Ответы на вопросы по биологии


Основные свойства живого
1
Качественные особенности живой меатерии . уровни организации живого
По современным представлениямживые земные тела – это открытые саморегулирующиеся системы, способные к самовоспроизведению и построенные из биополимеров. Такие тела обладают способностью к авторегуляции, относительным постоянством химического состава и представляют собой открытые системы, т.е. системы, которые находятся в состоянии динамического равновесия с внешней средой.
К основным свойствам живых организмов следует отнести единство химического состава. В состав живых организмов входят те же химические элементы, что и в объекты неживой природы, но соотношение элементов разное. В живых организмах 98% химического состава приходится на углерод, кислород, азот и водород.
Уровни организации живой материи.
Под уровнем организации живой материи понимают то функциональное место, которое данная биологическая структура занимает в общей системе организации мира.
Обычно выделяют следующие уровни организации живой материи: молекулярный, клеточный, организменный, популяционно-видовой, биогенетический и биосферный.
Биосфера – это самая крупная экологическая система Земли. Для этого уровня организации живой материи характерен большой круг биотического обмена веществ. В процессе эволюции в биосфере происходила смена одних групп организмов другими, но соотношения продуцентов, консументов и редуцентов оставалось практически одинаковым.
Существенное влияние на биосферный уровень организации живой материи оказывает антропогенный фактор. В процессе жизнедеятельности человека накапливаются ксенобиотики, т.е. чужеродные для организмов химические вещества, не входящие в естественный биотический круговорот (например, пестициды, минеральные удобрения, препараты бытовой химии, химические лекарственные средства, радиоактивные вещества и т.д.). Попадая в среду обитания живых организмов, ксенобиотики могут вызвать гибель организмов, изменить наследственность, снизить иммунитет, нарушить обмен веществ. Эти влияния в конечном счете сказываются и на биосферном уровне организации живой материи.
2
Теория происхождения жизни . Основные этапы развития жизни на Земле(химический,предбиологический,биологический,социальный).
Природа жизни, её происхождение, разнообразие живых существ и объединяющая их структурная и функциональная близость занимают одно из центральных мест в биологии.
Прежде всего, человека интересовало происхождение Земли и возникновение жизни.
Теории, касающиеся возникновения Земли, разнообразны и далеко не достоверны.
Согласно теории «стационарного состояния» Вселенная существовала вечно, т.е. всегда.
Согласно другим гипотезам Вселенная могла возникнуть из сгустка нейтронов, в результате «большого взрыва» или родилась в одной из «чёрных дыр», или даже была создана «творцом, всевышним».
Среди главных теорий возникновения жизни на Земле следует упомянуть след.:Теория креационизма: жизнь была создана в определённое время сверхъестественным существом.
Теория самопроизвольного заражения: жизнь возникла неоднократно из неживого вещества.
Теория «стационарного состояния»: жизнь существовала всегда, независимо от нашего сознания.
Теория панспермии: жизнь занесена на нашу Планету извне.
Теория биохимической эволюции: жизнь возникла в рез-те процессов, подчиняющихся химич. и физич. законам. Более или менее научная.
Несмотря на разнообразие возможных гипотез о возникновении жизни, большинство из них исходит из тех условий, которые существовали на только что сформировавшейся Земле.
Ещё Дарвин понял, что жизнь может возникнуть только при отсутствии жизни. Вначале вездесущие микроорганизмы, распространённые сейчас на Земле «съедали» бы вновь образующиеся органические вещества, следовательно, появление жизни, в привычных нам земных условиях, не возможно.
Второе условие, при котором можем зародиться жизнь, отсутствие свободного О2в атмосфере, т.е. отсутствие условий, когда органические в-ва могут накапливаться не окисляясь. На нашей Планете они накапливаются только в бескислородных условиях (торф, нефть, каменный уголь).
Это возможно открытие сделали Опарин и Холдейн. Позже они сформировали гипотезу, рассматривающую возникновение жизни, как результат длительной эволюции углеродных соединений. Она легла в основу научных представлений о происхождение жизни.
По данным современной науки возраст Земли, как и всей солнечной системы, около 4,7 млрд.лет. Впервые признаки жизни на ней появились около 3,8 млрд.лет т.н.
Этап химической эволюции.
На этом этапе происходил абиогенный синтез органических мономеров. Вы уже знаете, что древняя атмосфера Земли была насыщена вулканическими газами, в состав которых входили оксиды серы, азота, аммиак, оксиды и двуоксиды углерода, пары воды и ряд других веществ. Активная вулканическая деятельность, сопровождавшаяся выбросами больших масс радиоактивных компонентов, сильные и частые электрические разряды во время практически не прекращающихся гроз, а также ультрафиолетовое излучение способствовали образованию органических соединений. Древняя атмосфера не содержала свободного кислорода, поэтому органические соединения не окислялись и могли накапливаться в теплых и даже кипящих водах различных водоемов, постепенно усложняться по строению, формируя так называемый «первичный бульон».
Продолжительность этих процессов составляла многие миллионы и десятки миллионов лет.
Этап предбиологической эволюции.
На этом этапе протекали реакции полимеризации, которые могли активизироваться при значительном увеличении концентрации раствора (пересыхание водоема) и даже во влажном песке. В конечном счете сложные органические соединения формировали белково-нуклеиново-липоидные комплексы (ученые называли их по-разному: коацерваты, гиперциклы, пробионты, прогеноты и т. д.). В результате предбиологическогоестественного отбора появились первые примитивные живые организмы, которые вступили в биологический естественный отбор и дали начало всему органическому миру на Земле. Жизнь, очевидно, развивалась в водной среде на некоторой глубине, так как единственной защитой от ультрафиолетового излучения была вода.
Биологический этап эволюции.
Большинство ученых считают, что первые примитивные живые организмы были близки по строению к прокариотам, Они питались органическими веществами «перечного бульона», т. е. были гетеротрофами. Самой древней формой обмена веществ являлся, по-видимому, гликолиз.
При увеличении численности гетеротрофных прокариотических клеток запас органических соединений в первичном океане истощался. В этих условиях обострилась конкуренция между древними прокариотами, которая, с одной стороны, способствовала усложнению их строения, с другой — привела к появлению новых способов получения энергии для жизненных процессов. Так произошли крупные ароморфозы — появление автотрофного способа питания (хемосинтез и фотосинтез) и фиксация атмосферного азота. Организмы, способные к автотрофности, т. е. к синтезу органических веществ из неорганических за счет реакций окисления и восстановления, получили значительные преимущества в конкурентной борьбе.
В результате фотосинтеза в земной атмосфере начал накапливаться кислород. Это привело к смене восстановительной атмосферы планеты на окислительную, что явилось предпосылкой для возникновения нового типа энергетических процессов — дыхания, отличающегося от гликолиза и брожения значительно большим выходом энергии и ставшего вследствие этого основой более быстрого и эффективного типа обмена веществ.
Способность синтезировать при дыхании большее количество АТФ позволила организмам расти и размножаться быстрее, а также усложнять свои структуры и обмен веществ.
Социальный этап эволюции
Социальная эволюция— «процесс структурной реорганизации во времени, в результате которой возникает социальная форма или структура, качественно отличающаяся от предшествующей формы». Частным случаем социальной эволюции является социальное развитие. Основы общей теории социальной эволюции были заложены Г. Спенсером ещё до разработки Ч. Дарвином общей теории биологической эволюции.
3
Прокариоты и эукариоты. Клеточная теория, история и современное состояние, ее значение для биологии и медицины. Прокариотические и эукариотические клетки.
Прокариоты (лат.про – перед и гр.карион – ядро) – это древнейшие организмы, не имеющие оформленного ядра. Носителем наследственной информации у них является молекула ДНК, которая образует нуклеоид. В цитоплазме прокариотической клетки нет многих органоидов, которые имеются у эукариотической клетки (митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и т.д.; функции этих органоидов выполняют ограниченные мембранами полости). В прокариотической клетке имеются рибосомы. Большинство прокариот имеет размер 1–5 мкм. Размножаются они путем деления без выраженного полового процесса. Прокариоты обычно выделяют в надцарство. К ним относят бактерии, сине-зеленые водоросли (цианеи, или цианобактерии), риккетсии, микоплазмы и ряд других организмов.
Эукариоты(гр.эу – хорошо икарион– ядро) – организмы, в клетках которых есть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку (кариолемму) (рис. 1, 2). Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы. В цитоплазме эукариотических клеток имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции (митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы и т.д.). Большинство эукариотических клеток имеет размер порядка 25 мкм. Размножаются они митозом или мейозом (образуя половые клетки – гаметы или споры у растений); изредка встречается амитоз – прямое деление, при котором не происходит равномерного распределения генетического материала (например, в клетках эпителия печени). Эукариоты также выделяют в особое надцарство, которое включает царства грибов, растений и животных.
Клеточная теория позволила сформулировать вывод о том, что клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клеточная теория позволила придти к выводу о сходстве химического состава всех клеток и еще раз подтвердила единство всего органического мира.
Современная клеточная теория включает следующие положения.
1. Клетка – основная единица строения и развития всех живых организмов, наименьшая единица живого.2. Клетки всех одноклеточных и многоклеточных организмов сходны (гомологичны) по своему строению, химическому составу, основным проявлениям жизнедеятельности и обмену веществ.3. Размножение клеток происходит путем их деления, и каждая новая клетка образуется в результате деления материнской клетки.4. В сложных многоклеточных организмах клетки специализированы по выполняемым ими функциям и образуют ткани; из тканей состоят органы, которые тесно взаимосвязаны и подчинены нервным и гуморальным системам регуляции.
4
Клетка – основная форма организации живой материи. Основные структурные компоненты эукариотической клетки: наружная мембрана, цитоплазма, ядро, органеллы, включения.
Клетка – основная форма организации живой материи.
Все живые организмы состоят из клеток. Клетка – это один из основных структурных, функциональных и воспроизводящих элементов живой материи; это элементарная живая система. Неклеточные организмы – вирусы – могут размножаться только в клетках. Существуют и организмы, вторично утратившие клеточное строение (некоторые водоросли).
Клеточная теория позволила сформулировать вывод о том, что клетка – это важнейшая составляющая часть всех живых организмов. Клетка – их главный компонент в морфологическом отношении; она является основой развития многоклеточного организма, т.к. развитие организма начинается с одной клетки – зиготы; клетка – основа физиологических и биохимических процессов в организме, т.к. на клеточном уровне происходят в конечном счете все физиологические и биохимические процессы.
Цитоплазматическая (или клеточная) мембрана (плазмалемма)– это биологическая мембрана, окружающая протоплазму (цитоплазму) живой клетки. Ее основой является двойной слой липидов (водонерастворимых молекул, имеющих полярные «головки» и длинные неполярные «хвосты», представленные цепями жирных кислот). В мембранах преобладают фосфолипиды, в «головках» которых содержатся остатки фосфорной кислоты. «Хвосты» липидных молекул обращены друг к другу, полярные «головки» смотрят наружу, образуя гидрофильную поверхность.
Цитоплазма (греч. цитос – клетка и плазма – вылепленная)– живое содержимое клетки (за исключением ядра). Состоит из мембран и органоидов (ЭПС, рибосом, митохондрий, пластид, аппарата Гольджи, лизосом, центриолей и др.), пространство между которыми заполнено коллоидным раствором – гиалоплазмой. Снаружи цитоплазма ограничена клеточной мембраной (плазмалеммой), внутри – мембраной ядерной оболочки. У растительных клеток имеется еще и внутренняя пограничная мембрана, образующая вакуоли с клеточным соком.
Ядро клетки – центральный органоид, один из самых важных. Наличие его в клетке является признаком высокой организации организма. Клетка, имеющая оформленное ядро, называется эукариотической. Прокариоты – это организмы, состоящие из клетки, не имеющей оформленного ядра.
Составные части:
1)ядерная оболочка - наружная и внутренняя. мембраны, между - перинуклеарное пр-во. Наружная мембрана соединена с каналами эпс. Мембраны пронизаны ядерными порами, через которые вещ-во проникает из ядра в цитоплазму и обратно.
2)ядерный сок (кариолимфа, кариоплазма) – содержит ферменты, необходимые для синтеза нуклеиновых кислот и рибосом.
3)ядрышки (1 или 2) – не постоянные структуры, исчезают в начале деления и исчезают к его концу. Содержат кислые белки и рнк. Образование связано с хромосомами, имеющими участок – «ядрышковый организатор».
4)хромосомы имеют различную форму, имеют перетяжку, называемую центромерой (различают метацентрические, субметацентрические, акроцентрические, телоцентрические), могут находится в 2-х состояниях:
- конденсированном (спирализованном) – ко времени деления клетки;- деконденсированном (деспирализованном) – в неделящихся клетках, рабочее состояние
хроматин – окрашиваемое вещество, видное под микроскопом, комплекс ДНК, некоторого количества РНК и белков:
-гистоновых (основные, положительно заряженные при нейтральном рН), количество равно количеству ДНК. Вовлечены в регуляцию экспрессии генов.
-негистоновых (кислые)-гетерогенные белки, принимают участие в регуляции экспрессии.
Гетерохроматин – интенсивно окрашивающийся, в половых хромосомах, в районах повторов отдельх последователоьностей ДНК, в районах, фланкирующих центромеры.Сост из плотно упакованных хроматиновых нитей. Генетически не активен.
Эухроматин – окрашивающийся слабее, образован менее плотно упакованными нитями. Генетически активен.
Каждая хромосома содержит двухцепочечную молеулу ДНК, кот занимает всю её длину.
Основная структурная субединица хроматина – нуклеосома – нить ДНК, намотанная вокруг гистоновой нити.
Функции: -хранение, воспроизведение, передача, реализация наследственной информации
-синтез рибосом из субъединиц
Клеточные включения– это непостоянные структуры клетки. К ним относятся капли и зерна белков, углеводов, жиров, а также кристаллические включения (органические кристаллы, которые могут образовывать в клетках белки, вирусы, соли щавелевой кислоты и т.д. и неорганические кристаллы, образованные солями кальция). В отличие от органоидов эти включения не имеют мембран или элементов цитоскелета и периодически синтезируются и расходуются.
К клеточным органоидам движенияотносят реснички и жгутики диаметром около 0,25 мкм, содержащие в середине микротрубочки. Такие органоиды имеются у многих клеток (простейших, одноклеточных водорослей, зооспор, сперматозоидов, в клетках тканей многоклеточных животных, например, в дыхательном эпителии).
5
 Хромосомы – структурные компоненты ядра. Строение, состав, функции. Понятие о кариотипе.
Хромосомы – структурные единицы ядра.
Хромосомы – структурные единицы ядра.
Хромосомы являются носителями материальных основ наследственности – генов. В основе действия гена в процессе развития организма лежит его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК, входящей в состав хромосом, «записана» информация, определяющая химическую структуру белков.
Хромосомы (греч. хрома – краска исома – тело; были так названы из-за способности к интенсивному окрашиванию) – это важнейший органоид ядра, образованный ДНК в комплексе с основным белком – гистоном, содержащим большое количество лизина и аргинина; этот комплекс составляет около 90% вещества хромосом. В состав хромосом входят также РНК, кислые белки, липиды, минеральные вещества и фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации (удвоения) ДНК. Хромосомы могут иметь длину, в десятки и сотни раз превышающую диаметр ядра. В интерфазу (период между делениями) хромосомы деспирализованы, видны только в электронный микроскоп и представляют собой длинные тонкие нити хроматина. В этот период идет процесс удвоения (редупликации) хромосом; в конце интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. Она имеет первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. Центромера служит местом прикрепления нити веретена деления. У ядрышковых хромосом имеется также вторичная перетяжка, где формируется ядрышко.
Функция хромосомзаключается в контроле над всеми процессами жизнедеятельности клетки. Хромосомы являются носителями генетической информации. Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК. Число, размер и форма хромосом строго специфичны для каждого вида.
В половых клетках и в спорах у растений содержится одинарный (гаплоидный) набор хромосом, в соматических клетках – двойной (диплоидный) набор. Бывают также полиплоидные клетки. Различают гомологичные (парные, соответствующие) и негомологичные хромосомы. Хромосомы, определяющие развитие пола, называют половыми. Хромосомы соматических клеток называют аутосомами.
Кариотип - (от карио ... и греч. typos - отпечаток, форма), типичная для вида совокупность морфологических признаков хромосом (размер, форма, детали строения, число и т. д.). Важная генетическая характеристика вида, лежащая в основе кариосистематики. Для определения кариотипа используют микрофотографию или зарисовку хромосом при микроскопии делящихся клеток.
