V Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Как создаётся новое?

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Калашников Н.А. 1Калашников Д.А. 1

---

1муниципальное общеобразовательное учреждение средняя школа р.п.Сурское

Калашникова Е.В. 1Ивахина Н.Н. 1

---

1муниципальное общеобразовательное учреждение средняя школа р.п.Сурское

Работа в формате PDF

1.1 MB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителяСвидетельство руководителя

Введение.

         В нашем классе у 5 человек есть дома аквариум. Как показал опрос, аквариумные рыбки благотворно действуют на душевное состояние человека, оказывают успокаивающие действие, снимают утомление, стресс, поднимают настроение.

         Ребята отметили, что забота и уход за аквариумными рыбками увлекательное занятие. Особенно  интересно наблюдать за поведением рыб во время кормления.

         Больше всего юных аквариумистов  радует, когда в аквариуме появляется новая рыбка с необычным окрасом или формой. Но, приобретение новых рыб требует финансовых затрат, поэтому не часто можно порадовать себя новым питомцем.

         У нас уже есть опыт разведения рыбок в домашних условиях. Но все, выращенные нами рыбки, были похожи на своих родителей.

         Можно ли в домашних условиях вывести новую, не похожую на остальных рыбку? С этим вопросом мы обратились к учителю биологии Ивахиной Наталье Николаевне.

         Так началась наша исследовательская работа.

         В своей работе мы показываем, как вывести и вырастить рыб в домашних условиях и как получить у них новые признаки: цвет и окрас.

         Наблюдая за разведением кошек, мы заметили, что котята  не всегда похожи на своих родителей цветом шерсти или окрасом. Мы предположили, что у рыб тоже можно вывести  мальков не похожих на своих родителей.

Гипотеза:  можно вывести рыб с новым цветом или с новым окрасом.

Цель: вырастить рыб с новыми признаками на основе законов генетики.

Задачи:

Познакомиться с законами генетики.

Выявить причины появления тех или иных признаков.

Провести работу по получению  нового признака.

Объект исследования: аквариумные рыбки Данио рерио.

Вид проекта: учебно-познавательный.

Приемы и методы:

Изучение литературных и интернет-источников по теме работы.

Проведение практической работы.

Анализ результатов.

Основная часть

1.1.        Виды Данио.

На уроках биологии мы познакомились с многообразием органического мира. Мы узнали, что он представлен пятью царствами: вирусы, бактерии, грибы, растения, животные, а каждое царство имеет огромное количество видов.

          У нас возник вопрос:  с чем связано это разнообразие?

Изучая литературные источники  по разведению аквариумных рыбок, мы узнали, что их большое разнообразие выведено не специалистами,  а аквариумистами-любителями. Используя методы генетики, они получают у потомства новые признаки, что отличает их от своих родителей. Получение новых признаков приводит к получению новых пород рыб. 

Первые упоминания об искусственном разведении рыб датировано в Китае 1500 г. до н.э.   Для большей части аквариумных рыб характерны яркая окраска, причудливая форма тела и небольшие размеры. Самыми популярными являются: золотые рыбки, барбусы, гупии и данио.

Данио – один из первых тропических видов, который стали разводить в аквариумах в декоративных целях.

Данио принадлежит семейству пресноводных рыб Карповых. Существует примерно 44 видов данио, которые распространены по Южной и Юго-Восточной Азии, Северо-Восточной Индии, Бангладешу и Мьянмаре.

Название «Данио» происходит от бенгальского слова «dhani», что значит «на рисовом поле».

Рыбки характеризуются небольшим размером тела (<120 мм), присутствием «вырезки данио» на вентромедиальной границе челюсти и особым цветовым паттерном, который состоит из темных и светлых горизонтальных полос, иногда поломанных на участки. Danio rerio впервые был описан Франсиско Гамильтоном (Francis Hamilton), хирургом, участвующим в Британской Восточной Индийской кампании, находящегося преимущественно в Западной Бенгалии в начале 19 века. В 1822 году он опубликовал книгу «Рыбки, найденные в реке Ганг и её окрестностях», куда включил Danio.

