методу дослідження (структурно-логічна схема).
І. Збирання інформації для побудови родоводу.
ІІ. Складання родоводу:
ІІІ. Аналіз родоводу.
Порядок збирання інформації
Питання для збирання інформації
Правила складання родоводу
- дані обстеження пробанда;
- відомості про результати огляду лікарем пробанда та його родичів;
- дані анамнезу родичів пробанда (треба порівняти з даними, що їх одержано під час клінічного огляду пробанда);
- відомості про родичів, які мешкають в інших місцевостях.
Після складання родоводу починають його аналізувати.
Правила аналізу родоводу
І. Установити: чи є дані ознака або захворювання в родині поодинокими, чи виявлено кілька випадків цієї патології в родині (родинний характер); дане захворювання є спадковим чи набутим.
ІІ. Визначити тип успадкування даної хвороби (ознаки) в родині.
Ознака, зчеплена зі статтю Ознака, пов’язана із соматичними Схема 1
(статеві хромосоми) хромосомами.
2. Визначити домінантність чи рецесивність ознаки. Якщо ознака (хвороба) виявляється не в кожному поколінні, то вона є рецесивною. Якщо ознака (хвороба) виявляється в кожному поколінні, - то домінантною (схема 2,б)
Рецесивна ознака Домінантна ознака Схема 2
ІІІ. З’ясувати, по якій лінії (батька чи матері) передається захворювання.
ІV. Визначити генотипи пробанда і його подружжя.
V. Визначити ймовірність народження хворих дітей у родині пробанда.
Приклади розв’язування задач:
№1. Пробанд - хлопчик, який добре володіє правою рукою. Брати і сестри його - лівші. Мати пробанда - правша, а батько - лівша. У матері пробанда два брати, один із них - правша, другий - лівша. Бабуся пробанда за материнською лінією - правша, а дід - лівша. Брат матері пробанда (дядько пробанда) - прав ша, одружився з жінкою-правшою. У них дві дочки лівші.
Складіть родовід сім'ї, визначте характер успадкування ознаки і генотипи всіх членів сім'ї.
Розв'язування
Аутосомно домінантний тип успадкування.
Генотипи: І - 1 - аа ; І - 2 - Аа; II - 1 - аа; II - 2 - Аа; II - 3 - Аа; II - 4 – Аа; ІІ - 5 -аа; III - 1, 2, 4, 5 -аа; III - 3 - Аа.
№2. За даними зібраного у пробанда (III - 6, відмічений стрілкою) анамнезу для сім'ї із спадковим захворюванням складено наведений нижче родовід.
а) Прочитайте родовід, взявши за відправний пункт пробанда. В якій спо рідненості з пробандом знаходяться його хворі рідні: 1 — 2; II — 5; III — 3; IV — 2?
6) Як спадкується хвороба: домінантно чи рецесивно, зчеплено зі стат-
гю чи аутосомно?
Відповідь: а) Хворі: 1-2 дід пробанда з батьківського боку; II - 5 - батько; [II - 3 - сестра; IV - 2 - син пробанда. б) Хвороба спадкується як аутосомно-гюмінантна ознака.
ВПРАВИ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ’ЯЗУВАННЯ:
№1 Для сім'ї із спадковим захворюванням складений родовід, а) Чи Існує спорідненість між II - 2 і II - 4? Між III - 1 і III - 5? Між пробандом і його жінкою? б) Чи спадкується хвороба як домінантна чи рецесивна, аутосомна або зчеплена зі статтю ознака? в) Які члени родоводу, поза сумнівом, гетерозиготні?
№2 Для сім'ї зі спадковим захворюванням складений родовід, а) В якій спорідненості знаходяться хворий III - 3 з хворими II - 7 і III - 8? б) Як спад кується хвороба? в) Які члени родоводу гетерозиготні?
№3 Пробанд має нормального кольору зуби. В його сестри зуби корич неві. У матері пробанда зуби коричневі, у батька - нормального забарвлення. Сім сестер матері пробанда з коричневими зубами, а чотири брати - з нормальними. Одна тітка пробанда по лінії матері, яка має коричневі зуби, одружена з чоловіком з нормальними зубами. В них троє дітей: дочка і син з коричневи ми зубами і дочка з нормальними. Два дядьки пробанда по лінії матері одру жені на жінках без аномалії в забарвленні зубів. В одного з них два сини дочка, в іншого - дві дочки і син. Всі вони з нормальними зубами. Коричневі зуби мав дід пробанда по лінії матері, а в бабусі по лінії матері були нор мальні зуби. Двоє братів діда по лінії матері з нормальним забарвленням зубів. Прабабуся (мати діда по лінії матері) і прапрабабуся (мати цієї прабабусі) мали коричневі зуби, а їхні чоловіки були з нормальним забарвленням зубів.
Визначте, які діти можуть бути в пробанда, якщо він вступить у шлюб з жінкою, гетерозиготною за цією ознакою.
№4 У членів однієї сім'ї спостерігається глухонімота. Пробанд -
глухоніма дівчинка. Її брат, мати і батько здорові. З боку батька пробанда тітка і дід здорові, а бабуся глухоніма. У матері пробанда є глухонімий брат і здорові брат і сестра. Складіть родовід. Визначте тип успадкування ознаки і генотипи членів родоводу.
№5 Пробанд - чоловік, що страждає природженою катарактою, що була у його матері, а також у дядька і бабусі за материнською лінією. Дід і тітка з боку матері, чоловік тітки і її 3 сини здорові. Батько пробанда, тітка за бать ківською лінією, а також дід і бабуся з боку батька, жінка пробанда, її сестра, два брати і батьки здорові. Із трьох дітей пробанда два сини здорові, а дочка хворіє природженою катарактою. Складіть родовід і визначте тип успадку вання цього захворювання.
№6 Пробанд - дівчина, що має нормальну будову пальців. Її мати і батько також з нормальною будовою пальців. У батька пробанда є сестра з брахідактилією і брат з нормальною будовою пальців. Тітка пробанда за лінією батька, що має брахідактилію, в шлюбі з чоловіком без брахідактилії. У їхнього сина брахідактилія. У бабусі пробанда за лінією батька і її сестри - брахідактилія, дід без аномалій. Прабабуся і прадід (батько й мати бабусі пробанда за лінією батька) мають брахідактилію. Прадід був одружений двічі. Його друга жінка без брахі дактилії. Від другого шлюбу у прадіда було дві дочки без аномалій і чотири сини з брахідактилією. Всі діти прадіда були одружені. їхні чоловіки і жінки без аномалій. У однієї з його дочок народилися дві дівчинки та хлопчик без брахі дактилії; у іншої дочки - хлопчик без аномалій, у одного сина - дівчинка з брахідактилією, у іншого сина - дочка без аномалій і дві дівчинки - монозиготні близнята з брахідактилією. У двох інших синів народилися здорові сини. Ви значте ймовірність народження дитини з аномалією в сім'ї пробанда за умови, що вона вступить у шлюб з чоловіком, який має такий самий генотип, що й у неї.
№7 . У людини відсутність потових залоз кодується рецесивним геном. У сім'ї народився син, у якого відсутні потові залози. Батьки дитини, а також бабусі і діди за материнською і батьківською лініями були з нормальною шкірою, але сестра бабусі страж дала відсутністю потових залоз. Визначте геноти пи заданих осіб і складіть схему родоводу цього роду. Як успадковується дане захворювання?
