25. Мейоз. Половое размножение животных, растений и грибов связано с формированием специализированных половых клеток. Особый тип деления клеток, в результате которого образуются половые клетки, называют мейозом. В отличие от митоза, при котором сохраняется число хромосом, получаемых дочерними клетками, при мейозе число хромосом в дочерних клетках уменьшается вдвое.
Процесс мейоза состоит из двух последовательных клеточных делений - мейоза 1 (первое деление) и мейоза 2 (второе деление). Удвоение ДНК и хромосом происходит только перед мейозом 1. В результате первого деления мейоза образуются клетки с уменьшенным вдвое числом хромосом. Второе деление мейоза заканчивается образованием половых клеток. Таким образом, все соматические клетки организма содержат двойной, диплоидный (2п), набор хромосом, где каждая хромосома имеет парную, гомологичную хромосому. Зрелые половые клетки имеют лишь одинарный, гаплоидный (п), набор хромосом и соответственно вдвое меньшее количество ДНК. Оба деления мейоза включают те же фазы, что и митоз: профазу, метафазу, анафазу, телофазу.
В профазе первого деления мейоза происходит спирализация хромосом. В конце профазы, когда спирализация заканчивается, хромосомы приобретают характерные для них форму и размеры. Хромосомы каждой пары, т.е. гомологичные, соединяются друг с другом по всей длине и скручиваются. Этот процесс соединения гомологичных хромосом носит название конъюгации. Во время конъюгации между некоторыми гомологичными хромосомами происходит обмен участками - генами (кроссинговер), что означает обмен наследственной информацией. После конъюгации гомологичные хромосомы отделяются друг от друга. Когда хромосомы полностью разъединяются, образуется веретено деления, наступает метафаза мейоза и хромосомы располагаются в плоскости экватора. Затем наступает анафаза мейоза, и к полюсам клетки отходят не половинки каждой хромосомы, включающие одну хроматиду, как при митозе, а целые хромосомы, каждая из которых состоит из двух хроматид. Следовательно, в дочернюю клетку попадает только одна из каждой пары гомологичных хромосом.
Вслед за первым делением наступает второе деление мейоза, причем этому делению не предшествует синтез ДНК. Интерфаза перед вторым делением очень короткая. Профаза 2 непродолжительна. В метафазе 2 хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки. В анафазе 2 осуществляется разделение их центромер и каждая хроматида становится самостоятельной хромосомой. В телофазе 2 завершается расхождение сестринских хромосом к полюсам и наступает деление клетки. В результате из двух гаплоидных клеток образуются четыре гаплоидные дочерние клетки. Происходящий в мейозе перекрест хромосом, обмен участками, а также независимое расхождение каждой пары гомологичных хромосом определяет закономерности наследственной передачи признака от родителей потомству. Из каждой пары двух гомологичных хромосом (материнской и отцовской), входивших в хромосомный набор диплоидных организмов, в гаплоидном наборе яйцеклетки или сперматозоида содержится лишь одна хромосома.
26. Ароморфоз - крупное эволюционное изменение. Оно обеспечивает повышение уровня организации организмов, преимущества в борьбе за существование, возможность освоения новых сред обитания. Факторы, вызывающие ароморфозы, - наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор. Основные ароморфозы в эволюции многоклеточных животных:
1) появление многоклеточных животных от одноклеточных, дифференциация клеток и образование тканей;
2) формирование у животных двусторонней симметрии, передней и задней частей тела, брюшной и спинной сторон тела в связи с разделением функций в организме (ориентация в пространстве - передняя часть, защитная - спинная сторона, передвижение - брюшная сторона);
3) возникновение бесчерепных, подобных современному ланцетнику, панцирных рыб с костными челюстями, позволяющими активно охотиться и справляться с добычей:
4) возникновение легких и появление легочного дыхания наряду с жаберным;
5) формирование скелета плавников с мышцами, подобных пятипалой конечности наземных позвоночных, позволившими животным не только плавать, но и ползать по дну, передвигаться по суше;
6) усложнение кровеносной системы от двухкамерного сердца, одного круга кровообращения у рыб до четырех камерного сердца, двух кругов кровообращения у птиц и млекопитающих. Развитие нервной системы: паутинообразная у кишечно-полостных, брюшная цепочка у кольчатых червей,
трубчатая нервная система, значительное развитие больших полушарий и коры головного мозга у птиц, человека и других млекопитающих. Усложнение органов дыхания (жабры у рыб, легкие у наземных позвоночных, появление у человека и других млекопитающих в легких множества ячеек, оплетенных сетью капилляров).
