Готовимся к экзамену

Определения и обозначения

Генотип — совокупность генов организма. Он содержит наследственную информацию, которая передаётся потомству и влияет на развитие признаков; понятие помогает разбирать, какие варианты признака могут наследоваться.

Фенотип — совокупность проявившихся признаков организма. Он складывается под влиянием генотипа и условий среды, поэтому нужен для описания того, что можно наблюдать, а не только того, что записано в наследственной информации.

Естественный отбор — процесс преимущественного выживания и размножения организмов с наследственными особенностями, повышающими их приспособленность. Это понятие объясняет, почему некоторые признаки становятся в популяции более распространёнными из поколения в поколение.

Экосистема — сообщество организмов и среда их обитания, связанные обменом веществ и потоками энергии. Это понятие позволяет рассматривать вместе живые организмы, неживые компоненты и связи между ними.

Как это устроено

Гены содержат информацию, необходимую для образования молекул, которые участвуют в работе клеток и развитии организма. Поэтому изменения генетической информации или её сочетаний могут влиять на признаки. Однако один и тот же генотип не всегда приводит к совершенно одинаковому фенотипу: условия среды могут менять проявление признаков, например влиять на рост растения. Значит, при анализе признака нужно учитывать и наследственную основу, и условия развития.

В популяции особи различаются, и часть различий имеет наследственную природу. Такие отличия могут возникать из-за новых мутаций или новых сочетаний генов при размножении. Если среда меняется, некоторые наследственные варианты оказываются полезнее других: их носители в среднем чаще выживают и оставляют потомство. Поэтому доля соответствующих признаков меняется в ряду поколений, хотя сами организмы не приобретают нужные изменения просто потому, что они им понадобились.

В экосистеме продуценты, например зелёные растения, создают органические вещества, используя энергию света. Консументы получают вещества и энергию, поедая другие организмы, а редуценты разлагают остатки и возвращают элементы в среду. Пищевая цепь показывает, кто кому служит пищей и в каком направлении передаётся энергия. Круговорот веществ шире: он прослеживает переход элементов между организмами и средой, тогда как энергия проходит через систему и рассеивается.

Живое устроено как система связанных уровней: молекулы входят в состав клеток, клетки образуют организм, организмы объединяются в популяции, а популяции взаимодействуют в экосистемах. Поэтому изменение на одном уровне может иметь последствия на других. Например, изменение гена способно повлиять на клеточный процесс и признак организма; если этот признак наследуется и влияет на размножение, со временем может измениться состав популяции. В экосистеме изменения численности популяции могут затронуть связанные виды и пищевые связи.

Чтобы решить экзаменационную задачу, сначала распознайте процесс по условию: наследование, отбор или экологические связи требуют разных способов рассуждения. Затем выделите только относящиеся к нему данные и установите причинные связи, не подменяя факт предположением. В генетике проследите путь от генотипов родителей к гаметам и потомству; в задаче об отборе проверьте наследуемость различий и успех размножения; в экологии восстановите связи между видами. Завершите решение выводом, который прямо отвечает на вопрос и опирается на показанные шаги.

Биологические процессы и ключевые связи между ними

Используйте таблицу как краткий выбор стратегии: найдите в условии ключевые слова и соотнесите их с областью биологии. Затем проверьте, какие связи нужно показать, а не ограничивайтесь перечислением терминов. Если задача затрагивает несколько уровней, проследите переход от одного к другому.

Разбор задач

Задача 1. Наследование признака

Условие. Условно обозначим доминантный аллель признака буквой A, а рецессивный — a. Родители имеют генотипы Aa и aa, причём признак проявляется у организма с генотипом Aa. Определите возможные генотипы и фенотипы потомства, считая, что аллели расходятся по гаметам независимо.

1. Сначала установите, какие гаметы образует каждый родитель. Организм Aa образует гаметы A и a, а организм aa — только гаметы a.
2. Составьте сочетания аллелей: гамета A соединяется с a и даёт Aa, гамета a соединяется с a и даёт aa. При равной вероятности гамет каждый вариант появляется с вероятностью ½.
3. Переведите генотипы в фенотипы по условию. Aa проявляет доминантный признак, а aa — рецессивный; поэтому потомство делится на две равные по вероятности группы.

Ответ. Возможные генотипы потомства — Aa и aa, по ½ каждого. Фенотипы также представлены в соотношении 1:1: доминантный и рецессивный варианты.

