Вопрос 1. Взаимодействие и множественное действие генов как основа целостности генотипа

Гены представляют собой структурные и функциональные единицы наследственности. Каждый из них определяет развитие одного какого-то признака, независимого от других. Отдельная клетка и организм являются целостными системами, где все биохимические и физиологические процессы строго согласованы и взаимосвязаны прежде всего потому, что генотип – это система взаимодействующих генов.

Взаимодействуют друг с другом как аллельные, так и неаллельные гены, расположенные в различных локусах одних и тех же, и разных хромосом.

Аллельные гены вступают в отношения типа доминантности-рецессивности, различают полное и неполное доминирование. Встречаются также и иные формы взаимоотношений аллельных генов между собой. Одна из них допускает проявление сразу двух аллельных генов (кодоминирование) и наблюдается при наследовании групп крови у человека в системе АВО. Другая – сверхдоминирование: большая степень выраженности признака у гетерозиготных организмов служит основой гетерозиса – явления гибридной силы.

Известно много примеров, когда гены влияют на характер проявления определенного неаллельного гена или на саму возможность проявления этого гена. Пример взаимодействия двух пар генов – наследование формы гребня у кур некоторых пород. В результате различных комбинаций этих генов возникают четыре варианта формы гребня.

У душистого горошка есть ген А, обусловливающий синтез бесцветного предшественника пигмента – пропигмента. Ген В определяет синтез фермента, под действием которого из пропигмента образуется пигмент. Цветки душистого горошка с генотипом ааВВ и ААbb имеют белый цвет: в первом случае есть фермент, но нет пропигмента, во втором – есть пропигмент, но нет фермента, переводящего пропигмент в пигмент. При скрещивании двух растений с упомянутыми генотипами получим дигетерозиготное растение с генотипом AaBb.

У дигетерозиготных растений есть и пропигмент А, и фермент В, участвующие в образовании пурпурного пигмента. Продукты неаллельных генов взаимно дополняют друг друга. Такая форма взаимодействия генов разных аллельных пар носит название комплиментарности – взаимодополнения.

Пример другой формы взаимодействия генов – эпистаза – развитие окраски плодов у тыквы. Окрашенными плоды тыквы будут только в том случае, если в генотипе растений отсутствует доминантный ген В из другой аллельной пары. Этот ген подавляет развитие окраски у плодов тыквы, а его рецессивная аллель b не мешает окраске развиваться.

У пшеницы красный цвет зерен определяется двумя генами: А₁, А₂. Неаллельные гены обозначены здесь одной буквой А(а), потому что определяют развитие одного признака. При генотипе А₁А₁А₂А₂ окраска зерен наиболее интенсивная, при генотипе а₁а₁а₂а₂ они имеют белый цвет. В зависимости от числа доминантных генов в генотипе можно получить все переходы между интенсивно красной и белой окраской.

Таким образом, многие признаки развиваются при взаимодействии нескольких пар генов – полимерных, действующих в одном направлении.

Часто встречаются и ситуации, когда один ген определяет развитие нескольких признаков и свойств организмов. Такое явление получило название плейотропии. Так, например, у человека известен ген, определяющий одновременно развитие дефекта ногтей и коленной чашечки.

Вопрос 2. Соотношение организмов-продуцентов, консументов, редуцентов в экосистеме

Любое природное сообщество состоит из совокупности организмов, которые по типу питания можно разделить на функциональные группы.

Первой функциональной группой биоценоза являются автотрофы-производители (продуценты) органических веществ, способные аккумулировать солнечную энергию в процессе фотосинтеза и образовывать органические вещества. Чаще всего в роли продуцентов выступают зеленые растения.

Ко второй функциональной группе относятся гетеротрофные организмы, которым для питания необходимы уже готовые органические вещества. Различают две группы гетеротрофов: консументы, или потребители, и редуценты, то есть разрушители. К консументам относятся животные. Травоядные животные употребляют растительную пищу, а плотоядные – животную.

К редуцентам относятся микроорганизмы – бактерии и грибы. Редуценты разлагают выделения животных, остатки мертвых растений, животных и микроорганизмов, другие органические вещества. Разрушители питаются органическими соединениями, образующимися при разложении. В процессе питания редуценты минерализуют органические отходы до воды, углекислого газа и минеральных элементов. Продукты минерализации вновь используются продуцентами.

Графическое изображение соотношения между продуцентами, консументами и редуцентами в экосистеме называется экологической пирамидой.

В наземных экосистемах количественные показатели продуцентов выше, чем консументов; консументов первого порядка больше, чем консументов второго порядка; консументов второго порядка больше, чем консументов третьего порядка и т. д.

При переходе с одного трофического уровня на другой численность особей уменьшается, а их размер увеличивается. В некоторых водных экосистемах, отличающихся исключительно высокой биологической прордуктивностью продуцентов, экологическая пирамида может оказаться обращенной, «перевернутотй», т. е. количественные показатели консументов могут быть выше, чем продуцентов и редуцентов. В некоторых глубоководных и подземных экосистемах практически нет звена продуцентов, их продукция приходит извне, от поверхностных экосистем.

Передача энергии с одного пищевого уровня на другой происходит с очень малым КПД. С уровня на уровень переходит около 10 % энергии, что объясняет уменьшение числа и суммарной массы организмов на каждом последующем уровне и ограниченность количества звеньев в пищевой цепи.