Биология Справочники / Загальна біологія та генетика. Задачі / Болгова И.В. Сборник задач по общей биологии с решениями для поступающих в вузы

И. В. Болгова

СБОРНИК ЗАДАЧ по ОБЩЕЙ БИОЛОГИИ

С РЕШЕНИЯМИ

для поступающих в вузы

●Наследственность

●Взаимодействие генов

●Генетика пола

●Анализ родословных

●Изменчивость

●Генетика популяций

●Молекулярная биология

Москва

ОНИКС Мир и Образование 2006

ПРЕДИСЛОВИЕ

В данном сборни е предла аются задачи, направленные на за репление теоретичес их знаний по урсу общей биоло ии общеобразовательной ш о- лы. Особое внимание уделено лассичес ой енети е, базовые положения оторой лежат в основе представлений о механизмах и процессах передачи наследственной информации и изменчивости у живых ор анизмов.

Кни а содержит более 250 задач, среди оторых есть и типовые, и задачи с не оторой специфи ой — их называют «сюжетными». Типовые задачи зна о- мят с основными приемами рассуждений в енети е, а «сюжетные» — полнее рас рывают и иллюстрируют особенности этой нау и. Подобранные задачи хара теризуют енети у а точную нау у, использующую математичес ие методы анализа. Решение предла аемых задач требует умения анализировать фа тичес ий материал, ло ичес и думать и рассуждать, и определенной изобретательности при решении особенно трудных задач.

Материал пособия разбит на лавы, аждая изоторых посвящена он ретному разделу енети и:

Глава 1. «Основные носители наследственности. Деление лето »

Глава 2. «За ономерности наследования призна-ов, установленные Г. Менделем»

Глава 3. «Взаимодействие енов» Глава 4. «Наследование призна ов, сцепленных

с полом. Генети а пола»

3

ВВЕДЕНИЕ

Генети а — совсем еще молодая нау а. В начале XXI ве а ей исполнилось 100 лет. Но достижения енети ов впечатляют. Если в 1956 . было известно 700 форм наследственных заболеваний, то в 1992 . оличество известных заболеваний, передающихся по наследству, возросло до 5710. Появились новые методы исследования: меди о- енетичес ое онсультирование, позволяющее выявлять и предупреждать болезни и патоло ии на ранних стадиях развития ор анизма. Та , с помощью ультразву ово о исследования на 7—9-й неделях развития эмбриона можно определить поро и сердца, поче , моз-а, лом ость остей, дефе ты ишечни а. На 15—16-й неделях анализ рови матери и о олоплодной жид ости позволяет выявлять заболевания, связанные с обменом веществ, сцепленные с полом, синдром Дауна.

Исследования, предусмотренные лобальным международным прое том «Геном челове а», по азали, что е- ном челове а это 30 тыс. енов, а не 100 тыс., а предпола алось ранее.

Одной из целей прое та было изучение стру туры е- нов. Известно, что аждый ен приписывается определенной хромосоме и находится в стро о определенном месте, ло усе. На основе определения расстояний междуенами составляется арта хромосом челове а, де все хромосомы мар ируются и делятся на участ и. Современные же техноло ии позволяют выделять отдельные фра менты хромосом и размножать их вне ор анизма.

Дру ое направление исследований связано с определением стру турно-фун циональной взаимосвязи енов.

5

Та , по дефе тному ферменту-бел у, ответственному за наследственное заболевание, можно ис усственно синтезировать и-РНК, а затем и соответственный участо ДНК. Идентифицировать этот участо на хромосомной арте и, выделив этот ен, лонировать е о вне ор анизма, чтобы установить, в чем причина образования дефе тно-о фермента. Та им способом были изучены ены дистрофии, ра а молочной железы. На се одняшний день вопрос о лонировании различных биоло ичес их форм остается спорным.

Перспе тива использования достижений про раммы «Геном челове а» очень мно оплановая: от идентифи а- ции енов, ответственных за возни новение наследственных и приобретенных заболеваний до развития систем лечения, основанных на введении в ор анизм новойенетичес ой информации, орре тирующей енетиче- с ие дефе ты (та называемая енная терапия), и интенсивных методов диа ности и, основанных на выявленииенетичес их дефе тов и перехода в диа ности е наиболее полному обследованию популяций для выявления предрасположенности болезни.