Возникновение в клетках хлоропластов с хлорофиллом, фотосинтеза - важный ароморфоз эволюции органического мира, обеспечивший все живое пищей и энергией, кислородом. Дальнейшее усложнение растений в процессе эволюции: появление корней, листьев, развитого стебля, тканей, позволивших им освоить сушу (папоротники, хвощи, плауны). Ароморфозы, способствующие усложнению растений в процессе эволюции: возникновение семени, цветка и плода (переход семенных растений от размножения спорами к размножению семенами). Спора - одна специализированная клетка, семя - зачаток нового растения с запасом питательных веществ. Преимущества размножения растений семенами - уменьшение зависимости процесса размножения от окружающих условий и повышение выживаемости.
27. Формы размножения организмов ( БЕСПОЛОЕ.) Способность к размножению, или самовоспроизведению, является одним из обязательных и важнейших свойств живых организмов. Размножение поддерживает длительное существование вида, обеспечивает преемственность между родителями и их потомством в ряду многих поколений. Оно приводит к увеличению численности особей вида и способствует его расселению. У растений, подавляющее большинство которых ведет прикрепленный образ жизни, расселение в процессе размножения - единственный способ занять большую территорию обитания. У большинства многоклеточных организмов часть клеток специализировалась на выполнении функции размножения, возникли репродуктивные органы. В них образуются клетки, способные дать начало новому организму. Если новый организм возникает из половых клеток, то говорят о половом размножении. Если же образование нового организма связано с соматическими клетками, то такой способ размножения называют бесполым.
Бесполое размножение характеризуется тем, что в нем участвует одна особь. В некоторых случаях для воспроизводства потомства образуются специализированные клетки - споры, каждая из которых прорастает и дает начало новому организму. Спорообразование встречается у простейших (малярийный плазмодий), грибов, водорослей и лишайников.
Вегетативное размножение. Размножение при помощи вегетативных органов (у растений) и частей тела (у животных) называется вегетативным. Оно основано на способности организмов восстанавливать (регенерировать) недостающие части. Этот способ размножения широко распространен в природе, но с наибольшим разнообразием оно осуществляется у растений, особенно у цветковых. При делении путем митоза одноклеточных бактерий, водорослей, простейших образуются два дочерних организма. У одноклеточных водорослей, грибов и лишайников размножение осуществляется соответственно обрывками нитей, гиф и обломками слоевищ. Примером вегетативного размножения может служить почкование. Оно характерно для некоторых кишечно-полостных (гидры) и дрожжевых грибков. Если при этом дочерние особи не отделяются от материнской, могут возникать колонии. У цветковых растений в природе новые особи могут возникать из вегетативных органов: стебля (кактусы, ряска, элодея), листа (фиалка, бегония), корня (малина, осот), видоизмененных побегов: клубня (картофель), луковицы (лук, чеснок, тюльпан), корневища (пырей, хвощ), усов (земляника). Вегетативное размножение растений широко используются в с/х практике. Вегетативным путем удается размножать далеко не все растения. Ученые изучают механизмы размножения для того, чтобы научиться управлять ими. Используя клеточные культуры, можно вначале размножить клетки с нужной наследственной информацией, а затем вырастить из них целое растение. У многоклеточных животных в силу высокой специализации клеток организма размножение встречается значительно реже. Кроме кишечнополостных оно наблюдается у губок, плоских червей. При любой форме бесполого размножения - частями тела или спорами - наблюдается увеличение численности особей данного вида без повышения их генетического разнообразия: все особи являются точной копией материнского организма. Эта особенность используется человеком для получения однородного, с хорошими признаками потомства плодово-ягодных, декоративных и других групп растений. Новые признаки у таких организмов появляются только в результате мутаций.
28. Движущие силы антропогенеза. Дарвин показал, что основные факторы эволюции органического мира, то есть наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор, приложимы и к эволюции человека. Благодаря им организм древней человекообразной обезьяны претерпел ряд морфофизиологических изменений, в результате которых выработалась вертикальная походка, разделились функции рук и ног. Для объяснения антропогенеза недостаточно одних биологических закономерностей. Качественное своеобразие его вскрыл Ф.Энгельс, указав на социальные факторы: труд, общественную жизнь, сознание и речь. Труд - важнейший фактор эволюции человека. Основной движущей силой антропогенеза явился труд, в процессе которого человек сам создает орудия труда. Наиболее высокоорганизованные животные могут употреблять предметы в качестве готовых орудий, но не способны создать их. Животные только пользуются дарами природы, человек же изменяет ее в процессе труда. Животные также изменяют природу, но не преднамеренно, а лишь потому, что находятся и живут в природе. Их воздействие на природу сравнительно с воздействием на нее человека ничтожно.