6
Митотический цикл клетки. Характеристика периодов. Митоз, его биологическое значение.  Эндомитоз,политения
Митоз(непрямое деление клетки) - это такое деление клеточного ядра, при котором образуется два дочерних ядра, каждое из которых содержит набор хромосом идентичный набору материнского ядра. Митоз входит в состав клеточного цикла, т.е. периода между появлением клетки и её делением. Клеточный цикл состоит из интерфазы, митотического (пролиферативного) цикла и цитокинеза. Во время интерфазы клетка подготавливается к делению: происходит деление митохондрий, сборка рибосом, редупликация ДНК, хроматин диспирализуется и становится виден в световой микроскоп.
Митотический цикл- это комплекс взаимосвязанных и согласованных во времени событий, происходящих в процессе подготовки клетки к делению и на протяжении самого деления. Продолжительность митотического цикла для большинства клеток составляет от 10 до 50 ч. У млекопитающих время митоза составляет 1-1,5 ч, G2-периода интерфазы - 2-5, S-периода интерфазы - 6-10 ч.Биологическое значение митотического цикласостоит в том, что он обеспечивает образование клеток, равноценных по объему и содержанию наследственной информации. В митотическом цикле выделяют репродуктивную (интерфаза) и разделительную (митоз) фазы.
В начальной отрезок интерфазы (постмитотический, пресинтетический или G1-период) восстанавливаются черты организации интерфазной клетки, завершается формирование ядрышка, начавшееся в телофазе. Из цитоплазмы в ядро поступает значительное (90%) количество белка. Масса клетки возрастает за счет интенсивного синтеза белка в цитоплазме.
В синтетическом (S-период) удваивается количество наследственного материала клетки. Наряду с ДНК, интенсивно образуются РНК и белок, а количество гистонов строго удваивается. Продолжительность синтетического периода в клетках человека составляет 7-12 ч.
Постсинтетический (предмитотический или G2-период)занимает отрезок времени от окончания синтетического периода до начала митоза. Он характеризуется интенсивным синтезом РНК и белка, завершается увеличение массы цитоплазмы.
Митоз делят на четыре фазы: профаза, метафаза, анафаза, телофаза. Обязательным для разделительной фазы митоза является построение митотического аппарата, который состоит из системы микротрубочек (ахроматиновое веретено, или веретено деления) и структур, поляризующих митоз, т.е. обозначающих два полюса в клетке, к которым разойдутся дочерние хромосомы. Митотический аппарат обеспечивает направленное перемещение дочерних хромосом в анафазе.
Эндомитоз. При этом типе деления после репликации ДНК не происходит разделения хромосом на две дочерние хроматиды. Это приводит к увеличению числа хромосом в клетке иногда в десятки раз по сравнению с диплоидным набором. Так возникают полиплоидные клетки. В норме этот процесс имеет место в интенсивно функционирующих тканях, например, в печени, где полиплоидные клетки встречаются очень часто. Однако с генетической точки зрения эндомитоз представляет собой геномную соматическую мутацию.
Политения. Происходит кратное увеличение содержания ДНК (хромонем) в хромосомах без увеличения содержания самих хромосом. При этом количество хромонем может достигать 1000 и более, хромосомы при этом приобретают гигантские размеры. При политении выпадают все фазы митотического цикла, кроме репродукции первичных нитей ДНК. Такой тип деления наблюдается в некоторых высокоспециализированных тканях (печеночных клетках, клетках слюнных желез двукрылых насекомых). По-литенные хромосомы дрозофил используются для построения цитологических карт генов в хромосомах.
Биологическое значение митоза.
Оно состоит в том, что митоз обеспечивает наследственную передачу признаков и свойств в ряду поколений клеток при развитии многоклеточного организма. Благодаря точному и равномерному распределению хромосом при митозе все клетки единого организма генетически одинаковы.
Митотическое деление клеток лежит в основе всех форм бесполого размножения как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов. Митоз обусловливает важнейшие явления жизнедеятельности: рост, развитие и восстановление тканей и органов и бесполое размножение организмов.
7
Размножение - основное свойство живого. Бесполое и половое размножение, их формы. Определение, сущность, биологическое значение.
Свойство организмов воспроизводить себе подобных, обеспечивающее непрерывность жизни, называется размножением.
Бесполоеразмножениехарактеризуется тем, что новая особь развивается из неполовых, соматических(телесных)клеток.
Вбесполом размноженииучаствует только одна исходная особь. В этом случае организм может развиться из одной клетки, а возникшие потомки по своим наследственным признакам идентичны материнскому организму. Бесполое размножение широко распространено среди растений и значительно реже встречается у животных. Многие простейшие размножаются путем обычного митотического деления клетки (путем деления материнской клетки пополам (бактерии, эвглены, амебы, инфузории)).
Другим одноклеточным животным, например малярийному плазмодию (возбудителю малярии),свойственно спорообразование.Оно заключается в том, что клетка распадается на большое число особей, равное количеству ядер, заранее образованных в родительской клетке в результате многократного деления ее ядра. Многоклеточные организмы также способны к спорообразованию: у грибов, водорослей, мхов и папоротникообразных споры и зооспоры образуются в специальных органах — спорангиях и зооспорангиях.
Как у одноклеточных, так и у многоклеточных организмов способом бесполого размножения служит также почкование.
Половым называется размножение, при котором преемственность поколений в увеличение численности особей осуществляется с помощью специализированных половых клеток — гамет: женских — яйцеклеток и мужских — сперматозоидов. Созревшие половые клетки при слиянии образуют зиготу, из которой развивается новый дочерний организм. По достижении половой зрелости новый организм в свою очередь производит гаметы, которые дают начало следующим потомкам. Так осуществляется преемственность поколений. Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Это обусловлено тем, что генотип потомков возникает путем комбинации генов, принадлежащих обоим родителям. В результате повышаются возможности организмов в приспособлении к условиям окружающей среды.
Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информация из двух разных источников — родителей. При партеногенезе, когда развитие нового организма происходит только из яйцеклетки, в ней возникает новая комбинация генов в результате кроссинговера и независимого комбинирования хромосом.
В половых железах развиваются половые клетки — гаметы. Мужские гаметы созревают в мужских половых железах — семенниках; этот процесс называетсясперматогенезом.Женские гаметы созревают в яичниках в процессеовогенеза.В процессе образования половых клеток — как сперматозоидов, так и яйцеклеток — выделяют ряд стадий: зону размножения, зону роста и зону созревания; в зоне созревания гаметы окончательно формируются путем мейоза.
Формы бесполого размножения у одноклеточных и многоклеточных организмов.
Размножение – свойство живых организмов воспроизводить себе подобных. Оно обеспечивает непрерывность и преемственность.
Бесполое: - это различные формы размножения живых организмов, при кот новых организм формируется из соматических клеток.
- Одной клеткой (моноцитогенное).
- Группой клеток (полицитогенной).
- Участвуют две родительские особи.
У одноклеточных:
-шизогония(множественный митоз)-это ряд последовательного деления ядра с однократным делением цитоплазмы и образованием диплоидных одноядерных клеток;
-амитоз(для прокариот и некоторых саркодовых);
-почкование – это формирование дочерней клетки меньшего размера, при этом сначала формируется вырост, потом делится ядро, кот потом переходит в этот вырост и этот вырост формирует новую диплоидную клетку);
-спорообразование(это формирование спор, окруженных плотной оболочкой и служащий для распространения и переживания организма в плохих условиях. Н:растения, грибы);
-эндогония(внутреннее спорообразование: сначала ядро делится на 2 части митозом, а потом формируется вырост клетки куда переходит ядро, и образуется дочерняя особь при отделении этой почки);
У многоклеточных:
-вегетативное(у растений);
-фрагментация(молочная планария);
-строгиляция
-полиэмбриония(из одной зиготы развивается эмбрион и на ранних стадиях развития он разделяется на отдельные фрагменты, из кот формируются новые организмы идентичные друг другу);
-спорообразование(для растений и грибов)
Биологическое значение
Бесполое размножение — наиболее древний способ. В бесполом участвует один организм, в то время как в половом чаще всего участвуют две особи. У растений бесполое размножение с помощью споры — одной специализированной клетки. Размножение спорами водорослей, мхов, хвощей, плаунов, папоротников. Высыпание спор из растений, прорастание их и развитие из них новых дочерних организмов в благоприятных условиях. Гибель огромного числа спор, попадающих в неблагоприятные условия. Невысокая вероятность появления новых организмов из спор, поскольку они содержат мало питательных веществ и проросток поглощает их в основном из окружающей среды. 1. У некоторых организмов это единственный способ размножения 2.Этим способом могут размножаться организмы, которые в силу разных причин оказались изолированными 3.Виды. у коотрых короткий жизненный цикл, могут оставить больше потомков.
8
Половое размножение у простейших. Конъюгация и копуляция.
В ходе полового процесса особи обмениваются между собой генетической информацией, что приводит к их взаимному обновлению и повышает их выживаемость. В ходе эволюции соединение полового процесса и размножения привело к возникновению полового размножения. При половом размножении новая особь сочетает генетические признаки двух родительских особей.
Конъюгация(от лат. conjugatio — соединение), 1) у водорослей конъюгат — своеобразный половой процесс, при котором происходит слияние содержимого двух внешне сходных вегетативных клеток. 2) У инфузорий — обмен половыми ядрами и последующее их попарное слияние; инфузории при этом сближаются по двое сторонами, на которых находится ротовое отверстие. При слиянии макронуклеус (вегетативное ядро) постепенно разрушается, а микронуклеус (половое ядро) двукратно делится путём мейоза, после чего 3 ядра разрушаются, а 1 делится снова и каждая из его половинок обменивается на половинку ядра партнёра, т. е. происходит их слияние и образуется синкарион, в результате чего восстанавливается двойной набор хромосом. Затем синкарион делится и часть продуктов деления превращается в макронуклеус, а другая часть — в микронуклеусы. Иногда из одной клетки в другую переходит при этом небольшое количество цитоплазмы. В деталях процесс К. у инфузорий сильно варьирует. 3) У бактерий — способ переноса генетического материала от одной бактериальной клетки к другой. При этом две бактерии соединяются тонким мостиком, через который из одной клетки (донора) в другую (реципиент) переходит отрезок нити дезоксирибонуклеиновой кислоты (ДНК). Наследственные свойства реципиента изменяются в соответствии с количеством генетической информации, заключённой в переданном кусочке ДНК. Конъюгация хромосом — попарное временное сближение гомологичных хромосом, во время которого между ними может произойти обмен гомологичными участками. После К. хромосомы расходятся.
Копуляция(от лат. copulatio — соединение),
1) соединение двух особей при половом акте.
2) Процесс слияния двух половых клеток (гамет).Под К. обычно понимают слияние внешне почти или совсем не различающихся половых клеток. Если мужская гамета резко отличается от женской, процесс их слияния называетсяоплодотворением.
9
Половое размножение у многоклеточных. Морфологические особенности половых клеток. Процесс оплодотворения, биологическое значение.
Половым называется размножение, при котором преемственность поколений в увеличение численности особей осуществляется с помощью специализированных половых клеток — гамет: женских — яйцеклеток и мужских — сперматозоидов.
Мужские половые клетки (гаметы) – сперматозоиды– образуются в результате сперматогенеза (гр.сперма – семя игенезис – рождение).Этот процесс идет в три стадии: размножение в семенниках диплоидных клеток сперматогенной ткани, в результате которого образуются сперматоциты (2n); рост сперматоцитов, сопровождающийся синтезом ДНК и достраиванием второй хроматиды; созревание сперматоцитов, которые делятся мейозом с образованием гаплоидных (n) сперматозоидов.Хромосомные наборы сперматозоидов (человека и других млекопитающих) различаются по половым хромосомам: одни несут Х-, а другие – Y-хромосому.Женские половые клетки (гаметы) – яйцеклетки– образуются в результате оогенеза (гр.оон – яйцо игенезис – рождение).Этот процесс идет в яичниках тоже в три стадии: размножение в яичниках диплоидных клеток оогенной ткани, в результате которого образуются ооциты (2n); рост ооцитов, сопровождающийся синтезом ДНК и построением второй хроматиды хромосом; созревание ооцитов и их деление мейозом. В результате из ооцита образуется одна гаплоидная яйцеклетка с однохроматидными хромосомами (1n1c) и три редукционных (или полярных) тельца. В дальнейшем яйцеклетка участвует в половом процессе, а редукционные тельца отмирают.Процесс образования мужских и женских гамет называетсягаметогенезом
Отличия в строении сперматозоидов и яйцеклетоксвязаны с их функциями. Яйцеклетки в процессе созревания покрываются оболочками (в некоторых случаях, например, у пресмыкающихся, птиц и млекопитающих, возникает ряд дополнительных оболочек). Функция оболочек – защита яйцеклетки и зародыша от внешних неблагоприятных воздействий.Функция сперматозоидов заключается в доставке в яйцеклетку генетической информации и стимуляции ее развития. В связи с этим в сперматозоидах происходит значительная перестройка: аппарат Гольджи располагается на переднем конце головки, преобразуясь в кольцевое тельце (акросому), выделяющее ферменты, которые действуют на оболочку яйца. Митохондрии компактно упаковываются вокруг появившегося жгутика, образуя шейку. В сформированном сперматозоиде содержатся также центриоли.
Оплодотворение– это процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой с последующим слиянием их ядер и образованием диплоидной зиготы. Биологическое значение этого процесса состоит в том, что при слиянии мужских и женских гамет образуется новый организм, несущий признаки обоих родительских организмов. При образовании гамет в мейозе возникают клетки с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы сочетают в себе признаки отца и матери в различных комбинациях. В результате этого значительно увеличивается наследственное разнообразие организмов
10
Сперматогенез Цитологическая и цитогенетическая характеристика. Биологическое значение полового размножения.
Сперматогенез- от греч . sperma, род. п. spermatos - семя и ...генез), образование дифференцированных мужских половых клеток - сперматозоидов; у человека и животных - в семенниках, у низших растений - в антеридиях. У большинства высших растений в пыльцевой трубке образуются сперматозоиды, чаще называются спермиями.
Сперматогенез начинается одновременно с деятельностью яичка под влиянием половых гормонов в период полового созревания подростка и далее протекает непрерывно (у большинства мужчин практически до конца жизни), имеет чёткий ритм и равномерную интенсивность. Сперматогонии, содержащие удвоенный набор хромосом, делятся путём митоза, приводя к возникновению последующих клеток - сперматоцитов 1-го порядка. Далее в результате двух последовательных делений (мейотические деления) образуются сперматоциты 2-го порядка, а затем сперматиды (клетки сперматогенеза, непосредственно предшествующие сперматозоиду). При этих делениях происходит уменьшение (редукция) числа хромосом вдвое. Сперматиды не делятся, вступают в заключительный период сперматогенеза (период формирования спермиев) и после длительной фазы дифференцировки превращаются в сперматозоиды. Происходит это путём постепенного вытяжения клетки, изменения, удлинения её формы, в результате чего клеточное ядро сперматида образует головку сперматозоида, а оболочка и цитоплазма - шейку и хвост. В последней фазе развития головки сперматозоидов тесно примыкают к клеткам Сертоли, получая от них питание до полного созревания. После этого сперматозоиды, уже зрелые, попадают в просвет канальца яичка и далее в придаток, где происходит их накопление и выведение из организма во время семяизвержения
Биологическое значение полового размножения
Непрерывность жизни на земле, продолжительность существования любого вида живых организмов — растений и животных — поддерживается процессом размножения.
Половое размножение — это биологический процесс, направленный на увеличение числа особей и обеспечивающий продолжение существования вида. Оно широко распространено в природе. Половым путем размножаются все сельскохозяйственные животные. При половом размножении необходимо слияние двух половых клеток самца и самки — оплодотворение.
Биологическое значение процесса оплодотворения заключается в том, что при половом размножении новый возникший организм более приспособлен к изменяющимся условиям жизни, так как в результате слияния двух половых клеток возникает организм с двойной наследственностью — самца и самки, имеющих разное происхождение. При оплодотворении происходит взаимное обогащение гамет и вместе с тем уравновешивание обмена веществ, что дает повышенную жизненность новому поколению
Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников – родителей. Оплодотворение у животных может быть наружным или внутренним. При слиянии образуется зигота с двойным набором хромосом.
В ядре зиготы все хромосомы становятся парными: в каждой паре одна из хромосом отцовская, другая – материнская. Дочерний организм, который разовьется из такой зиготы, в одинаковой мере снабжен наследственной информацией обоих родителей.
Биологический смысл полового размножения состоит в том, что возникающие организмы могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. Половое размножение играет важную роль в эволюции организмов.
11
Оогенез.Цитологическая и цитогенетическая характеристика. Биологическое значение полового размножения.
