|
|
Решение биологических задач повышенной сложности
День 1. Тема: Решение биологических задач повышенной сложности.
№
|
Задача
|
Ответ
|
1
|
Среди наземных улиток есть виды с правозакрученной (их большинство) и с левозакрученной раковиной. В некоторых случаях в популяциях правозакрученных улиток встречаются левозакрученные особи (обычно этот признак определяется мутацией в одном гене), как правило, они не могут спариваться с правозакрученными сородичами. Предварительный вывод – левозакрученность имеет очень мало шансов распространиться и закрепиться в популяции. Однако, анализ родственных отношений наземных улиток показывает, что левозакрученные виды неоднократно появлялись в ходе эволюции. Какие факторы могли способствовать закреплению этого признака и появлению левозакрученных видов улиток?
|
1. Первый фактор: способ размножения. Все наземные улитки - гермафродиты, и многие виды вполне способны к самооплодотворению. Готовность к самооплодотворению у многих видов улиток возрастает при длительном отсутствии половых партнеров.
2. Левозакрученность - рецессивный признак. Если у улитки возникла рецессивная мутация одного из двух аллелей; тогда при самооплодотворении все ее потомки будут правозакрученными, но 25% будут гомозиготами по рецессивному аллелю. Поскольку кладки у улиток достаточно большие, то есть шанс, что дальше рецессивный аллель закрепится в популяции. Иногда встречаются и такие улитки, у которых левозакрученность - доминантный признак. Тогда уже всё потомство исходной мутантной особи окажется левозакрученным, и шансы на распространение этого признака увеличатся.
3. Если улитку с доминантной мутацией изолировать – она выживет и даст потомство в новых условиях. Или эффект «бутылочного горлышка» (период очень низкой численности), улитка с левозакрученностью может выжить и дать потомство.
|
2
|
В последние десятилетия люди всё чаще сталкиваются с «новыми» инфекционными заболеваниями. Некоторые из них ранее вообще не регистрировались у людей, другие обнаруживались, но очень редко и только в отдельных регионах – а сейчас стали распространяться на новые территории, вызывая отдельные вспышки и даже настоящие эпидемии. Большинство таких болезней – зоонозы, то есть такие заболевания, которыми болеют не только люди, но и другие виды животных. Оказалось, что очень высокий процент «новых» болезней, которые передаются людям от диких животных, – это вирусные инфекции летучих мышей (например, вирусы бешенства, Эболы, атипичной пневмонии (SARS-CoV, MERS-CoV), вирус Нипах, вирус Хендра). Почему именно летучие мыши стали одним из основных источников «новых» вирусных болезней человечества и почему это стало происходить чаще в последние десятилетия?
|
1. Причиной может являться высокое видовое разнообразие летучих мышей. Еще влияние симпатрии (число других видов на данной территории) и низкое число детенышей в помёте, большое число помётов в году и высокая продолжительность жизни.
2. Причиной может быть и широкий выбор пищевых объектов. Некоторые виды питаются исключительно кровью птиц или млекопитающих, поэтому они активно участвуют в распространении вируса бешенства. А в некоторых районах люди охотно едят летучих мышей. И контакт с их мясом и способствует заражению вирусом Эбола.
3. Следующей причиной может быть склонность летучих мышей образовывать крупные скопления. В пещерах, где ночуют тысячи особей, где скапливается их помет и моча, условия для передачи вирусов идеальные.
4. Одна из причин - полет. Некоторые рукокрылые мигрируют на сотни и тысячи километров. Значит, они могут переносить вирусов туда, где местное население с ними никогда не сталкивалось и почти наверняка будет высоко восприимчиво к болезни
5. Причина того, что в последнее время летучие мыши стали чаще передавать опасные вирусы человеку, может быть связана с ростом численности населения, особенно в Африке и Южной Азии, где летучие мыши многочисленны. И все чаще люди уничтожают природные экосистемы. В таких условиях дикие животные вынуждены осваивать новые места обитания. Здесь они чаще сталкиваются с домашними животными и людьми, и у вирусов во много раз больше шансов "перепрыгнуть" на новых хозяев.
