9 класс

ОБЩАЯ БИОЛОГИЯ: ЦИТОЛОГИЯ, ГЕНЕТИКА, ЭВОЛЮЦИЯ, ЭКОЛОГИЯ

ОТКРЫТЫЙ БАНК ЗАДАНИЙ ОГЭ - БИОЛОГИЯ (ССЫЛКА)





ВИРУСЫ

ЭВОЛЮЦИЯ

ЭВОЛЮЦИЯ (лат. "развитие") — это необратимое и в известной мере направленное историческое развитие живой природы во времени, сопровождающееся изменением генетического состава популяций, возрастанием разнообразия организмов, формированием адаптации, образованием и вымиранием видов, преобразованием экосистем и биосферы в целом.

ГЕОХРОНОЛОГИЧЕСКАЯ ИСТОРИЯ РАЗВИТИЯ ЖИЗНИ НА ЗЕМЛЕ - 

ТАБЛИЦА - СКАЧАТЬ

ЭКОСИСТЕМА

Материал по теме "ЭКОСИСТЕМА" - СКАЧАТЬ

ПУТИ ДОСТИЖЕНИЯ БИОЛОГИЧЕСКОГО ПРОГРЕССА 

ВИДЫ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА

ГРАФИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ДЕЙСТВИЯ ВИДОВ ЕСТЕСТВЕННОГО ОТБОРА

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПО ТЕМЕ "ИЗМЕНЧИВОСТЬ"

СКАЧАТЬ ПРЕЗЕНТАЦИЮ

РАЗВИТИЕ ЭВОЛЮЦИОННЫХ ПРЕДСТАВЛЕНИЙ

Понятие биологической эволюции. 

Термин «эволюция» (от лат. evolutio — развертывание) впервые был использован в биологии в 1762 г. швейцарским натуралистом Шарлем Бонне (1720—1793). В современном представлении биологическая эволюция - необратимое направленное историческое развитие живой природы, сопровождающееся изменением, генетического состава популяций, формированием адоптаций, образованием и вымиранием видов, преобразованием биогеоценозов и биосферы в целом.

Из этого определения следует, что биологическая эволюция — это процесс приспособительного исторического развития живых организмов на всех уровнях организации живого.

Зарождение эволюционных взглядов. 

Издавна мыслителей поражало многообразие форм организмов, удивительная целесообразность в их строении и поведении, соответствие их среде обитания и прогрессивное развитие от простого к сложному. Толкование этих явлений отражало взгляды и убеждения ученых в разные периоды истории и соответствовало используемым методам научного познания. На позициях признания материального начала живой природы стояли материалисты. Идеалисты же видели причину развития вне материального тела или явления.

Идея развития живой природы прослеживается уже в работах древних материалистов Индии, Китая, Египта, Греции, Мессопотамии. Еще в начале первого тысячелетия до н. э. в Индии существовали философские школы, которые отстаивали идеи развития материального мира из «проматерии». В Китае в конце первого тысячелетия до н. э. выдвигались представления о возможности превращения одних живых существ в другие. В странах Средиземноморья представление о живой природе как о развивающейся системе возникло еще в античные времена. Так, греческий философ Гераклит Эфесский, живший в 6 в. до н. э., считал, что все живые существа, в том числе и человек, развивались естественным путем из первичной материи. Его известные изречения «Все течет, все изменяется», «В одну реку дважды войти нельзя» предполагают признание изменения живой природы.

Некоторые натурфилософы (Левкипп, Демокрит) пытались объяснить идею единства природы и ее движения атомистической теорией. Согласно этой теории мир состоит из неделимых частиц — атомов, движущихся в пустоте. Рождение любой вещи — это соединение атомов, а смерть — их разъединение.

Аристотель (384—322 до н. э.) рассматривал развитие природы с идеалистических позиций. Он считал, что материя пассивна, а ее стремление к движению обусловливает форма — особое нематериальное начало, и допускал существование божественного «первого двигателя». Важную роль в развитии революционной идеи сыграла работа Аристотеля «Лестница природы», в которой он расположил живых существ в определенном порядке. Его классификация живых организмов явилась прообразом «лестницы существ» натуралистов 17—18 вв.

Таким образом, философы древности выдвигали две важнейшие идеи: единства и развития живой природы.

Впоследствии с установлением господства христианской церкви в Европе представления античных мыслителей были отвергнуты. Начался метафизический период развития естествознания, когда главным было утверждение абсолютной неизменности природы и изначальной целесообразности. Царил креационизм (от лат. creato — творить) — учение о постоянстве видов, рассматривающее многообразие органического мира как результат его творения Богом.

К началу 18 в. накопилось много сведений о растениях и животных. Это было связано с колонизацией и освоением заморских территорий, расширением торговли. Время продиктовало необходимость классификации имеющегося материала и создания науки систематики. Английский ботаник Джон Рей (1627—1705) ввел в научное употребление единицу систематики — вид. 

Шведский натуралист Карл Линней (1707—1778) в работе «Система природы» (1753) создал классификацию растений и животныхобъединив их в группы разного ранга. Низшим рангом был вид. К. Линнеем было определено понятие вида как основной формы организации живого и как основной единицы классификации. Он предложил и утвердил принцип двойных названий (бинарная номенклатура). Первым дается название рода (существительное), вторым — название вида, к которому принадлежит организм (прилагательное). Например, лютик едкий, медведь бурый, человек разумный.

Несмотря на точное и подробное описание живых форм, классификация К. Линнея была искусственной, так как основывалась на небольшом числе произвольно взятых признаков (число тычинок в цветке, форма клюва птицы или строение кровеносной системы) и не отражала исторического родства между группами организмов.Тем не менее она подготовила почву для разработки естественной системы. Известный русский физиолог К. А. Тимирязев высоко оценил работу К. Линнея: «Венцом и, вероятно, последним словом подобной классификации была и до сих пор непревзойденная в своей изящной простоте система растительного царства, предложенная Линнеем».

К. Линней был сыном своего времени, т.е. представлял природу как нечто застывшее, не изменяющееся во времени. По Линнею, видов существует столько, сколько их было создано во время «творения мира», и они неизменны.

Сторонником креационизма был французский зоолог Жорж Кювье (1769—1832) — величайший авторитет того времени в области палеонтологии и сравнительной анатомии. Он отстаивал сходство ископаемых и ныне живущих животных, наличие четырех изначально неизменных типов организации животных, идею постоянства видов. Для объяснения смены фаун во времени Ж. Кювье развил представление о катастрофах на поверхности Земли в прошлом, уничтожавших живые существа. После каждой из катастроф происходило повторное заселение этих территорий уже ранее созданными животными, пришедшими из других мест.

Идея изменяемости природы прослеживается в трудах натуралистов и философов (17—18 вв.). Немецкий ученый Г.В. Лейбниц (1648—1716) провозгласил принцип градации и предсказал существование переходных форм между растениями и животными. Этот принцип был развит Ш. Бонне в представлении об иерархическом расположении тел природы, от минералов до человека, — «лестнице существ». Появились сомнения в неизменности видов. Особенно доказательными были работы французских материалистов 18 в. (П. Гольбаха, Д. Дидро и др.), в трудах которых высказывалась мысль о развитии природы на основе естественных законов.

Д. Дидро, например, представлял, что когда-то существовало некое «первожи-вотное» — прототип всех животных. Природа в разных видах лишь видоизменила этот прототип путем уменьшения, увеличения, умножения, уничтожения или трансформирования тех или иных органов. Таким путем возникло все многообразие живых существ.

В естествознании стало развиваться новое направление — трансформизм (от лат. transformare — преобразовывать). В основе его лежит представление об изменяемости видов живых организмов и возможности превращения одного вида в другой. В то же время трансформизм не признавал преемственности и поступательного характера развития органического мира. Приверженцами трансформизма были русские материалисты М.В. Ломоносов (1711 —1765), А.Н. Радищев (1749—1802), К.Ф. Вульф (1735—1794), французские ученые Э.Ж. Сент-Илер (1772—1844), Ж. Бюффон (1707—1788), Ж.Б. Ламарк (1744—1829).

Эволюционное учение Ж.Б. Ламарка. Особый вклад в развитие эволюционных представлений внес французский ботаник и зоолог Ж.Б. Ламарк, который в 1809 г. издал свой труд «Философия зоологии». В нем он последовательно и полно высказал воззрение, которое по праву оценивают как первое эволюционное учение. По Ламарку, жизнь возникает путем самозарождения простейших живых тел из веществ неживой природы. Дальнейшее развитие идет в направлении прогрессивного усложнения организмов, т.е. путем эволюции. Ламарк выделил два независимых пути эволюции: 1) градация — ступенчатое повышение организации (развитие от простого к сложному)2) изменение организмов под воздействием окружающей среды, благодаря которому создается разнообразие видов на каждой ступени градации.

Ж.Б. Ламарк — создатель естественной системы животного мира, в основе которой лежит принцип родства между организмами. Исследовав строение нервной, кровеносной, дыхательной и других систем, он разместил 14 классов животных на б ступенях в порядке их усложнения — от инфузории и полипов до птиц и млекопитающих. Причины градации Ламарк объяснял неправильно. По его мнению, усложнение организации происходит под действием внутренне присущего всем живым существами стремления к совершенствованию, заложенного при сотворении мира.

Изменение организмов под воздействием окружающей среды Ламарк объяснял с помощью двух законов: 1 — упражнения и неупражнения органов и 2 — наследования благоприобретенных признаков. Организм, согласно Ламарку, изменяется в полезную для себя сторону: у жирафа вытянулась шея благодаря упражнениям, чтобы он смог достать листву деревьев (рис. 3.3), у змеи исчезли конечности для удобства передвижения по песку. Кроме того, Ламарк полагал, что приобретенная полезная изменчивость обязательно передается по наследству.

Главная заслуга Ламарка состоит в том, что он создал цельное учение об эволюции органического мира. Он первым обратил внимание на связь организмов со средой, которую рассматривал как причину изменения видов. 

Недостатки учения Ламарка можно свести к следующим пунктам:

• Не вскрываются причины развития органического мира от простых форм к сложным;
• Не решена проблема органической целесообразности. Изменчивость, по Ламарку, адекватна приспособленности;
•  Утверждение о внутреннем стремлении организмов к самосовершенствованию, являющемся главной движущей силой эволюции, не научно.

Биологическая эволюция — это процесс приспособительного исторического развития живых организмов на всех уровнях их организации.