Человечество по а слабо осознает возможности, о- торые от рывает перед ним енети а. В нынешнем ве е ему предстоит увидеть реальные результаты и последствия применения енети и в растениеводстве, животноводстве, медицине, а та же в получении чистых и сверхчистых химичес их веществ и элементов. С енети ой связаны самые смелые надежды, но она может таить в себе и серьезные у розы. Чем мощнее техноло ия, тем большей осторожности требует ее применение, тем большим объемом знаний должны обладать те, то считает себя вправе ставить э сперименты и высвобождать невиданные доселе силы природы.

Генети у определяют а нау у, изучающую за ономерности наследственности и изменчивости живых ор а- низмов. Под наследственностью понимают свойство ор анизмов повторять в ряду по олений призна и, сходные типы обмена веществ и индивидуально о развития в целом. Дру ими словами, наследственность обеспечи-

6

вает воспроизведение ново о по оления в стро их формах исходно о вида за счет передачи наследственной информации о призна ах и свойствах. Изменчивость — прямо противоположное свойство. Бла одаря ей у потом ов появляются новые призна и. Измененная наследственная информация передается в последующем от по оленияпо олению.

Наследственность и изменчивость являются первичными неотъемлемыми свойствами живых ор анизмов. Они лежат в основе всех жизненных проявлений. Без наследственности и изменчивости невозможна была бы эволюция жизни на Земле. Челове является «проду - том» длительной эволюции живой природы, в нем отражены все общебиоло ичес ие за ономерности.

Ка бы то ни было, енети а ищет ответы на вопрос о том, почему живые существа и растения та ие, а-ие они есть, и а им образом и почему они мо ут меняться.

Мы толь о начинаем привы ать тому, что в енети-е можно ставить и решать задачи, а в физи е и химии. Одна о сама енети а та быстро развивается, что с решением енетичес их задач приходится уже стал и- ваться в средней ш оле и при поступлении в вузы, делубо о изучают биоло ию, биохимию и медицину.

Рассмотрим на простом примере один из основных принципов решения енетичес их задач.

П р и м е р

Каре лазая женщина-правша вышла замуж за арелазо о мужчину-правшу. У них родился олубо лазый ребено -левша. Ка ие дети мо ут появиться у них в дальнейшем?

Не торопитесь утверждать, что задача содержит мало информации для ее решения. Не делайте вывода и о том, что ребено , наверное, происходит от дру их родителей. Из то о, что он не унаследовал от родителей именно те призна и, оторые интересуют нас в рам ах задачи, та-ой вывод вовсе не следует.

7

У аждо о из родителей были свои пред и и среди них, наверня а, были олубо лазые левши. Генети а не изучает процесс наследования, начиная с данной он - ретной пары родителей, будто до это о ни а их иных пред ов не было. Heт, в енети е мы исходим из то о, что процесс наследования рассматриваемых призна ов происходит мно о ратно, и пытаемся по азать механизмы наследования.

Речь идет о арих и олубых лазах не случайно. В арих лазах присутствует расящий пи мент — та-им образом проявляет себя ен, отвечающий за оличество это о пи мента. В олубых лазах расяще о пи - мента пра тичес и нет, т. е. соответствующий ен себя не проявляет. Та им образом, этот ен проявил себя в аждом из родителей и не проявил себя в их ребен е.

То же самое можно предположить относительно е- на, отвечающе о за а тивное владение правой или левой ру ой. Поэтому челове от рождения является либо правшой, либо левшой. В дальнейшем он может посредством тренирово добиться одина ово о владения обеими ру ами. Но при рождении в нем либо проявит себяен, отвечающий за а тивное владение правой ру ой, либо этот ен себя не проявит, и мы будем наблюдать эффе т левши.

Конечно, вопрос о существовании то о или ино о е- на должен быть научно установлен. Опираться лишь наипотезу о том, что та ой ен есть, рис ованно.

Ита , мы можем сделать важный вывод: формулируя любую енетичес ую задачу, надо ясно отдавать себе отчет в том, а ие ипотезы мы принимаем и на а ие научно установленные фа ты опираемся.