Морфологические и физиологические преобразования наших обезьяноподобных предков правильнее будет назвать антропоморфозами, так как вызвавший их основной фактор - труд - был специфичен только для эволюции человека. Особенно важным было возникновение прямой походки. Размеры и масса тела обезьян увеличились, возник S-образный изгиб позвоночного столба, придавший ему гибкость, образовалась сводчатая пружинящая стопа, расширился таз, упрочился крестец, челюстной аппарат стал более легким и т.д. Прямохождение установилось не сразу. Это был весьма длительный процесс отбора наследственных изменений, полезных в трудовой деятельности. Предположительно он длился миллионы лет. Биологически прямохождение принесло человеку немало осложнений. Оно ограничило быстроту его передвижения, лишило подвижности крестец, что затруднило роды; длительное стояние и ношение тяжестей иногда приводит к плоскостопию и расширению вен на ногах. Зато благодаря прямохождению освободились руки для орудий труда. Возникновение прямохождения, по мнению Ч.Дарвина, а затем Ф.Энгельса, стало решающим шагом на пути от обезьяны к человеку. Благодаря прямохождению у обезьяноподобных предков человека руки освободились от необходимости поддерживать тело при передвижении по земле и приобрели способность к разнообразным движениям.
Общественный образ жизни как фактор эволюции человека. С самого начала труд был общественным, так как обезьяны жили стадами. Ф.Энгельс указывал, что неправильно было бы искать предков человека, самого общественного существа в природе, среди необщественных животных. Стадность обезьяньих предков человека развивалась в общественное поведение под воздействием особого фактора. Таким фактором был труд, тесно связанный с преобразованием руки в орган труда. Труд способствовал сплочению членов общества; они коллективно защищались от зверей, охотились и воспитывали детей. Старшие члены общества обучали младших отыскивать природные материалы и изготовлять орудия, учили приемам охоты и сохранения огня. С развитием трудового процесса все яснее становилась польза взаимной поддержки и взаимопомощи. Древнейшие орудия охоты и рыбной ловли свидетельствуют о том, что наши предки уже на ранних стадиях употребляли мясную пищу. Обработанная и приготовленная на огне, она уменьшала нагрузку на жевательный аппарат. Теменной гребень, к которому у обезьян прикрепляются мощные жевательные , потерял свое биологическое значение, сделался бесполезным и постепенно исчез в процессе естественного отбора; по той же причине переход от растительной пищи к смешанной привел к укорочению кишечника. Применение огня помогало защищаться от холода и зверей.
Накапливаемый жизненный опыт в познании природы совершенствовался от поколения к поколению. При жизни обществом имелись большие возможности для общения друг с другом: совместная деятельность членов общества вызвала необходимость сигнализации жестами, звуками. Первые слова были связаны с трудовыми операциями и обозначали действие, работу, а названия предметов появились позднее. Неразвитая гортань и ротовой аппарат предков человека в результате наследственной изменчивости и естественного отбора преобразовались в органы членораздельной речи человека. Она составляет качественное различие высшей нервной деятельности человека и животных. Развитие головного мозга, мышления, сознания стимулировало в то же время совершенствование труда и речи. Все полнее и лучше осуществлялась преемственность трудового опыта в поколениях. Только в обществе мышление человека могло достигнуть столь высокого развития.
Итак, движущими силами антропогенеза являлись биологические факторы (наследственная изменчивость, борьба за существование и естественный отбор) и социальные (факторы (трудовая деятельность, общественный образ жизни, речь и мышление).
29. Половое размножение. В половом размножении принимают участие, как правило, две родительские особи, каждая из которых участвует в образовании нового организма, внося лишь одну половую клетку - гамету (яйцеклетку или сперматозоид). В результате слияния гамет образуется оплодотворенная яйцеклетка - зигота, несущая наследственные задатки обоих родителей, благодаря чему резко увеличивается наследственная изменчивость потомков. В этом заключается преимущество полового размножения перед бесполым. Одни гаметы богаты запасными питательными веществами и неподвижны - яйцеклетки; другие, маленькие, подвижные - сперматозоиды. Гаметы образуются в специализированных органах - половых железах. У высших животных женские гаметы (яйцеклетки) образуются в яичниках, мужские (сперматозоиды) - в семенниках.