Спустя столетие по мере обнаружения всё новых видов, в 1916 году биологи разделили род на две крупные группы: уже знакомый Данио (Danio), куда отнесли все крупные виды, и Брахиданио (Brachydanio) — отличающиеся более мелкими размерами.

В 1991 году произошла очередная рекомбинация рода. Все крупные виды Данио были переквалифицированы в Деварио (Devario): Бенгальский данио, Гигантский данио, Данио Керри,  Данио Хопра, Пятнистый данио, Данио-пантера, Данио Йома, Усатый данио, Оранжевый данио, Малабарский данио и другие.

В Брахиданио (Brachydanio) были выделены из рода данио рыбки по меньшему количеству лучей в спинном плавнике и отсутствию боковой линии. У них 1—2 пары коротких усиков. Самки немного крупнее, полнее и бледнее в окраске. 

Данио рерио (зебра)  - один из первых тропических видов, которых стали разводить в аквариумах в декоративных целях. Рыба по-прежнему очень популярна благодаря своему привлекательному внешнему виду, высокой активности и неприхотливости.

За многие годы селекционерами выведены новые подвиды, отличающиеся по окраске, которые могут скрещиваться между собой, что приводит к дальнейшему видообразованию. Наиболее известные разновидности Данио Рерио это «Данио Рерио альбинос», «Золотой Данио», «Синий Данио» «Вишневый Данио».

Данио рерио (альбинос) – рыба является естественной морфологической формой Данио Рерио, встречается в дикой природе, единственное отличие от сородича это отсутствие пигментации, от чего полоски на теле не тёмные, а белые.

Данио рерио (золотой)  - рыба полностью копирует облик и поведение своих сородичей, других Данио, за одним важным исключением — он имеет золотую окраску с белыми полосами. Данный вид является искусственно выведенной формой, не встречающейся в дикой природе.

 Данио рерио (синий) – разновидность классического  Данио Рерио, отличается серебристо-голубой окраской из мелкой крапинки и длинными изящными плавниками. Не обитает в природных водоемах, выведен искусственно в результате селекции вида.

Данио рерио (вишневый) - разновидность данио рерио. Тело у него вишнево-розовое, с черными или темными полосками. Плавники полностью прозрачные или с красноватым, желтоватым отливом.

Существует также генетически модифицированные виды.

Данио рерио (красный). Совсем недавно азиатскими генетиками выведены генномодифицированные рыбки красного цвета. Следует отметить, что отличительная красная окраска рыбки это не следствие применения красителей, а является результатом изменения на генном уровне и передается по наследству. 

Данио Глофиш (Glofish) – генетически модифицированные Данио Рерио. Эти рыбки бывают нескольких различных неоновых цветов: красный, зеленый, оранжевый, синий и фиолетовый. Но при этом они не имеют никакого отношения к красителям или инъекциям красок. Данио Глофиш были генетически изменены с целью обнаружения загрязнений окружающей среды. Ученым удалось внедрить флуоресцентный белковый ген (из морских организмов) в эмбрион Данио Рерио, в результате чего были созданы эти рыбки.

«Леопардовый Данио» - получил такое название за соответствующую окраску – по телу расположено множество пятен темного цвета неправильной формы. По мнению большинства ихтиологов  данио леопардовый  является мутацией Brachydanio rerio или гибридом Brachydanio nigrofasciatus. Согласно другим источникам эта рыба обитает в водоемах Индии. Впервые в Европу были привезены в 1959 г., в СССР – в начале 60-х годов.

«Леопардовый Данио» (вишневый) - подвид, у которого тело окрашено в яркий вишневый цвет, а вместо полосок темные пятна неправильной формы, выстроенные в несколько линий.

1.2.        Наш опыт разведения рыб.

Содержание аквариумных рыбок  - одно из самых интересных и увлекательных занятий, оно не только доставляет радость и удовольствие, но и может многому научить. У себя дома мы создали целую лабораторию и сделали  много  открытий.