Представления об изменении органического мира во времени складывались еще у мыслителей античности. В дальнейшем факты, накопленные в естествознании в разные периоды времени, получали разное толкование. Господствующей точкой зрения долгое время было представление о сотворении видов живых организмов Творцом и их постоянстве (креационизм). В недрах креационизма возникло новое направление — трансформизм — идея преобразования (трансформации) органических форм.

ПОПУЛЯЦИЯ

Ареал вида. Особи одного вида встречаются на территориях, где они находят подходящие для жизни условия. Часть земной поверхности (или акватории), в пределах которой встречается данный вид, называется ареалом (от лат. area — площадь, пространство^ (см. рис. 1.2).

Размеры ареалов разных видов могут сильно различаться. У наземных малоподвижных видов, распространение которых ограничено какими-нибудь непреодолимыми преградами, ареал может занимать территорию всего в несколько квадратных километров и даже менее. К ним относятся островные или пещерные виды, обитатели горных долин или верхних зон горных хребтов. Например, живородящая рыба голомянка населяет только озеро Байкал, жуки жужелицы-брызгуны обитают на Кавказе в пределах одного-двух хребтов. Виды, имеющие узкий ареал распространения, называются эндемичными, или эндемиками.

Другие виды имеют обширные ареалы, нередко располагающиеся на нескольких материках. Например, на всех континентах встречаются жуки-навозники, соколы-сапсаны. Огромный ареал имеют подвижные морские животные — кашалот, серый дельфин, синий кит, касатка. Такое же широкое распространение свойственно многим растениям и животным, сопровождающим человека, — синантропным видам (вши, блохи, тараканы, крысы). Виды, ареалы которых расположены в пределах всех континентов, называются всесветными, или космополитами.

Главными причинами, которые влияют на формирование и особенности структуры ареала, являются экологическая пластичность вида, его способность к расселению и исторический возраст. В формировании ареалов си-нантропных видов роль человека является определяющей.

Популяция — структурная единица вида. Ареалов, сплошь заселенных тем или иным видом, в природе не существует. В пределах ареала особи данного вида осваивают лишь подходящие для их жизни местообитания. Степень заполнения занимаемого пространства у разных видов различна. Но всегда в нем выделяются «пустоты» и скопления. Иными словами, ареал состоит из более или менее многочисленных участков, на которых и встречается определенный вид. Например, колонии крота европейского, хорошо заметные по холмикам земли, располагаются на лесных опушках и лугах, ель обыкновенная произрастает преимущественно на низинах со значительно увлажненной почвой.

Скопления особей одного вида по численности могут быть большими или маленькими, существовать длительно (столетия и более) или на протяжении жизни всего двух-трех поколений, после чего они, как правило, погибают от любых случайностей, например, заболеваний, резкого ухудшения погодных условий и др. Для судьбы вида гораздо более важную роль играют те группы особей, которые устойчиво сохраняются на протяжении жизни многих поколений. Численность особей в таких группах может значительно увеличиваться при благоприятных условиях и снижаться при неблагоприятных, однако они имеют шансы к длительному существованию на данной территории. Такие группировки (совокупности) особей одного вида, длительно населяющих определенную часть ареала, свободно скрещивающихся друг с другом и дающих плодовитое потомство, относительно обособленные от других совокупностей этого же вида, называются популяцией (от лат. populus — народ, население). Благодаря пространственной разобщенности популяций вид приспособлен к существованию в разнообразных условиях среды. Таким образом, популяция является внутривидовой группировкой и, следовательно, конкретной формой существования вида, а сам вид — сложной биологической системой.

Характеристика популяций. Каждая популяция любого вида как биологическая система обладает определенной структурой.

Под структурой популяции понимается определенное количественное соотношение особей, отличающихся по морфологическим и физиологическим признакам, возрасту, полу, характеру распределения в пространстве и другим свойствам.

Основными параметрами популяции являются, прежде всего, ее численность и плотность.

Численность — общее количество особей в популяции. Она не бывает постоянной, так как изменчивы условия среды обитания популяции. Численность популяции зависит от соотношения интенсивности размножения (плодовитости) и смертности. В процессе размножения происходит рост популяции, смертность же приводит к сокращению ее численности. Для каждой популяции есть верхний и нижний пределы численности, которые можно измерить, изучая ее сезонные и межгодовые изменения.

Плотность популяции — это количество особей или их биомасса на единицу площади или объема (например, 150 растений сосны на 1 га; 0,5 циклопа на 1 м 3 воды). Плотность популяции также изменчива и зависит от численности. При возрастании численности плотность не увеличивается лишь в том случае, если возможно расселение популяции, расширение ее ареала. Повышение плотности сверх оптимальной неблагоприятно сказывается на состоянии популяции, поскольку при этом иссякает кормовая база, сокращается жизненное пространство и т.д. Падение плотности ниже оптимальной приводит к ослаблению защитных реакций популяции, снижает ее плодовитость, что в конечном итоге может привести к вымиранию популяции.

Общую численность популяции оценивают разными методами. Для подсчета популяций крупноразмерных организмов, таких как слоны, буйволы, олени, приме няют метод тотального подсчета, используя фотосъемку территории с самолета или вертолета с последующим просчитыванием на фотографии всех запечатленных на ней особей данного вида. Численность популяций, состоящих из мелких животных, чаще всего определяют методом выборки. Для этого подсчитывают плотность организмов в разных участках местоообитания популяции и, умножив среднюю величину плотности на площадь или объем, занимаемый популяцией, получают ее общую численность.

Пространственное распределение представляет собой особенности размещения особей популяции на занимаемой территории. Оно определяется степенью однородности среды обитания, наличием пригодных для жизни участков, а также биологическими особенностями вида, поведением его особей. Знание типа распределения организмов позволяет правильно оценить плотность методом выборки.

Природным популяциям свойственны три типа распределения особей: случайное, равномерное (регулярное) и групповое (агрегированное).

Случайное распределение особей наблюдается в однородной среде обитания, при невысокой численности популяции и отсутствии у особей стремления образовывать группы (например, у планарий, гидр). В природе этот тип распределения встречается редко.

Равномерное распределение характерно для видов, отличающихся жесткой конкуренцией между особями за одинаковые ресурсы и сильным территориальным инстинктом (хищные рыбы, млекопитающие, птицы, пауки).

Агрегированное (групповое) распределение встречается в природе наиболее часто. Оно выражается в образовании группировок особей, между которыми остаются значительные незаселенные территории. Причинами агрегированности особей могут быть неоднородность среды и ограниченность пригодных для жизни местообитаний, особенности размножениястремление к жизни в группе. Жизнь в группе (семье, стаде, стае, колонии) облегчает защиту от хищников, поиск и добывание корма. У растений групповое распределение определяется главным образом способом размножения и расселения семян и плодов. Например, тяжелые плоды, падая рядом с материнским растением и в последующем прорастая, образуют группу рядом растущих дочерних растений.

Возрастная структура отражает соотношение различных возрастных групп в популяции, а также сезонную и межгодовую динамику этого соотношения. В популяции обычно выделяют три экологических возраста: предрепродуктивный (до размножения), репродуктивный (в период размножения) и пострепродуктивный (после размножения). При благоприятных условиях в популяции присутствуют все возрастные группы и поддерживается более или менее стабильный уровень численности. Несмотря на присутствие в популяции всех возрастных групп, соотношение между ними меняется и зависит от числа потомков в помете, количества пометов за сезон, времени наступления половозрел ости, продолжительности репродуктивного периода особей, продолжительности их жизни и других факторов. Так, например, в популяциях мелких грызунов велика доля особей младших возрастных групп, в то время как для крупных видов (слоны, киты и др.) она мала.

В сокращающихся популяциях преобладают старые особи, уже не способные интенсивно размножаться. Такая возрастная структура свидетель^ ствует о неблагоприятных условиях существования.

Изучение распределения организмов по возрастам имеет большое значение в прогнозировании численности популяций на протяжении жизни ряда ближайших поколений. Такие исследования позволяют планировать, например, промысел рыб или пушных зверей на ряд лет вперед.

Половую структуру формирует соотношение полов в популяциях с раздельнополыми особями. К ним относятся большинство животных и все двудомные растения. Изменение половой структуры популяции отражается на ее роли в экосистеме, так как самцы и самки многих видов имеют отличия в характере питания, ритме жизни, поведении. Так, самки некоторых видов комаров, клещей и мошек являются кровососущими, в то время как самцы питаются соком растений или нектаром. Повышение доли половозрелых самок приводит к более интенсивному росту популяции за счет рождения большего количества молоди.

Рождаемость характеризует частоту появления новых особей в популяции за счет размножения. Различают абсолютную и удельную рождаемость.

Абсолютная рождаемость — это количество особей, рожденных в популяции за единицу времени, например, за год, месяц, сутки. Однако величина абсолютной рождаемости находится в прямой зависимости от численности популяции. Поэтому определяют удельную рождаемость — количество особей, рожденных в популяции за единицу времени в расчете на одну особь (или на тысячу особей). Показатель удельной рождаемости удобен тем, что позволяет сравнивать скорость рождаемости в разных популяциях независимо от различий в их численности.

Смертность (абсолютная и удельная) — величина, противоположная рождаемости.

Величины рождаемости и смертности изменчивы во времени и зависят от возрастной и половой структуры популяции, обеспеченности пищей и ряда других факторов (рис. 1.5).

Соотношение между величинами рождаемости и смертности определяет динамику численности популяции. Так, если величина рождаемости выше показателя смертности, то численность популяции будет возрастать, и наоборот, снизится, если смертность превысит рождаемость. В случае равенства величин рождаемости и смертности численность популяции будет поддерживаться на постоянном уровне.

Формой существования вида является популяция — самоподдерживающаяся совокупность особей одного вида, имеющая собственный генофонд. Способность популяции к длительному существованию на конкретном участке ареала вида обеспечивается характерными для нее структурой и групповыми свойствами: численностью, плотностью, половозрастной структурой, рождаемостью и смертностью. Величины этих показателей непостоянны, что дает возможность популяции адаптироваться к меняющимся условиям среды обитания.

ВИД. КРИТЕРИИ ВИДА

Понятие вида. Основной, элементарной и реально существующей единицей органического мира, или иначе — универсальной формой существования жизни, является вид (от лат. species — взгляд, образ). Вид —исторически сложившаяся совокупность популяций, особи которых обладают наследственным сходством морфологических, физиологических и биохимических особенностей, могут свободно скрещиваться и давать плодовитое потомство, приспособлены к определенным условиям жизни и занимают определенную область — ареал.