№8 У сім'ї здорових батьків хлопчик п'яти років захворів на одну з
форм міопатії (захворювання, при якому спостерігається атрофія м'язів). Дядько пробанда за материнською лінією і син тітки за материнською лінією хворі на міопатію. Тітка пробанда за материнською лінією -мати хворої дитини, її чоловік, а також бабуся і дід пробанда за материнською лінією здорові. Складіть родовід сім'ї, визначте тип успадкування
захворю вання і вкажіть носіїв патологічного гена.
№9 Пробанд - хлопчик з ластовинням. У його брата ластовиння нема Мати і батько пробанда з ластовинням. Батько був одружений двічі. Його друг жінка і троє дітей від другого шлюбу (одна дочка і два сини) без ластовиння. Складіть родовід сім'ї, визначте характер успадкування ознаки і генотипи всіх осіб родоводу.
№ 10 Складіть родовід за даними анамнезу. Пробанд - хвора на шизофренію жінка. її брат і сестра здорові. Батько пробанда здоровий. З боку батька є такі родичі: хворий на шизофренію дядько і дві здорові тітки, одна них має трьох здорових дітей, інша - здорового сина. Дід і бабуся з боку батька здорові. Сестра бабусі хворіла на шизофренію. Мати пробанда, дядько, дід і бабуся з материнського боку здорові. У дядька двоє здорових дітей. Склав ши родовід, визначте, за якою лінією передається схильність до хвороби?
№ 11 У людини один з видів глухоти успадковується зчепленно із статтю (ген локалізований у Х-хромосомі), а інший - за аутосомно-рецесивним типом Двоє молодих людей з нормальним слухом (наречений і наречена) звернулись генетичну консультацію у зв'язку з проявом у обох сім'ях аномалії слуху. У нареченого були глухими брат, дядько з боку матері і племінник (син сестри), мати батько і сестра здорові. У нареченої були глухими брат і сестра, а батьки її мали нормальний слух. Складіть родовід. Визначте тип успадкування глухоти в кожній сім'ї. Яка ймовірність захворювання майбутніх дітей у сім'ї, що консультувалась?
№ 12 У медико-генетичну консультацію звернулася жінка, хвора мозочковою атаксією. її чоловік здоровий. У них п'ятеро синів і три дочки Один син і одна дочка хворі, усі інші здорові. У пробанда одна здорова сестра і троє хворих братів. Батько пробанда хворий, мати здорова. Яка ймовірність появи хворих дітей у хворої дочки пробанда, якщо вона одружиться зі здоро вим чоловіком? Складіть родовід сім'ї.
№ 13 Складіть родовід сім'ї, в якій частина членів страждає ангіоматозом сітківки ока (аутосомно-домінантна ознака): чоловік і жінка хворі, але їхні матері були здорові. Визначте фенотипи їхніх батьків. Яка ймовірність народження в цій сім'ї хворих дітей?
№ 14 Пробанд - здорова жінка. її сестра теж здорова, а два брати стражда ють дальтонізмом. Мати і батько пробанда здорові. Чотири сестри матері пробанда здорові, чоловіки їхні теж здорові. Про двоюрідних сибсів з боку матері про банда відомо: в одній сім'ї один хворий брат, дві сестри і брат здорові; у двох Інших сім'ях по одному хворому брату і по одній здоровій сестрі; в четвертій сім'ї - одна здорова сестра. Бабуся пробанда з боку матері здорова, дід страждав дальтонізмом. З боку батька пробанда хворих дальтонізмом не спостерігалося. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження в пробанда хворих дальто нізмом дітей за умови, що вона вийде заміж за здорового чоловіка.
№ 15 Пробанд - нормальна жінка - має п'ять сестер, дві з яких однояйцеві близнята, дві - двояйцеві близнята. Всі сестри мають шість пальців на руках. Мати пробанда нормальна, батько - шестипалий. З боку матері всі предки нормальні. В батька два брати і чотири сестри - всі п'ятипалі. Бабуся за лінією батька шестипала. В неї було дві шестипалі сестри і одна п'ятипа ла. Дід за лінією батька і всі його родичі нормально п'ятипалі. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження в сім'ї пробанда шестипалих дітей за умови, що вона вийде заміж за нормального чоловіка.
№ 16 Пробанд здоровий. Батько пробанда хворий епідермолізом бу-льозним. Мати і її родичі здорові. Дві сестри пробанда здорові, один брат хво рий. Три дядьки з боку батька і їхні діти здорові, а три дядьки й одна тітка -хворі. В одного хворого дядька від першого шлюбу є хворий син і здорова дочка, а від другого шлюбу - хворі дочка і син. У другого хворого дядька є дві здорові дочки і хворий син. У третього хворого дядька - два хворих сини і дві хворі дочки. Бабуся по батькові хвора, а дід здоровий, здорові були три сестри і два брати бабусі. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження хворих дітей в сім'ї пробанда за умови, що він вступить у шлюб із здоровою жінкою.
№ 17 Пробанд страждає дефектом нігтів і колінної чашечки, а його брат -нормальний. Цей синдром був у батька пробанда, а мати була здорова. Дід пробанда за лінією батька - з синдромом, а бабуся здорова. Батько пробанда має трьох братів і чотирьох сестер, з них два брати і дві сестри - з синдромом дефекту нігтів і колінної чашечки. Хворий дядько за лінією батька одружений із здоровою жінкою і має двох дочок і сина. Всі вони здорові. Складіть родовід. Визначте вірогідність появи дітей із захворюванням у сім'ї пробанда, якщо його дружина не буде страждати дефектом нігтів і колінної чашечки.
№ 18 Молодята з повноцінно діючою правою рукою. В сім'ї жінки було дві сестри з повноцінно діючою правою рукою і три брати-лівші. Мати жінки - прав ша, батько - лівша. В батька є сестра і брат - лівші та сестра і два брати - правші. Дід за лінією батька - правша, бабуся - лівша. В матері жінки є два брати і сестра - всі правші. Мати чоловіка - правша, батько - лівша. Бабусі і дідусі з боку матері і батька чоловіка повноцінно володіють правою рукою. Складіть родовід. Визначте вірогідність народження в цій сім'ї дітей з повноцінно діючою лівою рукою.
№ 19 Розгляньте родовід (схема 3). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?
Схема 3
№ 20 Розгляньте родовід (схема 4). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?
Схема 4
№ 21 Розгляньте родовід (схема 5). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?
Схема 5
№ 22 Розгляньте родовід (схема 6). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?
Схема 6
№ 23 Розгляньте родовід (схема 7). Визначте тип успадкування ознаки. Що можна сказати про генотипи людей, які фігурують у родоводі?
Схема 7
ХІД РОБОТИ:
ВАРІАНТ ________________
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 7
ТЕМА: Розв’язування задач з екології. Складання схем колообігу речовин у екосистемах.
