Ответ: следует ожидать 25 % потомства, подобного отцу, 25 % – подобного матери, и по 25 % особей, сочетающих признаки обоих родителей.
Билет № 8
Вопрос 1. Энергетический обмен в клетках растений и животных, его значение
Процессом, противоположным синтезу, является диссимиляция – совокупность реакций расщепления. При расщеплении высокомолекулярных соединений выделяется энергия, необходимая для реакций биосинтеза. Поэтому диссимиляцию называют еще энергетическим обменом клетки или катаболизмом.
Химическая энергия питательных веществ заключена в различных ковалентных связях между атомами в молекулах органических соединений.
Часть энергии, освобождаемой из питательных веществ, рассеивается в виде теплоты, а часть аккумулируется, т. е. накапливается в богатых энергией фосфатных связях АТФ. Именно АТФ обеспечивает энергией все виды клеточных функций: биосинтез, механическую работу (деление клетки, сокращение мышц), активный перенос веществ через мембраны, поддержание мембранного потенциала в процессе проведения нервного импульса, выделение различных секретов.
Благодаря богатым энергией связям в молекулах АТФ клетка может накапливать большое количество энергии в очень небольшом пространстве и расходовать ее по мере надобности. Синтез АТФ осуществляется в митохондриях. Отсюда молекулы АТФ поступают в разные участки клетки, обеспечивая энергией процессы жизнедеятельности.
Этапы энергетического обмена. Энергетический обмен обычно делят на три этапа. Первый этап – подготовительный. На этом этапе молекулы ди– и полисахаридов, жиров, белков распадаются на мелкие молекулы – глюкозу, глицерин и жирные кислоты, аминокислоты; крупные молекулы нуклеиновых кислот – на нуклеотиды. На этом этапе выделяется небольшое количество энергии, которая рассеивается в виде теплоты.
Второй этап – бескислородный, или неполный. Он называется также анаэробным дыханием (гликолизом), или брожением. Образующиеся на этом этапе вещества при участии ферментов подвергаются дальнейшему расщеплению. Например в мышцах в результате анаэробного дыхания молекула глюкозы распадается на две молекулы пировиноградной кислоты (С3Н4О3), которые затем восстанавливаются в молочную кислоту (С3Н6О3). В реакциях расщепления глюкозы участвуют фосфорная кислота и АДФ. В суммарном виде это выглядит так:
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С3Н6О3 + 2АТФ + 2Н2О.
У дрожжевых грибов молекула глюкозы без участия кислорода превращается в этиловый спирт и диоксид углерода (спиртовое брожение):
С6Н12О6 + 2Н3РО4 + 2АДФ → 2С2Н5ОН + 2СО2 + 2АТФ + 2Н2О.
У других микроорганизмов гликолиз может завершаться образованием ацетона, уксусной кислоты и т. д.
Во всех случаях распад одной молекулы глюкозы сопровождается образованием двух молекул АТФ. В ходе бескислородного расщепления глюкозы в виде химической связи в молекуле АТФ сохраняется 40 % энергии, а остальная рассеивается в виде теплоты.
Третий этап энергетического обмена – стадия аэробного дыхания, или кислородного расщепления. Реакции этой стадии энергетического обмена также катализируются ферментами. При доступе кислорода к клетке образовавшиеся во время предыдущего этапа вещества окисляются до конечных продуктов – Н2О и СО2. Кислородное дыхание сопровождается выделением большого количества энергии и аккумуляцией ее в молекулах АТФ. Суммарное уравнение аэробного дыхания выглядит так:
2С3Н6О3 + 6О2 + 36Н3РО4 + 36АДФ → 6СО2 + 38Н2О + 36АТФ.
Таким образом, при окислении двух молекул молочной кислоты образуются 36 молекул АТФ. Следовательно, основную роль в обеспечении клетки энергией играет аэробное дыхание.
Вопрос 2. Движущие силы эволюции, их роль в образовании новых видов
В XIX в. Ч. Дарвин создает учение о происхождении и эволюции видов. Движущей силой эволюции Ч. Дарвин считал естественный отбор, наследственность и изменчивость.