Особи, принадлежащие к одному виду, не скрещиваются с особями другого вида, характеризуются генетической общностью, единством происхождения. Вид существует во времени: он возникает, распространяется (в период расцвета), может сохраняться неопределенно долгое время в устойчивом, почти неизменном состоянии (реликтовые виды) или непрерывно изменяться. Одни виды со временем исчезают, не оставляя новых ветвей. Другие дают начало новым видам.

Вид как таксономическая категория. Вид — основная категория биологической классификации. Понятие «вид» впервые было введено в конце

17 в. английским ботаником Джоном Реем (1627—1709), отметившим, что разные виды отличаются по внешнему и внутреннему строению и не скрещиваются между собой.

Большой вклад в дальнейшую разработку понятия «вид» внес шведский ученый Карл Линней (1707—1778). Согласно его представлениям, виды — объективно существующие в природе образования, и между разными видами в большей или меньшей степени имеются различия  Так, например, явно различаются между собой по внешним признакам медведь и волк, в то время как волк, шакал, гиена, лисица внешне более сходны, так как принадлежат к одному семейству — волчьих. Еще в большей степени сходна внешность у видов одного рода. Вот почему вид начали рассматривать как основную классификационную единицу. Это имело огромное значение для развития систематики.

Таким образом, с именем Линнея связано начало описания и классификации живых организмов. Эта работа продолжается и в настоящее время.

Критерии вида. 

Признаки, по которым один вид можно отличить от другого, называют критериями вида.

В основе морфологического критерия лежит сходство внешнего и внутреннего строения между особями одного вида. Этот критерий — самый удобный и поэтому широко используется в систематике.

Однако особи в пределах вида иногда так сильно различаются, что только по морфологическому критерию не всегда удается определить, к какому виду они относятся. Вместе с тем существуют виды морфологически сходные, но особи этих видов не скрещиваются между собой. Это — виды-двойники, которые исследователи открывают во многих систематических группах. Так, под названием «крыса черная» различают два вида-двойника, имеющих в кариотипах по 38 и 42 хромосомы. Установлено также, что под названием «малярийный комар» существует до 15 внешне неразличимых видов, ранее считавшихся одним видом. Около 5% всех видов насекомых, птиц, рыб, земноводных, червей составляют виды-двойники.

В основу физиологического критерия положено сходство всех процессов жизнедеятельности у особей одного вида, прежде всего сходство размножения. Особи разных видов, как правило, не скрещиваются, или потомство их бесплодно. Например, у многих видов мухи дрозофилы сперма особей чужого вида вызывает иммунную реакцию, что приводит к гибели сперматозоидов в половых путях самки. В то же время в природе есть виды, особи которых скрещиваются и дают плодовитое потомство (некоторые виды канареек, зябликов, тополей, ив).

Географический критерий основан на том, что каждый вид занимает определенную территорию или акваторию, называемую ареалом. Он может быть большим или меньшим, прерывистым или сплошным. Однако огромное число видов имеет накладывающиеся или перекрывающиеся ареалы. Кроме того, существуют виды, не имеющие четких границ распространения, а также виды-космополиты, обитающие на огромных пространствах суши всех континентов или океана (например, растения — пастушья сумка, одуванчик лекарственный, виды рдестов, ряски, тростника, животные-синантропы — постельный клоп, рыжий таракан, комнатная муха). Поэтому географический критерий, как и другие, не является абсолютным.

Экологический критерий основан на том, что каждый вид может существовать только в определенных условиях, выполняя свойственные ему

функции в определенном биогеоценозе. Так, например, лютик едкий произрастает на пойменных лугах, лютик ползучий — по берегам рек и канав, лютик жгучий — на заболоченных местах. Существуют, однако, виды, которые не имеют строгой экологической приуроченности. К ним относятся многие сорные растения, а также виды, находящиеся под опекой человека: комнатные и культурные растения, домашние животные.

Генетический (цитоморфологический) критерий основан на различии видов по кариотипам, т.е. числу, форме и размерам хромосом. Для подавляющего большинства видов характерен строго определенный кариотип. Однако и этот критерий не является универсальным. Во-первых, у многих видов число хромосом одинаково и форма их сходна. Например, некоторые виды семейства бобовых имеют 22 хромосомы (2п = 22). Во-вторых, в пределах одного и того же вида могут встречаться особи с разным числом хромосом, что является результатом геномных мутаций (поли- или анеу-плоидия). Например, ива козья может иметь диплоидное (38) или тетра-плоидное (76) число хромосом.

Биохимический критерий позволяет различать виды по составу и структуре определенных белков, нуклеиновых кислот и др. Особи одного вида имеют сходную структуру ДНК, что обусловливает синтез одинаковых белков, отличающихся от белков другого вида. Вместе с тем у некоторых бактерий, грибов, высших растений состав ДНК оказался очень близким. Следовательно, есть виды-двойники и по биохимическим признакам.

Таким образом, только учет всех или большинства критериев позволяет отличить особей одного вида от другого.

Основной формой существования жизни и единицей классификации живых организмов является вид. Для выделения вида используется совокупность критериев: морфологический, физиологический, географический, экологический, генетический, биохимический. Вид является результатом длительной эволюции органического мира. Будучи генетически закрытой системой, он, тем не менее, исторически развивается и изменяется.

Cелекция

10 класс. Особенности селекции животных

Изменчивость

Изменчивость — способность живых организмов приобретать новые признаки и свойства. Благодаря изменчивости, организмы могут приспосабливаться к изменяющимся условиям среды обитания.

Различают две основные формы изменчивости: наследственная и ненаследственная.

Наследственная, или генотипическая, изменчивость — изменения признаков организма, обусловленные изменением генотипа. Она, в свою очередь, подразделяется на комбинативную и мутационную. Комбинативная изменчивость возникает вследствие перекомбинации наследственного материала (генов и хромосом) во время гаметогенеза и полового размножения. Мутационная изменчивость возникает в результате изменения структуры наследственного материала.

Ненаследственная, или фенотипическая, или модификационная, изменчивость — изменения признаков организма, не обусловленные изменением генотипа.

Мутации

Мутации — это стойкие внезапно возникшие изменения структуры наследственного материала на различных уровнях его организации, приводящие к изменению тех или иных признаков организма.

Термин «мутация» введен в науку Де Фризом. Им же создана мутационная теория, основные положения которой не утратили своего значения по сей день.

1. Мутации возникают внезапно, скачкообразно, без всяких переходов.
2. Мутации наследственны, т.е. стойко передаются из поколения в поколение.
3. Мутации не образуют непрерывных рядов, не группируются вокруг среднего типа (как при модификационной изменчивости), они являются качественными изменениями.
4. Мутации ненаправленны — мутировать может любой локус, вызывая изменения как незначительных, так и жизненно важных признаков в любом направлении.
5. Одни и те же мутации могут возникать повторно.
6. Мутации индивидуальны, то есть возникают у отдельных особей.

Процесс возникновения мутаций называют мутагенезом, а факторы среды, вызывающие появление мутаций, — мутагенами.

По типу клеток, в которых мутации произошли, различают: генеративные и соматические мутации.

Генеративные мутации возникают в половых клетках, не влияют на признаки данного организма, проявляются только в следующем поколении.

Соматические мутации возникают в соматических клетках, проявляются у данного организма и не передаются потомству при половом размножении. Сохранить соматические мутации можно только путем бесполого размножения (прежде всего вегетативного).

По адаптивному значению выделяют: полезные, вредные (летальные, полулетальные) и нейтральные мутации. Полезные — повышают жизнеспособность, летальные — вызывают гибель, полулетальные — снижают жизнеспособность, нейтральные — не влияют на жизнеспособность особей. Следует отметить, что одна и та же мутация в одних условиях может быть полезной, а в других — вредной.

По характеру проявления мутации могут быть доминантными и рецессивными. Если доминантная мутация является вредной, то она может вызвать гибель ее обладателя на ранних этапах онтогенеза. Рецессивные мутации не проявляются у гетерозигот, поэтому длительное время сохраняются в популяции в «скрытом» состоянии и образуют резерв наследственной изменчивости. При изменении условий среды обитания носители таких мутаций могут получить преимущество в борьбе за существование.

В зависимости от того, выявлен ли мутаген, вызвавший данную мутацию, или нет, различают индуцированные и спонтанныемутации. Обычно спонтанные мутации возникают естественным путем, индуцированные — вызываются искусственно.

В зависимости от уровня наследственного материала, на котором произошла мутация, выделяют: генные, хромосомные и геномные мутации.

Генные мутации

Генные мутации — изменения структуры генов. Поскольку ген представляет собой участок молекулы ДНК, то генная мутация представляет собой изменения в нуклеотидном составе этого участка. Генные мутации могут происходить в результате: 1) замены одного или нескольких нуклеотидов на другие; 2) вставки нуклеотидов; 3) потери нуклеотидов; 4) удвоения нуклеотидов; 5) изменения порядка чередования нуклеотидов. Эти мутации приводят к изменению аминокислотного состава полипептидной цепи и, следовательно, к изменению функциональной активности белковой молекулы. Благодаря генным мутациям возникают множественные аллели одного и того же гена.

Заболевания, причиной которых являются генные мутации, называются генными (фенилкетонурия, серповидноклеточная анемия, гемофилия и т.д.). Наследование генных болезней подчиняется законам Менделя.

Хромосомные мутации

Это изменения структуры хромосом. Перестройки могут осуществляться как в пределах одной хромосомы — внутрихромосомные мутации (делеция, инверсия, дупликация, инсерция), так и между хромосомами — межхромосомные мутации (транслокация).

Делеция — утрата участка хромосомы (2); инверсия — поворот участка хромосомы на 180° (4, 5); дупликация — удвоение одного и того же участка хромосомы (3); инсерция — перестановка участка (6).

Хромосомные мутации: 1 — парахромосом; 2 — делеция; 3 — дупликация; 4, 5 — инверсия; 6 — инсерция.

Транслокация — перенос участка одной хромосомы или целой хромосомы на другую хромосому.

Заболевания, причиной которых являются хромосомные мутации, относятся к категории хромосомных болезней. К таким заболеваниям относятся синдром «крика кошки» (46, 5р^-), транслокационный вариант синдрома Дауна (46, 21 t21²¹) и др.

Геномные мутации

Геномной мутацией называется изменение числа хромосом. Геномные мутации возникают в результате нарушения нормального хода митоза или мейоза.

Гаплоидия — уменьшение числа полных гаплоидных наборов хромосом.