МЕТА: Сформувати вміння розв’язувати задачі з екології. Перевірити вміння застосовувати знання з екології для розв’язування задач. Уточнити і систематизувати знання студентів про кругообіг речовин та перетворення енергії в біосфері. Вчити складати схеми колообігу речовин в екосистемах.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Для постійного існування біосфери, для запобігання припинення розвитку життя на Землі у природі повинні постійно відбуватись безперервні процеси перетворення її живої речовини. Біологічний колообіг - це багаторазова участь хімічних елементів у процесах, які протікають у біосфері. Причина колообігу - обмеженість елементів, з яких будується тіло організмів.У біосфері відбувається постійний колообіг активних елементів, які переходять від організму до організму, у неживу природу і знову до організму. Елементи, які вивільняються мікроорганізмами при гнитті, надходять у грунт і атмосферу, знову включаються в колообіг речовин біосфери, поглинаючись живими організмами. Весь цей процес і буде біогенною міграцією атомів. Для біогенної міграції характерним є накопичення хімічних елементів у живих організмах, а також їх вивільнення у результаті розкладу мертвих організмів. Біогенна міграція викликається трьома процесами: обміном речовин в організмах; ростом; розмноженням.
Визначення біогенної міграції хімічних елементів, яка викликана силами життя, дав B.I. Вернадський (Закон біогенної міграції атомів). Біогенна міграція є частиною загальної міграції хімічних елементів біосфери. Головною геохімічною особливістю живої речовини є те, що вона пропускаючи через себе атоми хімічних елементів земної кори, гідросфери та атмосфери, здійснює у процесі життєдіяльності їх закономірну диференціацію. Завершуючи свій життєвий цикл, організми повертають природі все, що взяли у неї протягом життя. В.І.Вернадський підрахував, що за час існування на Землі біосфери було створено 3,5.1019 т біомаси, що майже в 2 рази перевищує масу всієї земної кори, яка становить 2.1019 т. Робота, що виконується живою речовиною, за Вернадським може бути оцінена за формулою Е = PV2 / 2, де Р - маса організмів, V - швидкість розтікання біомаси (розмноження організмів).
Жива речовина значно прискорила й змінила колообіги різних речовин - води, кисню, азоту, вуглекислого газу тощо. Сучасний склад атмосфери створений завдяки діяльності живої речовини. Обмін повітря між всіма широтами й півкулями Землі відбувається в середньому за 2 роки. Активно переміщується течіями океанічна вода. Вся прісна вода стікає в океан за 14 діб, у льодовиках вода оновлюється за 15 000 років.
Жива речовина активно регулює геохімічну міграцію атомів. Завдяки йому зберігається стабільність біосфери і здійснюється еволюція як живих організмів, так і всієї біосфери в цілому. Цей особливий вид стану рівноваги, що постійно змінюється, В.І Вернадський називав динамічною рівновагою. Динамічна рівновага характерна не лише для біосфери. В такому стані знаходяться атмосфера, земна кора та мантія.
Для геосфер, не охоплених життям, характерна стійка динамічна рівновага. В біосфері динамічна рівновага не стійка. Це означає, що біосфера розвивається в процесі діяльності, самовдосконалюється, все більш повно, активно і в більшому масштабі накопичує, трансформує енергію, ускладнює свою організацію, збагачується інформацією.
Розрізняють два типи біогенної міграції, перший з них здійснюється мікроорганізмами, а другий - багатоклітинними організмами. Величина міграції першого типу переважає над другим. Людство оволоділо міграцією третього типу, яка іде під впливом його діяльності. Крім того, розрізняють великий (геологічний) та малий (біологічний) колообіги і колообіги різних природних ресурсів (ресурсні цикли). Великий (геологічний) колообіг. Вивержені глибинні породи мантійного походження (базальти) тектонічними процесами виводяться з надр Землі в біосферу. Під впливом сонячної енергії й живої речовини вони вивітрюються, переносяться, відкладаються, перетворюючись різноманітні осадові породи, де запасається сонячна енергія (з вивержених мінералів утворюються глини, а вулканічні гази -СО, NH3 - переходять у вугілля та нафту).
Потім за рахунок тектонічних рухів осадові породи потрапляють у зони високих тисків та температур (а також радіоактивного розпаду й гравітаційної диференціації) і перетворюються в гранітні породи з більш високим рівнем енергії, ніж у осадових порід. Кристалізовані вивержені породи знову за рахунок висхідних тектонічних рухів потрапляють у біосферу. Таким чином цикл завершується, але вже на новому рівні, бо з вихідних базальтів утворилися вивержені породи гранітного складу.
Малий біологічний колообіг (трансформація) речовин в біосфері. В кожній екосистемі колообіг речовин відбувається в результаті взаємодії автотрофів та гетеротрофів.
Вуглець, водень, кисень, азот, сірка і фосфор та біля 30 простих речовин, що необхідні для утворення живої речовини, безперервно перетворюються в органічні речовини або поглинаються в вигляді неорганічних компонентів автотрофами, а автотрофи використовуються гетеротрофами (спочатку консументами, а потім деструкторами). Таким чином, біогенні елементи безперервно циркулюють: розчиняються в континентальних водах, виносяться в моря або потрапляють в атмосферу, а між цими середовищами відбувається постійний газообмін, тобто відбувається біологічний колообіг атомів. Суть колообігу в тому, що утворення живої речовини і розклад органічної речовини - два боки єдиного процесу. В процесі біологічного колообігу атоми поглинаються живою речовиною і заряджаються енергією, а потім залишають живу речовину, віддаючи енергію в оточуюче середовище. За рахунок біогенної енергії відбувається більшість хімічних реакцій. Біологічні колообіги можуть бути різних масштабів і різної тривалості - від швидкого колообігу в ґрунті, річці, озері до тривалого, який обіймає всю біосферу.
Біологічний колообіг зворотний не повністю, частина речовин постійно виходить з колообігу і осідає в товщині осадових порід у вигляді органогенних вапняків, гумусу, торфу і т.п. В результаті колообігу біосфера (чи інша екосистема) не повертається в початковий стан: для біосфери характерний поступальний рух, тому символом біологічного циклу є не коло, а циклоїд (спіраль) .
Отже, колообіг речовин у природі спрямовується спільною дією як біологічних, так і геохімічних та геофізичних сил.
Вплив антропогенного фактора на колообіг. В порівнянні з тривалістю існування біосфери людина існує надзвичайно короткий час. Проте, за цей короткий проміжок часу колообіг речовин в біосфері змінився радикально. В.І.Вернадський підрахував, що в античні часи люди використовували лише 18 хімічних елементів, у XVIII ст. - 29, у XIХ ст. - 62, а тепер використовуються 89 елементів, що є в земній корі, крім того одержані такі, яких у природі зовсім немає (плутоній, технецій тощо)
Людина небувало прискорила колообіг деяких речовин - родовища заліза, цинку, свинцю інших елементів, які природа накопичувала мільйони років, швидко вичерпуються. Людина швидкими темпами використовує сонячну енергію “минулих біосфер”, накопичену в вугіллі, нафті, природному газі, вона вивільняє енергію, що міститься в урані. Все це збільшує неврівноваженість біосфери. Створюючи водосховища, дістаючи воду з глибинних водоносних горизонтів, людина втручається в колообіг води в природі.
Людині слід чітко уявити, що вони намагаються побудувати для себе та своїх нащадків, бо нічого з того, що робиться з природою, виправити неможливо.