Овогенез- процесс развития женскихполовыхклеток гамет, заканчивающийся формированием яйцеклеток. У женщины в течение менструального цикла созревает лишь однаяйцеклетка. Процессовогенеза имеет принципиальное сходство сосперматогенезоми также проходит через ряд стадий: размножения, роста и созревания. Яйцеклетки образуются в яичнике, развиваясь из незрелыхполовыхклеток — овогониев, содержащих диплоидное число хромосом. Овогонии, подобносперматогониям,претерпевают последовательные митотические деления, которые завершаются к моменту рожденияплода.
Затем наступает период роста овогониев, когда их называют овоцитами I порядка. Они окружены одним слоем клеток — гранулёзной оболочкой — и образуют так называемые примордиальные фолликулы . Плод женскогополанакануне рождения содержит около 2 млн. этих фолликулов, но лишь примерно 450 из них достигают стадии овоцитов II порядка и выходят из яичника в процессе овуляции. Созревание овоцита сопровождается двумя последовательными делениями, приводящими к уменьшению числа хромосом в клетке вдвое. В результате первого деления мейоза образуется крупный овоцит II порядка и первоеполярноетельце, а после второго деления — зрелая, способная к оплодотворению и дальнейшему развитиюяйцеклетка сгаплоидным набором хромосом и второеполярноетельце.Полярныетельца представляют собой мелкие клетки, не играют роли в овогенезе и в конечном счёте разрушаются.
Биологическое значение полового размножения
Непрерывность жизни на земле, продолжительность существования любого вида живых организмов — растений и животных — поддерживается процессом размножения.
Половое размножение — это биологический процесс, направленный на увеличение числа особей и обеспечивающий продолжение существования вида. Оно широко распространено в природе. Половым путем размножаются все сельскохозяйственные животные. При половом размножении необходимо слияние двух половых клеток самца и самки — оплодотворение.
Биологическое значение процесса оплодотворения заключается в том, что при половом размножении новый возникший организм более приспособлен к изменяющимся условиям жизни, так как в результате слияния двух половых клеток возникает организм с двойной наследственностью — самца и самки, имеющих разное происхождение. При оплодотворении происходит взаимное обогащение гамет и вместе с тем уравновешивание обмена веществ, что дает повышенную жизненность новому поколению
Половое размножение имеет очень большие эволюционные преимущества по сравнению с бесполым. Сущность полового размножения заключается в объединении в наследственном материале потомка генетической информации из двух разных источников – родителей. Оплодотворение у животных может быть наружным или внутренним. При слиянии образуется зигота с двойным набором хромосом.
В ядре зиготы все хромосомы становятся парными: в каждой паре одна из хромосом отцовская, другая – материнская. Дочерний организм, который разовьется из такой зиготы, в одинаковой мере снабжен наследственной информацией обоих родителей.
Биологический смысл полового размножения состоит в том, что возникающие организмы могут сочетать полезные признаки отца и матери. Такие организмы более жизнеспособны. Половое размножение играет важную роль в эволюции организмов.
12
Оплодотворение. Партеногенез. Формы и распространенность в природе. Половой диморфизм.
Оплодотворение– это процесс слияния сперматозоида с яйцеклеткой с последующим слиянием их ядер и образованием диплоидной зиготы. Биологическое значение этого процесса состоит в том, что при слиянии мужских и женских гамет образуется новый организм, несущий признаки обоих родительских организмов. При образовании гамет в мейозе возникают клетки с разным сочетанием хромосом, поэтому после оплодотворения новые организмы сочетают в себе признаки отца и матери в различных комбинациях. В результате этого значительно увеличивается наследственное разнообразие организмов.
Партеногенез- (от греч . parthenos - девственница и ...генез) (девственное размножение), форма полового размножения, развитие яйцеклетки без оплодотворения. Свойствен многим беспозвоночным животным (дафнии, коловратки, тли, пчелы и др.) и многим семенным и споровым растениям.
Примеры естественного партеногенезау млекопитающих неизвестны; они изредка встречаются у низших позвоночных и весьма обычны у беспозвоночных, особенно у насекомых. Существует два типа партеногенеза: облигатный (т.е. обязательный) и факультативный. Первый свойствен видам, у которых самцов либо нет совсем, либо они редки и не способны функционировать. К таким видам относятся некоторые тли, палочники, сверчки, бабочки; популяции без самцов изредка встречаются у рыб, например у серебряного карася. При факультативном партеногенезе яйца могут развиваться как партеногенетически, так и в результате оплодотворения, причем партеногенетическое размножение может преобладать в условиях, когда слишком редки контакты разнополых особей, например на границе ареала распространения вида.
Особые формы партеногенеза- гиногенез и андрогенез, а также педогенез.
Половой диморфизм. Оба пола имеют принципиальные различия в гаметогенезе, на завершающих стадиях - у взрослых особей. Биологическое значение полового диморфизма в формировании и развитии половых клеток ранее не рассматривалось видимо потому, что для понимания сущности явления необходиммультидисциплинарный подход.
Различия процессов формирования яйцеклеток и сперматозоидов заключаются в том, что у мужчин протекает исключительно динамичный и постоянно обновляющийся процесс образования новых клеток, в то время как у женщин происходит периодическая, ежемесячная индукция развития лишь одной клетки из однажды сформированного пула.
Таким образом, мужской организм способен воспринимать влияния окружающей среды, а женский – передавать эти влияния, воспринятые мужским полом, в следующее поколение.
Половой диморфизм гаметогенеза позволяет реализовать так называемые популяционные функции полов
13
Особенности морфологического и функционального строения хромосом. Гетеро- и эухроматин.
Хромосомы (рис. 4) являются носителями материальных основ наследственности – генов. В основе действия гена в процессе развития организма лежит его способность через посредство РНК определять синтез белков. В молекуле ДНК, входящей в состав хромосом, «записана» информация, определяющая химическую структуру белков.
Хромосомы (греч. хрома – краска исома – тело; были так названы из-за способности к интенсивному окрашиванию) – это важнейший органоид ядра, образованный ДНК в комплексе с основным белком – гистоном, содержащим большое количество лизина и аргинина; этот комплекс составляет около 90% вещества хромосом. В состав хромосом входят также РНК, кислые белки, липиды, минеральные вещества и фермент ДНК-полимераза, необходимый для репликации (удвоения) ДНК. Хромосомы могут иметь длину, в десятки и сотни раз превышающую диаметр ядра. В интерфазу (период между делениями) хромосомы деспирализованы, видны только в электронный микроскоп и представляют собой длинные тонкие нити хроматина. В этот период идет процесс удвоения (редупликации) хромосом; в конце интерфазы каждая хромосома состоит из двух хроматид. Она имеет первичную перетяжку, на которой расположена центромера; перетяжка делит хромосому на два плеча одинаковой или разной длины. Центромера служит местом прикрепления нити веретена деления. У ядрышковых хромосом имеется также вторичная перетяжка, где формируется ядрышко.
Функция хромосом заключается в контроле над всеми процессами жизнедеятельности клетки. Хромосомы являются носителями генетической информации. Наследственная информация передается путем репликации молекулы ДНК. Число, размер и форма хромосом строго специфичны для каждого вида.
В половых клетках и в спорах у растений содержится одинарный (гаплоидный) набор хромосом, в соматических клетках – двойной (диплоидный) набор. Бывают также полиплоидные клетки. Различают гомологичные (парные, соответствующие) и негомологичные хромосомы. Хромосомы, определяющие развитие пола, называют половыми. Хромосомы соматических клеток называют аутосомами.
Гетерохроматин- часть хроматина, находящаяся в конденсированном состоянии в интерфазе клеточного цикла, как правило, реплицируется позже эухроматина <euchromatin> и в основном составлен высокоповторяющимися последовательностями ДНК <highlyrepetitiousDNA>, ДНК в составеГ. чаще всего не транскрибируется; количество и распределениеГ. обычно видоспецифично и может быть определено с помощью С-бэндинга <C-banding> и др. методов дифференциального окрашивания хромосом; различают структурный (постоянно неактивный, конститутивный) <constitutiveheterochromatin> и факультативный (обратимо конденсированный)Г. <facultativeheterochromatin>; термин “Г.” предложен Э.Хейтцем в 1922, биологическая рольГ. подробно изучена А.А.Прокофьевой-Бельговской.
Эухроматин- вещество хромосомы, сохраняющее деспирализованное (диффузное) состояние в покоящемся ядре и спирализующееся при делении клеток. Содержит большинство структурных генов организма.
14
Кариотип и идиограмма хромосом человека. Характеристика кариотипа человека в норме.
Кариотип.
(от карио ... и греч. typos - отпечаток, форма), типичная для вида совокупность морфологических признаков хромосом (размер, форма, детали строения, число и т. д.). Важная генетическая характеристика вида, лежащая в основе кариосистематики. Для определения кариотипа используют микрофотографию или зарисовку хромосом при микроскопии делящихся клеток.
У каждого человека 46 хромосом, две из которых половые. У женщины это две X хромосомы (кариотип: 46, ХХ), а у мужчин одна Х хромосома, а другая – Y (кариотип: 46, ХY). Исследование кариотипа проводится с помощью метода, называемого цитогенетика.
Идиограмма (от греч . idios - свой, своеобразный и ...грамма), схематическое изображение гаплоидного набора хромосом организма, которые располагают в ряд в соответствии с их размерами.Кариограмма(откарио... и...грамма),графическое изображениекариотипадля количественной характеристики каждой хромосомы. Один из типов К. - идиограмма - схематическая зарисовкахромосом, расположенных в ряд по их длине (рис.). Др. тип К. - график, на котором координатами служат какие-либо значения длины хромосомы или её части и всего кариотипа (например, относительная длина хромосом) и так называемый центромерный индекс, т. е. отношение длины короткого плеча к длине всей хромосомы. Расположение каждой точки на К. отражает распределение хромосом в кариотипе. Основная задача кариограммного анализа - выявление гетерогенности (различий) внешне сходных хромосом в той или иной их группе.
ГЕНЕТИКА
14
Предмет, задачи, методы генетики. Этапы развития генетики. Роль отечественных ученых в развитии генетики
Генетика- дисциплина, изучающая механизмы и закономерности наследственности и изменчивости организмов, методы управления этими процессами.
Предмет генетики – наследственность и изменчивость организмов.
Задачи генетикивытекают из установленных общих закономерностей наследственности и изменчивости. К этим задачам относятся исследования:
1) механизмов хранения и передачи генетической информации от родительских форм к дочерним;2) механизма реализации этой информации в виде признаков и свойств организмов в процессе их индивидуального развития под контролем генов и влиянием условий внешней среды;
3) типов, причин и механизмов изменчивости всех живых существ;
4) взаимосвязи процессов наследственности, изменчивости и отбора как движущих факторов эволюции органического мира.
Генетика является также основой для решения ряда важнейших практических задач. К ним относятся:
1) выбор наиболее эффективных типов гибридизации и способов отбора;
2) управление развитием наследственных признаков с целью получения наиболее значимых для человека результатов;
3) искусственное получение наследственно измененных форм живых организмов;
4) разработка мероприятий по защите живой природы от вредных мутагенных воздействий различных факторов внешней среды и методов борьбы с наследственными болезнями человека, вредителями сельскохозяйственных растений и животных;
5) разработка методов генетической инженерии с целью получения высокоэффективных продуцентов биологически активных соединений, а также для создания принципиально новых технологий в селекции микроорганизмов, растений и животных.
Объектами генетики являются вирусы, бактерии, грибы, растения, животные и человек
Методы генетики:


Основные этапы развития генетики.
До начала ХХ в. попытки ученых объяснить явления, связанные с наследственностью и изменчивостью, имели в основном умозрительный характер. Постепенно было накоплено множество сведений относительно передачи различных признаков от родителей потомкам. Однако четких представлений о закономерностях наследования у биологов того времени не было. Исключением стали работы австрийского естествоиспытателя Г. Менделя.
Г. Мендель в своих опытах с различными сортами гороха установил важнейшие закономерности наследования признаков, которые легли в основу современной генетики. Результаты своих исследований Г. Мендель изложил в статье, опубликованной в 1865 г. в «Трудах Общества естествоиспытателей» в г. Брно. Однако опыты Г. Менделя опережали уровень исследований того времени, поэтому данная статья не привлекла внимания современников и оставалась невостребованной в течение 35 лет, вплоть до 1900 г. В этом году три ботаника – Г. Де Фриз в Голландии, К. Корренс в Германии и Э. Чермак в Австрии, независимо проводившие опыты по гибридизации растений, натолкнулись на забытую статью Г. Менделя и обнаружили сходство результатов своих исследований с результатами, полученными Г. Менделем. 1900 год считается годом рождения генетики.
Первый этапразвития генетики (с 1900 примерно до 1912 г.) характеризуется утверждением законов наследственности в гибридологических опытах, проведенных на разных видах растений и животных. В 1906 г. английский ученый В. Ватсон предложил важные генетические термины «ген», «генетика». В 1909 г. датский генетик В. Иоганнсен ввел в науку понятия «генотип», «фенотип».
Второй этапразвития генетики (приблизительно с 1912 до 1925 г.) связан с созданием и утверждением хромосомной теории наследственности, в создании которой ведущая роль принадлежит американскому ученому Т. Моргану и его ученикам.
Третий этап развития генетики (1925 – 1940) связан с искусственным получением мутаций – наследуемых изменений генов или хромосом. В 1925 г. русские ученые Г. А. Надсон и Г. С. Филиппов впервые открыли, что проникающее излучение вызывает мутации генов и хромосом. В это же время были заложены генетико-математические методы изучения процессов, происходящих в популяциях. Фундаментальный вклад в генетику популяций внес С. С. Четвериков.
Для современного этапаразвития генетики, начавшегося с середины 50-х годов XX в., характерны исследования генетических явлений на молекулярном уровне. Этот этап ознаменован выдающимися открытиями: созданием модели ДНК, определением сущности гена, расшифровкой генетического кода. В 1969 г. химическим путем вне организма был синтезирован первый относительно небольшой и простой ген. Спустя некоторое время ученым удалось осуществить введение в клетку нужного гена и тем самым изменить в желаемую сторону ее наследственность.
Роль отечественных ученых
В развитии генетики можно выделить 3 этапа: 1. (с 1900 по 1925 г.) – этап классической генетики. В этот период были переоткрыты и подтверждены на многих видах растений и животных законы Г.Менделя, создана хромосомная теория наследственности (Т.Г.Морган). 2. (с1926 по 1953) – этап широкого развёртывания работ по искусственному мутагенезу (Г.Меллер и др.). в это время было показано сложное строение и дробимость гена, заложены основы биохимической, популяционной и эволюционной генетики, доказано, что молекула ДНК является носителем наследственной информации (О.Эвери), были заложены основы ветеринарной генетики. 3. (начинается с 1953 г.) – этап современной генетики, для которого характерны исследования явлений наследственности на молекулярном уровне. Была открыта структура ДНК (Дж. Утсон), расшифрован генетический код (Ф.Крик), химическим путём синтезирован ген (Г. Корана). Большой вклад в развитие генетики внесли отечественные учёные. Научные генетические школы созданы Вавиловым и др. Получили искусственным путём мутации – Филиппов. Вавилов сформулировал закон гомологических рядов наследственной изменчивости. Карпеченко предложил метод преодоления бесплодия у некоторых гибридов. Четвериков – основатель учения о генетике популяций. Серебровский – показал сложное строение и дробимость гена.
15
Мейоз. Особенности первого и второго деления мейоза. Биологическое значение
Мейоз — своеобразный способ деления клеток, приводящий к уменьшению в них числа хромосом вдвое. Мейоз является центральным звеном гаметогенеза у животных и спорогенеза у растений. Мейоз состоит из двух последовательных делений, которым предшествует однократная редупликация ДНК. Все вещества и энергия, необходимые для осуществления обоих делений, запасаются в ходе предшествующей мейозу интерфазы I. Интерфаза II практически отсутствует, и деления быстро следуют одно за другим. В каждом из делений мейоза различают те же четыре стадии: профазу, метафазу, анафазу и телофазу, которые характерны для митоза, но отличаются рядом особенностей.
Первое мейотическое деление (мейоз I) приводит к уменьшению вдвое числа хромосом и называется редукционным. В результате из одной диплоидной клетки (2n4с) образуются две гаплоидные (n2с) клетки.
Профаза I мейоза наиболее продолжительна и сложна. Помимо типичных для профазы митоза процессов спирализации ДНК и образования веретена деления в профазе I происходят два исключительно важных в биологическом отношении события: конъюгация, или синапсис, гомологичных хромосом и кроссинговер.