Полиплоидия — увеличение числа полных гаплоидных наборов хромосом: триплоиды (3n), тетраплоиды (4n) и т.д.

Гетероплоидия (анеуплоидия) — некратное увеличение или уменьшение числа хромосом. Чаще всего наблюдается уменьшение или увеличение числа хромосом на одну (реже две и более).

Наиболее вероятной причиной гетероплоидии является нерасхождение какой-либо пары гомологичных хромосом во время мейоза у кого-то из родителей. В этом случае одна из образовавшихся гамет содержит на одну хромосому меньше, а другая — на одну больше. Слияние таких гамет с нормальной гаплоидной гаметой при оплодотворении приводит к образованию зиготы с меньшим или большим числом хромосом по сравнению с диплоидным набором, характерным для данного вида: нулесомия (2n - 2),моносомия (2n - 1), трисомия (2n + 1), тетрасомия (2n + 2) и т.д.

На генетических схемах, приведенных ниже, показано, что рождение ребенка с синдромом Клайнфельтера или синдромом Тернера-Шерешевского можно объяснить нерасхождением половых хромосом во время анафазы 1 мейоза у матери или у отца.

1) Нерасхождение половых хромосом во время мейоза у матери

 

Р	♀46, XX		×	♂46, XY
Типы гамет	24, XX    24, 0			23, X     23, Y
F	47, XXXтрисомия по Х-хромосоме	47, XXYсиндром Клайнфельтера		45, X0синдром Тернера- Шерешевского	45, Y0гибель зиготы

 

2) Нерасхождение половых хромосом во время мейоза у отца

 

Р	♀46, XX	×	♂46, XY
Типы гамет	23, X		24, XY     22, 0
F	47, XXYсиндром Клайнфельтера		45, X0синдром Тернера- Шерешевского

 

Заболевания, причиной которых являются геномные мутации, также относятся к категории хромосомных. Их наследование не подчиняется законам Менделя. Кроме вышеназванных синдромов Клайнфельтера или Тернера-Шерешевского, к таким болезням относятся синдромы Дауна (47, +21), Эдвардса (+18), Патау (47, +15).

Полиплодия характерна для растений. Получение полиплоидов широко используется в селекции растений.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости Н.И. Вавилова

«Виды и роды, генетически близкие, характеризуются сходными рядами наследственной изменчивости с такой правильностью, что, зная ряд форм в пределах одного вида, можно предвидеть нахождение параллельных форм у других видов и родов. Чем ближе генетически расположены в общей системе роды и виды, тем полнее сходство в рядах их изменчивости. Целые семейства растений в общем характеризуются определенным циклом изменчивости, проходящей через все роды и виды, составляющие семейство».

Этот закон можно проиллюстрировать на примере семейства Мятликовые, к которому относятся пшеница, рожь, ячмень, овес, просо и т.д. Так, черная окраска зерновки обнаружена у ржи, пшеницы, ячменя, кукурузы и других растений, удлиненная форма зерновки — у всех изученных видов семейства. Закон гомологических рядов в наследственной изменчивости позволил самому Н.И. Вавилову найти ряд форм ржи, ранее не известных, опираясь на наличие этих признаков у пшеницы. К ним относятся: остистые и безостые колосья, зерновки красной, белой, черной и фиолетовой окраски, мучнистое и стекловидное зерно и т.д.

 

Наследственное варьирование признаков*			Рожь	Пшеница	Ячмень	Овес	Просо	Сорго	Кукуруза	Рис	Пырей
Зерно	Окраска	Черная	+	+	+	—	—	+	+	+	+
		Фиолетовая	+	+	+	—	—	+	+	+	—
	Форма	Округлая	+	+	+	+	+	+	+	+	+
		Удлиненная	+	+	+	+	+	+	+	+	+
Биол. признаки	Образ жизни	Озимые	+	+	+	+				+
		Яровые	+	+	+	+	+	+	+	+

 

^*Примечание. Знак «+» означает наличие наследственных форм, обладающих указанным признаком.

Открытый Н.И. Вавиловым закон справедлив не только для растений, но и для животных. Так, альбинизм встречается не только в разных группах млекопитающих, но и птиц, и других животных. Короткопалость наблюдается у человека, крупного рогатого скота, овец, собак, птиц, отсутствие перьев — у птиц, чешуи — у рыб, шерсти — у млекопитающих и т.д.

Закон гомологических рядов наследственной изменчивости имеет большое значение для селекции, поскольку позволяет предугадать наличие форм, не обнаруженных у данного вида, но характерного для близкородственных видов. Причем искомая форма может быть обнаружена в дикой природе или получена путем искусственного мутагенеза.

Искусственное получение мутаций

В природе постоянно идет спонтанный мутагенез, но спонтанные мутации — достаточно редкое явление, например, у дрозофилы мутация белых глаз образуется с частотой 1:100 000 гамет.

Факторы, воздействие которых на организм приводит к появлению мутаций, называются мутагенами. Обычно мутагены подразделяют на три группы. Для искусственного получения мутаций используются физические и химические мутагены.

 

Название группымутагенов	Примеры
Физические	Рентгеновские лучи, гамма лучи, ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры и др.
Химические	Соли тяжелых металлов, алкалоиды, чужеродные ДНК и РНК, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, мн. алкилирующие соединения и др.
Биологические	Вирусы, бактерии

 

Индуцированный мутагенез имеет большое значение, поскольку дает возможность создания ценного исходного материала для селекции, а также раскрывает пути создания средств защиты человека от действия мутагенных факторов.

Модификационная изменчивость

Модификационная изменчивость — это изменения признаков организмов, не обусловленные изменениями генотипа и возникающие под влиянием факторов внешней среды. Среда обитания играет большую роль в формировании признаков организмов. Каждый организм развивается и обитает в определенной среде, испытывая на себе действие ее факторов, способных изменять морфологические и физиологические свойства организмов, т.е. их фенотип.

Примером изменчивости признаков под действием факторов внешней среды является разная форма листьев у стрелолиста: погруженные в воду листья имеют лентовидную форму, листья, плавающие на поверхности воды, — округлую, а находящиеся в воздушной среде, — стреловидную. Под действием ультрафиолетовых лучей у людей (если они не альбиносы) появляется загар в результате накопления в коже меланина, причем у разных людей интенсивность окраски кожи различна.

Модификационная изменчивость характеризуется следующими основными свойствами: 1) ненаследуемость; 2) групповой характер изменений (особи одного вида, помещенные в одинаковые условия, приобретают сходные признаки); 3) соответствие изменений действию фактора среды; 4) зависимость пределов изменчивости от генотипа.

Несмотря на то, что под влиянием условий внешней среды признаки могут изменяться, эта изменчивость не беспредельна. Это объясняется тем, что генотип определяет конкретные границы, в пределах которых может происходить изменение признака. Степень варьирования признака, или пределы модификационной изменчивости, называют нормой реакции. Норма реакции выражается в совокупности фенотипов организмов, формирующихся на основе определенного генотипа под влиянием различных факторов среды. Как правило, количественные признаки (высота растений, урожайность, размер листьев, удойность коров, яйценоскость кур) имеют более широкую норму реакции, то есть могут изменяться в широких пределах, чем качественные признаки (цвет шерсти, жирность молока, строение цветка, группа крови). Знание нормы реакции имеет большое значение для практики сельского хозяйства.

Модификационная изменчивость многих признаков растений, животных и человека подчиняется общим закономерностям. Эти закономерности выявляются на основании анализа проявления признака у группы особей (n). Степень выраженности изучаемого признака у членов выборочной совокупности различна. Каждое конкретное значение изучаемого признака называют вариантой и обозначают буквой v. Частота встречаемости отдельных вариант обозначается буквой p. При изучении изменчивости признака в выборочной совокупности составляется вариационный ряд, в котором особи располагаются по возрастанию показателя изучаемого признака.

Например, если взять 100 колосьев пшеницы (n = 100), подсчитать число колосков в колосе (v) и число колосьев с данным количеством колосков, то вариационный ряд будет выглядеть следующим образом.

 

Варианта (v)	14	15	16	17	18	19	20
Частота встречаемости (p)	2	7	22	32	24	8	5

 

Вариационная кривая

На основании вариационного ряда строится вариационная кривая — графическое отображение частоты встречаемости каждой варианты.

Среднее значение признака встречается чаще, а вариации, значительно отличающиеся от него, — реже. Это называется «нормальным распределением». Кривая на графике бывает, как правило, симметричной.

Среднее значение признака подсчитывается по формуле:

 

M =	∑(v·p),
	n

 

где М — средняя величина признака; ∑(v·p) — сумма произведений вариант на их частоту встречаемости; n — количество вариант.

В данном примере среднее значение признака (числа колосков в колосе) равно 17,13.

Знание закономерностей модификационной изменчивости имеет большое практическое значение, поскольку позволяет предвидеть и заранее планировать степень выраженности многих признаков организмов в зависимости от условий внешней среды.

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПО ТЕМЕ ДИГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ТРЕТИЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ - 

СКАЧАТЬ

ДИГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ. ТРЕТИЙ ЗАКОН МЕНДЕЛЯ.

Дигибридным называют скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по двум парам альтернативных признаков. Для дигибридного скрещивания Мендель брал гомозиготные растения гороха, отличающиеся по окраске семян (желтые и зеленые) и форме семян (гладкие и морщинистые). 

Скрещивая растение с желтыми и гладкими семенами с растением с зелеными и морщинистыми семенами, Мендель получил единообразное гибридное поколение F1 с желтыми и гладкими семенами. 

Желтая окраска (А) и гладкая форма (В) семян — доминантные признаки, зеленая окраска (а) и морщинистая форма (в) — рецессивные признаки. 

При самоопылении гибридов (F1) в F2 были получены результаты:

9/16 растений имели гладкие желтые семена;

3/16 были желтыми и морщинистыми;

3/16 были зелеными и гладкими;

1/16 растений морщинистые семена зеленого цвета.

Он обратил внимание на то, что расщепление по каждому отдельно взятому признаку соответствует расщеплению при моногибридном скрещивании: на каждые 12 желтых – 4 зеленых (3:1); на 12 гладких – 4 морщинистых (3:1).