З екологічної точки зору найважливішими є колообіги речовин, які є основними компонентами живої речовини: колообіг кисню; колообіг вуглецю; колообіг води; колообіг азоту; колообіг сірки; колообіг фосфору.
В. І. Вернадський зазначав, що на земній поверхні немає хімічної сили, яка б діяла постійніше, а тому й могутнішої за своїм кінцевим результатом, ніж загалом взяті живі організми. Жива речовина виконує хімічні функції: газову, концентраційну, окисновідновну і біохімічну.
Газову функцію здійснюють зелені рослини, які в процесі фотосинтезу виділяють в атмосферу кисень, рослини і тварини, які під час дихання виділяють вуглекислий газ, а також багато видів бактерій, які відновлюють азот із сполук, сірководень та ін.
Концентраційна функція пов'язана з нагромадженням у живій речовині хімічних елементів (вуглецю, водню, азоту, кисню, кальцію, калію, силіцію, фосфору, магнію, сірки, хлору, натрію, алюмінію, заліза). Окремі види є специфічними концентраторами деяких елементів: багато морських водоростей — йоду, жовтці — літію, ряска — радію, діатомові водорості і злаки — силіцію, молюски і ракоподібні — міді, хребетні — заліза, бактерії — мангану. Окисновідновна функція виявляється в окисненні речовин за участю організмів у грунтах і гідросфері, що супроводжується утворенням солей, оксидів тощо, та відновленні деяких речовин (сірководень, сульфат заліза та ін.). З діяльністю бактерій пов'язане формування вапняків, бокситів, залізних, манганових і мідних руд тощо.Біохімічна функція реалізується в процесі обміну речовин у живих організмах (живлення, дихання, виділення) і руйнування, деструкції відмерлих організмів та продуктів їхньої життєдіяльності. Ці процеси зумовлюють колообіг речовин у природі, біогенну міграцію атомів.
У процесі фотосинтезу рослини засвоюють вуглець, який надходить до листків із повітря у вигляді вуглекислого газу, й утворюють вуглеводи. При цьому відбувається перетворення сонячної енергії на хімічну. В цьому полягає космічна роль зелених рослин. У процесі дихання рослин частина вуглеводів окиснюється і вуглекислий газ виділяється у повітря. Більша частина вуглеводів нагромаджується у рослинах, де утворюються також білки і жири. Рослини поїдаються гетеротрофними організмами, таким чином сполуки, синтезовані рослинами, проходять через низку ланок у ланцюгах живлення. Під час дихання рослин вуглеводи окиснюються. За рахунок вивільнення енергії відбуваються всі життєві процеси, а вуглекислий газ виділяється в повітря.
Відмерлі рослини і тварини розкладаються за участю гнильних бактерій: при цьому також окиснюється вуглець органічних речовин з утворенням CQ2, що надходить у навколишнє середовище. Внаслідок розкладання решток організмів за відсутності кисню, тобто без окиснення (наприклад, на дні водойм), утворюються торф, кам'яне вугілля, нафта, сланці. Людина їх використовує як джерело енергії, а вуглекислий газ також надходить в атмосферу. Так, в одних випадках довге, а в інших — коротке коло замикається і розпочинається новий цикл включення вуглецю в органічні сполуки, що синтезуються рослинами. Кисень атмосфери має біогенне походження. Він постійно надходить в атмосферу внаслідок перебігу процесів фотосинтезу. Вільний кисень в процесі дихання використовується аеробними організмами. Одним із кінцевих продуктів окиснення вуглецю є СО2. В сполуці з вуглецем кисень повертається у зовнішнє середовище, щоб знову надійти у фотосинтезуючі організми. Оскільки вивільнення енергії з органічних і неорганічних сполук супроводжується розщепленням їх у процесі окиснення, то колообіг кисню забезпечує колообіг усіх біогенних елементів. Так створюються колообіг біогенних елементів і потік енергії в межах сукупності організмів. Постійне надходження енергії живить цей циклічний процес і компенсує неминучу втрату енергії із системи у вигляді теплового випромінювання. Внаслідок колообігу речовин у біосфері відбувається безперервна біогенна міграція елементів. Необхідні для життя рослин і тварин хімічні елементи переходять із середовища в організм. Під час руйнування організмів ці елементи знову повертаються в середовище, звідки надходять в організм або відкладаються у вигляді біогенних геологічних порід (тобто колообіг речовин у природі замкнений не повністю).
У біогенній міграції елементів беруть участь різні організми, в тому числі й людина. В зв'язку з цим міграцію біогенних елементів поділяють на три типи: перший (найпотужніший) здійснюють мікроорганізми, другий — багатоклітинні організми, третій — людина, що оволоділа різними формами енергії (механічною, електричною, атомною) і тим самим сприяла значній зміні біогенної міграції елементів. В. І. Вернадський зазначав, що біогенна міграція зумовлена трьома процесами життєдіяльності: обміном речовин в організмах, ростом і розмноженням їх. Із неживої природи атоми біогенних елементів насамперед вбираються рослинами, а від них по ланцюгах живлення переходять до тварин і людини.
Біогеохімічні процеси в біосфері пов'язані з діяльністю людини. З появою людини біосфера набула нової якості. Діяльність людини — потужний екологічний фактор. У сучасний період існування нашої планети найбільші перетворення в біосфері здійснює саме людина. Розорювання значних територій, створення великих населених пунктів і промислових підприємств, добування корисних копалин, спорудження каналів, водосховищ, зміна русел річок, насаджування лісів — всі ці дії людини значно змінюють природу. Діяльність людини відбивається на зміні клімату, рельєфу місцевості, видового і чисельного складу флори і фауни. Використання атомної енергії спричинило нагромадження радіоактивних речовин в атмосфері і Світовому океані.
Видобутком із надр і спалюванням вугілля, нафти, газу, видобуванням руди і виплавлянням чистих металів, створюванням сплавів і синтетичних речовин, яких не існувало в природі, і нових хімічних елементів, розсіюванням, нарешті, продуктів своєї діяльності людина значно посилила біогенну міграцію елементів.
Організми, які входять до складу біогеоценозу, утворюють в ньому складний взаємопов’язаний комплекс. Одним із факторів, що об’єднує живе населення біогеоценозу в єдине ціле, виступають харчові зв’язки організмів. Завдяки харчовим зв’язкам у біогеоценозі здійснюється трансформація біогенних речовин, акумуляція енергії та її розподіл між видами (популяціями). Чим багатший видовий склад біогеоценозу, тим різноманітніші напрями і швидкість потоку речовин і енергії всередині нього. Канали, яким через угруповання тече постійний потік енергії, називають ланцюгами живлення. Вони прямо чи опосередковано об’єднують всі організми в єдиний комплекс. Виявити окремі харчові ланцюги в біогеоценозі можна шляхом спостереження за живленням або шляхом визначення складу харчової маси, що міститься в кишківнику та шлунку впійманих тварин. Прослідкувати ланцюг живлення можна також методом «мічених атомів».
Першою ланкою в ланцюгу живлення зазвичай є рослини. Друга ланка – рослиноїдні види, а до них відповідно мають відношення паразити та хижаки. Вони теж можуть мати своїх паразитів та хижаків.