|
3
|
Листья и молодые стебли высших растений покрыты особой прозрачной тканью – эпидермой. Клетки эпидермы плотно прилегают друг к другу и выделяют на поверхность листа слой воскоподобных веществ – кутикулу, которая защищает лист от высыхания, но при этом препятствует газообмену с атмосферой. Для фотосинтеза растению необходим газообмен, для осуществления которого в эпидерме листа есть поры — устьица, состоящие из пары бобовидных клеток и щели между ними. Открывая или закрывая устьичную щель, растение может регулировать интенсивность газообмена. При этом неизбежны потери водяных паров из влажного воздуха межклетников. Как правило, у растений больше устьиц находится с нижней стороны листа, которая меньше нагревается. Почему на листьях омелы белой (Viscum album) расположено необычайно много устьиц с обеих сторон листа? У каких еще растений можно ожидать повышения числа устьиц по тем же причинам, что и у омелы?
|
1. Основным механизмом для создания потока воды по ксилеме растений является высокое осмотическое давление в корне. Движение сока ксилемы возможно даже при полном отсутствии испарения воды через листья.
2. Для растений характерно неравномерное распределение устьиц по сторонам листа: на нижней стороне листа их больше. Верхняя сторона листа нагревается солнцем и может интенсивно испарять воду, но тогда растение тратит слишком много воды, поэтому на верхней стороне листа устьиц обычно нет или очень мало. Омела, напротив, имеет частые устьица на обеих сторонах листа. Такая структура не способствует экономии воды, но она дополнительно увеличивает испарение в солнечные дни.
3. Омела белая паразитирует на деревьях. Она имеет фотосинтезирующие листья, но настоящие корни, растущие в почве, отсутствуют: омела образует особый корень (гаусторию), который встраивается в проводящую систему растения-хозяина и берет оттуда воду и питательные вещества.
4. Паразитические растения имеют все те же механизмы водного обмена, что и обычные растения. Но чтобы получить воду, они должны "пересилить" растение-хозяина. Омела белая продолжает интенсивно испарять воду даже в засуху - пока хозяин не завянет. Другие листопадные растения-паразиты, такие как марьянник (Melampyrum), также обладают повышенным испарением, поэтому они так быстро увядают, если их отщипнуть.
|
4
|
Ученые считают, что их кожа далеких предков человека потемнела после утраты густой шерсти около 1 млн лет назад. Судя по генетическим данным, кожа была темной и у общих предков Homo sapiens, которые около 70 000 лет назад вышли из Африки и начали расселяться по Евразии. Но позднее во многих популяциях Homo sapiens кожа посветлела. На современном этапе эволюции вида Homo sapiens очень темная кожа свойственна, за немногими исключениями, лишь населению тропических широт и выходцам из тропических регионов, например африканцам и афроамериканцам, а также австралийским аборигенам и папуасам. Народы – коренные жители умеренных широт, наоборот, в той или иной степени светлокожие. Как вы думаете, с чем это может быть связано?
|
1. После выхода из Африки Homo sapiens скрещивался с другими видами людей, например, с неандертальцами, от которых мог приобрести гены светлой кожи.
2. Во время миграции в Евразию популяция прошла через «бутылочное горлышко» (период очень низкой численности). Среди выживших людей могли оказаться носители генов альбинизма или «посветления» кожи, и светлая кожа закрепилась в популяции из-за дрейфа генов.
3. Посветление кожи вызвал естественный отбор. Белая кожа могла бы быть полезна для обитателей северных широт:
1) Обладатели светлой кожи более устойчивы к низким температурам и реже страдают от обморожений;
б) Гены светлой кожи сцеплены с другими полезными генами во внетропических регионах или случайно закрепившимися у «нечистокровных» Homo sapiens .
в) Осветление кожи связано с нехваткой ультрафиолетового излучения в умеренных широтах для синтеза витамина D в темной коже.
4. На цвет кожи действовал половой отбор.
| |
|
|
Скачать 20.58 Kb.