Конъюгация — это процесс тесного сближения гомологичных хромосом. В результате конъюгации образуются хромосомные пары, или биваленты, числом п. Так как каждая хромосома, вступающая в мейоз, состоит из двух хроматид, то бивалент содержит четыре
хроматиды. Формула генетического материала в профазе I остается 2«4а К концу профазы хромосомы в бивалентах, сильно спирализуясь, укорачиваются. Так же как в митозе, в профазе I мейоза начинается формирование веретена деления, с помощью которого хромосомный материал будет распределяться между дочерними клетками (рис. 5.5).
Процессы, происходящие в профазе I мейоза и определяющие его результаты, обусловливают более продолжительное течение этой фазы деления по сравнению с митозом и дают возможность выделить несколько стадий в ее пределах (рис. 5.5).
Лептотена— наиболее ранняя стадия профазы I мейоза, в которой начинается спирализация хромосом, и они становятся видимыми в микроскоп как длинные и тонкие нити. Зиготена характеризуется началом конъюгации гомологичных хромосом, ко-торые объединяются синаптонемальным комплексом в бивалент ((рис. 5.6). Пахитена —стадия, в которой на фоне продолжающейся спирализации хромосом и их укорочения, между гомологичными хромосомами осуществляется кроссинговер — перекрест с обменом соответствующими участками. Диплотена-характеризуется возникновением сил отталкивания между гомологичными хромосомами, которые начинают отделяться друг от друга в первую очередь в области центромер, но остаются связанными в областях прошедшего кроссинговера – хиазмах. Диакинез – завершающая стадия профазы 1 мейоза, в которой гомологичные хромосомы удерживаются вместе лишь в отдельных точках хиазм, приобретая причудливую форму колец, крестов, восьмерок и т. д.
Таким образом, несмотря на возникающие между гомологичными хромосомами силы отталкивания, в, профазе I не происходит окончательного разрушения бивалентов.
В метафазеI мейоза завершается формирование веретена деления, биваленты устанавливаются на плоскости экватора клетки. Нити веретена с одного полюса прикрепляются к центромере каждой хромосомы.
В анафазе I мейоза под действием нитей веретена гомологичные хромосомы отходят друг от друга, направляясь к противоположным полюсам клетки. В результате у каждого из полюсов клетки формируется гаплоидный набор хромосом, содержащий по одной двухроматидной хромосоме из каждой пары гомологичных хромосом. В анафазе I хромосомы разных пар, т.е. негомологичные хромосомы, ведут себя совершенно независимо друг от друга, обеспечивая образование самых различных комбинаций отцовских и материнских хромосом в гаплоидном наборе будущих гамет. Число таких комбинаций соответствует формуле 2n , где n— число пар гомологичных хромосом, у человека эта величина равна 223, т.е. 8,4 • 106 вариантов сочетаний отцовских и материнских хромосом возможно в гаметах человека.
Итак, расхождение гомологичных хромосом в анафазе I мейоза обеспечивает не только редукцию числа хромосом в будущих половых клетках, но и огромное разнообразие последних в силу случайного сочетания отцовских и материнских хромосом разных пар.
В телофазе I мейоза происходит формирование клеток, ядра которых имеют гаплоидный набор хромосом и удвоенное количество ДНК, поскольку каждая хромосома состоит из двух хроматид. Клетки, образующиеся в результате первого мейотического деления, имеют формулу п2с и после короткой интерфазы приступают к следующему делению.
Второе мейотическое деление (мейоз II) протекает как типичный митоз, но отличается тем, что вступающие в него клетки содержат гаплоидный набор хромосом. В результате такого деления n двухроматидных хромосом (п2с), расщепляясь, образуют п однохроматидных хромосом (пс). Такое деление называют эквационным (или уравнительным).
Таким образом, после двух последовательных мейотических делений из одной клетки с диплоидным набором двухроматидных хромосом (2пАс) образуются четыре клетки с гаплоидным набором однохроматидных хромосом (пс).
Биологическое значение мейоза заключается в образовании клеток с редуцированным набором хромосом и поддержании постоянства кариотипа в ряду поколений организмов, размножающихся половым путем. Мейоз служит основой комбинативной изменчивости, обеспечивая генетическое разнообразие гамет благодаря процессам кроссинговера, расхождения и комбинаторики отцовских и материнских хромосом. Изменения структуры хромосом вследствие неравного кроссинговера, нарушение расхождения всех или отдельных хромосом в анафазе I и II мейотических делений приводят к образованию аномальных гамет и могут служить основой гибели организма или развития у потомков ряда хромосомных синдромов
16
Первый и второй законы Менделя. Закон «чистоты гамет». Менделирующие признаки человека. Аутосомно - доминантный и аутосомно-рецесивный типы наследования.
Первый закон Менделя (единообразия гибридов)– при скрещивании гомозиготных родительских особей, которые отличаются по одной паре аллельных признаков, все гибриды первого поколения единообразны по фенотипу и генотипу.
Второй закон Менделя (расщепления гибридов второго поколения)– при моногибридном скрещивании гетерозиготных организмов у гибридов второго поколения происходит расщепление по фенотипу в отношении 3:1 и по генотипу – 1:2:1
Закон чистоты гамет- у гетерозиготной особи половые клетки «чисты», т.е. несут по одному гену из каждой аллельной пары.
Аутосомно-доминантный тип наследования- классические примеры доминантного наследования – способность свертывать язык в трубочку и «свисающая» (свободная) мочка уха. Альтернативой последнему признаку является срощенная мочка – признак рецессивный. Еще одна наследственная аномалия у человека, обусловленная аутосомно-доминантным геном, – многопалость, или полидактилия. Она известна с глубокой древности. На картине Рафаэля «Сикстинская Мадонна» слева от Марии – папа римский Сикст II, на левой руке у него 5 пальцев, а на правой – 6. Отсюда и его имя: сикст– это шесть.
Аутосомно-рецессивный тип наследования- у человека описано очень много не сцепленных с полом признаков, которые наследуются как рецессивные. Например, голубой цвет глаз проявляется у людей, гомозиготных по соответствующему аллелю. Рождение голубоглазого ребенка у родителей с карими глазами повторяет ситуацию анализирующего скрещивания – в этом случае ясно, что они гетерозиготны, т.е. несут оба аллеля, из которых внешне проявляется только доминантный. Признак рыжих волос, определяющий еще и характер пигментации кожи, также является рецессивным по отношению к нерыжим волосам и проявляется только в гомозиготном состоянии
17
третий закон Менделя. Цитологические основы универсальности законов Менделя. Менделирующие признаки человека.
Третий закон Менделя (независимого наследования признаков)–при скрещивании двух гомозиготных особей, отличающихся друг от друга по двум и более парам альтернативных признаков, гены и соответствующие им признаки наследуются независимо друг от друга и комбинируются во всех возможных сочетаниях.
Закон проявляется, как правило, для тех пар признаков, гены которых находятся вне гомологичных хромосомах. Если обозначить буквой и число аллельных пар в негомологичных хромосомах, то число фенотипических классов будет определяться формулой 2n, а число генотипических классов - 3n. При неполном доминировании количество фенотипических и генотипических классов совпадает.
Цитологические основы законов Менделя базируются на:
1) парности хромосом (парности генов, обусловливающих возможность развития какого-либо признака)
2) особенностях мейоза (процессах, происходящих в мейозе, которые обеспечивают независимое расхождение хромосом с находящимися на них генами к разным пблюсам клетки, а затем и в разные гаметы)
3) особенностях процесса оплодотворения (случайного комбинирования хромосом, несущих по одному гену из каждой аллельной пары)
18 Аллельные гены. Определение. Форма взаимодействия. Множественный аллелизм. Примеры. Механизм возникновения.
Аллельные гены- различные формы одного и того же гена, расположенные в одинаковых участках (локусах) гомологических хромосом. Аллели определяют варианты развития одного и того же признака. В нормальной диплоидной клетке могут присутствовать не более двух аллелей одного локуса одновременно. В одной гамете два аллеля находиться не могут.
Форма взаимодействия аллельных генов.
Форма взаимодействия между аллельными генами может быть не только в виде доминирования (полное подавление проявления одного гена другим). Это наиболее простой способ наследования.
Взаимодействие геновс другими генами бывает таким:
• комплиментарное — совместное действие двух и более неаллельных генов (из разных пар) на проявление определенного признака. При этом каждый ген в отдельности не может вызвать развитие данного признака, только наличие в одном генотипе (гомо- или гетерозиготном состоянии) обуславливает его проявление;• модифицирующее (гены-модификаторы) — усиление или ослабление действия главных генов действием других, неаллельных им генов (в некоторых породах ослабление черного окраса до голубого, коричневого до желтого);• неаллельное — развитие признака под действием двух или более неаллельных генов;• полимерное — суммарное выражение действия нескольких неаллельных генов на развитие одного и того же признака. Таким способом наследуется большинство количественных признаков (рост, вес, длина и др.);• эпистатическое (эпистаз) — подавление доминантным аллелем одного гена действия другого, неаллельного первому гену (так ген Cd ослабляет красный цвет до желтого при наличии гена красного окраса);• кодоминантность — независимое проявление признаков у гетерозиготы, контролируемых разными аллелями;
• плейотропия — способность одного гена влиять на проявление нескольких признаков (ген М, обеспечивающий мраморный окрас у догов, шелти, колли, такс, влияет также на цвет глаз, которые могут быть голубыми, голубо-карими, карими. При этом все варианты являются нормой).Множественный аллелизм- наличие у гена множественных аллелей.
Создается так называемая серия аллелей, “рассеянных” в популяции данного вида. Итак, разнообразные стойкие состояния одного и того же гена, занимающего определенный локус в хромосоме, представленные то в виде нормального аллеля, то в виде мутации, получили название множественных аллелей. Примером множественного аллелизма может служит система групп крови АВО, открытая австрийским ученым К. Ландштейнером в 1900 г
19 Наследование групп крови. Наследование резус-фактора. Резус конфликт.
Наследование групп крови.
В основе закономерностей наследования групп крови лежат следующие понятия. В локусе гена АВО возможны три варианта (аллеля) - 0, A и B, которые экспрессируются по аутосомно-кодоминантному типу. Это означает, что у лиц, унаследовавших гены А и В, экспрессируются продукты обоих этих генов, что приводит к образованию фенотипа АВ (IV). Фенотип А (II) может быть у человека, унаследовавшего от родителей или два гена А, или гены А и 0. Соответственно фенотип В (III) - при наследовании или двух генов В, или В и 0. Фенотип 0 (I) проявляется при наследовании двух генов 0. Таким образом, если оба родителя имеют II группу крови (генотипы AА или А0), кто-то из их детей может иметь первую группу (генотип 00). Если у одного из родителей группа крови A(II) с возможным генотипом АА и А0, а у другого B(III) с возможным генотипом BB или В0 - дети могут иметь группы крови 0(I), А(II), B(III) или АВ (IV).
Наследование резус-фактора.
Наследование резус-фактора кодируется тремя парами генов и происходит независимо от наследования группы крови. Наиболее значимый ген обозначается латинской буквой D. Он может быть доминантным - D, либо рецессивным - d. Генотип резус-положительного человека может быть гомозиготным - DD, либо гетерозиготным - Dd. Генотип резус-отрицательного человека может быть - dd.
Резус конфликт.
Гемолитическая болезнь плода и новорожденного это состояние, возникающее в результате несовместимости крови матери и плода по некоторым антигенам. Наиболее часто гемолитическая болезнь новорожденного развивается вследствие резус-конфликта. При этом у беременной женщины резус-отрицательная кровь, а у плода резус-положительная. Во время беременности резус-фактор с эритроцитами резус-положительного плода попадает в кровь резус-отрицательной матери и вызывает в ее крови образование антител к резус-фактору (безвредных для нее, но вызывающих разрушение эритроцитов плода). Распад эритроцитов приводит к повреждению печени, почек, головного мозга плода, развитию гемолитической болезни плода и новорожденного. В большинстве случаев заболевание быстро развивается после рождения, чему способствует поступление большого количества антител в кровь ребенка при нарушении целостности сосудов плаценты.
20
Неаллельные гены. Формы их взаимодействия. Примеры.
Взаимодействия неаллельных генов.
1. Комплементарность. Этот вид взаимодействия генов заключается в том, что при наличии двух доминантных аллелей разных генов появляется новый признак, то есть для появления нового признака у организма должен быть генотип АВ. Так, для развития окраски необходимо, чтобы в организме синтезировались определенные белки и ферменты, превращающие их в пигмент. Классическим примером является наследование окраски цветков у душистого горошка.
2. Эпистаз. При эпистатическом взаимодействии одна пара генов может подавлять действие другой пары генов. Например, у лошадей масть определяется двумя парами генов. В одной паре генов доминантный аллель А определяет серую окраску (раннее поседение). Этот доминантный ген подавляет действие не только аллельного ему рецессивного гена а, но и подавляет проявление другой пары генов, определяющих масть (вороную, рыжую, гнедую), вне зависимости от того, является эта пара рецессивной или доминантной гомозиготой или гетерозиготой - окраска лошади будет только серой (лошади с генотипами ААвв, Аавв, ААВВ, АаВВ или АаВв).3. Полимерия. Многие признаки определяются несколькими парами генов. Это характерно, в основном, для количественных признаков, таких как яйценоскость у кур, жирность молока у коров.
4. Плейотропное действие гена. При плейотропном действии гена один ген определяет развитие или влияет на проявление нескольких признаков. Это свойство генов было хорошо исследовано на мышах. Из схемы, видно, что ген определяет несколько признаков и признак определяется несколькими генами, поэтому можно сделать вывод, что плейотропное действие гена неразрывно связано с полимерным взаимодействием генов.
5. Летальные гены.Летальность генов - одна из разновидностей плейотропного действия гена. Так один ген, определяющий какой-либо признак, влияет так же на жизнеспособность в целом.
Ярким примером летальности гена служит ген платиновости у лисиц.
21
Закономерности наследования сцепленных признаков. Опыты Т.Моргана. Хромосомная теория наследственности
Согласно III закону Менделя, наследование по каждой паре признаков идет независимо друг от друга. Но этот закон справедлив лишь для случая, когда неаллельные гены расположены в негомологичных хромосомах (одна пара генов – в одной паре гомологичных хромосом, другая – в другой). Однако генов гораздо больше, чем хромосом, следовательно, в одной паре гомологичных хромосом всегда находится более одной пары генов (их может быть несколько тысяч). Как же наследуются признаки, гены которых находятся в одной хромосоме или в одной паре гомологичных хромосом? Такие признаки принято называть "сцепленными".
Термин «сцепленные признаки» был введен американским ученым Томасом Морганом. Он вместе со своими учениками изучил закономерности наследования сцепленных признаков. За эти исследования Т. Моргану была присуждена Нобелевская премия.
В качестве объекта своих исследований Т. Морган выбрал плодовую мушку дрозофилу. Выбор оказался очень удачным ввиду следующих положительных качеств дрозофилы:
легко культивируется в лаборатории;
имеет высокую плодовитость (откладывает до 100 яиц);
короткий период развития – продолжительность цикла развития от яйца до половозрелой особи составляет две недели (в году 24 поколения!);
небольшое число хромосом (четыре пары), четко отличающихся по строению.
В настоящее время дрозофила является незаменимым объектом генетических исследований.
Т. Морган анализировал скрещиваемых мух по двум парам генов, определяющих цвет тела и длину крыльев:
A – ген серого цвета тела,
a – ген черного цвета тела;
B – ген, определяющий нормальную длину крыльев,
b – ген, определяющий укороченные крылья.
I опыт. Скрещивались мухи, гомозиготные по доминантным генам, с особями, гомозиготными по рецессивным генам:
P. AABB aabb
Все потомство оказалось единообразным по генотипу и фенотипу, что соответствует I закону Менделя – закону единообразия.
II опыт – анализирующее скрещивание. Гетерозиготные самцы скрещивались с гомозиготными по рецессивным признакам самками:
P. ♂ AaBb ♀ aabb
В потомстве получились мухи с двумя фенотипами (серые длиннокрылые и черные короткокрылые) в соотношении 1:1. Это означает, что у самца было только два сорта гамет. Образование двух сортов гамет объяснялось тем, что в данном случае неаллельные гены располагались в одной паре гомологичных хромосом. Признаки, контролируемые этими генами, были названы сцепленными.
Ш опыт – реципрокное (возвратное) скрещивание. Гетерозиготная самка скрещивалась с гомозиготным по рецессивным признакам самцом:
P. ♀ AaBb ♂ aabb
В потомстве оказались мухи с четырьмя фенотипами в следующем соотношении:
41,5% - серые длиннокрылые,
41,5% - черные короткокрылые,
8,5% - серые короткокрылые,
8,5% - черные длиннокрылые.
