Алгоритмы развития

Еще в Древней Греции было замечено, что многие природные объекты обладают похожим геометрическим строением. Например, для большинства животных характерна двусторонняя симметрия, для растений – формирование фрактальных структур, а ветвление часто происходит по принципу дихотомии (разделения надвое). Геометрическое подобие организмов можно объяснить тем, что их развитие происходит по общим алгоритмам, связанных с последовательностью и скоростью клеточных делений. Наиболее просто проиллюстрировать это на примере небольшого числа клеток.

Задание 1. В каждом пункте нарисуйте, как будет выглядеть результат повторения алгоритма для ситуаций, приведенных в таблице. Для простоты считайте структуры плоскими. (5 баллов)

Задание 2. В природе часто встречается геометрическая форма спирали. Ниже представлено несколько примеров спиральных структур. Для каждой структуры укажите ее название, подпишите уровень организации и систематическое положение организма, которому она принадлежит. (12 баллов)

Задание 3. При развитии побега в меристеме происходит закладка листьев. Представим себе, что у нас есть два основных регулятора роста листьев: активатор и ингибитор. Обычно активатор генерируется центральной частью меристемы (черный цилиндр) и диффундирует к краевым восприимчивым клеткам (серая часть цилиндра), а ингибитор генерируется клетками, начавшими свою специализацию в лист. Назовите тип меристемы, тип листорасположения, представленный на картинках, а также предположите что происходит с диффузией ингибитора при разном листорасположении. (10 баллов)

Задание 4. (Только для 11 класса*) Ключевую роль в эмбриональном развитии организмов играет дифференцировка клеток, в основе которой лежит включение разных наборов генов в разных клетках в ответ на определенные сигналы. Паттерны экспрессии генов — регуляторов развития создают пространственную разметку эмбриона, поэтапно рисуя на нем нечто вроде чертежа будущего организма. На рисунке показано распределение концентраций четырех гипотетических белков в эмбрионе Drosophila. Передний конец эмбриона показан в левой части рисунка, а задний — в правой части. Продукты генов A и B активируют экспрессию гена F, а продукты генов C и D — репрессируют.

Нарисуйте график распределения концентрации белка f (продукта гена F) в эмбрионе. Как изменится распределение белка f, если в генах A, B, C и D произойдут мутации, нарушающие синтез соответствующих белков. (5 баллов)