Нам уже давно стало не интересно просто коллекционировать и содержать рыб.  Еще во втором классе у нас появилось желание научиться разводить рыб и это нам удалось! При разведении рыб в аквариумных условиях можно произвести большое количество интересных наблюдений.

Работая над прошлым проектом, мы пришли к выводу, что весьма существенное значение при разведении рыб имеют выбор и подготовка производителей. Естественно, что для разведения необходимо подбирать совершенно здоровых крепких рыб, без каких-либо признаков заболевания.

Весьма существенное значение при подготовке производителей к нересту имеет кормление. Если в обычных условиях в общем или декоративном аквариумах рыб достаточно кормить один раз в день, то в период подготовки к размножению делать это необходимо дважды в день и  желательно вводить в рацион  живой корм.

Мы уже знаем, что размножение у Данио происходит на рассвете. Самец начинают гонять самку по всему аквариуму и наносить ей удары в брюшко, заполненное икрой. Так он выбивает икру из самки и сразу же оплодотворяет ее своим молоком. Эти игры происходят в течение часа: самка мечет икру порциями. После того, как нерест закончился, производителей необходимо отсадить в общий аквариум.

Мы уже спаривали Данио рерио зебра. Мальки у нас выросли  одинаковые, похожие на родителей.

Сейчас в нашем аквариуме плавают Данио рерио зебра, Данио рерио красный и леопардовый. Нам стало интересно, а что получится, если скрестить красного Данио рерио с синим, или полосатого с леопардовым?  Может нам удастся вывести мальков нового, необычного цвета или окраса.

Сначала мы решили найти ответ на этот вопрос в Интернете. Ответа мы не нашли, но узнали, что при выведении новых пород рыб необходимо иметь представление о генетике. А что это за наука? И чем она может нам помочь?

1.3.        Что такое генетика?

Наш научный руководитель рассказала нам, что ответить на наши вопросы нам поможет метод, впервые разработанный и использованный  Грегором  Менделем.

Гибридологический метод — система скрещиваний, позволяющая проследить закономерности наследования признаков в ряду поколений.

Отличительные особенности метода:

1) целенаправленный подбор родителей, различающихся по одной, двум, трем и т. д. парам контрастных (альтернативных) стабильных признаков;

2) строгий количественный учет наследования признаков у гибридов;

3) индивидуальная оценка потомства от каждого родителя в ряду поколений.

Скрещивание, при котором анализируется наследование одной пары альтернативных признаков, называется моногибридным.

Под альтернативными признаками понимаются различные значения какого-либо признака, например, признак — цвет рыб или окрас рыб. Альтернативные признаки:

Цвет - синий  и  розовый цвет  рыб

Окрас - полосатый  и   леопардовый окрас рыб.

В соответствии с первым законом Менделя при скрещивании чистокровных животных в первом поколений все потомство оказывается однообразным по наблюдаемому признаку.

При этом возможны два варианта. В первом варианте признак одного из родителей преобладает (доминирует) над соответствующим признаком другого родителя (первое поколение от красного и белого меченосцев — красное). Во втором варианте происходит их смешение (первое поколение некоторых рыб от красного и белого родителей — розовое).

А что получится при скрещивании синего и красного Данио? А полосатого и леопардового? Нам не терпелось получить ответ на эти вопросы!

Генетика — наука о закономерностях наследственности и изменчивости. Датой «рождения» генетики можно считать 1900 год, когда Г. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии независимо друг от друга «переоткрыли» законы наследования признаков, установленные Г. Менделем еще в 1865 году.

Наследственность — свойство организмов передавать свои признаки от одного поколения к другому.

Признак — любая особенность строения, любое свойство организма. Развитие признака зависит как от присутствия других генов, так и от условий среды, формирование признаков происходит в ходе индивидуального развития особей. Поэтому каждая отдельно взятая особь обладает набором признаков, характерных только для нее.