Образование половых клеток. В процессе формирования половых клеток выделяют три стадии: - размножение - рост - созревание. Первичные половые клетки делятся путем митоза (период размножения), в результате чего их количество постоянно возрастает. Затем деление клеток прекращается, и они начинают расти. При сперматогенезе все 4 клетки в дальнейшем превращаются в сперматозоиды. Типичный сперматозоид состоит из головки, шейки и хвостика. Головка содержит ядро и незначительное количество цитоплазмы. На кончике головки располагается аппарат Гольджи, преобразованный в кольцевое тельце - акросому. В ней образуются ферменты, растворяющие мембрану яйцеклетки при оплодотворении. В цитоплазме шейки сосредоточены митохондрии, одна или несколько центриолей. При оогенезе мейотическое деление ядра сопровождается неравным делением цитоплазмы, в результате чего из ооцита развиваются одна крупная яйцеклетка и три маленькие клетки, называемые направленными тельцами, которые вскоре погибают. Биологический смысл формирования направленных телец заключается в необходимости сохранения в яйцеклетке максимального количества желтка, необходимого для развития будущего зародыша.
Оплодотворение. Слияние содержащихся в гаметах гаплоидных ядер называют оплодотворением; оно приводит к образованию диплоидной зиготы, т.е. клетки, содержащей по одному хромосомному набору от каждого из родителей. Это объединение в зиготе двух наборов хромосом (генетическая рекомбинация) представляет собой генетическую основу внутривидовой изменчивости. Зигота растет и развивается в зрелый организм следующего поколения. Таким образом, при половом размножении в жизненном цикле происходит чередование диплоидной и гаплоидной фаз. Число и размеры половых клеток различны у разных животных и растений. Однако наблюдается такая закономерность: чем меньше вероятность встречи яйцеклетки и сперматозоида, тем большее число половых клеток образуется в организме. Например, рыбы мечут икру (яйцеклетки) и сперму прямо в воду. Количество икринок у некоторых из них достигает громадной величины (треска выметывает около 10 млн. икринок). У высших растений и животных образуется обычно небольшое количество яйцеклеток (до нескольких десятков), так как у них вероятность оплодотворения при значительно большем количестве сперматозоидов (или пыльцы) очень велика.
Процесс оплодотворения состоит из нескольких этапов: проникновения сперматозоида в яйцо, слияния гаплоидных ядер обеих гамет с образованием диплоидной клетки зиготы, активации ее к дроблению и дальнейшему развитию. Как только сперматозоид проник в яйцеклетку, ее оболочки приобретают свойства, препятствующие доступу других сперматозоидов. Это обеспечивает слияние ядра яйца с ядром одного сперматозоида. У некоторых животных в яйцеклетку проникают два или несколько сперматозоидов, но в оплодотворении принимает участие лишь один, остальные погибают.
30. Сравнительно-анатомические и эмбриологические доказательства происхождения человека от млекопитающих животных. Доказательства принадлежности человека к классу млекопитающих: 1) сходство всех систем органов, внутриутробное развитие, наличие диафрагмы, млечных желез, трех видов зубов; 2) рудиментарные органы (копчик, аппендикс, остатки третьего века); 3) атавизмы - проявление у людей признаков далеких предков (многососковость, сильно развитый волосяной покров); 4) развитие человека и млекопитающих животных из оплодотворенной яйцеклетки, сходство стадий зародышевого развития (закладка жаберных щелей и сильное развитие хвостового отдела до трехмесячного возраста, мозг зародыша в месячном возрасте напоминает мозг рыб).
Сходство человека и человекообразных обезьян: 1) у обезьян также развита высшая нервная деятельность, есть память. Они ухаживают за детьми, проявляют чувства (радость, гнев), используют простейшие орудия труда; 2) сходное строение всех систем органов, хромосомного аппарата, групп крови, общие болезни, паразиты.
Сходство строения, жизнедеятельности, поведения человека и человекообразных обезьян - доказательства их родства, происхождения от общих предков. Признаки различий (присущие человеку мышление, речь, прямохождение, высокоразвитая трудовая деятельность) - доказательства дальнейшего развития человека и человекообразных обезьян в разных направлениях.
31. Эмбриональное развитие
Образование зиготы, ее первые деления - начало индивидуального развития организма при половом размножении. Эмбриональный и постэмбриональный периоды развития организмов.
Эмбриональное развитие - период жизни организма, который начинается с образования зиготы и заканчивается рождением или выходом зародыша из яйца.
Стадии эмбрионального развития (на примере ланцетника): 1) дробление - многократное деление зиготы путем митоза. Образование множества мелких клеток (при этом они не растут), а затем шара с полостью внутри - бластулы, равной по размерам зиготе; 2) образование гаструлы - двухслойного зародыша с наружным слоем клеток (эктодермой) и внутренним, выстилающим полость (энтодермой). Кишечно-полостные, губки - примеры животных, которые в процессе эволюции остановились на двухслойной стадии; 3) образование трехслойного зародыша, появление третьего, среднего слоя клеток - мезодермы, завершение образования трех зародышевых листков; 4) закладка из зародышевых листков различных органов, специализация клеток.
