§ 34. Формування фенотипу організмів як результат взаємодії геному з умовами середовища

• До змісту відповідей

БІОЛОГІЧНИЙ ДЕТЕКТИВ

Поміркуй, які ознаки людини визначаються лише генотипом, а які залежать від умов середовища. Наведи приклади таких ознак для різних організмів.

Лише генотипом у людини визначаються група крові за системою AB0, резус-фактор і колір очей. Від умов середовища значною мірою залежать маса тіла, зріст, розвиток м’язової та кісткової маси, інтелектуальні й мовні навички, а також засмага шкіри.

В інших організмів суто генотипом зумовлені забарвлення насіння і квіток у гороху чи візерунок оперення у голубів. Водночас розміри плодів у рослин або маса тіла та колір шерсті у мишей з алелем агуті істотно залежать від зовнішніх умов і харчування.

ТРЕНУЙСЯ ДУМАТИ

1. В окремих популяціях цукровий діабет виявляється досить часто. Наприклад, в індіанців Піма діабет виявлено у 8 % населення (в Мексиці). Проте це захворювання виявлено аж у 50 % індіанців Піма, що переїхали на проживання до США. Запропонуй причини такого феномену.

Індіанці Піма мають генетичну схильність до накопичення поживних речовин і розвитку цукрового діабету II типу. У Мексиці вони ведуть традиційний спосіб життя з високою фізичною активністю та споживають малокалорійну рослинну їжу, що стримує прояв цієї хвороби. Переїзд до США змінив умови середовища: малорухливий спосіб життя та висококалорійне харчування, багате на жири й швидкі вуглеводи, викликали масове ожиріння й активували експресію генів діабету.

2. Забарвлення пір’я папуг і фламінго має суттєву мінливість у межах кожного виду. Запропонуй гіпотезу щодо причин такої мінливості. Уклади план експериментального дослідження для виявлення природи чинників, що визначають забарвлення пір’я в обох груп птахів. Виконай в e-ДОДАТКУ завдання 34.1.

Гіпотеза: забарвлення пір’я фламінго безпосередньо залежить від факторів зовнішнього середовища, зокрема наявності каротиноїдів у їжі, тоді як забарвлення папуг повністю кодується власним генотипом організму.

План експериментального дослідження:

• Розділити кожну групу птахів (фламінго та папуг) на контрольну та дослідну підгрупи за однакових початкових умов.
• Контрольні підгрупи утримувати на звичайному раціоні, багатому на природні пігменти каротиноїди.
• Дослідні підгрупи перевести на збалансований раціон без умісту каротиноїдів.
• Спостерігати за забарвленням нового пір’я, що з’являється після чергового періоду линяння.
• Порівняти результати: втрата рожевого кольору у дослідних фламінго доведе залежність ознаки від їжі, а збереження яскравого пір’я у дослідних папуг підтвердить її суто генетичну природу.

Завдання 34.1 в e-додатку є інтерактивним практикумом, який моделює цей дослід і закріплює знання про норму реакції та роль середовища.

ЗАПИТАННЯ І ЗАВДАННЯ

1. Наведи приклади ознак, що визначаються лише генотипом.

Суто генотипом визначаються група крові та резус-фактор у людини, гладка чи зморшкувата форма насіння гороху, його жовте або зелене забарвлення, а також наявність чубчика та візерунок оперення у голубів.

2. На основі аналізу малюнку 34.1 (с. 149) поясни, як тренування у різному віці впливають на кісткову масу людей упродовж життя.

Фізичні навантаження в період активного росту (до 18 років) забезпечують максимальне формування кісткової маси, і цей високий рівень зберігається протягом усього подальшого життя. Тренування у віці 19–40 років також сприяють збільшенню щільності кісток, але мають значно скромніший ефект. Малорухливий спосіб життя в юності залишає кісткову масу на низькому рівні, що суттєво підвищує ризик виникнення остеопорозу в похилому віці.

3. Як формується здатність птахів співати пісню свого виду (оціни роль спадковості і умов зростання)?