Ген — функционально неделимая единица генетического материала, участок молекулы ДНК, кодирующий первичную структуру полипептида, молекулы транспортной или рибосомной РНК. В широком смысле ген — участок ДНК, определяющий возможность развития отдельного элементарного признака.

Генотип — совокупность генов организма.

Локус — местоположение гена в хромосоме.

Аллельные гены — гены, расположенные в идентичных локусах гомологичных хромосом.

Гомозигота — организм, имеющий аллельные гены одной молекулярной формы.

Гетерозигота — организм, имеющий аллельные гены разной молекулярной формы; в этом случае один из генов является доминантным, другой — рецессивным.

Рецессивный ген — аллель, определяющий развитие признака только в гомозиготном состоянии; такой признак будет называться рецессивным.

Доминантный ген — аллель, определяющий развитие признака не только в гомозиготном, но и в гетерозиготном состоянии; такой признак будет называться доминантным.

Мы поняли, что изучение генетики только по книгам не увлекает и приносит мало пользы. Для того чтобы понять ее законы, научиться использовать их в своей работе, нужно провести ряд скрещиваний и на собственном опыте убедиться в справедливости законов  Г. Менделя.

Практическая часть.

2.1. От икринки до малька.

         Процесс выращивания мальков Данио долгий, но увлекательный. Мы еще долго не сможем ответить на свои главные вопросы, но уже можем узнать много нового и интересного. Прежде всего,  мы решили узнать, как происходит развитие зародыша в икре.

         Мы приступили к подготовке двух нерестовиков.  Для этого подойдут пяти литровые пластиковые бутылки. У бутылок отрезаем горлышки. До половины заполняем их водой. Опускаем в воду сетку от комаров так, чтобы рыбки не смогли под нее поднырнуть (иначе они съедят собственную икру). Даем воде 1 сутки отстоятся и нагреться.

         На следующий день ловим рыбок. В первый  нерестовик – розового самца и синюю самку, а во второй нерестовик -  полосатого самца и леопардовую самку.

                За ночь рыбки привыкнут к новому аквариуму и успокоятся. С первыми лучами солнца рыбки начинают игру. Самец, описывая восьмерку, кружится вокруг самки. Через некоторое время он ударяет самку в бок, выбивая из нее икринки. Очень важно, чтобы икра могла пройти сквозь ячейки сетки и опуститься на дно.

Примерно через час икрометание заканчивается. Рыбки успокаиваются. В это время их нужно вернуть в общий аквариум. Икру нельзя беспокоить в течение первых 6 часов. Если ее потревожить, то все икринки умрут.

Нам стало интересно, а как быстро развивается зародыш в кринке. Так как оболочка икринки прозрачная, то через нее можно наблюдать за развитием зародыша.

 Наблюдение за развитием икры и личинок мы будем делать с помощью электронного микроскопа при 80-кратном увеличении, который дает возможность делать фото и видео съемку.

   Наступило время переместить мальков в более просторный аквариум. Для этого подойдут 20 литровые бутыли из под воды. У них мы отрезали верхнюю часть и наполнили водой.

 В этих «аквариумах»  мальки будут жить до тех пор, пока не подрастут и у них не проявятся нужные нам для исследования признаки: цвет и окрас.

2.2. Моногибридное скрещивание особей отличающихся по одной паре альтернативных признаков.

Скрещивание, при котором анализируется наследование одной пары альтернативных признаков, называется  моногибридным.

Опыт 1.

В качестве признака в первом опыте мы выбрали – цвет.

Альтернативные признаки:  синий цвет, красный  цвет,

Генетическая схема

(А — синий цвет рыб, а — розовый цвет рыб):

Мы отобрали и скрестили производителей: самку – синего цвета и самца – красного цвета.

В результате подсчета особей мы получили особи:

       синего цвета – 8 шт;       голубого цвета  – 15 шт;       красного цвета– 7 шт.

Вывод: в результате такого скрещивания мы получили мальков с новым признаком – голубой цвет. Одновременно с этим мы получили мальков с признаками родительских форм, это свидетельствует о наличии этих признаков у особей предыдущих поколений.