Органы, формирующиеся из зародышевых листков.
1.Наружный , эктодерма. Органы и части зародыша. Нервная пластина, нервная трубка, наружный слой кожного покрова, органы слуха.
2.Внутренний, эндодерма. Органы и части зародыша. Кишечник, легкие, печень, поджелудочная железа.
3.Средний, мезодерма. Органы и части зародыша. Хорда, хрящевой и костный скелет, мышцы, почки, кровеносные сосуды.
Одновременно из мезодермы образуется хорда - гибкий скелетный тяж, расположенный у эмбрионов всех позвоночных на спинной стороне. У позвоночных хорда замещается позвоночником, и только у некоторых низших позвоночных ее остатки сохраняются между позвонками даже во взрослом состоянии. Из эктодермы, расположенной над самой хордой, образуется нервная пластинка, В дальнейшем боковые края пластинки приподнимаются, а центральная ее часть опускается, образуя нервный желобок. Постепенно верхние края этих складок смыкаются, и желобок превращается в лежащую под эктодермой нервную трубку - зачаток центральной нервной системы. Нервная трубка, хорда и кишечник создают осевой комплекс органов зародыша, который определяет двустороннюю симметрию тела.
Высокая чувствительность зародыша к воздействию факторов среды. Вредное влияние алкоголя, наркотиков, курения на развитие зародыша, на подростка и взрослого человека.
32. Основные человеческие расы. В современном человечестве выделяют три основные расы:
- европеоидную
- монголоидную - негроидную.
Это большие группы людей, отличающие некоторыми физическими признаками, например, чертами лица, цветом кожи, глаз и волос, формой волос. Расы - это не разные формы одного и того же гена, а исторически сложившиеся группировки особей, объединенные по целому ряду признаков. Они возникли в результате приспособления человека к факторам внешней среды и географической изоляции. Расовые особенности наследственны, и, по-видимому, часть из них в прошлом носила адаптивный характер. Приспособленность негроидов к жизни при повышенной температуре бросается в глаза: темная кожа задерживает ультрафиолет, способный вызвать соматические мутации (рак кожи), широкий нос и толстые, вздутые губы с большой поверхностью слизистых оболочек способствуют испарению с высокой теплоотдачей. У классических негроидов сухощавое сложение, длинные конечности - все это ускоряет вывод из организма лишнего тепла. Приспособительный характер признаков, которые в совокупности отличают европеоидов, не бросается в глаза так резко. Светлая кожа, пропускающая ультрафиолетовые лучи, спасает европеоидов от рахита, узкий выступающий нос согревает вдыхаемый воздух. Европеоиды значительно менее восприимчивы к простудам. Светлая кожа, прямые волосы, голубые или серые глаза - все эти признаки рецессивные, то есть подавляются более “сильными” в генетическом отношении доминантными (смуглая кожа, волнистые волосы, темные глаза). Приспособительны и признаки монголоидов - плоское и плосконосое лицо, складка в углу глаза - эпикантус - адаптация к суровому, с частыми пылевыми бурями климату Центральной Азии. Расселившись затем по Азии от тропиков до Арктики, монголоиды в основном сохранили свои признаки, хотя и во многом изменились. По умственным способностям, то есть способностям к познанию, творческой и вообще трудовой деятельности, все расы одинаковы. Различия в уровне культуры связаны не с биологическими особенностями людей разных рас, а с социальными условиями развития общества.
Антропологи выделяют несколько десятков человеческих рас - так называемых рас второго и третьего порядка. Точную цифру назвать невозможно, тем более что многие такие группировки сливаются, исчезают или, наоборот, возникают. Это так называемые контактные группы. Например, в нашей стране около 45 млн. населения относится к переходному европеоидно-монголоидному типу. Можно сказать, что сейчас, в эпоху интенсивных контактов между народами и отмирания расовых предрассудков, практически нет “чистых” рас.
Будущее рас. Со временем расы, видимо, сольются в одну. Два фактора способствуют этому процессу .Первый из них - отделение человека от природы. Практически на всей Земле люди в городах едят одну пищу, проводят большую часть жизни при нормальной, “комнатной” температуре. Цвет кожи и прочие расовые признаки перестают быть адаптивными, отбор в этом направлении уже не ведется. Второй фактор - неуклонное превращение человечества в единую популяцию, которое не могут остановить все расовые, национальные и религиозные предрассудки. Когда “народы, распри позабыв, в великую семью соединятся”, слияние рас в единую, всепланетную будет лишь вопросом времени, пусть весьма далекого, исчисляемого сотнями поколений.