Ланцюги живлення можуть розвиватися на основі хижацтва, паразитування або розкладання органічних сполук мертвих тіл. В зв’язку з цим бувають ланцюги виїдання (хвоя сосни – сосновий шовкопряд – велика синиця – яструб – пухоїд) і ланцюги розкладання (кормові виділення зелених рослин – бактерії, що живляться ними).
Довжина ланцюгів живлення зазвичай невелика: в окремих випадках, якщо не рахувати некрофагів і сапрофагів, у нього входить лише дві ланки (конюшина і паразитуюча на ній повитиця). В деяких випадках ланцюг живлення може містити 4 – 5 і навіть 6 – 7 ланок (включаючи над паразитів). Проте кількість ланок в ланцюзі живлення обмежується правилом піраміди чисел: загальна кількість біомаси кожної наступної ланки в ланцюзі живлення зменшується. Доведено, що лише 1/10 речовин та енергії іде на побудову біомаси кожної наступної ланки, а решта її втрачається: розсіюється на теплове випромінювання, запасається у вигляді гумусу і органічних решток, донних відкладень водойм тощо. Однак біомаса, яка випала з якоїсь ланки одного ланцюга живлення, стає основою для інших ланцюгів.
Правило піраміди в екології поширюється на масу, енергію та чисельність видів чи представників окремих видів. Тому виділяють відповідно піраміди біомаси, енергії та чисел.
ПРИКЛАДИ РОЗВ'ЯЗУВАННЯ ЗАДАЧ
Задача 1. Користуючись правилом екологічної піраміди визначити, яка площа (в га) біоценозу може прогодувати одну особину останньої ланки в ланцюгу живлення: - планктон-риба-тюлень (300 кг); - планктон-нехижі риби-щука (10 кг). Суха біомаса планктону з 1кв.м становить 600 г за рік. Із вказаної у дужках маси 60% становить вода.
1). Визначаємо суху масу тюленя:
300 кг --- 100%
х кг ---- 40%
х = 120 кг
2). На підставі правила екологічної піраміди визначаємо, скільки потрібно планктону:
планктон – риб – тюлень
12000кг – 1200кг – 12кг
3). Визначаємо площу даного біоценозу, якщо відомо, що суха біомаса планктону з 1 кв.м становить 600 г.
Отже, 1 кв.м ----0,6 кг
х кв.м ---- 1200 кг
х = 20000 кв.м = 2 га
Відповідь: необхідно 2 га планктону.
Задача 2. Поясніть, чому ланцюг живлення має не більше 4 – 5 ланок.
У ланцюгу живлення при перенесенні речовини і енергії від однієї ланки до наступної більша частина (близько 90%) втрачається, тому кількість ланок (видів) рідко буває більшою, ніж 4 – 5. Чим довший ланцюг, тим менша продуктивність його останньої ланки відносно початкової.
Задача 3. З якою ефективністю використовує кукурудза енергію сонячного проміння, якщо 1 га кукурудзяного поля отримує протягом дня 210 000 кДж енергії, а за добу у вигляді приросту сухої речовини накопичується 4830 кДж енергії? Як використовується решта енергії?
Ефективність використання сонячної енергії кукурудзою можна встановити з пропорції:
210 000 кДж – 100%,
4830 кДж – х,
х = = 2,3%.
Відповідь: кукурудза накопичує лише 2,3% енергії сонячного проміння, решта енергії розсіюється, забезпечує теплове випромінювання та транспірацію.
Задача 4. Маса сіна з 1 га становить 200 г, а з вико-вівсяного поля – 500 г. За правилом екологічної піраміди визначте, яка площа лугу чи вико-вівсяного поля потрібна, щоб прогодувати протягом року людину масою 52 кг, 63%з яких складає вода, якщо ланцюг живлення має вигляд: сіно – корова – людина?
По-перше, встановимо масу сухої речовини в тілі людини:
52 кг – 100%,
х – 63%,
х = = 32,76, m(сухої речовини) = 52 – 32,76 = 19,24 кг.
По-друге, складемо ланцюг живлення:
трава (сіно) – корова – людина
1924 кг – 192,4 кг – 19,24 кг
По-третє, встановимо площу лугу або поля:
S(лугу) = = 9620 м2 = 0,96 га
S(поля) = = 3848 м2 = 0,38 га.
Задача 5. Протягом вегетаційного періоду 1 га кукурудзяного поля поглинає 76 650 000 кДж енергії, з яких лише 2,3% акумулюється у вигляді приросту простої речовини. Яка площа такого поля потрібна, щоб прогодувати протягом року одну людину, якщо добова потреба людини в енергії 5 000 кДж?
1) Яка кількість енергії необхідна людини протягом звичайного року?
365 · 5 000 = 1 825 000 кДж.
2) Яка кількість енергії акумулювалася в сухій речовині кукурудзи?
76 650 000 кДж – 100%,
х – 2,3%,
х = = 1 762 950 кДж.
3) Який ланцюг живлення?
кукурудза – корова – людина
185 200 000 кДж – 18 520 000 кДж – 1 852 000 кДж
4) Яка площа кукурудзяного поля?
S(поля) = = 103,5 га.
Відповідь: потрібно 103,5 га поля.
ЗАДАЧІ ДЛЯ САМОСТІЙНОГО РОЗВ'ЯЗУВАННЯ:
Задача 1. За правилом екологічної піраміди визначити, яка площа відповідного біогеоценозу необхідна, щоб з неї могла прогодуватися одна особина останньої ланки в ланцюзі живлення:
а) планктон – синій кит (жива маса 100 т);
б) планктон – риба – тюлень (300 кг);
в) планктон – нехижі риби – щука (10 кг);
г) планктон – риба – тюлень – білий ведмідь (500 кг);
д) планктон – риба – рибоїдні птахи – орлан-білохвіст (5 кг);
е) рослини – заєць – лисиця – вовк (50 кг);
є) рослини – безхребетні тварини – короп (3 кг).
Із вказаної в дужках маси 60% становить вода. Біопродуктивність 1 м2 відповідного біогеоценозу: планктон – 600г сухої маси, рослинність наземна – 200г, донна рослинність – 1000г.
Задача 2. Яка площа водойми у га може прогодувати білого пелікана масою 10 кг з масовою часткою води у тілі 60% у ланцюгу живлення планктон – риба – пелікан? Біопродуктивність 1 м2 водойми складає 600 г органіки (сухої речовини).
Задача 3. Встановіть продуктивність біогеоценозу (кг/га і кДж/га), якщо 1 м2 його дає у переахунку на суху масу 443 г культурних рослин, 456 г бур’янів і 231 г безхребетних тварин. Енергетичні показники біогеоценозу: 1 г сухої рослинної речовини акумулює в середньому 20 кДж енергії, 1 г тваринної – 21 кДж енергії.
Задача 4. Маса сіна з 1 га луки складає 200 г, з вико-вівсяного поля – 500 г. За правилом екологічної піраміди встановіть, яка площа луки чи вико-вівсяного поля треба, щоб прогодувати протягом року людину масою 54 кг (масова частка води в тілі 63%). Ланцюг живлення: трава – корова – людина.
Задача 5. Скільки потрібно фітопланктону, щоб у Чорному морі виріс дельфін білобочка масою 300 кг. Біопродуктивність 1 м2 водного біогеоценозу з планктоном – 600г сухої маси, масова частка води у тілі дельфіна – 60%.