Здатність співати видову пісню закладається спадково, оскільки генотип визначає анатомію голосового апарату та схильність до звуконаслідування. Проте реалізація цієї ознаки неможлива без відповідних умов середовища: пташеня повинно почути спів дорослих самців у гнізді в певний чутливий період. Якщо молодий птах був ізольований від співу свого виду, він не зможе правильно співати та закликати самиць.

4. Спираючись на малюнок 34.3, поясни зв’язок між індексом маси тіла (ІМТ) і розвитком діабету. (ІМТ = m/h², де m — маса, кг; h — зріст, м).

Між показником ІМТ та частотою виникнення діабету II типу є пряма залежність: зі зростанням маси тіла ризик захворювання стрімко підвищується. За даними діаграми, у чоловіків із нормальним ІМТ (менше 23) діабет фіксують лише в 1 % випадків, а при ІМТ 35 і більше цей показник сягає 42 %. У жінок залежність ще виразніша: при нормі ІМТ (менше 22) показник становить 1 %, тоді як при показнику від 35 він піднімається до 93 %.

5. Поясни, чому умови на ранніх етапах розвитку мають суттєвий вплив на формування фенотипу.

На ранніх етапах розвитку відбувається активний поділ клітин, закладання систем органів та формування тканин, через що організм найбільш чутливий до зовнішніх факторів. Умови ембріонального розвитку та якість живлення запускають епігенетичні механізми, зокрема метилювання ДНК, які надовго змінюють активність генів. Сформовані в цей критичний період порушення закріплюються у клітинах і впливають на здоров’я впродовж усього подальшого життя.

6. Проаналізуй свої індивідуальні фізичні і психічні особливості. Які з них визначені лише генотипом, а які є результатом взаємодії генотипу і середовища (виховання, умов зростання)? Уклади план дій для розвитку своїх здібностей.

Суто генотипом визначені моя група крові, резус-фактор, колір очей, форма вушної раковини та базовий тип нервової системи. Більшість інших характеристик — маса тіла, м’язова сила, володіння мовами, пам’ять і характер — сформувалися в результаті взаємодії генотипу з вихованням, раціоном і фізичними навантаженнями.

План дій для розвитку здібностей:

• Займатися спортом не менше трьох разів на тиждень, щоб зміцнити кісткову тканину та м’язи під час активного росту.
• Дотримуватися режиму сну та збалансованого харчування для нормального функціонування нервової системи.
• Щодня читати пізнавальну літературу та приділяти час вивченню іноземних мов для розвитку мовних зон мозку.
• Розв’язувати логічні та математичні завдання для тренування гнучкості мислення та пам’яті.

СКЛАДАЄМО БІОЛОГІЧНІ ПАЗЛИ (РЕФЛЕКСІЯ)

1. Назви три факти, які ти дізнався/дізналася після опанування параграфа.

• Фізичні навантаження до 18 років закладають максимальну щільність кісткової маси на все життя.
• Раціон вагітної самиці миші через метилювання гена агуті впливає на масу тіла та забарвлення хутра її нащадків.
• Здатність самців птахів правильно співати видову пісню потребує обов’язкового слухового контакту зі співродичами в чутливий період у гнізді.

2. Закінчи одне з речень: Я став/стала більш обізнаним/обізнаною щодо… Мене здивувало… Я побачив/побачила зв’язок…

Я побачив зв’язок між способом життя в підлітковому віці та станом здоров’я в дорослому житті.

3. З якими перешкодами ти зіткнувся/зіткнулася під час опанування параграфа? Як ти подолав/подолала труднощі?

Найважче було розрізнити поняття пенетрантності та експресивності генів. Подолати це допоміг розбір конкретних фактів із підручника: пенетрантність визначає саму наявність чи відсутність ознаки серед носіїв, а експресивність — ступінь її прояву, як різна кількість пальців при полідактилії.

4. Де і як ти зможеш використати знання і набутий досвід?

Отримані знання допоможуть мені правильно планувати свій раціон харчування та підтримувати щоденну фізичну активність для зміцнення кісток і профілактики цукрового діабету.