Четыре фенотипа скрывают девять разных генотипов:

 ж.г. 9/16  (А_B_)  1/16  ААВВ

  2/16  АaВВ

  2/16  ааВb

  4/16  АаВb

ж.м. 3/16 (A_bb)    1/16  AAbb

    2/16  Aabb

з.г. 3/16 (aaB_)    1/16  aaBB

    2/16  aaBb

з.м. 1/16 (aabb)    1/16  aabb  

Проведенное исследование позволило сформулировать закон независимого комбинирования генов (третий закон Менделя):

при скрещивании двух гетерозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум (и более) парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга в соотношении 3:1 и комбинируются во всех возможных сочетаниях. 

АНАЛИЗИРУЮЩЕ СКРЕЩИВАНИЕ

Знание законов наследования, открытых Менделем, имеет большое значение для развития сельского хозяйства и медицины. Ученые, создающие новые породы домашних животных и сорта культурных растений, подбирают родительские пары с учетом доминирования признаков, их расщепления в F2,независимого распределения. Им необходимо знать, гомо- или гетерозиготные организмы отобраны для селекционной работы. Можно ли быть уверенным, что исходные формы гомозиготные, если мы знаем лишь их фенотипы? Например, для посева вы взяли желтые семена гороха, - а какой они имеют генотип? Как узнать его? Для этой цели используют метод анализирующего скрещивания - скрещивание исследуемой особи с рецессивной исходной формой.

Так, растение гороха, выросшее из желтых семян с неизвестным генотипом, скрещивают с растением, полученным из зеленых семян с известным генотипом. Так, как все половые клетки гомозиготного рецессива несут рецессивный ген (а), то характер расщепления в потомстве по фенотипу будет соответствовать качеству гамет исследуемого родителя.

Скрещивая организм неизвестного генотипа с организмом, гомозиготным по рецессивному аллелю изучаемого гена, можно определить этот генотип путем одного скрещивания.

·         Если в потомстве анализирующего скрещивания отношение желтых и зеленых горошин будет 1:1, значит, генотип исследуемого родителя гетерозиготный (Аа).

·         Если в потомстве все семена гороха имеют только желтую окраску, то исследуемый родитель гомозиготен (АА).

Ø  Если при скрещивании  А? с рецессивной гомозиготой – аа, в F1 наблюдается единообразие, значит исследуемая особь гомозиготна по доминантному признаку, т.е. чистопородна.

Ø  Если при скрещивании  А? с рецессивной гомозиготой – аа, в F1 наблюдается расщепление 1:1, значит исследуемая особь гетерозиготна.

Из этих примеров видно, что особи, гомозиготные по доминантному гену, расщепления в F1 не дают, а гетерозиготные особи при скрещивании с гомозиготной особью дают расщеплении уже в F1.

ЗАДАЧА:

У собак короткая шерсть доминирует над  длинной. Охотник купил собаку с короткой шерстью и хочет быть уверен, что она не несет генов длинной шерсти. Какого партнера по фенотипу и генотипу надо подобрать для скрещивания, чтобы проверить генотип купленной собаки? Составьте схему скрещивания. Какой должен быть результат, если собака чистопородная?

ВЫВОД:

1.Знание законов моногибридного скрещивания  позволяет решать не только теоретические, но и практические задачи (например, в области сельского хозяйства)

2. Анализирующее скрещивание позволяет определить генотип одного из родителей по фенотипам потомков и с учетом генотипа второго родителя

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПО ТЕМЕ АНАЛИЗИРУЮЩЕЕ СКРЕЩИВАНИЕ - СКАЧАТЬ

НЕПОЛНОЕ ДОМИНИРОВАНИЕ

– это явление, при котором доминантный ген не полностью подавляет проявление рецессивного гена в гетерозиготе

Если гетерозиготные гибриды первого поколения имеют одинаковый фенотип и похожи на одну из родительских особей, то в этом случае имеет место полное доминирование. Расщепление во втором поколении по фенотипу 3:1. Доминантный признак не всегда полностью подавляет рецессивный, поэтому возможно появление промежуточных признаков у гибридов. Это явление получило название неполное доминирование. Во втором поколении расщепление по фенотипу и генотипу совпадает и равно 1:2:1.

Так, например, при скрещивании двух чистых линий ночной красавицы с красными и белыми цветками первое поколение гибридов оказывается розовым. Происходит неполное доминирование признака окраски, и красный цвет лишь частично подавляет белый. Во втором поколении расщепление признаков по фенотипу оказывается равным расщеплению по генотипу.

У человека неполное доминирование проявляется при наследовании структуры волос. Ген курчавых волос доминирует над геном прямых волос не в полной мере. И у гетерозигот наблюдается промежуточное проявление признака - волнистые волосы..

Иногда расщепление признаков во втором поколении может отклоняться от ожидаемых (3:1 - при полном доминировании, 1:2:1 - при неполном доминировании) результатов. Это связано с тем, что в некоторых случаях гомозиготы по одному из признаков оказываются нежизнеспособными. В этом случае говорят о летальных генах. Один ген может оказывать влияние на другие признаки, в результате чего снижается работоспособность. Например, серые каракульские овцы, гомозиготные по доминантному признаку серой окраски, погибают после рождения из-за недоразвития желудка. Другим примером доминантного летального гена является брахидактилия у человека ( укороченные пальцы). Гомозиготы по данному гену погибают на ранних стадиях развития зародыша, а признак проявляется только у гетерозигот.

Примером рецессивного летального гена является ген серповидно - клеточной анемии у человека. В норме эритроциты человека имеют форму двояковогнутого диска. При серповидно - клеточной анемии они приобретают вид серпа, а физиологический эффект выражается острой анемией и снижением количества кислорода, переносимого кровью. У гетерозигот заболевание не проявляется, эритроциты тем не менее все же имеют измененную форму. Гомозиготы по этому признаку в 95% случаев гибнут в раннем возрасте из - за кислородной недостаточности, а гетерозиготы вполне жизнеспособны.

ТЕСТ ПО ТЕМЕ "ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ"

ПРЕЗЕНТАЦИЯ ПО ТЕМЕ ОСНОВЫ ГЕНЕТИКИ. 1 И 2 ЗАКОНВ МЕНДЕЛЯ - 

СКАЧАТЬ

МОНОГИБРИДНОЕ СКРЕЩИВАНИЕ.

Генетика — наука, изучающая закономерности наследственности и изменчивости живых организмов.

Наследственность — это свойство всех живых организмов передавать свои признаки и свойства из поколения в поколение.

Изменчивость — свойство всех живых организмов приобретать в процессе индивидуального развития новые признаки. Элементарные единицы наследственности — гены — представляют собой участки ДНК хромосом.

Генетика — относительно молодая наука. Официальной датой ее рождения считается 1900г., 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. 

Г. Мендель поставил перед собой цель выяснить закономерности наследования отдельных признаков гороха. Эту работу исследователь вел в течение 8 лет, начал в 1856 году, а в 1865 опубликовал результаты своей работы, изучив за это время более 10 000 растений гороха. В своих работах он использовал гибридологический метод. Суть этого метода состоит в скрещивании (т. е. гибридизации) организмов, отличных по каким-либо признакам и в последующем анализе характера проявления этих признаков у потомства.

До Менделя, согласно теории эволюции Ч.Дарвина и А.Уоллеса, считалось, что при скрещивании потомство наследует промежуточные признаки родительских организмов, происходит их смешивание.

Мендель предположил, что изменчивость обусловлена дискретными наследственными единицами, наследственными факторами.

Эти факторы не смешиваются и потомство наследует один фактор от одного, и второй фактор от второго родителя в неизменном виде. Это представление не соответствовало учению эволюционистов о причинах изменчивости и не нашло понимания среди ученых. 

Материальной основой наследственности, связывающей поколения, являются клетки — гаметы (при половом размножении) и соматические (при бесполом). Но клетки несут в себе не признаки и свойства будущих организмов, а лишь задатки, дающие возможность развития этих признаков и свойств. Этими задатками являются гены.

Совокупность всех генов организма называют генотипом.

Совокупность всех внешних и внутренних признаков организма называют фенотипом.

Основным является гибридологический метод — система скрещиваний, позволяющая проследить закономерности наследования и изменения признаков в ряду поколений.

Генетическая символика:

Для записи результатов скрещиваний в генетике используются специальная символика, предложенная Г.Менделем:

Р — родители;

F — потомство, (F1 — гибриды первого поколения, F2 — гибриды второго поколения);

х — значок скрещивания; ♂ — мужская особь; ♀ — женская особь

A, a, B, b, C, c — буквами латинского алфавита обозначаются отдельно взятые наследственные признаки.

Моногибридным называют скрещивание двух организмов, отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных (взаимоисключающих) признаков.

Таким образом, при таком скрещивании прослеживаются закономерности наследования только двух вариантов признака.

Классическим примером моногибридного скрещивания является скрещивание сортов гороха с желтыми и зелеными семенами.

При скрещивании растения с желтыми и  зелеными  семенами, все потомки имели желтые семена.

Первый и второй законы Г.Менделя

Проявляющийся у гибридов первого поколения признак Мендель назвал доминантным и обозначил заглавной буквой, а подавляемый — рецессивным и обозначил прописной буквой. Само же явление преобладания у гибридов признака одного из родителей Г. Мендель назвал доминированием.

Аналогичная картина наблюдалась и при скрещиваниях, в которых изучалось наследование семи пар других признаков.

Позже выявленная закономерность была названа законом единообразия гибридов первого поколения, или законом доминирования. Это первый закон Менделя: при скрещивании двух организмов, относящихся к разным чистым линиям (двух гомозиготных организмов), отличающихся друг от друга по одной паре альтернативных признаков, все первое поколение гибридов (F1) окажется единообразным и будет нести признак одного из родителей.

Семена гибридов первого поколения использовались Менделем для получения второго гибридного поколения.

В F2 6022 горошины были желтого цвета, 2001 горошины – зеленого.

Во втором поколении количество гибридов, несущих доминантный признак, приблизительно в 3 раза больше, чем гибридов, несущих рецессивный признак;

Явление, при котором часть гибридов второго поколения несет доминантный признак, а часть — рецессивный, называют расщеплением.

Таким образом, на основе скрещивания гибридов первого поколения и анализа второго был сформулирован второй закон Менделя: при скрещивании гибридов первого поколения (гетерозиготных особей) в потомстве происходит расщепление признаков в определенном числовом соотношении: 3/1 по фенотипу и 1/2/1 по генотипу.

Мендель предположил, что развитие признака определяется соответствующим ему наследственным фактором. Один наследственный фактор гибриды получают от отца, другой — от матери. У гибридов F1 проявляется лишь один из факторов — доминантный.

Для объяснения явления доминирования и расщепления гибридов второго поколения Мендель предложил гипотезу чистоты гамет.