Появление в потомстве четырех фенотипов означает, что у самки, в отличие от самца, образовалось четыре сорта гамет. Появление двух дополнительных сортов гамет Морган объяснил явлением кроссинговера – обменом идентичными участками гомологичных хромосом во время профазы первого мейотического деления. Причем кроссинговер наблюдался в 17% случаев. Вероятно, у самцов кроссинговер отсутствует.
На основании проведенных опытов Морган сформулировал основные положения хромосомной теории наследственности:
Гены расположены в хромосомах в линейном порядке (как бусинки на нитке).
Гены, расположенные в одной хромосоме, наследуются вместе и образуют одну группу сцепления. Признаки, определяемые этими генами, называются сцепленными.
Число групп сцепления у каждого вида равно гаплоидному набору хромосом.
Гомологичные хромосомы способны обмениваться гомологичными участками. Такое явление получило название "кроссинговер".
Частота явления кроссинговера прямо пропорциональна расстоянию между генами.
В последующем за единицу расстояния между генами была принята морганида, или сантиморган. 1 сантиморган соответствует 1% явления кроссинговера. Таким образом, у дрозофилы расстояние между генами, определяющими длину крыльев и цвет тела, равно 17 сантиморган.
Используя явление кроссинговера, ученые составили генетические карты, в первую очередь для объектов генетических исследований (дрозофила, кишечная палочка, кукуруза, томаты, мышь). Составляются такие карты и для человека, правда, с помощью других методов. Установлено, например, что ген, определяющий резус-фактор, находится на расстоянии трех сантиморган от гена, определяющего форму эритроцитов; ген группы крови (по системе АВ0) – на расстоянии 10 сантиморган от гена, определяющего дефект ногтей и коленной чашечки.
22 Полное и неполное сцепление генов. Понятие о генетических картах хромосом. Метод соматической гибридизации клеток и его применение для картированных хромосом человека.
Полное и неполное сцепление генов.
Гены в хромосомах имеют разную силу сцепления. Сцепление генов может быть: полным, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, рекомбинация невозможна и неполным, если между генами, относящимися к одной группе сцепления, возможна рекомбинация.
Генетические карты хромосом.
Это схемы относительного расположения сцепленных между собой
наследственных факторов — генов. Г. к. х. отображают реально
существующий линейный порядок размещения генов в хромосомах(см.Цитологические карты хромосом) и важны как в теоретических исследованиях, так и при проведении селекционной работы, т.к. позволяют сознательно подбирать пары признаков при скрещиваниях, а также предсказывать особенности наследования и проявления различных признаков у изучаемых организмов. Имея Г. к. х., можно по наследованию «сигнального» гена, тесно сцепленного с изучаемым, контролировать передачу потомству генов, обусловливающих развитие трудно анализируемых признаков; например, ген, определяющий эндосперм у кукурузы и находящийся в 9-й хромосоме, сцеплен с геном, определяющим пониженную жизнеспособность растения.Метод соматической гибридизации клеток.
При слиянии плазматических мембран клеток образуются клетки с двумя или большим числом ядер гетерокарионы. После первого деления ядра сливаются и образуется одно ядро с набором хромосом от всех слившихся партнеров образуется гибридная клетка. Низкую частоту образования гибридов можно было увеличить, использовав ряд агентов, вызывающих слияние: вирус Сендай, лизолецитин, полиэтиленгликоль.
Даже при использовании агентов, повышающих слияние, частота
образующихся гибридов крайне низка. Для их выделения необходимы селективные среды, позволяющие расти преимущественно образовавшимся гибридам. В настоящее время разработано несколько принципов селекции гибридных клеток. Одним из наиболее распространенных является метод, основанный на применении системы, содержащей гипоксантин, амидоптерин и тимидин (система ГАТ).Так, с помощью методов соматической гибридизации клеток можно
определить участок хромосомы (обычно он располагается в области ее разрыва), в котором локализован тот или иной онкоген.
23 Типы определения пола у потомства. Хромосомный механизм наследования пола. Наследование признаков, сцепленных с полом.
Существует несколько типов определения пола; основных типов – 3:
прогамный,
эпигамный,
сингамный.
Прогамный характеризуется тем, что пол можно определить еще до оплодотворения по размерам яйцеклетки: если она крупная, содержит много питательных веществ – будет женский пол; если хилая, невзрачная – мужской пол.
Такой тип определения пола имеет место у коловраток, примитивных кольчатых червей, тлей.
Эпигамный означает определение пола после оплодотворения: пол зависит от действия факторов среды.
Этот тип исключительно редок, сейчас известно только 2 случая; один из них – морской червь Bonellia viridis. У самок этого вида длинный хоботок; если личинка развивается на нем, получается самец, если самостоятельно, вне материнского организма – самка, если же сначала на хоботке, а затем вне его – интерсекс. Определяющим здесь является гормональное влияние материнского организма.
Сингамный характеризуется определением пола в момент оплодотворения и зависит от набора хромосом. Это самый распространенный тип.
Кариотип любого организма содержит 2 группы хромосом: одинаковые пары – аутосомы; разные в паре (обычно одной) – половые хромосомы, X-хромосома (так как у некоторых организмов похожа на «X») и Y-хромосома (меньшая). У бабочек:ж-ХУ м-ХХ, тараканов ж-ХХ м-Х0, моль ж-Х0 м-ХХ
Хромосомный. Этот уровень еще не гарантирует, что точно получится данный пол.
У человека и других млекопитающих зигота потенциально бисексуальна, т.е. нейтральна, недифференцирована в половом отношении, потому что зачаточные гонады (половые железы) у эмбриона имеют 2 слоя – корковый, cortex и мозговой, medulla, из которых развиваются в дальнейшем соответственно яичник и семенник.
Признаки, сцепленные с полом - признаки, гены которых находятся в негомологичных участках половых хромосом.
Участок I: гены расположены в гомологичных участках (частично сцепленные с полом)
геморрагический диатез,
пигментная ксеродерма,
общая цветовая слепота.
Участок II: гены, расположенные в Х хромосоме негом.уч.
рецессивные признаки – рахит, не поддающийся лечению витамином Д, коричневая эмаль зубов (заболевание кожи, при котором она напоминает рыбью чешую)(в каждом поколении родословной, проявляется чаще у ж, ж передает признак и ж, и м,а м только ж)
доминантные признаки – гемофилия, дальтонизм, катаракта, атрофия зрительного нерва, ихтиоз (не в каждом покол,чаще у м,ж передает и м, и ж, но чаще проявляется у м, м передает ген только ж)
Участок III: гены, расположенные в У хромосоме негом.участке(у нормального мужчины 1 Y-хромосома, поэтому признак всегда проявится,передается от м к м): гипертрихоз (избыточное оволосение ушной раковины), перепончатость пальцев на ногах, а также ген, контролирующий другой, аутосомный ген, ответственный за выработку X-Y – антигена.
24 Генетические механизмы определения пола. Дифференциация признаков пола в развитии. Предопределение пола.
Генетический механизм определения пола.
У млекопитающих генетический механизм определения пола состоит в следующем. Каждая яйцеклетка способна развиваться в индивидуум как мужского, так и женского пола. Хромосомы, определяющие пол, заключены в сперматозоиде. Половина сперматозоидов, производимых мужчиной, содержит Х-хромосому и определяет развитие самки, а половина содержит Y-хромосому и определяет развитие самца. Сперматозоиды обоих типов выглядят совершенно одинаково. Они различаются только по одной хромосоме. Ген, в результате действия которого отец может иметь только дочерей, достигает своей цели, заставляя его вырабатывать только сперматозоиды с Х-хромосомой. Ген, благодаря наличию которого мать будет рожать только дочерей, может оказывать свое действие, заставляя ее секретировать спермицид с избирательным эффектом или выкидывать зародышей мужского пола.
Предопределние пола.
Существуют несколько гипотез, объясняющих, как происходит
предопределение пола у человека:
Гипотеза Мартина: среди сперматозоидов выделяют “зайцев” - У-сперматозоиды и “черепах”- Х-сперматозоиды. У-сперматозоиды активнее, чем Х-сперматозоиды, но быстрее погибают. Если яйцеклетка готова к оплодотворению, то первыми ее оплодотворяют У-сперматозоиды, а если нет, то вероятность оплодотворения Х-сперматозоидом возрастает т.к. У-сперматозоиды быстро погибают. У молодоженов, часто занимающихся сексом, У-сперматозоиды постоянно присутствуют в половых путях женщины и оплодотворяют яйцеклетку. Спустя несколько лет ситуация меняется (когда секс становится эпизодическим) и яйцеклетки оплодотворяются более долгоживущими Х-сперматозоидами. Поэтому первые дети после свадьбы - обычно мальчики, а более поздние - девочки. Аналогично в ситуациях в семьях вернувшихся с фронта солдат.
Другая гипотезабыла предложена Джеймсом (Лондонский университетский колледж), утверждавшим, что закономерности распределения полов обусловлены гормональными изменениями в организме родителей. Он считает, что повышение уровня тестостерона и эстерогенов у обоих родителей увеличивает вероятность рождения мальчиков, а возрастание уровня гонадотропина - девочек. Предложения основаны на клинических наблюдениях: лечение бесплодия гонадотропинами у женщин приводило к рождению дочерей, а у мужчин - сыновей. Джеймс, как и Марти, считает, что при быстром оплодотворении чаще рождаются мальчики, но связывает с соотношением половых гормонов в момент зачатия. В первой половине менструального цикла до момента готовности яйцеклетки к оплодотворению уровень тестостерона и эстрогенов высок, что приводит к рождению мальчиков. Далее по циклу возрастает уровень гонадотропинов, которые обуславливают зачатие девочек.
25 Генетический код. Кодирование и реализация информации в клетке. Кодовая система ДНК и белка.
Первично все многообразие жизни обусловливается разнообразием белковых молекул, выполняющих в клетках различные биологические функции. Структура белков определяется набором и порядком расположения аминокислот в их пептидных цепях. Именно эта последовательность аминокислот в пептидных цепях зашифрована в молекулах ДНК с помощью биологического (генетического) кода. Для шифровки 20 различных аминокислот достаточное количество сочетаний нуклеотидов может обеспечить лишь триплетный код, в котором каждая аминокислота шифруется тремя стоящими рядом нуклеотидами.
Генетический код – это система записи информации о последовательности расположения аминокислот в белках с помощью последовательного расположения нуклеотидов в и-РНК.
Св-ва ген. кода:
1) Код триплетен. Это означает, что каждая из 20 аминокислот зашифрована последовательностью 3 нуклеотидов, называется триплетом или кодоном.
2) Код вырожден. Это означает, что каждая аминокислота шифруется более чем одним кодоном (исключение метиотин и триптофан)
3) Код однозначен – каждый кодон шифрует только 1 аминоксилоту
4) Между генами имеются «знаки препинания» (УАА, УАГ, УГА) каждый из которых означает прекращение синтеза и стоит в конце каждого гена.
5) Внутри гена нет знаков препинания.
6) Код универсален. Генетический код един для всех живых на земле существ.
Транскрипция – это процесс считывания информации РНК, осуществляемой и-РНК полимеразой. ДНК – носитель всей генетической информации в клетке, непосредственного участия в синтезе белков не принимает. К рибосомам – местам сборки белков – высылается из ядра несущий информационный посредник, способный пройти поры ядерной мембраны. Им является и-РНК. По принципу комплементарности она считывает с ДНК при участии фермента называемого РНК – полимеразой. В процессе транскрипции можно выделить 4 стадии:
1) Связывание РНК-полимеразы с промотором,
2) инициация – начало синтеза. Оно заключается в образовании первой фосфодиэфирной связи между АТФ и ГТФ и два нуклеотидом синтезирующей молекулы и-РНК,
3) элонгация – рост цепи РНК, т.е. последовательное присоединение нуклеотидов друг к другу в том порядке, в котором стоят комплементарные нуклеотиды в транскрибируемой ните ДНК,
4) Терминация – завершения синтеза и-РНК. Промотр – площадка для РНК-полимеразы. Оперон – часть одного гена ДНК.
26 Количественная и качественная специфика проявления генов в признаках: пенетранность, экспрессивность, плейотропность, генокопии.
Проявление взаимодействия неаллельных генов выражается в количественных и качественных признаках.
Качественные признаки - это окраска шерсти, цветков, группы крови, жирность молока, они контролируются генотипом и не зависят от внешней среды. Они характеризуются эпистатическим и комплементарным взаимодействием неаллельных генов.
Количественные признаки это рост, масса, удойность, яйценоскость и количество молока, зависят в своём проявлении от внешней среды и наследуются как модификации признака, его норма реакции, тип реакции генотипа на внешнюю среду. Т. е. наследуются как размах фенотипической изменчивости. Они характеризуются полимерным и плейотропным действием генов.
Генотип – это совокупность всех генов в диплоидном наборе хромосом.
Фенотип– совокупность всех внешних и внутренних признаков и свойств организма, которые формируются в результате взаимодействия генотипа с окружающей средой.
Пенетрантность.
Это частота или вероятность проявления гена (аллеля) в группе родственных организмов при соответствующих средовых условиях. П. определяется долей особей (в %) - носителей изучаемого гена (аллеля), у которых он фенотипически проявился, из числа всех особей в популяции. Различают П. полную и неполную. У раздельнополых организмов П. может быть одинаковой, различаться у разных полов или ограничиваться одним полом.
Экспрессивность.
Это степень выраженности признака, определяемого данным геном. Может меняться в зависимости от генотипа, в который входит данный ген, и от условий внешней среды.
Плейотропность.
Это множественное действие генов. Это когда один ген отвечает за много признаков.
Генокопия.
возникновение сходных фенотипических признаков под влиянием генов, расположенных в различных участках хромосомы или в различных хромосомах.
27 Строение и функции днк. Механизм авторепродукции днк. Биологическое значение.
Молекула ДНК — это двухцепочечная спираль, закрученная вокруг собственной оси. Полинуклеотидная цепь ДНК закручена в виде спирали, напоминая винтовую лестницу, и соединена с другой, комплементарной ей цепью с помощью водородных связей, образующихся между аденином и тимином (две связи), а также гуанином и цитозином (три связи). Нуклеотиды А и Т, Г и Ц называютсякомплементарными. В результате у всякого организма число адениловых нуклеотидов равно числу тимидиловых, а число гуаниловых — числу цитидиловых. Эта закономерность получила название «правило Чаргаффа», то есть А+Г=Т+Ц. Благодаря этому свойству последовательность нуклеотидов в одной цепи определяет их последовательность в другой. Такая способность к избирательному соединению нуклеотидов называетсякомплементарностью, и это свойство лежит в основе образования новых молекул ДНК на базе исходной молекулы.
Функцией ДНК является хранение, передача и воспроизведение в ряду поколений генетической информации. В ДНК любой клетки закодирована информация о всех белках данного организма, о том, какие белки и в какой последовательности будут синтезироваться.
Репликация —это процесс самоудвоения молекул ДНК при (участии ферментов). Репликация осуществляется перед каждым клеточным делением. Она начинается с раскручивания спирали ДНК вS-периоде интерфазы под действием фермента ДНК-полимеразы. На каждой из цепей, образовавшихся после разрыва водородных связей, синтезируется по принципу комплементарности и антипараллельности дочерняя цепь ДНК. Причем одна из новых цепей синтезируется сплошной, а вторая — в виде коротких фрагментов, которые затем сшиваются специальным ферментом — ДНК-лигазой.
Таким образом, каждая полинуклеотидная цепь выполняет роль матрицы для новой комплементарной цепи. В каждойиз 2-х молекул ДНК одна цепь остается от родительской молекулы, а другаяявляется вновь синтезированной. Такой принцип репликации назван полуконсервативным.
Биологический смысл репликации заключается в точной передаче наследственной информации от материнской клетки к дочерним, что и происходит при делении соматических клеток. Самая важная особенность репликации ДНК — ее высокая точность.
28 Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации. Основные этапы: транскрипция, процессинг, трансляция.
Роль ДНК и РНК в передаче наследственной информации.
ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота)– это молекула, состоящая из двух спирально закрученных полинуклеотидных цепей (рис. 14). ДНК образует правую спираль, диаметром примерно 2 нм, длиной (в развернутом виде) до 0,1 мм и молекулярной массой до 6ґ10-12 кДа. Структура ДНК была впервые определена Д.Уотсоном и Ф.Криком в 1953 г. Мономером ДНК является дезоксирибонуклеотид, состоящий из азотистого основания – аденина (А), цитозина (Ц), тимина (Т) или гуанина (Г), – пентозы (дезоксирибозы) и фосфата.
РНК (рибонуклеиновая кислота) – это молекула, состоящая из одной цепи нуклеотидов (рис. 13). Рибонуклеотид состоит из одного из четырех азотистых оснований, но вместо тимина (Т) в РНК входит урацил (У), а вместо дезоксирибозы – рибоза.