В начале проведения опыта мы не знали, какой признак (синий цвет или красный цвет) является доминантным. Получив новый признак – голубой цвет, мы делаем вывод, что синий цвет является доминантным признаком по отношению к красному.  А голубой цвет объясняется тем, что доминантный ген синего цвета не полностью подавляет рецессивный ген красного цвета.

Фото Данио нежно голубого цвета в Интернете мы не встречали, поэтому считаем эту форму данио новой.

Опыт 2.

В качестве признака во втором опыте мы выбрали – окрас.

Альтернативные признаки:  леопардовый окрас, полосатый окрас.

Генетическая схема

(А — синий цвет рыб, а — розовый цвет рыб):

Мы отобрали и скрестили производителей: самку – леопардового окраса и самца – полосатого окраса

В результате мы получили особей леопардового окраса:

Вывод: в результате скрещивания леопардовой и полосатой особи мы получили мальков с доминантным признаком – леопардовый окрас.

У части мальков в окрасе появились особенности (мутации) – леопардовые вкрапления не синего, а красного или голубого цвета. Через несколько поколений они смогут закрепиться и проявиться как новый признак. А это приведет к образованию нового подвида   рыбок Данио рерио.

Фото леопардового Данио с красными вкраплениями есть в Интернете, а вот с голубыми – нет.

Если посмотреть на фото синего Данио, можно увидеть, что он имеет похожий окрас, только более яркого синего цвета.

У нашего малька цвет вкраплений нежно-голубого цвет, поэтому мы считаем  эту форму окраса – новой.

Вывод

Мы доказали, что можно получить особи с новыми признаками. Значит, наша гипотеза подтвердилась. А используя знания генетики можно объяснить причину появления этих признаков.

Таким образом, получая особей с новыми признаками, можно увеличить многообразие видов аквариумных рыбок. Новыми рыбками можно любоваться в домашнем аквариуме или дарить друзьям, а также можно продавать, чтобы заработать деньги на корм рыбкам.

Работая над проектом, мы смогли не только убедиться в справедливости  первого закона Менделя, но и узнать много нового и интересного.

         С помощью электронного микроскопа мы заглянули в икринку и смогли проследить развитие малька от зародыша до маленькой рыбки.

         Мы только начали знакомиться с законами генетики. И уже сейчас понимаем, на сколько интересна эта наука, ведь она позволяет выводить рыб с новыми признаками. Но, вместе с тем она и очень сложна: приходится очень долго ждать результата и он не всегда такой, каким ты его ждешь.

Теперь нам нужно вырастить мальков до взрослых особей и проверить второй закон Менделя,  поэтому мы продолжим свою работу.

Литература.

Альтер А. Удивительная генетика. Изд-во Питер, 2018.

Детская энциклопедия. Т. 4. Академия педагогических наук РСФСР. М., 1960.

Ильин, М. Н. Аквариумное рыбоводство. М.: Изд-во Московского ун-та, 1968.

Полканов, Ф. М. Алгебра жизни. “Юный натуралист”, 1963, № 9.

Пресноводные рыбы. Справочник. – М.: ООО «Изд-во АСТ»: ООО «Изд-во Астрель», 2001.

Уиллет Эдвард. Генетика без тайн. Путеводитель. Изд-во Эксмо, 2008.

Электронные ресурсы:

http://aquavitro.org/2012/04/01/danio/

http://aquarium-fish-home.ru/akva-stati/selekciya-akvariumnyx-rybok/.html

http://moiribki.ru/brakhidanio-brachydanio/

http://fauna.dobro-est.com/danio-danio-akvariumnyie-ryibki.html

http://www.zoofirma.ru/akvarium/razmnozhenie-akvariumnyh-ryb/1565-selektsija-v-domashnem-akvariume.html

http://genetika-guppy.my1.ru/load/novyj_zhurnal_quotgenetika_guppiquot/12-1-0-19