Оформление записи генетической схемы при решении задач:

Английский генетик Р.Пеннет предложил проводить запись в виде решетки, которую так и назвали — решетка Пеннета. По вертикали указываются женские гаметы, по горизонтали — мужские. В клетки решетки вписываются генотипы зигот, образовавшихся при слиянии гамет.

КЛЕТОЧНЫЙ УРОВЕНЬ

 

 

РАЗМНОЖЕНИЕ ОРГАНИЗМОВ.

Размножение – важнейшее свойство живых организмов воспроизводить себе подобных, суть которого – передача генетического материала, наследственной информации своим потомкам. Существуют два основных способа размножения – бесполое и половое, при бесполом дочерние организмы наследуют признаки только одного родителя, при половом – обычно от двух родителей.

Бесполое размножение осуществляется при участии лишь одной родительской особи и происходит без образования и слияния гамет (и без слияния наследственной информации в любом другом виде). Нередко допускается ошибка, когда считается, что при бесполом размножении потомство образуется только путем митоза и всегда генетически идентично материнскому организму. Это совсем не так, бесполое размножение многих групп организмов связано с мейозом и, как мы увидим далее, в результате мейоза происходит рекомбинация генетического материала и образовавшиеся в результате мейоза клетки всегда генетически неравноценны. Рассмотрим основные формы бесполого размножения.

Деление – способ бесполого размножения, характерный для одноклеточных организмов, при котором материнская особь делится на две или большее количество дочерних клеток.

У одноклеточных эукариот это митотическое бинарное деление (простейшие, одноклеточные водоросли) или множественное деление, или шизогония (малярийный плазмодий, трипаносомы). При бинарном делении митотически делится ядро и образуется две генетически равноценные клетки, во время шизогонии сначала многократно митозом делится ядро, затем каждое из дочерних ядер окружается цитоплазмой, и формируются несколько самостоятельных организмов.

У прокариот митоз, как форма деления клеток, отсутствует. Размножение происходит за счет особого механизма деления клеток, при котором не образуется митотический аппарат – нет клеточных центров, веретена деления, не происходит спирализация хромосом. Происходит репликация кольцевой ДНК, за счет формирования мезосомы происходит разделение клетки на две, в каждой из которых оказываются дочерние молекулы ДНК.

 Почкование – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются в виде выростов на теле родительской особи. Почкование встречается у многоклеточных и одноклеточных организмов (дрожжи), у эукариот и прокариот (бактерии). Дочерние особи могут отделяться от материнской и переходить к самостоятельному образу жизни (гидра, дрожжи), могут остаться прикрепленными к ней, образуя в этом случае колонии (коралловые полипы).

Фрагментация – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются из фрагментов (частей), на которые распадается материнская особь (многощетинковые кольчатые черви, спирогира). Причем это не просто способность к восстановлению утраченных частей тела в результате повреждения тела, а генетически запрограммированный процесс. В основе фрагментации лежит способность организмов к регенерации.

Полиэмбриония – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются после образования зиготы, когда уже начинается индивидуальное развитие. Из зиготы после первого деления образуются два бластомера, которые отделяются друг от друга и дают начало двум самостоятельным эмбрионам. Так образуются монозиготные близнецы с одинаковыми генотипами, количество монозиготных близнецов может быть достаточно большим, например, у наездников (перепончатокрылые) из рода Litomastix из одной зиготы образуется до 3000 личинок, у броненосца – 7-9 зародышей, у человека возможно рождение 2-5 монозиготных близнецов.

Вегетативное размножение – способ бесполого размножения, при котором новые особи образуются или из частей вегетативного тела материнской особи, или из особых структур (корневище, клубень и др.), специально предназначенных для этой формы размножения. Вегетативное размножение характерно для многих групп растений, используется в садоводстве, огородничестве, селекции растений (искусственное вегетативное размножение).

Вегетативный орган.	Способ вегетативного размножения.	Примеры.
Корень.	Корневые черенки. Корневые отпрыски.	Шиповник, малина, осина, одуванчик, ива. Вишня, слива, осот, бодяк, сирень.
Надземные части побегов.	Деление кустов. Стеблевые черенки. Отводки.	Флокс, маргаритка, примула, ревень. Виноград, смородина, крыжовник. Крыжовник, виноград, черемуха.
Подземные части побегов.	Корневище. Клубень. Луковица. Клубнелуковица.	Спаржа, бамбук, ирис, ландыш. Картофель, топинамбур, седмичник. Лук, чеснок, тюльпаны, гиацинты. Гладиолус, крокус.
Лист.	Листовые черенки.	Бегония, колеус, глоксиния.

Спорообразование, споруляция – размножение посредством спор. Термин «спора» в биологии используется в двух значениях: во-первых, спора – это клеточная структура, которая предназначена не для размножения, а для переживания неблагоприятных условий (споры бактерий). Во-вторых, споры – специализированные клетки, предназначенные для размножения. Споры у растений – всегда гаплоидные. У большинства видов образуются в особых органах – спорангиях (споры водорослей, мхов, папоротников). Все высшие растения и многие водоросли в своем развитии имеют две стадии, сменяющие друг друга – растение, образующее споры – спорофит, и растение, образующее гаметы – гаметофит. Если споры образуются митотически (гаплоидным растением), то все споры генетически одинаковы – так происходит у многих водорослей (одноклеточных, нитчатых). Но у диплоидных растений (спорофиты мхов, высшие растения) споры образуются мейотически (происходит спорическая редукция генетического материала) и генетически неравноценны. Если споры подвижны (хламидомонада, улотрикс) – они называются зооспорами.

Но не всегда размножение спорами – бесполое размножение. У шляпочных грибов, например, образованию спор предшествует кариогамия – слияние ядер дикарионической клетки, затем происходит мейоз и образуются базидиоспоры – споры полового спороношения. Из них развивается первичный одноядерный мицелий, затем происходит слияние клеток + и – мицелиев и образуется вторичный, двуядерный (дикарионический) мицелий, на котором образуются плодовые тела.

Значение. Бесполое размножение позволяет очень быстро увеличить численность популяции без значительного изменения ее генофонда и наиболее выгодно при стабильных условиях среды.

Половое размножение обычно осуществляется при участии двух родительских особей (мужской и женской), у которых в особых органах образуются специализированные клетки – гаметы. Но есть животные гермафродиты, есть обоеполые цветки у растений, в этом случае возможно самооплодотворение. После слияния гамет или слияния генетического материала в любой форме – слияния соматических клеток, слияния ядер – образуется зигота с уникальным диплоидным набором хромосом. В этом и состоит суть полового размножения – слияние генетического материала и образования потомства с уникальными сочетаниями аллелей генов. Процесс формирования гамет называется гаметогенезом, основным этапом гаметогенеза у животных является мейоз (происходит гаметическая редукция наследственного материала). У растений, как мы уже знаем, мейоз происходит при образовании спор, из гаплоидных спор развиваются гаплоидные гаметофиты, образующие гаметы путем митоза.

Дочернее поколение развивается из зиготы – клетки, образовавшейся в результате слияния мужской и женской гамет. Процесс слияния мужской и женской гамет называется оплодотворением. Обязательным следствием полового размножения является перекомбинация генетического материала у дочернего поколения.

В зависимости от особенностей строения гамет, можно выделить следующие формы полового размножения: изогамию, гетерогамию и овогамию.

Значение. Во-первых, при половом размножении любая дочерняя особь имеет уникальный набор аллелей генов, появляются самые различные комбинации аллелей генов, что позволяет популяции приспособиться к изменяющимся условиям среды. Во-вторых, с помощью полового размножения появившиеся мутации распространяются в популяции. Таким образом, половое размножение обеспечивает комбинативную наследственную изменчивость и способствует распространению мутаций, поставляет материал для отбора.

Деление клеток. В настоящее время известно несколько способов деления клетки: прямое бинарное деление, амитоз, митоз и мейоз.

Бактериальные клетки содержат только одну кольцевую молекулу ДНК, прикрепленную к клеточной мембране. Перед делением клетки ДНК реплицируется и образуются две идентичные молекулы ДНК, каждая из которых также прикреплена к клеточной мембране. При делении клетки мембрана врастает между двумя молекулами ДНК так, что в конечном итоге в каждой дочерней клетке оказывается по одной идентичной молекуле ДНК. Такой процесс получил название прямого бинарного деления.

Амитоз или прямое деление, — это деление интерфазного ядра путем перетяжки. При амитозе веретено деления не образуется и хромосомы в световом микроскопе неразличимы. Такое деление встречается у одноклеточных организмов (например, так делятся большие полиплоидные ядра инфузорий), а также в некоторых высокоспециализированных с ослабленной физиологической активностью, дегенерирующих, обреченных на гибель клетках растений и животных либо при различных патологических процессах. У животных и человека такой тип деления характерен для клеток печени, хрящей, роговицы глаза. При амитозе часто наблюдается только деление ядра: в этом случае могут возникнуть двух- и многоядерные клетки. Если же за делением ядра следует деление цитоплазмы, то распределение клеточных компонентов, как и ДНК, осуществляется произвольно. Амитоз в отличие от митоза является самым экономичным способом деления, так как энергетические затраты при этом весьма незначительны. 

МИТОЗ. МЕЙОЗ.

МЕЙОЗ

Мейоз – особый способ деления эукариотических клеток, в результате которого образуются клетки со уменьшенным в два раза набором хромосом, образованные клетки имеют различный набор аллелей генов – генетически неодинаковы, эти клетки превращаются в гаметы (у животных) или споры (у растений и грибов).
Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная репликация ДНК.

Первое мейотическое деление (мейоз 1) называется редукционным, поскольку именно во время этого деления происходит уменьшение числа хромосом вдвое: из одной диплоидной клетки (2n4c) образуются две гаплоидные (1n2c).

Интерфаза 1 (в начале – 2n2c, в конце – 2n4c) происходит обычно и сопровождается ростом, синтезом и накоплением веществ и энергии, необходимых для осуществления обоих делений, увеличением числа органоидов, удвоением центриолей, репликацией ДНК, которая завершается в профазе 1.

Профаза 1 (2n4c). Самая продолжительная и сложная фаза мейоза. Состоит из ряда последовательных стадий.

Лептотена, стадия тонких нитей. Хромосомы слабо конденсированы. Они уже двухроматидные (каждая хромосома состоит из двух сестринских хроматид), но хроматиды настолько сближены, что хромосомы имеют вид длинных одиночных тонких нитей. Теломеры хромосом еще прикреплены к ядерной мембране с помощью особых структур – прикрепительных дисков.