Белки синтезируют все клетки, кроме безъядерных. Структура белка определяется ядерной ДНК. Информация о последовательности аминокислот в одной полипептидной цепи находится в участке ДНК, который называется ген. В ДНК заложена информация о первичной структуре белка. Код ДНК един для всех организмов. Каждой аминокислоте соответствует три нуклеотида, образующих триплет, или кодон. Такое кодирование избыточно: возможны 64 комбинации триплетов, тогда как аминокислот только 20. Существуют также управляющие триплеты, например, обозначающие начало и конец гена.Синтез белка начинается странскрипции, т.е. синтеза иРНК по матрице ДНК. Процесс идет с помощью фермента полимеразы по принципу комплементарности и начинается с определенного участка ДНК. Синтезированная иРНК поступает в цитоплазму на рибосомы, где и идет синтез белка.тРНК имеет структуру, похожую на лист клевера, и обеспечивает перенос аминокислот к рибосомам. Каждая аминокислота прикрепляется к акцепторному участку соответствующей тРНК, расположенному на «черешке листа». Противоположный конец тРНК называется антикодоном и несет информацию о триплете, соответствующем данной аминокислоте. Существует более 20 видов тРНК.
Перенос информации с иРНК на белок во время его синтеза называется трансляцией.Собранные в полисомы рибосомы двигаются по иРНК; движение происходит последовательно, по триплетам. В месте контакта рибосомы с иРНК работает фермент, собирающий белок из аминокислот, доставляемых к рибосомам тРНК. При этом происходит сравнение кодона иРНК с антикодоном тРНК; если они комплементарны, фермент (синтетаза) «сшивает» аминокислоты, а рибосома продвигается вперед на один кодон.Синтез одной молекулы белка обычно идет 1–2 мин (один шаг занимает 0,2 с).
29  Генотип, геном, фенотип. Фенотип как результат реализации наследственной информации в определенных условиях среды. Примеры.
Генотип, геном, фенотип.
Совокупность всех признаков одного организма, как внешних, так и внутренних, называетсяфенотипом. Совокупность всех генов одного организма называетсягенотипом. Гены передаются организмами из поколения в поколение не изменяясь. Изменения возникают только при мутациях, которые наблюдаются редко. Однако проявления действия генов и характер возникающего признака в большой степени зависят от условий среды. Таким образом, фенотип определяется генотипом и условиями среды. Строго говоря, наследуется не сам признак, а способность организма продемонстрировать признак в определенных условиях существования.
Ген определяет структуру одного белка, обычно обладающего важными свойствами для организма, например, ферментативной активностью. Через синтез белков или регуляцию других важнейших процессов при помощи ферментов осуществляется проявление того или иного признака.
Геном.
Это набор генов в ДНК человека. Совсем недавно он был расшифрован. Геном состоит из 3-х с лишним миллиардов нуклеотидов. Теоретически каждая такая "буква" способна влиять на процесс построения отдельных частей тела и функцию какой-либо клетки. Однако последние исследования компании "Celera Genomics" показали, что фактически лишь сочетания из тысяч триплетов нуклеотидов оказываются действительно значимыми. До сих пор ученые предполагали наличие у человека до 140 тыс. таких сочетаний /генов/, но реально у нас 35 тыс. таких генов, хранящих информацию обо всех частях нашего тела и их функции.
30  Ген. Классификация генов. Свойства гена (дискретность, стабильность, лобильность, полиаллелизм, специфичность, плейотропия.)
Ген. Классфификация генов.
Ген (от гр.генос – род, происхождение) представляет собой участок молекулы ДНК, определяющий наследование того или иного признака. Так как молекулы ДНК в процессе деления скручиваются в хромосомы, то можно сказать, что ген – это участок хромосомы.
Поскольку в соматических клетках организмов содержится двойной (диплоидный) набор гомологичных хромосом, по одному от каждой родительской особи, следовательно, и генов, определяющих развитие каждого признака в клетке, по два. Они располагаются в строго определенных участках гомологичных хромосом – локусах. Гены, ответственные за развитие какого-то признака и лежащие в одних и тех же локусах гомологичных хромосом, называются аллельными генами, илиаллелью. Все гаметы у особи чистой линии АА (или чистосортной) одинаковы, то есть содержат ген А. Эти особи называютсягомозиготными по данному признаку (от гр.гомос – равный). Особи с генами Аа образуют два вида гамет А и а в соотношении 1:1. Такие особи называютгетерозиготными (от греч.гетерос – различный). Преобладающий вариант признака из двух возможных называютдоминантным (от лат.domine – господин), а подавляемый –рецессивным (от лат.recessivus – отступление). Например, при рассмотрении цвета семян гороха Г.Мендель установил, что их желтый цвет доминирует над зеленым.
Дискретность.
Это нахождение гена в строго определённом месте хромосомы (локусе).
Стабильность.
Гены не меняются. Ошибки исправляются репарационными механизмами.
Лабильность.
Гены способны к мутациям.
Плейотропия.
(от греч . pleion - больший и tropos - поворот, направление), влияние одного гена на несколько признаков организма.
Полиаллелизм.
Это множественный аллелизм – присутствие в генофонде вида одновременно различных аллелей гена.
Специфичность.
Каждый ген отвечает за развитие определённого признака или признаков
31 Тонкая структура гена. Особенности у эу- и прокариот. Понятие о транскриктоне.
Прокариоты (лат.про – перед и гр.карион – ядро) – это древнейшие организмы, не имеющие оформленного ядра. Носителем наследственной информации у них является молекула ДНК, которая образует нуклеоид. В цитоплазме прокариотической клетки нет многих органоидов, которые имеются у эукариотической клетки (митохондрий, эндоплазматической сети, аппарата Гольджи и т.д.; функции этих органоидов выполняют ограниченные мембранами полости). В прокариотической клетке имеются рибосомы. Большинство прокариот имеет размер 1–5 мкм. Размножаются они путем деления без выраженного полового процесса. Прокариоты обычно выделяют в надцарство. К ним относят бактерии, синезеленые водоросли (цианеи, или цианобактерии), риккетсии, микоплазмы и ряд других организмов.
Эукариоты(гр.эу – хорошо икарион – ядро) – организмы, в клетках которых есть четко оформленные ядра, имеющие собственную оболочку (кариолемму) (рис. 1, 2). Ядерная ДНК у них заключена в хромосомы. В цитоплазме эукариотических клеток имеются различные органоиды, выполняющие специфические функции (митохондрии, эндоплазматическая сеть, аппарат Гольджи, рибосомы и т.д.). Большинство эукариотических клеток имеет размер порядка 25 мкм. Размножаются они митозом или мейозом (образуя половые клетки – гаметы или споры у растений); изредка встречается амитоз – прямое деление, при котором не происходит равномерного распределения генетического материала (например, в клетках эпителия печени). Эукариоты также выделяют в особое надцарство, которое включает царства грибов, растений и животных
Транскриптон.
Синтез молекул РНКначинается в определенных местах ДНК, называемыхпромоторами, и завершается втерминаторах. Участок ДНК, ограниченный промотором и терминатором, представляет собой единицу транскрипции ( Lewin B., 1980) - транскриптон. В пределах каждого транскриптона копируется только одна из двух нитей ДНК, которая называется значащей или матричной. Во всех транскриптонах, считываемых в одном направлении, значащей является одна нить ДНК; в транскриптонах, считываемых в противоположном направлении, значащей является другая нить ДНК. Соседние транскриптоны могут быть отделены друг от друганетранскрибируемымиучастками ДНК, а могут и перекрываться, в частности так, что в пределах участка перекрывания матричными оказываются обе нити. Разбиение ДНК на множество транскриптонов обеспечивает возможность независимого считывания разных генов, их индивидуального включения и выключения. У эукариот в состав транскриптона, как правило, входит только один ген.Термины "транскрипционная единица" или "транскриптон" по смыслу близки термину "ген", но они не всегда совпадают. Так, транскрипционные единицы прокариот, как правило, заключают в себе генетическую информацию нескольких генов и называютсяоперонами. Продуктами транскрипции оперонов являютсяполицистронные мРНК, в результате трансляции которых рибосомами образуется несколько белков. Белки, кодируемые полицистронными мРНК, обычно функционально связаны друг с другом и обеспечивают протекание какого-либо метаболического процесса, например, биосинтеза определенной аминокислоты или утилизацию углеводов в качестве источника углерода.
32 Принципы регуляции генной активности на примере прокариот и эукариот (модель Оперона).
Модель Оперона.
Оперон- участок генетического материала, состоящий из 1, 2 и более сцепленных структурных генов, которые кодируют белки (ферменты), осуществляющие последовательные этапы биосинтеза какого-либо метаболита. В оперон эукариот входит, как правило, 1 структурный ген. Оперон содержит регуляторные элементы.
РРегуляция генной активностигораздо более сложный процесс, нежели простое взаимодействие участков генов с молекулами пистонных белков. Жакоб и Моно разделили гены регуляторной системы на два типа - гены-регуляторы и гены-операторы. Авторы ввели в генетику новое понятие, определив блок структурных генов и управляющий ими оператор как единую функциональную единицу - оперон. В последние годы были получены данные о наличии еще одной управляющей ячейки генной активности - промоторе. Оказалось, что по соседству с операторным участком, к которому присоединяется продукт - белковое вещество репрессор, синтезированный на гене-регуляторе, имеется другой участок, который относится к членам регуляторной системе генной активности. К этому участку присоединяется молекула фермента РНК - полимеразы. В этом промоторном участке должно произойти взаимное узнавание уникальной последовательности нуклеотидов в ДНК и специфической конфигурации белка РНК- полимеразы. От эффективности узнавания будет зависеть осуществление процесса считывания генетической информации с данной последовательности генов оперона, примыкающего к промотору.
33 Генная инженерия. Биотехнология. Задачи, методы. Достижения, перспективы.
Генная инженерия.
Генная инженерия — это метод биотехнологии, который занимается исследованиями по перестройке генотипов.
Генотип является не просто механическая сумма генов, а сложная, сложившаяся в процессе эволюции организмов система. Генная инженерия позволяет путем операций в пробирке переносить генетическую информацию из одного организма в другой. Перенос генов дает возможность преодолевать межвидовые барьеры и передавать отдельные наследственные признаки одних организмов другим.
Перестройка генотипов, при выполнении задач генной инженерии, представляет собой качественные изменения генов не связанные с видимыми в микроскопе изменениями строения хромосом. Изменения генов прежде всего связано с преобразованием химической структуры ДНК. Информация о структуре белка, записанная в виде последовательности нуклеотидов, реализуется в виде последовательности аминокислот в синтезируемой молекуле белка. Изменение последовательности нуклеотидов в хромосомной ДНК, выпадение одних и включение других нуклеотидов меняют состав образующихся на ДНК молекулы РНК, а это, в свою очередь, обуславливает новую последовательность аминокислот при синтезе. В результате в клетке начинает синтезироваться новый белок, что приводит к появлению у организма новых свойств. Сущность методов генной инженерии заключается в том, что в генотип организма встраиваются или исключаются из него отдельные гены или группы генов. В результате встраивания в генотип ранее отсутствующего гена можно заставить клетку синтезировать белки, которые ранее она не синтезировала.
Наиболее распространенным методом генной инженерии является метод получения рекомбинантных, т.е. содержащих чужеродный ген, плазмид. Плазмиды представляют собой кольцевые двухцепочные молекулы ДНК, состоящие из нескольких тысяч пар нуклеотидов. Этот процесс состоит из нескольких этапов.
1. Рестрикция — разрезание ДНК, например, человека на фрагменты.2. Лигирование — фрагмент с нужным геном включают в плазмиды и сшивают их.3. Трансформация — введение рекомбинантных плазмид в бактериальные клетки. Трансформированные бактерии при этом приобретают определенные свойства. Каждая из трансформированных бактерий размножается и образует колонию из многих тысяч потомков — клон.
4. Скрининг — отбор среди клонов трансформированных бактерий тех, которые плазмиды, несущие нужный ген человека.
Весь этот процесс называется клонированием. С помощью клонирования можно получить более миллиона копий любого фрагмента ДНК человека или другого организма. Если клонированный фрагмент кодирует белок, то экспериментально можно изучить механизм, регулирующий транскрипцию этого гена, а также наработать этот белок в нужном количестве. Кроме того, клонированный фрагмент ДНК одного организма можно ввести в клетки другого организма.
34 Наследственность и изменчивость – фундаментальные свойства живого, их диалектическое единство. Общие понятия о генетическом материале и его свойствах: хранение, изменение, репарация, передача, реализация генетической информации. Характеристика диплоидного и гаплоидного набора хромосом.
Наследственность и изменчивость.
Наследственность– это свойство организмов передавать следующему поколению свои признаки и особенности развития, т.е. воспроизводить себе подобных. Наследственность – неотъемлемое свойство живой материи. Она обусловлена относительной стабильностью (т.е. постоянством строения) молекул ДНК.
Изменчивость– свойство живых систем приобретать изменения и существовать в различных вариантах. Продолжительное существование живой природы во времени на фоне меняющихся условий было бы невозможным, если бы живые системы не обладали способностью к приобретению и сохранению некоторых изменений, полезных в новых условиях среды.
Генетический материал.
Принципы наследственности едины для всего живого, но детали строения наследственного материала и характер его организации могут варьировать от группы к группе. Все клеточные организмы по уровню сложности устройства их клеток подразделяют на прокариотов и эукариотов.
Генетический материалпрокариотовпредставлен единственной кольцевой молекулой ДНК. ДНКэукариотовимеет линейную форму и связана с особыми белками - гистонами, играющими важную роль в компактизации нуклеиновой кислоты. Комплекс ДНК и белков носит названиехромосомы.
В ядре - структуре эукариотической клетки, специализирующейся на хранении и передаче потомкам наследственной информации, - находится несколько хромосом. Кроме того, у эукариотов существует так называемаянехромосомная наследственность, связанная с тем, что некоторое количество ДНК содержится в полуавтономных структурах цитоплазмы - митохондриях и пластидах. Значительная часть эукариотов на протяжении большей части своего жизненного цикладиплоидна: их клетки несут два гомологичных набора хромосом. В процессе образования половых клеток происходит редукционное деление -мейоз- в результате которого гаметы становятсягаплоидны, т.е. они несут лишь один набор хромосом. При оплодотворении диплоидность восстанавливается, в дальнейшем зигота делится посредствоммитоза- без редукции числа хромосом.
При половом размножении происходит циклическое чередование диплоидного и гаплоидного состояний: диплоидная клетка делится путеммейоза, порождая гаплоидные клетки, а гаплоидные клетки сливаются приоплодотворениии образуют новые диплоидные клетки. Во время этого процесса происходит перемешивание и рекомбинация геномов, в результате чего появляются особи с новыми наборами генов. Высшие растения и животные большую часть жизненного цикла проводят в диплоидной фазе, а гаплоидная фаза у них очень короткая. Вероятно, процесс эволюции благоприятствовал половому размножению, так как случайная генетическая рекомбинация увеличивала шансы организмов на то, что хотя бы некоторые из их потомков выживут в непредсказуемо изменчивом мире.
35 Модификационная изменчивость. Норма реакции генетически детерминированных признаков. Фенокопии. Адаптивный характер модификации. Роль наследственности и среды в развитии обучении и воспитании человека.
Изменчивость— общее свойство организмов приобретать новые признаки в процессе онтогенеза. Ненаследственная, или модификационная, и наследственная (мутационная и комбинативная) из менчивость. Примеры ненаследственной изменчивости: увеличение массы человека при обильном питании и малоподвижном образе жизни, появление загара; примеры наследственной изменчивости: белая прядь волос у человека, цветок сирени с пятью лепестками.
Фенотип— совокупность внешних и внутренних признаков, процессов жизнедеятельности организма. Генотип — совокупность генов в организме. Формирование фенотипа под влиянием генотипа и условий среды. Причины модификационной изменчивости — воздействие факторов среды. Модифика-ционная изменчивость — изменение фенотипа, не связанное с изменениями генов и генотипа.Особенности модификационной изменчивости— не передается по наследству, так как не затрагивает гены и генотип, имеет массовый характер (проявляется одинаково у всех особей вида), обратима — изменение исчезает, если вызвавший его фактор прекращает действовать. Например, у всех растений пшеницы при внесении удобрений улучшается рост и увеличивается масса; при занятиях спортом масса мышц у человека увеличивается, а с их прекращением уменьшается.Норма реакции— пределы модификационной изменчивости признака. Степень изменчивости признаков. Широкая норма реакции: большие изменения признаков, например, надоев молока у коров, коз, массы животных. Узкая норма реакции — небольшие изменения признаков, например, жирности молока, окраски шерсти. Зависимость модификационной изменчивости от нормы реакции. Наследование организмом нормы реакции.Адаптивный характер модификационной изменчивости— приспособительная реакция организмов на изменения условий среды.