Задача 6. Користуючись правилом екологічної піраміди, визначити, скільки га лугів потрібно, щоб прохарчувати людину масою 58 кг (із них 66% становить вода). Суха біомаса трави з 1 кв.м становить 200 г на рік. Ланцюг живлення: сіно – корова – людина.
Задача 7. Яка площа акваторії моря потрібна для прогодування чайки, маса тіла якої 1 кг, масова частка води 60%, у ланцюзі живлення: фітопланктон – риба – чайка? Продуктивність фітопланктону – 500 г сухої речовини на1 м2.
Задача 8. Біомаса планктону складає 400 г з 1м2. За правилом екологічної піраміди встановіть площу відповідного біогеоценозу, в якому може вирости і прогодуватися пара судаків масою 4 кг кожен (масова частка води в тілі 60%). Ланцюг живлення: планктон – рослиноїдні риби – судак.
Задача 9. У савані біомаса рослинності складає 750 г на 1 м2, з них вода складає 70%. Встановіть площу савани, яка може прогодувати лева масою 250 кг (масова частка води в тілі 70%) у ланцюзі: трава – парнокопитні – лев.
Задача 10. Біомаса планктону – 400 г/м2. Визначте площу акваторії, в якій може прогодуватися морський леопард масою 300 кг (масова частка води в тілі 60%) у ланцюзі живлення: планктон – риби – пінгвіни – морський леопард.
Задача 11. У 5 · 106 м3 відкритого океану протягом року розвивається 200т фітопланктону і зоопланктону. Чи достатньо цього об’єму води для існування одного кита-горбача, якщо приріст ваги його тіла за цей час складає 2 т?
Задача 12. Середня маса однорічної рудої лисиці складає 20,5 кг. Припустимо, що у віці 1 місяць при масі тіла 500 г вона перейшла на харчування виключно куріпками (маса тіла 800 г). Яку кількість куріпок вона має з’їсти, щоб досягти маси однорічної лисиці.
Задача 13. Середня маса однорічної рудої лисиці складає 20,5 кг. Припустимо, що у віці 1 місяць при масі тіла 500 г вона перейшла на харчування виключно куріпками (маса тіла 800 г). Яка площа лісостепу потрібна для того, щоб забезпечити лисицю харчуванням, якщо продуктивність рослинної біомаси становить 2т/га за рік?
Задача 14. Чорні стрижі живляться виключно рослиноїдними комахами. Кожен із дорослих стрижів має масу 55 г. Пташеня при вилупленні із яйця має масу тіла 5 г. Пара стрижів вигодовує трьох пташенят протягом 60 днів, при чому масова частка рослиноїдних комах становить в їх раціоні 75%. За правилом екологічної піраміди встановіть, яка маса рослин стала базою для харчування цих пташенят?
Задача 15. Середня маса маляти хохулі становить 10 г, дорослої особини – 460 г. Цієї ваги хохуля досягає у віці 6 місяців. Харчова база хохуль – водяні безхребетні (80%) і рослини (20%). Річний приріст рослинної маси в заплаві річки складає 2 т/га. Яку площу заплави потрібно для досягнення хохулею дорослого віку?
ХІД РОБОТИ:
ВАРІАНТ ________________
ВИСНОВОК: У висновку дайте відповіді на питання:
1. Що називають біологічним коло обігом речовин?
2. Які причини його викликають?
3. В чому сутність хімічних функцій живої речовини ?
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 8
ТЕМА: Порівняння поновлюваних та не поновлюваних ресурсів біосфери.
МЕТА: Закріпити знання про природні ресурси, основні ознаки, за якими їх характеризують. Скласти порівняльну характеристику різних видів природних ресурсів.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Природними ресурсами називають компоненти та сили природи, що використовуються або можуть бути використані як засоби виробництва та предмети споживання для задоволення матеріальних і духовних потреб суспільства, підвищення якості життя людей.
Існують різні підходи до класифікації природних ресурсів. В основі природних класифікацій знаходяться відмінності природних ресурсів за генезисом і належністю до тих чи інших компонентів і сил природи. Оскільки природні ресурси – це природні тіла, компоненти географічної оболонки Землі, то вони мають природну класифікацію. Тому, виходячи з належності до природних систем і розміщення, природні ресурси поділяють на такі групи:
Природна класифікація не показує місця тієї чи іншої групи природних ресурсів в процесі суспільного відтворення. Довгий час природні ресурси вивчалися лише переважно природничими науками, тому їх класифікація була заснована на таких критеріях, як форма природних речовин, їх розміщення, ступінь вивченості тощо. Тільки в силу порушення екологічної рівноваги вони стали об’єктом вивчення економіки, у зв’язку з чим з’явилася потреба у класифікації природних ресурсів і за критерієм господарського використання. За цією ознакою їх ділять на такі групи:
Вичерпні природні ресурси – це ті, які при їх видобутку та використанні не відтворюються природою або відтворюються значно повільніше, ніж використовуються. Вони в свою чергу діляться на відновні і невідновні (відтворювані і не відтворювані). До не відтворюваних належать, наприклад, багатства надр. Їх використання можливе лише раз, і воно неминуче призводить до виснаження їх запасів. Поповнення цих запасів неможливе, оскільки відсутні умови, в яких вони виникали мільйони років, або може відбуватися, але надто повільно.
Природні ресурси, існування яких не обмежене часом, називають невичерпними. При будь-якій інтенсивності їх споживання їх кількість не вичерпується, або зменшується так повільно, що цією величиною на практиці нехтують. До них можна віднести енергію Сонця, вітру, припливів та відпливів, вітрових хвиль, течії річок тощо.
Таким чином, за цією ознакою природні ресурси можна поділити на групи:
|
невичерпні |
вичерпні |
|||
|
відновні |
невідновні |
|||
|
мінеральні |
||||
|
енергія Сон-ця, енергія вітру, при-пливів і від-пливів, вітро-ві хвилі, те-чія річок тощо |
чисте повітря чиста прісна вода, родючі ґрунти, флора, фауна тощо |
паливні |
рудні |
нерудні |
У господарському відношенні можливі для експлуатації природні ресурси можна поділити на такі групи: зовнішні (енергія Сонця, гравітація), поверхні Землі (бувають фізичні та біологічні), земних глибин.
За цільовим призначенням ресурси ділять на матеріальні, пізнавальні, естетичні, рекреаційні тощо.
За рівнем значимості для людини їх ділять на вкрай необхідні (повітря, вода, їжа) і відносно байдужі.
ХІД РОБОТИ:
Заповніть порівняльну таблицю:
|
Ознаки |
Види ресурсів |
||
|
Енергія Сонця |
Прісна чиста вода |
Паливні корисні копалини |
|
|
Який вид матерії представляє (жива, біогенна, біокосна, косна)? |
|||
|
До якої групи належить за вичерпністю? |
|||
|
Відновний чи не відновний? |
|||
|
Як характеризується за рівнем вивченості? |
|||
|
Як характеризується за можливістю використання? |
|||
|
Як характеризується за впливом виробництва? |
|||
|
Як характеризується за характером використання? |
|||
|
Як характеризується за територіальною приналежністю? |
ВИНОВОК: У висновку зазначте, що називають природними ресурсами ?