Теперь мы можем орре тно сформулировать задачу рассматриваемо о нами примера.

Каре лазая женщина-правша вышла замуж за а- ре лазо о мужчину-правшу. У них родился олуболазый ребено -левша. Ка ие дети мо ут появиться у них в дальнейшем, если у челове а имеются:

8

а) ен A, отвечающий за оличество расяще о пи - мента в радужной оболоч е лаза;

б) ен B, отвечающий за а тивное владение правой ру ой?

Определим понятия, оторые станут для нас базовыми в дальнейшем изложении.

Ген отвечает за наличие или отсутствие у ор анизмаон ретно о призна а — фена. Пос оль у ены «с рыты»

вядре лет и, а призна и и свойства ор анизма довольно «от рыты», явны, то та ое проявление ена называется э спрессией: реализуется наследственная информация в виде а о о-либо призна а — фена. Сово упность всех призна ов и свойств ор анизма, проявляющихся

впроцессе е о индивидуально о развития при взаимодействии со средой, называют фенотипом. Обозначаютен прописной бу вой латинс о о алфавита (например, A, B, C, ...). Каждый ен может проявить себя или не проявить в он ретном случае. Если ен себя проявляет, то оворят, что имеет место доминантный аллель. Если же ен себя не проявляет, то оворят, что имеет место рецессивный аллель. Доминантный аллель обозначают той же прописной латинс ой бу вой, что и сам ен (A, B, C, …), а рецессивный аллель — та ой же строчной бу - вой (a, b, c, …). Аллелей у ена может быть более двух. То да доминантный аллель, а и прежде, обозначают прописной бу вой, а остальные — строчными бу вами с инде сами, оторые либо нумеруют (A, a1, a2, …), либо

пользуются инде сами, являющимися начальными бу - вами названий призна ов (C, cch, ch).

Выбирая название он ретно о ена, делают а цент на более ред о встречающемся свойстве, одна о в ачестве доминирующе о берут тот аллель, оторый соответствует нормальному состоянию ор анизма. Например, встречаются люди, неспособные воспринимать аде ватно длинноволновые зоны видимо о света — расный, желтый, зеленый. Это — дальтони и. Отвечающий за это ен называют еном дальтонизма и обозначают бу - вой D. Одна о в ачестве доминирующе о берут аллель

9

нормально о зрения и е о тоже обозначают D, а тот аллель, оторый соответствует проявлению дальтонизма, будет рецессивным и получит обозначение d.

Генотип данно о ор анизма определяется проявлением или не проявлением рассматриваемых енов. Предпола-ается, что набор этих енов задан. Поэтому для обозначения енотипа достаточно у азать в наборе соответствующие ему аллели. Их записывают обычно над названиеменотипа. Под названием енотипа расписывают образуемые им сорта амет — половых лето . Здесь важно не сделать ошиб и, иначе весь дальнейший анализ о а- жется неверным.

Прежде все о нужно обратить внимание на то обстоятельство, что аждый ен в лет ах ор анизма, роме половых, представлен, по райней мере, двумя аллелями. В половых лет ах ( аметах) может быть толь о один аллель аждо о ена (см. c. 48). Гены родителей в примере, оторый мы анализируем, находятся в етерози-отном состоянии, т. е. енотип аждо о из родителей имеет вид AaBb. Если бы ены обоих родителей были в омози отном состоянии (AABB), то у потомства сохранились бы точно та ие фенотипы (призна и) что и у родителей, т. е. не было бы расщепления призна ов (см. л. 2) и ребено не был бы олубо лазым левшой.

Теперь у нас есть возможность изобразить задачу схематичес и, а затем выяснить, с а ой частотой мо ут появляться рассматриваемые нами призна и.

Обычно в схемах употребляют обозначения:

B — «зер ало Венеры», обозначает женс ий пол;

C — « опье и щит Марса», обозначает мужс ой пол; P — родители (от лат. Parental);

F — дети (от лат. Filli);

F1 — первое по оление потом ов (дети);

F2 — второе по оление потом ов (вну и) и т. д.

(F3, F4, ...);

ç — осой рест, зна , обозначающий с рещивание.

Если в схеме пол не у азан, то на первом месте в с рещивании стоит особь женс о о пола. Схема при-

10