Зиготена, стадия сливающихся нитей. Гомологичные хромосомы начинают притягиваться друг к другу сходными участками и конъюгируют. Конъюгацией называют процесс тесного сближения гомологичных хромосом. (Процесс конъюгации также называют синапсисом.). Начинается распад ядерной оболочки на фрагменты, происходит расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления, «исчезновение» ядрышек, продолжается конденсация двухроматидных хромосом. Происходит процесс, отсутствующий при митозе – конъюгация, процесс тесного сближения и гомологичных хромосом. Пару конъюгирующих гомологичных хромосом называют бивалентом (это пара хромосом), или тетрадой (в биваленте четыре хроматиды). Полагают, что каждый ген приходит в соприкосновение с гомологичным ему геном другой хромосомы, количество бивалентов равно гаплоидному набору хромосом.

Рис. . Кроссинговер

Пахитена, стадия толстых нитей. Процесс спирализации хромосом продолжается, причем в гомологичных хромосомах он происходит синхронно. Становится хорошо заметно, что хромосомы двухроматидные. В пахитене наблюдается особенно тесный контакт между хроматидами. Важнейшим событием пахитены является кроссинговер – обмен участками между несестринскими хроматидами гомологичных хромосом. Кроссинговер приводит к первой во время мейоза рекомбинации генов.

Диплотена. Хромосомы в бивалентах перекручиваются и начинают отталкиваться друг от друга. Процесс отталкивания начинается в области центромеры и распространяется по всей длине бивалентов. Однако они все еще остаются связанными друг с другом в некоторых точках. Их называют хиазмы. Эти точки появляются в местах кроссинговера. В ходе гаметогенеза у человека может образовываться до 50 хиазм.

Диакинез. Хромосомы максимально укорачиваются и утолщаются за счет спирализации хроматид, ядерная оболочка почти полностью разрушена. Происходит сползание хиазм к концам хроматид.

Метафаза 1 (2n4c) происходит выстраивание бивалентов в экваториальной плоскости клетки, прикрепление микротрубочек веретена деления одним концом – к центриолям, другим – к центромерам хромосом, а не к центромерам хроматид, как это было при митозе.

Анафаза 1 (2n4c) – случайное независимое расхождение двухроматидных хромосом к противоположным полюсам клетки (из каждой пары гомологичных хромосом одна хромосома отходит к одному полюсу, другая – к другому). Происходит вторая рекомбинация генетического материала – у каждого полюса оказывается гаплоидный набор двухроматидных хромосом, часть из них – отцовские, часть – материнские. Многие хроматиды в хромосомах после кроссинговера стали мозаичными, одновременно несут некоторые гены отца и матери.

Телофаза 1 (1n2c в каждой клетке). Происходит образование ядерных оболочек вокруг гаплоидных наборов двухроматидных хромосом, деление цитоплазмы. Из одной диплоидной клетки (2n4c) образовались две клетки с гаплоидным набором хромосом (n2c), поэтому это деление называют редукционным.

Рис. . Изменение хромосомного набора и ДНК в 1 и 2 делении мейоза.

Интерфаза 2, или интеркинез (1n2c) представляет собой перерыв между первым и вторым мейотическими делениями, продолжительность этого периода различается у разных организмов – в некоторых случаях обе дочерние клетки сразу вступают во второе деление, а иногда второе деление начинается через несколько месяцев или лет. Но так как хромосомы двухроматидные, во время интерфазы 2 не происходит репликация ДНК.

Второе мейотическое деление (мейоз 2) называется эквационным.

Профаза 2 (1n2c). Короче профазы 1, хроматин конденсирован, нет конъюгации и кроссинговера, происходят процессы, обычные для профазы – распад ядерных мембран на фрагменты, расхождение центриолей к разным полюсам клетки, формирование нитей веретена деления.

Метафаза 2 (1n2c). Двухроматидные хромосомы выстраиваются в экваториальной плоскости клетки, формируется метафазная пластинка.

Создаются предпосылки для третьей рекомбинации генетического материала – многие хроматиды мозаичные и от их расположения на экваторе зависит, к какому полюсу они в дальнейшем отойдут. К центромерам хроматид прикрепляются нити веретена деления.

Анафаза 2 (2n2с). Происходит деление двухроматидных хромосом на хроматиды и расхождение этих сестринских хроматид к противоположным полюсам клетки (при этом хроматиды становятся самостоятельными однохроматидными хромосомами), происходит третья рекомбинация генетического материала.

Телофаза 2 (1n1c в каждой клетке). Хромосомы деконденсируются, образуются ядерные оболочки, разрушаются нити веретена деления, появляются ядрышки, происходит деление цитоплазмы (цитотомия) с образованием в итоге четырех гаплоидных клеток.

Биологическое значение мейоза. Мейоз является центральным событием гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. С его помощью поддерживается постоянство хромосомного набора – после слияния гамет не происходит его удвоения. Благодаря мейозу образуются генетически различные клетки, т.к. в процессе мейоза трижды происходит перекомбинация генетического материала: за счет кроссинговера (профаза 1), за счет случайного, независимого расхождения гомологичных хромосом (анафаза 1) и за счет случайного расхождения хроматид (анафаза 2).

 

скачать презентацию

---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Синтез белка в клетке

БЕЛКИ – это высокомолекулярные органические соединения (полимеры), состоящие из остатков аминокислот (мономеров), соединенных пептидными связями.ФУНКЦИИ БЕЛКОВ:

1. структурная
2. каталитическая
3. двигательная
4. транспортная
5. защитная
6. регуляторная
7. энергетическая
8. запасающая
9. рецепторная

  Все признаки, свойства и функции клеток определяются белками. Белки недолговечны, время их существования ограничено. В каждой клетке постоянно синтезируются тысячи различных белковых молекул. В начале 50-х годов XX века Френсис Крик сформулировал центральную догму молекулярной биологии: ДНК→РНК →БЕЛОК. Согласно этой догме способность клетки синтезировать определенные белки закреплена наследственно. Информация о последовательности аминокислот в белке закодирована в виде последовательности нуклеотидов в ДНК.

Ген– это участок ДНК, несущий информацию о первичной структуре конкретного белка. или Ген– это участок ДНК, несущий информацию о последовательности аминокислот в конкретном белке.(у человека всего около 25-30 тысяч генов) ДНК состоит из участков – генов, несущих наследственную информацию => ДНК определяет ту последовательность аминокислот, которая будет в определенном белке. Генетический код – это система записи информации о последовательности аминокислот в белке через последовательность нуклеотидов в ДНК или РНК.

СВОЙСТВА ГЕНЕТИЧЕСКОГО КОДА:

1. ТРИПЛЕТНОСТЬ – каждая аминокислота кодируется сочетанием из 3-ёх нуклеотидов – триплетом (кодоном);
2. ОДНОЗНАЧНОСТЬ (СПЕЦИФИЧНОСТЬ) – триплет соответствует только одной аминокислоте;
3. ВЫРОЖДЕННОСТЬ (ИЗБЫТОЧНОСТЬ) – аминокислоты могут кодироваться несколькими (до 6) кодонами;
4. НЕПЕРЕКРЫВАЕМОСТЬ – кодоны располагаются линейно, и один и тот же нуклеотид не может входить в состав двух триплетов (рамка считывания по 3 нуклеотида);
5. НЕПРЕРЫВНОСТЬ – кодоны не отделены друг от друга (расстояние между кодонами соответствует расстоянию между нуклеотидами)
6. УНИВЕРСАЛЬНОСТЬ – система кодирования аминокислот одинакова у всех организмов Земли. Существует 64 типа кодонов, что соответствует количеству возможных сочетаний из 4-ёх (4 типа нуклеотидов, отличающихся азотистыми основаниями) по 3 - 4³ (4 в третьей степени). Из 64-ёх – 61 – кодируют аминокислоты (кодирующие), а 3 – стоп-кодоны (кодоны-терминаторы) – они обеспечивают окончание синтеза белковой цепочки. ( в ДНК это АТТ, АТЦ и АЦТ, а в и-РНК это УАА, УАГ и УГА).Первым всегда встает стартовый кодон, т.е. стоит первым в гене и с него начинается синтез белка (в ДНК – ТАЦ, в и-РНК – АУГ, кодирующие аминокислоту метионин).

Синтез белка представляет собой сложный многоступенчатый процесс образования белковой молекулы (полимера) из аминокислот (мономеров).Для протекания этого процесса необходимы следующие компоненты: нуклеиновые кислоты (ДНК и все виды РНК), ферменты (около300), энергия (АТФ), рибосомы, аминокислоты и ионы Mg²⁺. Синтез белка протекает в несколько этапов: 1.ТРАНСКРИПЦИЯ (переписывание) – процесс биосинтеза молекулы и-РНК на соответствующем участке ДНК. Протекает в ядре клетки с участием фермента РНК – полимеразы. Матрицей для синтеза и-РНК служит одна из цепей ДНК (кодогенная, информативная, значащая)

• Спираль ДНК раскручивается. По принципу комплементарности напротив нуклеотидов цепи ДНК выстраиваются нуклеотиды цепи и-РНК, которые соединяются друг с другом ковалентными связями.
• ( процесс идет с участием ферментов и затратой энергии АТФ).
• Образуемая И-РНК выходит через поры в ядерной мембране в цитоплазму клетки.

2. ТРАНСЛЯЦИЯ (передача) – процесс биосинтеза белковой (полипептидной) цепи на матрице И-РНК (перевод с языка нуклеотидов ДНК и РНК на язык аминокислот белков) Протекает в цитоплазме клетки на рибосомах, при участии ферментов, Т - РНК,аминокислот, ионов Mg²⁺, с затратой энергии АТФ.

• Рибосома нанизывается на И-РНК (несколько рибосом, нанизанных на И-РНК, называются полисомой. Это обеспечивает ускорение синтеза белковых молекул)
• Образование активного центра в рибосоме (вмещает 2 триплета)
• Прикрепление аминокислот к «черешку» Т-РНК (с помощью ферментов, за счет энергии АТФ)
• Транспорт аминокислот в рибосомы, проверка соответствия антикодона Т-РНК кодону И-РНК, и их присоединение в случае комплиментарности.
• Продвижение рибосомы по И-РНК, Т-РНК в пептидный активный центр, аминокислота отрывается от Т-РНК и присоединяется пептидной связью к растущей белковой цепи.
• Т-РНК покидает рибосому и выходит в цитоплазму
• Так шаг за шагом рибосома проходит по всей И-РНК, синтезируя определенный белок
• Сигналом к окончанию синтеза белка являются стоп-кодоны
• Рибосомы соскакивают с и-РНК и распадаются на 2 субъединицы

Синтез белка - флэш анимация (скачать) 

Фотосинтез. Хемосинтез - читать 

Стадии фотосинтеза - флэш анимация (скачать)

 

ФОТОСИНТЕЗ

Фотосинтез — это процесс первичного синтеза орга­нических веществ из неорганических (углекислого газа и воды) под действием солнечного света.