Под наследственностью Дарвин понимал способность организмов сохранять в потомках свои видовые и индивидуальные особенности. Изменчивость – это свойство организмов приобретать новые признаки, т. е. это различия между особями в пределах вида.
Естественный отбор – это постоянно происходящий в пределах любого вида отбор наиболее приспособленных особей, который приводит к сохранению и накоплению изменений, полезных для вида в данных условиях, и к уничтожению вредных изменений.
Материалом для естественного отбора служит наследственная изменчивость. Избирательное сохранение лучших и избирательная гибель худших особей происходит через борьбу за существование.
Под термином "борьба за существование" понимают различные взаимоотношения, в которые вступают организмы между собой, а также все возможные взаимосвязи, которые возникают между организмами и условиями неживой природы.
Существуют следующие формы борьбы за существование:
1) внутривидовая борьба, или конкуренция, между особями одного и того же вида;
2) межвидовая борьба, которая возникает на разных уровнях (отношения "хищник – жертва", конкурентные отношения между разными видами растений в лесу и т. д.);
3) борьба организмов с неблагоприятными факторами неживой природы.
Исходные признаки и свойства в различных направлениях изменяет мутационный процесс. Частота возникновения отдельных мутаций очень низка, но в связи с большим числом генов общая частота возникающих мутаций у живых организмов относительно высока.
Один из важнейших эволюционных факторов – периодические изменения численности особей, популяционные волны; они являются поставщиками эволюционного материала, выводящие ряд генотипов случайно и ненаправленно на эволюционную арену.
Важный элементарный эволюционный фактор – изоляция, возникновение барьеров, нарушающих свободное скрещивание. Изоляция закрепляет возникшие случайно (в результате работы мутационного процесса и "волн жизни") и под влиянием отбора различия в наборах генотипов в разных частях популяции. Существует два основных типа изоляции: пространственная (при которой популяция разделяется на части барьерами, лежащими вне ее) и биологическая (при которой степень изоляции в пределах популяции основывается на возникновении соответствующих биологических различий).
Изоляция – один из важнейших факторов видообразования, так как препятствует скрещиванию и тем самым обмену наследственной информацией между обособленными популяциями. Пусковой механизм эволюции функционирует в результате совместного действия эволюционных факторов. У всех организмов постоянно идет мутационный процесс. Во всех популяциях происходят колебания численности особей. Явление изоляции входит в определение понятия "популяция", всегда присутствует в природе и естественный отбор. Влияние всех этих факторов может меняться независимо друг от друга, но они приводят к элементарным эволюционным изменениям. Со временем некоторые из них суммируются и ведут к возникновению новых приспособлений, что лежит в начале видообразования.
Вопрос 3. Рассмотреть обитателей аквариума и составить пищевую цепь. Объяснить, почему в аквариуме пищевые цепи короткие
Аквариум является упрощенной моделью экологической системы, созданной руками человека.
В качестве обязательного компонента данной экосистемы выступают зеленые растения (элодея канадская, валлиснерия, роголистник), являющиеся основными производителями (продуцентами) биомассы в аквариуме.
В роли потребителей (консументов) произведенных растениями в результате фотосинтеза органических веществ чаще всего выступают рыбы (гуппи, меченосцы, вуалехвосты) и моллюски (катушки, ампуллярии, прудовики), реже земноводные (шпорцевые лягушки, тритоны) и пресмыкающиеся (водяные черепахи).
Роль разрушителей (редуцентов) биомассы в аквариуме выполняют разнообразные микроорганизмы и простейшие, составляющие своеобразную микросреду, от которой во многом зависит устойчивость биоравновесия данной модели экосистемы.
Жизнь всех обитателей полностью зависит от условий, создаваемых и поддерживаемых человеком в аквариуме: освещенности, температуры воды, аэрации, состава грунта и других факторов.
Пример пищевой цепи:
одноклеточные зеленые водоросли → дафнии → гуппи → цихлозома.
Пищевые цепи в аквариуме короткие, так как ограниченность жизненного пространства и условий обитания не позволяют одновременно содержать большое количество видов растений и особенно животных, например, хищных рыб и их потенциальных жертв, конкурирующих видов, что может привести к нарушению биологического равновесия.