__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
Як ви охарактеризуєте вказані групи ресурсів за цільовим призначенням та рівнем необхідності для життя людини?
______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________
ПРАКТИЧНА РОБОТА № 9
ТЕМА: Порівняння природного і штучного добору. Аналіз пристосувань організмів до умов середовища
МЕТА: Уточнити і систематизувати знання студентів про природний та штучний добір як фактори еволюції. Встановити спільне та відмінне у них. Удосконалювати навички аналізу і синтезу, вміння роботи з літературою. Уточнити і систематизувати знання студентів про біоадаптацію як результат еволюційного процесу. Вчити розпізнавати різні форми пристосування, наводити приклади.
ТЕОРЕТИЧНА ЧАСТИНА
Чарльз Дарвін доводив, що всі без винятку сорти рослин і породи тварин служать для задоволення певних потреб людини – економічних або естетичних При цьому вони відрізняються один від одного насамперед особливостями, які цікавлять людину. У різних сортів буряка листя, плоди і насіння практично однакові, а от коренеплоди різні за формою, кольором, вмістом цукру тощо. У капусти велику різноманітність мають листки, у бузку – квіти і суцвіття, у квасолі – насінини тощо.
Аналізуючи методи роботи селекціонерів, Дарвін прийшов до висновку, що створення нових порід і сортів базується на використанні людиною трьох факторів: мінливості, спадковості, добору. Переконавшись в цьому, він далі довів, що у природі ту ж роль виконують спадкова мінливість і добір. І зумовлюють ці фактори в природі формування видів, еволюцію органічного світу і пояснюють доцільність будови і функцій тварин і рослин.
Добір, який використовує людина, Дарвін назвав штучним. Під цим він розумів процес створення нових порід тварин і сортів культурних рослин шляхом систематичного збереження особин з певними цінними для людини ознаками і властивостями в ряді поколінь і шляхом сприяння їхньому розмноженню. Цієї мети можна досягти не тільки відбором кращих, а і усуненням (елімінацією) тих, що менше задовольняють потребам людини.
Таким чином, механізм штучного добору за Дарвіним включав у себе наступні етапи:
При створенні культурних форм спочатку діяв несвідомий добір, а потім – методичний. Виділяють наступні форми штучного добору: масовий, що зводиться до виділення з вихідного матеріалу цілої групи особин з бажаними для селекціонера ознаками, та індивідуальний, який зводиться до виділенні окремих особин з цікавими для селекціонера ознаками і одержання від них потомства.
У природі Дарвін відкрив природний добір. На противагу штучному, коли нагромаджуються ознаки, корисні для людини, у процесі природного добору нагромаджувалися ознаки, корисні для окремого організму чи виду, до якого він відноситься. У процесі еволюції природний добір робить організми все більш пристосованими до тих умов, у яких існують особини даного виду. Таким чином, природний добір – це виживання найбільш8 пристосованих і загибель найменш пристосованих до даних конкретних умов існування. Оскільки умови ці змінні, то доцільність природного добору не абсолютна: при зміні умов ці пристосування можуть стати невигідними, шкідливими, і привести навіть до загибелі особин. Проте для виду в цілому від цього буде лише вигода.
Особливою формою добору є статевий добір. Він може полягати у тому, що самці борються за прихильність самок або конкурують між собою за певними зовнішніми ознаками. В першому випадку боротьба пряма: турніри оленів, морських слонів тощо. В другому випадку конкуренція менш жорстка: співи птахів, забарвлення шерсті або пір’я, поява спеціальних утворень в період підготовки до спарювання тощо. Це проявляється, зокрема, у формі статевого диморфізму: особини статі, яку обирають, зафарбовані яскравіше, більші за розмірами, краще співають і таке інше.
Виділяють наступні форми природного добору: рушійний (або прямий чи провідний), стабілізуючий та розриваючий (або дизруптивний).
Рушійний добір описав Дарвін, а сучасне формулювання і трактовку розробив Дж. Сімпсон. Його сутність полягає в тому, що він обумовлює постійну зміну пристосувань видів відповідно до зміни умов довкілля. Наприклад, вторинноводні тварини (кити, тюлені тощо) могли виникнути від предка, що жив на суходолі у вологій місцевості, тому з часом пристосовувався до підняття рівня води аж до переходу до водного способу життя.
Стабілізуючий добір описав І.І.Шмальгаузен. Сутність цієї форми добору полягає в тому, що у незмінних умовах існування відсікаються форми, що носять крайній прояв ознаки. Тоді збільшується кількість особин, які мають прояв ознаки в межах середньої норми реакції. Наприклад, комахи-запилювачі чітко пристосовані до будови квітки того виду рослин, з якої вони збирають нектар. Конюшину, зокрема, дуже важко запилити бджолі, а от джмелю – до снаги.
Розриваючий добір спрямований проти проміжних форм. Якщо умови зовнішнього середовища суттєво змінилися і це призвело до загибелі значної частини особин виду, то, як правило, гинуть ті особини, що несли середній прояв ознаки, близький до норми реакції. Тоді переваги отримують носії крайніх проявів ознаки. Це в кінцевому результаті може призвести навіть до формування різних підвидів. Наприклад, на невеликих островах Океанії, де панують сильні вітри, представлені комахи і птахи або зовсім безкрилих форм, або з великими крилами, що можуть протистояти силі вітру. Середньокрилих форм немає взагалі, бо вони не змогли б боротися з силою вітру.
Природний добір – процес історичний. Його дія виявляється через багато поколінь, коли малопомітні індивідуальні зміни підсумовуються, комбінуються, стають характерними адаптивними ознаками груп організмів: популяцій, видів. З цього приводу Дарвін писав: «Висловлюючись метафорично, природний добір щодня, щогодини розслідує по усьому світу дрібні зміни, відкидаючи погані, зберігаючи і складаючи гарні, працюючи нечутно, невидимо, де б і коли б тільки не сталася для цього нагода, над удосконаленням кожної органічної істоти стосовно умов її життя, органічних та неорганічних».
Обставини, що сприяють природному добору:
а) кількість особин та їх різноманітність;
б) частота мутацій;
в) інтенсивність розмноження;
г) частота зміни поколінь;
д) розміри ареалу та відмінності умов існування виду всередині нього;
е) ізоляція, що унеможливлює вільне схрещування.
Відкривши природний добір, Дарвін зміг матеріалістично пояснити біологічну доцільність, яка властива живим організмам. Вона має відносний характер: будова і функції організмів не можуть бути доцільними взагалі, поза зв’язком з тими умовами, де живе організм. Наприклад, заєць-біляк восени линяє, але за умови відсутності снігу його біле хутро навпаки стає добре помітним, а яйця аскарид, добре захищені від кишкових соків і лужного середовища, швидко гинуть від за відсутності вологи і високої температури.
Природний і штучний добір мають спільні та відмінні ознаки. До перших відноситься те, що основою обох процесів є спадкова мінливість, яка дає матеріал для добору. Також результатом обох процесів є утворення нових форм: породи, сорти, штами утворюються при штучному доборі, а нові види – в природному.