Про­текает у растений в хлоропластах.

Световая фаза протекает на мембранах тилакоидов только при участии энергии солнечного света.

Суще­ствует три группы реакций, вызванных светом:

•      возбуждение хлорофилла, отрыв электронов и синтез АТФ за счет энергии возбужденных элек­тронов;

•      фотолиз воды  - расщепление молекул воды;

*      связывание ионов водорода с переносчиком НАДФ.

Кванты света, попав на хлорофилл, приводят молекулу в возбужденное состояние. При этом электроны переходят в возбужденное состояние и проходят по электронной цепи на мембране до места синтеза АТФ. Одновременно под действием, света идет расщепление молекулы воды и образование ионов водорода. На мембране  тилакоидов происходит соединение ионов водорода с переносчиком НАДФ за счет  электронов хлорофилла, а выделившаяся энергия идет на синтез АТФ. Образовавшиеся при фотолизе  воды ионы кислорода отдают электроны на хлорофилл  и превращаются в свободный кислород, который выделяется в атмосферу.

Схематично это можно представить так:

Итоговая формула световой фазы:

Темновая фаза — фиксация углерода, синтез глюкозы. Для протекания реакций второй стадии наличие света необязательно. Источником энергии являются синтезированные на первой стадии  молекулы АТФ. В строме хлоропластов, куда поступают АТФ,

НАДФ • Н + Н⁺ от тилакоидов гран и С0₂ из воздуха, протекают циклические реакции, в результате которых идет фиксация углекислого газа, его восстановление водородом за счет НАДФ • Н +H⁺ и синтез глюкозы. Эти реакции идут за счет энергии АТФ, запасенной в световой фазе.

ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОТОСИНТЕЗ

Из всех факторов одновременно влияющих на процесс фотосинтеза лимитирующим будет тот, который ближе к минимальному уровню. Это установил Блэкман в 1905 году. Разные факторы могут быть лимитными, но один из них главный.

СВЕТ - При низкой освещенности скорость фотосинтеза прямопропорциональна интенсивности света. Свет – лимитирующий фактор при низкой освещенности. При большой интенсивности света происходит обесцвечивание хлорофилла и фотосинтез замедляется. В таких условиях в природе растения обычно защищены (толстая кутикула, опушенные листья, чешуйки).

Для темновых реакций фотосинтеза необходим углекислый газ, который включается в органические вещества, в полевых условиях является лимитирующим фактором. Концентрация СО2 - варьирует в атмосфере в пределах от 0,03–0,04%, но если повысить ее, то можно увеличить скорость фотосинтеза. Некоторые тепличные культуры сейчас выращиваются при повышенном содержании СО2.

ТЕМПЕРАТУРА -  Темновые и некоторые световые реакции фотосинтеза контролируются ферментами, а их действие зависит от температуры. Оптимальная температура для растений умеренного пояса составляет 25 °С. При каждом повышении температуры на 10 °С (вплоть до 35 °С) скорость реакций удваивается, но из-за влияния ряда иных факторов растения лучше растут при 25 °С.

ВОДА – исходное вещество для фотосинтеза. Недостаток воды влияет на многие процессы в клетках. Но даже временное увядание приводит к серьезным потерям урожая. Причины: при увядании устьица растений закрываются, а это мешает свободному доступу СО2 для фотосинтеза; при нехватке воды в листьях некоторых растений накапливается абсцизовая кислота. Это гормон растений – ингибитор роста. В лабораторных условиях ее используют для изучения торможения ростового процесса.

КОНЦЕНТРАЦИЯ ХЛОРОФИЛЛА -  Количество хлорофилла может уменьшаться при заболеваниях мучнистой росой, ржавчиной, вирусными болезнями, недостатком минеральных веществ и возрастом (при нормальном старении). При пожелтении листьев наблюдаются хлоротичные явления или хлороз. Причиной может быть недостаток минеральных веществ. Для синтеза хлорофилла нужны Fe, Mg, N и К.

КИСЛОРОД - Высокая концентрация кислорода в атмосфере (21%) ингибирует фотосинтез. Кислород конкурирует с углекислым газом за активный центр фермента, участвующего в фиксации СО2, что снижает скорость фотосинтеза.

СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ИНГИБИТОРЫ -  Лучший способ погубить растение – это подавить фотосинтез. Для этого ученые разработали ингибиторы – гербициды – диоксины. Например: ДХММ – дихлорфенилдиметилмочевина – подавляет световые реакции фотосинтеза. Успешно используют для изучения световых реакций фотосинтеза.

ЗАГРЯЗНЕНИЕ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ -  Газы промышленного происхождения, озон и сернистый газ, даже в малых концентрациях сильно повреждают листья у ряда растений. К сернистому газу очень чувствительны лишайники. Поэтому существует метод лихеноиндикации – определение загрязнения окружающей среды по лишайникам. Сажа забивает устьица и уменьшает прозрачность листовой эпидермы, что снижает скорость фотосинтеза.

Энергетический обмен в клетке

Таблица "Этапы энергетического обмена" - (скачать) КЛЕТОЧНЫЙ  УРОВЕНЬ

МЕТАБОЛИЗМ В КЛЕТКЕ

1. Из книги Кириленко А.А. "Молекулярная биология. Подготовка к ОГЭ и ЕГЭ"

 

2. Из книги Соловков Д.А. "Практическая подготовка к ЕГЭ по биологии"

СТРОЕНИЕ КЛЕТКИ

Задание для группы "биологи" (выполнено с помощью ресурса ThingLink)

Задание для группы "обществоведы" (выполнено с помощью ресурса GLOSTER.EDU - ссылка


Строение прокариотической клетки

Презентация по теме "Бактерии"

ПРЕЗЕНТАЦИЯ  - СКАЧАТЬ

МАРИЯ ЛЕТАРОВА. СТРОЕНИЕ БАКТЕРИАЛЬНОЙ КЛЕТКИ



Таблица по строению клетки: часть1 (скачать), часть2 (скачать), часть3 (скачать)

 

ПРЕЗЕНТАЦИЯ  "строение клетки.часть 1 - клеточная мембрана" - СКАЧАТЬ  

ПРЕЗЕНТАЦИЯ  "строение клетки.часть 2 - клеточное ядро" - СКАЧАТЬ

ПРЕЗЕНТАЦИЯ строение клетки. часть3 - цитоплазма. Одномембранные органоиды. СКАЧАТЬ

ПРЕЗЕНТАЦИЯ строение клетки. часть4 - двумембранные органоиды. СКАЧАТЬ

ПРЕЗЕНТАЦИЯ строение клетки. часть 5-немембранные органоиды СКАЧАТЬ

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ УРОВЕНЬ

1. Презентация "УГЛЕВОДЫ"

(СКАЧАТЬ)

2. Презентация "ЛИПИДЫ" 

(СКАЧАТЬ)

 

3. Презентация  "БЕЛКИ"

(СКАЧАТЬ)  

4. Презентация "ДНК.РНК"

(СКАЧАТЬ)  

5. Презентация "АТФ" 

(СКАЧАТЬ) 

6.  "Лекции по общей биологии" ( Пименова И.Н., Пименов А.В.) - http://www.licey.net/bio/biology Клетка - структурная и функциональная едеиница жизни. Клеточная теория — основополагающая для биологии теория, сформулированная в середине XIX века, предоставившая базу для понимания закономерностей живого мира и для развития эволюционного учения. Маттиас Шлейден и Теодор Шванн сформулировали клеточную теорию, основываясь на множестве исследований о клетке (1838). Рудольф Вирхов позднее (1858) дополнил её важнейшим положением (всякая клетка происходит от другой клетки). Шлейден и Шванн, обобщив имеющиеся знания о клетке, доказали, что клетка является основной единицей любого организма. Клетки животных, растений и бактерии имеют схожее строение. Позднее эти заключения стали основой для доказательства единства организмов. Т. Шванн и М. Шлейден ввели в науку основополагающее представление о клетке: вне клеток нет жизни. Клеточная теория дополнялась и редактировалась с каждым разом.

Положения клеточной теории Шлейдена-Шванна: 1-Все животные и растения состоят из клеток. 2-Растут и развиваются растения и животные путём возникновения новых клеток. 3-Клетка является самой маленькой единицей живого, а целый организм — это совокупность клеток. Основные положения современной клеточной теории: 1-Клетка - это элементарная, функциональная единица строения всего живого. (Кроме вирусов, которые не имеют клеточного строения) 2-Клетка - единая система, она включает множество закономерно связанных между собой элементов, представляющих целостное образование, состоящее из сопряжённых функциональных единиц - органоидов. 3-Клетки всех организмов гомологичны. 4-Клетка происходит только путём деления материнской клетки. 5-Многоклеточный организм представляет собой сложную систему из множества клеток, объединённых и интегрированных в системы тканей и органов, связанных друг с другом. Дополнительные положения клеточной теории: Для приведения клеточной теории в более полное соответствие с данными современной клеточной биологии список её положений часто дополняют и расширяют. Во многих источниках эти дополнительные положения различаются, их набор достаточно произволен. -Клетки прокариот и эукариот являются системами разного уровня сложности и не полностью гомологичны друг другу -В основе деления клетки и размножения организмов лежит копирование наследственной информации — молекул нуклеиновых кислот («каждая молекула из молекулы»). -Положения о генетической непрерывности относится не только к клетке в целом, но и к некоторым из её более мелких компонентов — к митохондриям, хлоропластам, генам и хромосомам. -Многоклеточный организм представляет собой новую систему, сложный ансамбль из множества клеток, объединённых и интегрированных в системе тканей и органов, связанных друг с другом с помощью химических факторов, гуморальных и нервных (молекулярная регуляция). -Клетки многоклеточных тотипотентны, то есть обладают генетическими потенциями всех клеток данного организма, равнозначны по генетической информации, но отличаются друг от друга разной экспрессией (работой) различных генов, что приводит к их морфологическому и функциональному разнообразию — к дифференцировке.