33. Постэмбриональное развитие. Индивидуальное развитие организма (онтогенез) - период жизни, который при половом размножении начинается с образования зиготы, характеризуется необратимыми изменениями (увеличением массы, размеров, появлением новых тканей и органов) и завершается смертью.
Зародышевый (эмбриональный) и послезародышевый (постэмбриональный) периоды индивидуального развития организма. Послезародышевое развитие (приходит на смену зародышевому) - период от рождения или выхода зародыша из яйца до смерти. Различные пути послезародышевого развития животных - прямое и непрямое: 1) прямое развитие - рождение потомства, внешне похожего на взрослый организм. Примеры: развитие рыб, пресмыкающихся, птиц, млекопитающих, некоторых видов насекомых. Так, малек рыбы похож на взрослую рыбу, утенок на утку, котенок на кошку; 2) непрямое развитие - рождение или выход из яйца потомства, отличающегося от взрослого организма по морфологическим признакам, образу жизни (типу питания, характеру передвижения). Пример: из яиц майского жука появляются червеобразные личинки, живут в почве и питаются корнями в отличие от взрослого жука (живет на дереве, питается листьями).
Значение непрямого развития - ослабление конкуренции между родителями и потомством, так как они поедают разную пищу, у них разные места обитания. Непрямое развитие - важное приспособление, возникшее в процессе эволюции. Оно способствует ослаблению борьбы за существование между родителями и потомством, выживанию животных на ранних стадиях послезародышевого развития.
34. Экология. Термин экология был предложен в 1866 году немецким зоологом Э. Геккелем для обозначения экологической науки, изучающей взаимоотношения организмов с окружающей их средой обитания. Экология занимается изучением отдельных особей, популяций (состоящих из особей одного вида), сообществ (состоящих из популяций), и экосистем (включающих сообщества и окружающую их среду). Экологи изучают, как среда влияет на живые организмы и как организмы воздействуют на среду. Понятие “экология” распространено очень широко. Под экологией в большинстве случаев понимают любое взаимодействие человека и природы или, чаще всего, ухудшение качества окружающей нас среды, вызванное хозяйственной деятельностью. В обществе растет беспокойство по поводу экологического состояния окружающей среды и начинает формироваться чувство ответственности за состояние природных систем Земли. Экологическое мышление, т.е. анализ всех принимаемых хозяйственных решений с точки зрения сохранения и улучшения качества окружающей среды, стало абсолютно необходимым при разработке любых проектов освоения и преобразования территорий.
Экологические факторы. Абиотические факторы - это все факторы неживой природы. К ним относятся физические и химические характеристики среды, а также климатические и географические факторы, имеющие сложную природу: смена сезонов года, рельеф, направление и сила течения или ветра, лесные пожары и др. Биотические факторы - сумма воздействий живых организмов. Многие живые организмы влияют друг на друга непосредственно. Хищники поедают жертв, насекомые пьют нектар и переносят пыльцу с цветка на цветок, болезнетворные бактерии образуют яды, разрушающие клетки животных. Кроме того, организмы косвенно воздействуют друг на друга, изменяя среду обитания. Например, отмершие листья деревьев образуют опад, который служит местом обитания и пищей для многих организмов. Антропогенный фактор - вся разнообразная деятельность человека, которая приводит к изменению природы как среды обитания всех живых организмов или непосредственно сказывается на их жизни. Биологический оптимум. Часто в природе бывает так, что одни экологические факторы находятся в изобилии (например, вода и свет), а другие (например, азот) - в недостаточных количествах. Факторы, снижающие жизнеспособность организма, называют ограничивающими (лимитирующими). Например, ручьевая форель живет в воде с содержанием кислорода не менее 2 мг/л. При содержании в воде кислорода менее 1,6 мг/л форель гибнет. Кислород - ограничивающий фактор для форели. Ограничивающим фактором может быть не только его недостаток, но и избыток. Тепло, например, необходимо всем растениям. Однако если продолжительное время летом стоит высокая температура, то растения даже при увлажненной почве могут пострадать из-за ожогов листьев. Следовательно, для каждого организма существует наиболее подходящее сочетание абиотических и биотических факторов, оптимальное для его роста, развития и размножения. Наилучшее сочетание условий называют биологическим оптимумом. Выявление биологического оптимума, знание закономерностей взаимодействия экологических факторов имеют большое практическое значение. Умело поддерживая оптимальные условия жизнедеятельности сельскохозяйственных растений и животных, можно повышать их продуктивность.