Фенокопия - это ненаследственные изменение фенотипа организма, вызванное факторами внешней среды и копирующее мутации у этого организма. Причиной фенокопии служит нарушение обычного хода индивидуального развития без изменения генотипа.
Закономерности модификационной изменчивости: ее проявление у большого числа особей. Наиболее часто встречаются особи со средним проявлением признака, реже — с крайними пределами (максимальные или минимальные величины). Например, в колосе пшеницы от 14 до 20 колосков. Чаще встречаются колосья с 16—18 колосками, реже с 14 и 20. Причина: одни условия среды оказывают благоприятное воздействие на развитие признака, а другие — неблагоприятное. В целом же действие условий усредняется: чем разнообразнее условия среды, тем шире модификационная изменчивость признаков.
36 Комбинативная изменчивость. Значение комбинативной изменчивости в обеспечении генотипического разнообразия людей. Система браков. Медико-генетические аспекты семьи.
Комбинативная изменчивость.
Комбинативная изменчивость заключается в перегруппировке генов в процессе полового размножения. Таким образом, источником комбинативной изменчивости служит скрещивание. Отдельные особи любой популяции всегда отличаются друг от друга по генотипу. В результате свободного скрещивания возникают новые комбинации генов. Эти новые комбинации сами по себе не приводят к образованию новых популяций или тем более подвидов, но они являются необходимым материалом для отбора и эволюционных изменений. Разнообразные сочетания генов в генотипе возникают на различных этапах процесса размножения:
-во-первых, при перекресте хромосом (кроссинговере) в профазе первого деления мейоза, когда гомологичные хромосомы могутобмениваться аллельными генами;
-во-вторых, при случайном расхождении гомологичных хромосом в анафазе первого деления мейоза,
-в третьих, во время случайного расхождения хроматид в анафазе второго деления мейоза.
Кроме того, огромное количество комбинаций генов возникает при оплодотворении, то есть при слиянии половых клеток. Все эти изменения в геноме хоть и не изменяют самих генов, но создают гигантское множество разнообразных генотипов, являющееся мощной основой для эволюционного процесса.
Система браков.
«Семья,по Моргану, - активное начало; она никогда не остается неизменной ,а переходит от низшей формы к высшей, по мере того, как общество развивается от низшей ступени к высшей.»
Мы имеем три главные формы брака, в общем и в целом соответствующие трем главным стадиям развития человечества.
Дикости соответствует групповой брак(при котором мужчины одного рода или определенной внутренней группы могли иметь брачные связи со всеми женщинами такой же группы.
Варварству - парный брак(мужчина имел главную жену среди многих жен,и он был для нее главным среди других мужей.
Цивилизации - моногамия(единобрачие).Моногамия возникает из парной семьи. Она основана на господстве мужа с определенно выраженной целью рождения детей ,происхождение которых от определенного отца не подлежит сомнению. Дети со временем в качестве прямых наследников должны вступить во владение отцовским имуществом.
37 Мутационная изменчивость, классификация мутаций.Мутации в половых и соматических клетках.
Мутационная изменчивость.
Мутационная изменчивость наблюдается при изменениях генотипа, то есть при мутациях. Передача генетического материала от родителей потомству должна происходить очень точно, иначе виды сохраниться не могут. Однако, иногда происходят количественные или качественные изменения в ДНК, и дочерние клетки получают искаженный по сравнению с родительскими набор генов.Такие ошибки в наследственном материале передаются следующему поколению и называются мутациями.
Мутации имеют ряд свойств.
1. Мутации возникают внезапно, и мутировать может любая часть генотипа.2. Мутации чаще бывают рецессивными и реже - доминантными.
3. Мутации могут быть вредными, нейтральными и полезными для организма.4. Мутации передаются из поколения в поколение.
5. Мутации могут происходить под влиянием как внешних, так и внутренних воздействий.Виды мутаций:
- точечные или генные мутации возникают при изменении в отдельных генов;- хромосомные мутации возникают при изменении частей или целых
хромосом;- геномные мутации возникают при изменении числа хромосом в гаплоидном наборе. Частный случай геномной мутации – это полиплоидия.
38 Геномные мутации, причины и механизмы их возникновения
Геномные мутации - это мутации, которые приводят к добавлению либо утрате одной, нескольких или полного гаплоидного набора хромосом . Разные виды геномных мутаций называют гетероплоидией и полиплоидией.
Геномные мутации связаны с изменением числа хромосом.
Классификация:
1. Гаплоидия – уменьшение числа хромосом вдвое. Гаплоидный набор хромосом содержится в норме только в половых клетках. Естественная гаплоидия встречается у низших грибов, бактерий, одноклеточных водорослей. У нектр. видов членистоногих гаплоидными являются самцы. Развитие ктр. идет из неоплодотворенных яйцеклеток. Гаплоидные организмы мельче, у них проявляются рецессивные гены, они бесплодны.
2. Полиплоидия – увеличение числа хромосом, кратное гаплоидному набору в клетке. Сейчас это овес, пшеница, рис, свекла, картофель и т.д. среди животных – у гермафродитов(земляные черви), у нектр. насекомых, ракообразных, рыб.
Может возникнуть в результате:
 Нарушения расхождения хромосом при митозе.
 Слияния клеток соматических тканей либо их ядер.
 Нарушений мейоза, приводящих к образованию гамет с нередуцированным числом хромосом.
3. Анеуплоидия – изменение числа хромосом в клетках организма за счет потери (моносомия) или добавления (полисомия) отдельных хромосом.
Механизм анеуплоидии связан с нарушением расхождения хромосом при мейозе.
Механизм возникновения геномных мутаций связан с патологией нарушения нормального расхождения хромосом в мейозе (анафаза- и анафаза-II), в результате чего образуются аномальные гаметы (по количеству хромосом), после оплодотворения которых возникают гетероплоидные зиготы.
Болезни:
1. Синдром трисомии по Х - хромосоме ХХХ.
2. Синдром Клайнтфельтера.
3. Синдром Шершевского – Тернера.
4. Синдром Дауна (трисомия по 21-хромосоме).
5. Синдром Патау (трисомия по 13-хромосоме).
6. Синдром Эдвардса (трисомия по 18-хромосоме).
39 Структурные нарушения (аберрации) хромосом. Классификация в зависимости от изменения генетического материала. Механизм возникновения. Значение для биологии и медицины. Примеры.
Абберации.
Несмотря на эволюционно отработанный механизм, позволяющий сохоанить постоянной физико-химическую и морфологическую организацию хромосом в ряду клеточных поколений, под влиянием различных воздействий эта организация может изменяться. В основе изменения структуры хромосомы, как правило, лежит первоначальное нарушение её целостности – разрывы, которые сопровождаются различными перестройками, называемыми хромосомными мутациями или абберациями.
При хромосомных аберрациях происходят внутри хромосомные перестройки: - теряется участок хромосомы; или- удваивается участок хромосомы (ДНК-дупликация); или- переносится участок хромосомы с одного на другое место; или- сливаются участки разных (негомологичных) хромосом или целые хромосомы.
Делеция — это утрата хромосомой некоторого участка, который затем обычно уничтожается: А. Б. В. Г. Д. Е - А. Б. В. Г. Д.
В гомозиготном состоянии делеции обычно легальны, поскольку утрачивается довольно большой объем генетической информации.Дупликация — удвоение участка хромосомы. А. Б. В. Г. Д - А. Б. В. Б. В. Г. Д
Эти мутации часто возникают вследствие нарушения обмена участков между гомологичными хромосомами при конъюгации. Дупликации не обязательно наносят вред организму. В ряде случаев они позволяют увеличить набор генов, повышая генетическое богатство популяции.
Инверсия — поворот отдельного фрагмента хромосомы на 180°; при этом число генов в хромосоме остается прежним, а изменяется лишь их последовательность. Несмотря на кажущуюся “безобидность” такого преобразования, оно может являться причиной нарушения процесса конъюгации (образование бивалента) во время мейоза, действуя как “ингибитор кроссинговера”, а в некоторых случаях приводя к формированию нежизнеспособных гамет. А. Б. В. Г. Д. Е - А. Б. Д. Г. В. Е.
Транслокация — обмен участков между негомологичными хромосомами.А, Б, В. Г, Д. К. Л. М. Г. Д. К. Л. М. Н. О. А. Б. В. Н. О.
В результате транслокации изменяются группы сцепления и нарушается гомологичность хромосом. Гетерозиготы по транслокациям частично стерильны — обладают пониженной плодовитостью — вследствие ненормального протекания коньъюгации в процессе образования гамет.Транспозиция — перемещение небольшого участка внутри одной хромосомы.А. Б. В. Г..... М. Н. О. - А. Б. В. М. Г..... Н. О.
40 Генные мутации, молекулярные механизмы возникновения наследственной мутации.
Генные (точечные) мутации.
Внезапные спонтанные изменения фенотипа, которые нельзя связать с обычными генетическими явлениями или микроскопическими данными о наличии хромосомных аберраций, можно объяснить только изменениями в структуре отдельных генов. Генная, или точечная(поскольку она относится к определенному генному локусу), мутация - результат изменения нуклеотидной последовательности молекулы ДНК в определенном участке хромосомы. Такое изменение последовательности оснований в данном гене воспроизводится при транскрипции в структуре мРНК и приводит к изменению последовательности аминокислот в полипептидной цепи, образующейся в результате трансляции на рибосомах.
Точечные мутации связаны с изменением нуклеотидной последовательности ДНК одного гена. Известны два механизма генных мутаций: замена одного основания на другое и изменение количества нуклеотидов — выпадение или вставка одного из них и, как следствие, изменение рамки считывания при транскрипции. Второй механизм приводит к более серьезным последствиям, поскольку при этом во время транскрипции происходит чтение совершенно иных триплетов и синтезируется белок с иной аминокислотной последовательностью. Если, например, в исходной последовательности ...ААТ ГГЦ АЦГ ТАГ Г... произойдет выпадение тимидина в третьем положении — ...ААГ ГЦА ЦГТ АГГ..., то вместо аминокислотной последовательности лей-про-цис-мет синтезируется последовательностьфен-арг-ала-сер.
Существуют различные типы генных мутаций, связанных с добавлением, выпадением или перестановкой оснований в гене. Это дупликации, вставки, делении, инверсии или замены оснований. Во всех случаях они приводят к изменению нуклеотидной последовательности, а часто - и к образованию измененного полипептида. Например, делеция вызываетсдвиг рамки.
Генные мутации, возникающие в гаметах или в будущих половых клетках, передаются всем клеткам потомков и могут влиять на дальнейшую судьбу популяции. Соматические генные мутации, происходящие в организме, наследуются только теми клетками, которые образуются из мутантной клетки путем митоза. Они могут оказать воздействие на тот организм, в котором они возникли, но со смертью особи исчезают из генофонда популяции. Соматические мутации, вероятно, возникают очень часто и остаются незамеченными, но в некоторых случаях при этом образуются клетки с повышенной скоростью роста и деления. Эти клетки могут дать начало опухолям - либодоброкачественным, которые не оказывают особого влияния на весь организм, либозлокачественным,что приводит краковым заболеваниям.
41 Спонтанные и индуцированные мутации. Их биологическая роль. Факторы мутагенеза. Классификация. Оценка и профилактика генетического действия лучистой энергии.
Спонтанные мутации.
Спонтанные мутации - мутации, возникающие в отсутствие каких-либо факторов, увеличивающих частоту мутирования.
Частота спонтанных мутаций - частота мутаций в обычных для данного биологического вида условиях обитания без видимого участия мутагенов.
В естественных условиях мутация появляется под влиянием факторов внешней и внутренней среды и обозначается термином "естественные (или спонтанные) мутации".
Индуцированные мутации.
Возникают за счет воздействия человека на живые организмы, путем применения им специальных факторов, изменяющих их наследственный материал.
Мутагенез.
Если мутация на генном уровне возникает при действии различных физических, химических, биологических факторов, то это называют мутагенезом.
Выделяют спонтанный (возникающий в естественных условиях окружающей среды без четко регистрируемых внешних воздействий) и индуцированный (в результате искусственных воздействий) мутагенез. Одним из факторов спонтанного мутагенеза являются химические соединения, естественно образующиеся в организме как промежуточные продукты обмена веществ. Ведущей причиной спонтанного мутагенеза считаются ошибки ферментов, взаимодействующих с ДНК при размножении клеток, устранении повреждений ДНК или в процессе обмена генами.
В настоящее время различают три группы мутагенных факторов: физические, химические и биологические.
Физическими мутагенаминазываются физические воздействия на живые организмы, которые оказывают либо прямое влияние на ДНК, либо опосредованное влияние через системы репликации, репарации, рекомбинации. К ним относятся все виды ионизирующих излучений (гамма- и рентгеновские лучи, протоны, нейтроны и другие), ультрафиолетовое излучение, высокие и низкие температуры. Источники излучения – солнечный свет, ртутные лампы, рентгеновское излучение, радиоактивные элементы.
Химические мутагены– химические вещества, способные вызывать мутации. К химическим мутагенам относятся многие алкилирующие соединения, аналоги азотистых оснований нуклеиновых кислот, производные акридина, некоторые биополимеры (чужеродные ДНК или РНК), алкалоиды и многие другие.
К биологическим фактораммутагенеза относят старение, иммунные, нейроэндокринные конфликты в организме, а также последствия воздействия на организм факторов инфекционной природы. При этом виде мутагенеза возникновение изменений происходит опосредованно.
42
Репарация генетического материала. Фотореактивация. Темновая репарация. Мутации связанные с нарушением репарации и их роль в паталогии.
Репарация генетического материала.
Репарацияв генетике, особая функция клеток, заключающаяся в способности исправлять химические повреждения и разрывы в молекулахдезоксирибонуклеиновой кислоты(ДНК), возникающие вследствие воздействия различных физических и химических агентов, а также при нормальном биосинтезе ДНК в процессе жизнедеятельности клеток.
Фотореактивация.
Начало изучению Р. было положено работами А. Келнера (США), который в 1948 обнаружил явление фотореактивации (ФР) — уменьшение повреждения биологических объектов, вызываемого ультрафиолетовыми (УФ) лучами, при последующем воздействии ярким видимым светом (световая Р.). Р. Сетлоу, К. Руперт (США) и др. вскоре установили, что ФР — фотохимический процесс, протекающий с участием специального фермента и приводящий к расщеплению димеров тимина,образовавшихся в ДНК при поглощении УФ-кванта.
Темновая репарация.
Позднее при изучении генетического контроля чувствительности бактерий к УФ-свету и ионизирующим излучениям была обнаружена темновая Р. — свойство клеток ликвидировать повреждения в ДНК без участия видимого света. Механизм темновой Р. облученных УФ-светом бактериальных клеток был предсказан А. П. Говард-Фландерсом и экспериментально подтвержден в 1964 Ф. Ханавальтом и Д. Петиджоном (США). Было показано, что у бактерий после облучения происходит вырезание поврежденных участков ДНК с измененными нуклеотидами и ресинтез ДНК в образовавшихся пробелах. Различают предрепликативную Р., которая завершается до начала репликациихромосомы в поврежденной клетке, и пострепликативную Р., протекающую после завершения удвоения хромосомы и направленную на ликвидацию повреждений как в старых, так и в новых, дочерних молекулах ДНК. Считается, что у бактерий в пострепликативной Р. важная роль принадлежит процессу генетическойрекомбинации.
Антимутагены.
(от анти... и мутагены), факторы, снижающие частоту мутаций. К антимутагенам, поддерживающим определённый уровень спонтанных мутаций, относят ферментные системы, осуществляющие исправление (репарацию) генетического материала, а также естественные метаболиты клетки, препятствующие действию внутренних мутагенов (например, каталаза разрушает перекись водорода, обладающую мутагенным эффектом). Мутагенный эффект может быть также снижен различных физическими факторами, такими, как видимый свет (фотореактивация) или низкая температура. Для химических мутагенов обнаружены специфические отношения мутаген - антимутаген. Так, мутагенный эффект аналогов пуриновых оснований снимают пуриновые рибозиды, но не пиримидиновые рибозиды.
43 Генотип как целое. Ядерная и цитоплазматическая наследственность.
Генотип - генетическая (наследственная) конституция организма, совокупность всех его генов. В современной генетике рассматривается не как механический набор независимо функционирующих генов, а как единая система, в которой любой ген может находиться в сложном взаимодействии с остальными генами.
Большинство генов может существовать в нескольких модификациях аллелях, а поскольку число генов составляет десятки тысяч, то практически все люди различаются по генотипам. Исключение представляют однояйцевые монозиготные близнецы,имеющие совершенно одинаковые генотипы. Далеко не все гены проявляют своё действие либо находятся между собой в сложных взаимосвязях и взаимодействиях.