Але істотною відмінністю є те, що в процесі штучного добору людина відбирає ті особини, ознаки яких задовольняють її потреби; для виду ж у цілому вони не лише не корисні, а часто просто шкідливі. Наприклад, як би у природі могли вижити коротконога вівця-меринос або майже безшерсті породи свиней, що до того ж мають масу тіла, яку їм важко утримувати на ногах? У природному ж доборі відбірним фактором є умови середовища існування організмів; добираються будь-які життєво важливі ознаки організмів; як наслідок природний добір діє виключно на користь популяції та виду в цілому, хоч окремим особинам від цього не завжди добре. Наприклад, переможений під час двобою олень не залишить по собі потомства, але в цілому для популяції це вигідно: залишаться нащадки більш сильної особини, носії його генів.
Штучний добір почав діяти з того часу, як людина почала одомашнювати тварин і займатися землеробством, а природний діє протягом всієї історії органічного світу.
Проте вони органічно пов’язані: на сорти і породи, створені внаслідок штучного добору, теж діють умови довкілля, а отже, і природний добір.
Біологічним системам на різних рівнях організації властива адаптація. Під адаптацією розуміється процес пристосування до умов середовища. Всі живі істоти і їхні угруповання пристосовані до географічних, фізичних, хімічних, біологічних умов середовища.
Адаптація виникає і розвивається на базі спадкової програми організму і здатності змінюватися під впливом природного добору. У результаті добору у кожному середовищі існування виживали тільки ті форми організмів, генотипи яких забезпечували існування потомків у даних конкретних умовах. Так з'явилися пристосування організмів до існування в горах, пустелях або в океані, у полярних чи екваторіальних широтах.
З іншого боку, життя в певних умовах пов’язане з коливанням факторів навколишнього середовища на протязі індивідуального життя особини. Генотипом запрограмовано, що всі організми мають адаптивні можливості змінюватися в певних межах, пристосовуватися до змінюваних факторів середовища, як правило, зберігаючи постійність гомеостазу. Часто адаптивні можливості у процесі індивідуального життя зростають у результаті тренування.
У основі адаптацій на рівні клітин, органів і організмів лежать явища подразливості з характерними для нього адекватними реакціями. Без адаптивних реакцій життя ні в якому разі не можливе.
На рівні організму при різкій зміні навколишнього середовища адаптації дозволяють вижити у результаті перебудови фізіологічних функцій і поведінки.Вони спрямовані на підтримання гомеостазу.
При різкому погіршенні умов існування (низька температура, відсутність достатньої вологості тощо) деякі організми переходять в особливий стан анабіозу. При цьому життєві процеси тимчасово припиняються , або вони так уповільнені, що видимі прояви життя відсутні. При настанні сприятливих умов відбувається відновлення нормального рівня життєдіяльності. Явище анабіозу зустрічається у різних формах у багатьох організмів.
Адаптації зберігаються і удосконалюються добором. У цьому проявляється його творча роль. При зміні умов існування адаптації часто втрачають своє пристосувальне значення. Це вказує на їх відносний характер. Пристосованість видів, вироблена добором, не може бути абсолютною, оскільки вона завжди відносна і корисна лише в тих умовах середовища, в яких відбувався природний добір. Наприклад, форма тіла, органи дихання та інші особливості риб корисні лише за умови існування у водному середовищі, а в наземно-повітряному вони навпаки шкідливі.
Будь-які форми добору приводять до адаптації – відповідності будови, функцій, поведінки живих організмів середовищу існування. Нові адаптивні пристосування часто зумовлені наявністю структур, які раніше виконували інші функції. Наявність таких структур, які розширюють або змінюють свої функції, називають перед адаптацією.
Розрізняють адаптації активні і пасивні. До пасивних відносяться інтенсивне розмноження, захисне і попереджувальне забарвлення тощо. До активних – розвиток нервової системи, органів чуттів, органів руху тощо.
Розглянемо деякі прояви пристосованості організмів до умов існування.
- Плідність. Найбільш численне потомство у тих видів, у яких воно масово знищується або вони не проявляють турботи про потомство.
- Захисне забарвлення. Дозволяє злитися з оточенням і жертві, і хижаку.
- Погрозливе забарвлення. Застосовується видами, що мають отруйні залози, жалкі клітини, неприємний запах, отрути тощо. Попереджає хижака: я небезпечний.
- Погрозливі пози. Аналогічно попередньому, але більше притаманні тваринам. Наприклад, кобра розкриває «каптур».
- Наслідування (мімікрія). Форма тіла і забарвлення нагадує інші види, небезпечніші за даний. Наприклад, мухи-осовидки.
- Інстинкти тварин. Харчові, оборонні, статеві, турбота про потомство. Вони є сукупністю складних вроджених реакцій організму у відповідь на зовнішні чи внутрішні подразнення і забезпечують виживання виду в цілому в змінних умовах середовища.
ХІД РОБОТИ:
І. Віднесіть кожен із випадків до відповідної графи таблиці «Форми природного добору»:
|
рушійний |
стабілізуючий |
розриваючий |
1. Існує корелятивна залежність між розмірами і формою нектарників і тичинок квітів квіткових комахозапильних рослин та особливостями будови тіла комах-запилювачів.
2. Безкрилі або довгокрилі особини птахів живуть на дрібних океанських островах, а середньокрилих немає.
3. У передмісті Манчестера темнокрила форма березового п’ядуна витіснила світлокрилу приблизно за 20 років, коли внаслідок інтенсивної роботи металургійних підприємств кора беріз потемніла.
ВИСНОВОК: У висновку дайте визначення всіх форм природного добору, вкажіть (по можливості), хто розробляв положення про кожну з форм.
ІІ. Заповніть таблицю «Види добору»:
|
Ознаки |
Види добору |
|
|
штучний |
природний |
|
|
1. Які фактори діють? 2. Що дає матеріал для добору? 3. Що є результатом дії добору? 4. Які ознаки зберігаються? 5. Чиї потреби задоволь-няються (на чию користь діє добір)? 6. Хто проводить добір? 7. З яких часів добір відбувається? 8. Які форми добору вам відомі? |
ВИСНОВОК: У висновку дайте визначення природного і штучного добору і вкажіть спільні та відмінні риси обох видів добору.
ІІІ. Дайте відповідь на контрольні запитання:
1. Самка риби-місяця відкладає близько 300 млн. ікринок, а риби-колюшки – всього 130-180. В чому причина? Яка це форма пристосування? До активних чи пасивних воно відноситься?
2. Встановіть характер пристосування до розмноження у таких рослин: клен, липа, кульбаба, череда.
3. Визначте характер пристосованості до середовища існування таких рослин: верблюжа колючка, росичка (перша з них росте в пустелях і має коріння довжиною до 20 метрів, а друга росте на болотистих, бідних органікою грунтах і полює на комах).
4. З’ясуйте характер пристосованості до роду їжі у тварин жуйних, гризунів, хижаків.
5. Поясніть, як забарвлення таких комах, як колорадський жук, сонечко семикрапкове, оса і бджола забезпечує їх пристосування до умов існування.
IV. Заповніть таблицю:
|
Типи адаптацій |
Приклади організмів |
|
Захисне забарвлення Захисна форма тіла Попереджувальне забарвлення Попереджувальна форма тіла Попереджувальна поведінка Мімікрія |
ВИСНОВОК: У висновку дайте визначення адаптацій, види адаптацій, наведіть приклади форм адаптацій. Поясніть причину їх відносності.
40