Влияние основных абиотических факторов на живые организмы. Температура и ее влияние на биологические процессы, Температура - один из важнейших абиотических факторов. Во-первых, она действует везде и постоянно. Во-вторых, температура влияет на скорость многих физических процессов и химических реакций, в том числе и на процессы, идущие в живых организмах и их клетках. Физиологические адаптации. На основе физиологических процессов многие организмы могут в определенных пределах менять температуру своего тела. Эта способность называется терморегуляцией. Обычно терморегуляция сводится к тому, что температура тела поддерживается на более постоянном уровне, чем температура окружающей среды. Более разнообразны по способностям к терморегуляции животные. Все животные делятся по этому признаку на холоднокровных и теплокровных. Влияние влажности на наземные организмы. Все живые организмы испытывают потребность в воде. Биохимические реакции, идущие в клетках, протекают в жидкой среде. Вода для живых организмов служит “универсальным растворителем”; в растворенном виде транспортируются питательные вещества, гормоны, выводятся вредные продукты обмена и др. Повышенная или пониженная увлажненность накладывает отпечаток на внешний облик и внутреннюю структуру организмов. Роль света в жизни гетеротрофов. Гетеротрофы - организмы, потребляющие готовые органические вещества и не способные к их синтезу из неорганических. Животные, ориентирующиеся с помощью зрения, приспособлены к определенной освещенности. Поэтому практически все животные имеют выраженный суточный ритм активности и заняты поисками пищи в определенное время суток. Фотопериодизм. В жизни большинства организмов важную роль играет смена сезонов года. Со сменой сезонов меняются многие факторы среды: температура, количество осадков и др. Однако наиболее закономерно изменяется длина светового дня. Для многих организмов изменение длины дня служит сигналом смены сезонов. Реагируя на изменение длины дня, организмы подготавливаются к условиям наступающего сезона. Эти реакции на изменение длины дня называют фотопериодическими реакциями, или фотопериодизмом. От длины дня зависят сроки цветения и другие процессы у растений. У многих пресноводных животных укорочение дней осенью вызывает образование покоящихся яиц переживающих зиму. Для перелетных птиц сокращение светлого времени суток служит сигналом к началу миграции. У многих млекопитающих от длины дня зависит созревание половых желез и сезонность размножения. Как показали недавние исследования, у многих людей, живущих в умеренном поясе, короткий фотопериод в зимнее время вызывает нервное расстройство - депрессию. Для лечения этого заболевания человека достаточно каждый день в течение определенного периода времени освещать ярким светом.
35. Предмет, задачи и методы генетики. Генетика как наука возникла на рубеже Х1Х-ХХ вв. Будучи общебиологической наукой, генетика позволяет осмыслить как единое целое все разнообразие жизненных форм, возникшее в процессе эволюции в дикой природе и созданное человеком в результате селекции. С позиций генетики как единое целое может быть оценено и все разнообразие процессов, функций и признаков организма, потому что она изучает не только хранение, передачу и изменение генетической информации, но и ее реализацию в признаках и свойствах каждого организма в ходе его индивидуального развития.
Основной задачей генетики является изучение следующих проблем: 1. Хранение наследственной информации. 2. Механизм передачи генетической информации от поколения к поколению клеток или организмов. 3. Реализация генетической информации. 4. Изменение генетической информации (изучение типов, причин и механизмов изменчивости).
Кроме того, генетика призвана решать и практические задачи, такие, как: 1. Выбор наиболее эффективных типов скрещивания (отдаленная гибридизация, не родственные или близкородственные скрещивания разных степеней) и способов отбора (индивидуальный, массовый ) 2. Управление развитием наследственных признаков. 3. Искусственное получение новых наследственно измененных форм растений и животных. 4. Разработка методов использования генетической инженерии для получения высокоэффективных продуцентов различных биологически активных соединений, а в перспективе и внедрение этих методов в генетику растений, животных и даже человека.
Гибридологический метод Гибридологический метод. Основной метод, который Г. Мендель разработал и положил в основу своих опытов, называют гибридологическим. Суть его заключается в скрещивании (гибридизации) организмов, отличающихся друг от друга по одному или нескольким признакам. Поскольку потомков от таких скрещиваний называют гибридами, то и метод получил название гибридологического.