Задача 2. Естественный отбор

Условие. В популяции есть особи со светлой и тёмной наследственной окраской. После изменения условий тёмные особи реже заметны хищникам и в среднем оставляют больше потомства; нужно объяснить, как изменится состав популяции.

1. Выделите различие, которое имеет значение: окраска наследуется, а значит, потомство может получить соответствующий вариант от родителей.
2. Сопоставьте признак со средой и результатом размножения. Тёмная окраска в данных условиях повышает вероятность выживания, поэтому её носители в среднем оставляют больше потомков.
3. Сделайте вывод о популяции, а не об изменении отдельных особей. Если преимущество сохраняется, доля наследственного варианта тёмной окраски будет возрастать в следующих поколениях.

Ответ. Частота наследственного варианта тёмной окраски может увеличиться. Это результат различий в выживании и размножении, а не целенаправленного изменения окраски отдельных организмов.

Задача 3. Пищевая цепь

Условие. В экосистеме представлены растения, растительноядные насекомые, насекомоядные птицы и хищные птицы. Составьте пищевую цепь и предположите, как сокращение численности насекомоядных птиц может повлиять на другие звенья.

1. Расположите организмы по способу получения пищи. Растения создают органические вещества, насекомые питаются растениями, насекомоядные птицы — насекомыми, а хищные птицы могут охотиться на мелких птиц.
2. Запишите направление переноса вещества и энергии: растения → насекомые → насекомоядные птицы → хищные птицы. Стрелка направлена от пищи к потребителю.
3. Проследите возможные последствия сокращения одного звена. При меньшем числе насекомоядных птиц численность насекомых может вырасти, усилив поедание растений; хищным птицам может стать доступно меньше добычи.

Ответ. Цепь: растения → насекомые → насекомоядные птицы → хищные птицы. Снижение численности птиц может повлиять и на насекомых, и на хищников, но точное направление и масштаб изменений зависят от других связей в экосистеме.

Типичные ошибки

Считать генотип и фенотип одним и тем же — значит смешивать наследственную основу и наблюдаемый результат. Эту ошибку допускают, когда оба понятия связывают просто с «признаком», не уточняя, о чём именно идёт речь. Проверьте себя вопросами: какие гены имеются у организма и что проявляется внешне или в работе организма? Ответы относятся к разным понятиям.

Объяснять эволюцию потребностью организма измениться неверно, потому что отбор не создаёт полезное наследственное отличие по запросу. Такое объяснение кажется логичным, если представить приспособление как цель, но оно пропускает уже существующую изменчивость. Проверьте рассуждение: указаны ли наследуемые различия и различия в выживании или размножении? Если нет, механизм отбора не обоснован.

Путать поток энергии с круговоротом веществ — значит не учитывать, что энергия рассеивается, а вещества могут снова включаться в процессы экосистемы. Ошибка возникает из-за того, что оба процесса связывают с передачей между организмами. Проверьте себя: можно ли показать повторное использование вещества, и куда уходит энергия на каждом уровне? Для этих вопросов ответы будут разными.

Записывать только итог без обоснования рискованно: даже верный ответ не показывает, как он получен, и в ходе решения невозможно обнаружить пропущенный шаг. Так поступают, когда стараются сэкономить время или считают ход мысли очевидным. Проверьте запись: есть ли нужные исходные данные, переходы между ними и вывод, отвечающий условию? Краткого, но последовательного обоснования достаточно.

Связь с другими темами

Для разбора этих процессов пригодятся знания о строении клетки, генетике, уровнях организации живого и основах экологии. Связь генотипа, фенотипа и наследования используется в задачах по генетике и молекулярной биологии: клеточные процессы помогают понять, как наследственная информация связана с признаками.

Естественный отбор объясняет изменение популяций и связан с темами эволюции и биоразнообразия. Знания об экосистемах помогают оценивать последствия изменения численности видов и воздействия человека на природу. Поэтому при решении комплексного задания может потребоваться одновременно рассуждать о наследственности, популяции и среде.

Что запомнить

• Генотип — наследственная основа признаков, фенотип — их проявление.
• На фенотип могут влиять и гены, и условия среды.
• Естественный отбор изменяет популяции через различия в выживании и размножении.
• В пищевых цепях энергия передаётся от одного трофического уровня к следующему.
• Вещества в экосистемах участвуют в круговороте.
• В задаче сначала определяют биологический процесс, затем выбирают нужные данные и обосновывают вывод.