Одна из особенностей метода Менделя состояла в том, что он использовал для экспериментов чистые линии, то есть растения, в потомстве которых при самоопылении не наблюдалось разнообразия по изучаемому признаку. (В каждой из чистых линий сохранялась однородная совокупность генов). Другой важной особенностью гибридологического метода было то, что Г.Мендель наблюдал за наследованием альтернативных (взаимоисключающих, контрастных) признаков. Например, растения низкие и высокие; цветки белые и пурпурные; форма семян гладкая и морщинистая и т.д. Не менее важная особенность метода - точный количественный учет каждой пары альтернативных признаков в ряду поколений. Математическая обработка опытных данных позволила Г.Менделю установить количественные закономерности в передаче изучаемых признаков. Очень существенно было то, что Г.Мендель в своих опытах шел аналитическим путем: он наблюдал наследование многообразных признаков не сразу в совокупности, а лишь одной пары альтернативных признаков. Гибридологический метод лежит в основе современной генетики.
Единообразие первого поколения. Правило доминирования. Г.Мендель проводил опыты с горохом - самоопыляющимся растением. Он выбрал для эксперимента два растения, отличающихся по одному признаку: семена одного сорта гороха были желтые, а другого - зеленые. Поскольку горох, как правило, размножается самоопылением, в пределах сорта нет изменчивости по окраске семян. Учитывая это свойство, Г.Мендель искусственно опылил это растение, скрестив сорта, отличающиеся цветом семян. Независимо от того, к какому сорту принадлежали материнские растения, гибридные семена первого поколения оказались только желтыми. Следовательно, у гибридов проявляется только один признак, признак другого родителя как бы исчезает. Такое преобладание признака одного из родителей Г.Мендель назвал доминированием, а соответствующие признаки доминантными. Признаки, не проявляющиеся у гибридов первого поколения, он назвал рецессивными, В опытах с горохом признак желтой окраски семян доминировал над зеленой окраской.
Расщепление признаков у гибридов второго поколения. Из гибридных семян гороха Г.Мендель вырастил растения, которые путем самоопыления произвели семена второго поколения. Среди них оказались не только желтые семена, но и зеленые. Всего он во втором поколении получил 6022 желтых и 2001 зеленое семя, т.е. 3/4 гибридов имели желтую окраску и 1/4 - зеленую. Следовательно, отношение числа потомков второго поколения с доминантным признаком к числу потомков с рецессивным оказалось близким к 3:1. Такое явление он назвал расщеплением признаков. Г.Менделя не смутило, что реально обнаруженные им соотношения потомков немного отклонялись от отношения 3:1. Далее, изучая статистическую природу закономерностей наследования, мы убедимся в правоте Менделя.
Сходные результаты во втором поколении дали многочисленные опыты по генетическому анализу других пар признаков. Основываясь на полученных результатах, Г.Мендель сформулировал первый закон - закон расщепления. В потомстве, полученном от скрещивания гибридов первого поколения, наблюдается явление расщепления: четверть особей из гибридов второго поколения имеет рецессивный признак, три четверти - доминантный.
Анализирующее скрещивание. При полном доминировании среди особей с доминантными признаками невозможно отличать гомозиготы от гетерозигот, а в этом часто возникает необходимость (например, чтобы определить, чистопородна или гибридна данная особь). С этой целью проводят анализирующее скрещивание, при котором исследуемая особь с доминантными признаками скрещивается с рецессивной гомозиготной. Если потомство от такого скрещивания окажется однородным, значит, особь гомозиготная (ее генотип АА). Если же в потомстве будет 50% особей с доминантными признаками, а 50% - с рецессивными, значит, особь гетерозиготная.
36. Биогеоценоз - целостная самовоспроизводящаяся система. Сообщество живых организмов и абиотическая среда влияют друг на друга, обе части биогеоценоза необходимы для поддержания жизни. Абиотические факторы регулируют существование и жизнедеятельность популяций. В то же самое время эти факторы находятся под постоянным влиянием самих живых организмов. Важные для жизни химические элементы (С, Н, О, N, Р) и органические соединения (углеводы, белки, жиры) образуют непрерывный поток между живым и неживым: потребление и выделение углекислого газа, кислорода, воды, образование и разложение растительного и животного опада, образование почвенных органических соединений. Живые организмы черпают из среды жизненные ресурсы (например, кислород из атмосферы в процессе дыхания и углекислый газ в процессе фотосинтеза). Они поставляют в среду продукты жизнедеятельности (например, кислород в процессе фотосинтеза я углекислый газ в процессе разложения органических веществ и дыхания). Солнечная энергия аккумулируется зелеными растениями и передается организмам всех популяций, населяющих биогеоценоз. Потоки энергии и вещества, связывающие живые организмы друг с другом и средой их обитания, обеспечивают целостность биогеоценозов. Способность организмов к размножению, наличие в среде пищи и энергии, необходимых для роста, развития и размножения, а также воссоздание среды (Питания живыми организмами - условия самовоспроязводства биогеоценозов (экосистем).
|