Патологические гены, которые обусловливают наследственные болезни и аномалии развития, также разнородны. Одни из них — доминантные — проявляют своё действие при наличии на гомологичной хромосоме нормального гена. В этих случаях болезнь передаётся из поколения в поколение и заболевают в среднем до 50% детей больного. Другие гены — рецессивные — проявляют своё действие лишь в тех случаях, когда ребёнок наследует патологический ген от каждого из клинически здоровых родителей. В таких семьяхслучаев аналогичного заболевания у других родственников, как правило, нет. Вероятность повторного рождения больного ребёнка в такой семье — 25%. Существуют и другие варианты действия патологических генов.
Цтоплазматическая наследственность (внеядерная, нехромосомная, плазматическая), преемственность материальных структур и функциональных свойств организма, которые определяются и передаются факторами, расположенными вцитоплазме. Совокупность этих факторов — плазмагенов, или внеядерных генов, составляетплазмон(подобно тому, как совокупность хромосомных генов —геном). Плазмагены находятся в самовоспроизводящихся органеллах клетки —митохондрияхипластидах(в том числе хлоропластах и др.). Указанием на существование Н. ц. служат, прежде всего, наблюдаемые при скрещиваниях отклонения от расщеплений признаков, ожидаемых на основезаконов Менделя.
Ядерная наследственность.
Установлено, что некоторые мутации пластид вызываются ядерными генами, контролирующими отчасти и функционирование пластид. Показано также, что количество ДНК в митохондриях недостаточно для того, чтобы нести всю информацию об их функциях и строении; т. о., и структура митохондрий, по крайней мере частично, определяется геномом. Ядерные и внеядерные гены могут взаимодействовать и при реализации фенотипа.
44 Генетика популяций. Закон Харди-Вайнберга: содержание и математическое выражение. Дрейф генов.
ГЕНЕТИКА ПОПУЛЯЦИЙ
Популяция является формой существования любого вида. Популяция - это совокупность особей одного вида, достаточно длительное время существующая на одной территории, внутри которой осуществляется панмиксия и которая отделена от других таких же совокупностей той или иной степенью изоляции.
Совокупность генотипов всех особей, составляющих данную популяцию, носит название генофонд.
Существует ли закономерность в распределении генов и генотипов внутри генофонда? Да. Она была сформулирована в 1908 году одновременно двумя учеными: английским математиком Харди и немецким врачом Вайнбергом и получила название закона Харди-Вайнберга. Этот закон полностью справедлив только для идеальных популяций, т.е. популяций, отвечающих следующим требованиям:
1) бесконечно большая численность;
2) внутри популяции осуществляется панмиксия (свободное скрещивание);
3) отсутствуют мутации по данному гену;
4) отсутствует приток и отток генов;
5) отсутствует отбор по анализируемому признаку (признак нейтральный!).
Природные популяции в большинстве своем приближаются к идеальным, поэтому данный закон находит применение.
Закон Харди-Вайнберга имеет математическое и словесное выражения, причем в двух формулировках:
Частоты встречаемости генов одной аллельной пары в популяции остаются постоянными из поколения в поколение.
p + q = 1,
где p – частота встречаемости доминантного аллеля (А), q – частота встречаемости рецессивного аллеля (a).
Частоты встречаемости генотипов в одной аллельной паре в популяции остаются постоянными из поколения в поколение, а их распределение соответствует коэффициентам разложения бинома Ньютона 2-й степени.
p2 + 2pq +q2 = 1
Эту формулу следует выводить с помощью генетических рассуждений.
Допустим, что в генофонде популяции доминантный аллель А встречается с частотой р, а рецессивный аллель а с частотой q. Тогда в этой же популяции женские и мужские гаметы будут нести аллель А с частотой р, а аллель а с частотой q. При свободном скрещивании (панмиксии) происходит случайное слияние гамет и образуются самые разные их сочетания:
pА qa
pA р2AA pqAa
qa pqAa q2aa
Запишем полученные генотипы в одну строку:
p2AA + 2pqAa + q2aa = 1.
Теперь докажем на конкретном примере, что частоты встречаемости генов одной аллельной пары из поколения в поколение не меняются. Допустим, что в некой популяции в данном поколении pA = 0,8, qa = 0,2. Тогда в следующем поколении будет:
0,8А 0,2a
0,8A 0,64AA 0,16Aa
0,2a 0,16Aa 0,04aa
0,64 АА + 0,32 Аа + 0,04 аа = 1.
При этом частота встречаемости аллельных генов в гаметах остается без изменений:
А = 0,64+0,16 = 0,8; а = 0,04+0,16 = 0,2.
Закон Харди-Вайнберга применим и для множественных аллелей.
Так, для трех аллельных генов формулы будут следующие:
p + q + r = 1,
p2 + 2pq + 2pr + 2 qr + q2 + r2 = 1.
Практическое значение закона Харди-Вайнберга состоит в том, что он позволяет рассчитать генетический состав популяции в данный момент и выявить тенденцию его изменения в будущем.
Применение этого закона на практике показало, что популяции отличаются друг от друга по частоте встречаемости генов. Так, по генам группы крови в системе АВ0 различия между русскими и англичанами были следующие:
IA IB I0
Русские 0,25 0,19 0,56
Англичане 0,25 0,05 0,70
Дрейф генов
В малочисленных популяциях закон Харди-Вайнберга не действует. Там имеет место явление дрейфа генов. Под дрейфом генов понимают случайное изменение частоты встречаемости генов одной аллельной пары в популяции. Ввели данный термин зарубежные ученые. Российские ученые это явление назвали генетико-автоматическими процессами.
Дрейф генов может привести популяцию в гомозиготное состояние. Он играет очень важную роль в формировании генофонда малочисленных популяций. Именно дрейфом генов ученые объясняют отсутствие у североамериканских индейцев (коренных жителей) гена группы крови IB, и соответственно у них имеется только две группы крови (0 и А).
Доказательство дрейфа генов было получено в эксперименте на мухах-дрозофилах. Мух анализировали по одному признаку – строению щетинки
(адаптивного значения не имеет):
А – ген, определяющий нормальное строение щетинки;
а – ген, определяющий раздвоенность щетинки.
Взяли 96 ящиков, в каждый из них поместили по 4 самца и 4 самки. Из полученного потомства в каждом поколении методом случайной выборки оставляли в каждом ящике 4 самца и 4 самки. И так проделывали на протяжении 16 поколений. На 16-м поколении получили следующий результат: в 41 ящике все мухи имели генотип АА, в 29 ящиках – генотип аа, в 26 – генотип Аа.
45 Методы изучения наследственности человека. Генеалогический и близнецовый методы, их значение для медицины.
Наследственность, присущее всем организмам свойство повторять в ряду поколений одинаковые признаки и особенности развития; обусловлено передачей в процессе размножения от одного поколения к другому материальных структур клетки, содержащих программы развития из них новых особей. Тем самым Н. обеспечивает преемственность морфологической, физиологической и биохимической организации живых существ, характера их индивидуального развития, илионтогенеза.
Цель изучения наследственности человека— выявление генетических основ заболеваний, поведения, способностей, таланта. Результаты генетических исследований: установлена природа ряда заболеваний (наличие лишней хромосомы у людей с синдромом Дауна, замена одной аминокислоты на другую в молекуле белка у больных серповиднокле-точной анемией; обусловленность доминантными генами карликовости, близорукости).
Методы изучения генетики человека, зависимость их использования от биологических, психологических и социальных особенностей (позднее появление потомства, его малочисленность, неприменимость метода гибридологического анализа).
Генеалогический метод изучения наследственности человека— изучение родословной семьи с целью выявления особенностей наследования признака в ряду поколений. Выявлено: доминантный и рецессивный характер ряда признаков, генетическая обусловленность развития музыкальных и других способностей, наследственный характер заболеваний диабетом, шизофренией, предрасположенности к туберкулезу.
Цитогенетический метод— изучение структуры и числа хромосом в клетках, выявление свыше 100 изменений в структуре хромосом, изменение числа хромосом (болезнь Дауна).
Близнецовый метод— изучение наследования признаков у близнецов, влияния генотипа и среды на развитие их биологических и психологических особенностей.
Профилактика наследственных заболеваний. Зависимость формирования признаков от генотипа и условий среды. Борьба с загрязнением окружающей среды мутагенами, отказ от употребления алкоголя, наркотических веществ, курения.
46 Наследственные болезни человека. Принципы лечения, методы диагностики и профилактики. Примеры.
Наследственные болезни.
Наследственные болезни могут быть вызваны нарушениями в отдельных генах, хромосомах или хромосомных наборах.
Хромосомные болезни возникают при изменении структуры хромосом:- удвоении или выпадении участка хромосомы,- повороте участка хромосомы на 180 0,- перемещении участка хромосомы на негомологичную хромосому.
Впервые связь между аномальным набором хромосом и резкими отклонениями от нормального развития была обнаружена в случаесиндрома Дауна. Симптомы этого заболевания:низкий рост, короткопалые, характерный разрез глаз, аномалии многих внутренних органов, специфическое выражение лица, умственная отсталость.
Индивидуальное течение наследственной болезни у каждого больного, даже при самой строгой оценке на идентичность мутаций как этиологического фактора, не вызываемой сомнений. Не бывает двух одинаковых больных, страдающих одним и тем же заболеванием. Для наследственных заболеваний в той же мере характерен клинической полиморфизм, как и для ненаследственных. Полиморфизм наследственных болезней выражается в разном времени появления симптомов или начала заболевания, разной степени выраженности болезненных проявлений, неодинаковых сроках летальных исходов. Вариации в проявлении наследственных болезней не ограничены только клиническими характеристиками. Они выражаются также в колебаниях значений биохимических, иммунологических и других показателей, которые входят в общее понятие фенотипа.
Генные болезни. Как видно из самого определения, этологическим фактором генных болезней являются генные мутации. У человека примерно 75 тысяч генов, и каждый ген вследствие мутации может обуславливать другое строение белка. Следовательно, количество наследственных болезней генной природы очень велико.
Хромосомные болезни. Все хромосомные болезни можно разделить на две большие группы: вызванные геномными мутациями, т.е. изменением числа хромосом (полиплоидии, анеуплоидии) при сохранении структуры последних, и обусловленные хромосомными мутациями, т.е. изменением структуры хромосомы (транслокации, делеции, инверсии).47
Значение генетики для медицины. Медико-генетическое консультирование населения.
Генетика тесно связана с медициной. В настоящее время известно более 2-х тыс наследственных болезней и аномалий развития. Они изучаются на молекулярном, клеточном, организменном и популяционном уровнях. Генетикой получены важные сведения о том, что наследственные болезни в определенных условиях могут не проявляться, могут быть даны рекомендации по их предотвращению.
Медицинская генетика – это раздел генетики человека, который изучает генетические причины заболеваний человека, разрабатывает методы диагностики, профилактики и лечения наследственной патологии.
Медико-генетическое консультирование включает четыре этапа:
1.Установление диагноза наследственного заболевания. На этом этапе врач использует все доступные и необходимые методы исследования.
2. На втором этапе определяется генетический риск рождения больного ребенка. Риск рождения ребенка с любыми наследственными аномалиями в здоровой супружеской паре составляет в среднем 1-2%, что определяется случайными генеративными мутациями. Эта величина называется неспецифическим общепопуляционным риском. Обратившихся в консультацию интересует больше специфический риск – это риск рождения ребенка с определенным наследственным заболеванием, уже встречавшимся в семье.
3. На третьем этапе врач в доступной форме сообщает семье сведения о величине риска и оказывает помощь в принятии решения относительно деторождения.
4. На четвертом, заключительном этапе проводится оценка эффективности медико-генетического консультирования в ходе дальнейшего наблюдения за семьей.
ОНТОГЕНЕЗ
48Биология развития. Жизненные циклы организмов как отражение их эволюции. Онтогенез и его периодизация. Прямое и непрямое развитие.
Биология развития- раздел биологии, изучающий механизмы и движущие силы индивидуального развития организмов. Биология развития - преемница ранее возникшего в эмбриологии экспериментального направления - механики развития; сформировалась к сер. 20 в. на основе эмбриологии на стыке ее с цитологией, генетикой, физиологией и молекулярной биологией.Жизненный цикл = цикл развития- совокупность всех фаз развития, пройдя которые, обычно начиная от зиготы, организм достигает зрелости и становится способным дать начало следующему поколению. (Жизненный цикл - вся последовательность стадий от яйца до появления следующего яйца.)
Под онтогенезомпонимают совокупность процессов развития особи (индивидуального развития), начиная от стадии зиготы до конца жизни (смерть или деление одноклеточного организма).
Периодизация онтогенезазатрудняется сложностью самого процесса развития, его неравномерностью (проявляющейся в разном темпе развития и созревания функций в разные фазы онтогенеза), а также гетерохронностью созревания и развития.
Вследствие неравномерности, гетерохронности и различия индивидуальныхтемпов развития и созревания граница между стадиями не может быть
точечной, а занимает некоторый временной интервал. причем индивидуальные
различия нарастают в онтогенезе от ранних фаз к более поздним.
Вариативность данных увеличивается по мере подъема от генетического уровня к социальному.
Различают прямое развитие и развитиес превращением (метаморфозом). При прямом развитии родившийся организм является уменьшенной копией взрослой особи, с небольшими отличиями. В этом случае в ходе постэмбрионального развития организм только растет и достигает половой зрелости. При развитии с превращением рождается личинка, устроенная иначе, чем взрослый организм. (Например, гусеницы - личинки бабочек - совершенно не похожи своим строением на взрослых насекомых). Многие органы личинки отсутствуют у взрослой особи. Вырастая, личинка проходит метаморфоз - часть ее органов отмирает, зато развиваются новые органы, свойственные новому организму. Так у земноводных личинкой является головастик, во многих чертах строения сходный с рыбой. В ходе головастик теряет хвост, жабры, приобретает конечности. Иногда личинка может быть устроена значительно сложнее, чем взрослая особь. Например, у морских животных из подтипа личиночнохордовых (асцидий) личинка имеет хорду, развитую нервную систему и свободно плавает в толще воды. Взрослая асцидия не имеет ни хорды, ни сложной нервной системы, плавать не способна и всю жизнь проводит, прикрепившись на дне моря.
49Общая характеристика эмбрионального развития: предзиготный период, оплодотворение, зигота, дробление, гаструляция, гисто- и органогенез. Зародышевые оболочки плода. Взаимоотношения материнского организма и плода.
Термин “эмбриология”возник от греческого словосочетания - embryo, что означает в оболочках. В современном понимании эмбриология - это наука об эмбриональном развитии многоклеточных организмов – растений и животных. Эмбрион, или зародыш, - это организм, развивающийся под покровом материнских оболочек или внутри материнского организма в специализированных органах.
Например,у человека развивающийся организм до 8-ой недели эмбриогенеза называется зародышем, далее - плодом. В задачи эмбриологии входит изучение развития зародыша от момента оплодотворения до рождения (вылупления из яйцевых оболочек или выхода из материнского организма), а также изучение процесса образования мужских и женских половых клеток. Медицинская (клиническая) эмбриология изучает закономерности эмбрионального развития человека, причины нарушений эмбриогенеза и механизмы возникновения уродств, а также пути и способы влияния на эмбриогенез.
Эмбриональное развитие, илиэмбриогенез, - это сложный и длительный морфогенетический процесс, в ходе которого из зиготы формируется новый многоклеточный организм, способный к самостоятельной жизнедеятельности в условиях внешней среды.
Эмбриональное развитие– это развитие животного от возникновения зиготы до рождения. Первая стадия –бластула(гр.бластос – зачаток): зародыш имеет форму многоклеточного однослойного шара, полого внутри. Все ядра клеток-бластомеров диплоидны и содержат одинаковую генетическую информацию. Обычно в бластуле 64 (иногда 128 и более) бластомеров. По величине бластула не превышает зиготу. Полость внутри бластулы – первичная (бластоцель). Вторая стадия –гаструла (гр.гастер– желудок): зародыш двухслойный, у него появляется кишечная полость, первичное ротовое отверстие, два слоя клеток – эктодерма и энтодерма. Затем следует стадия поздней гаструлы (у всех животных, кроме губок и кишечнополостных). На этой стадии появляется третий слой клеток – мезодерма, которая закладывается между экто- и энтодермой. Вначале она имеет вид двух карманов, полости которых представляют собой вторичную полость тела. В зародыше хордовых вслед за этим наступает стадиянейрулы – формируется осевой комплекс, состоящий из хорды и нервной пластинки, расположенных параллельно друг другу. Хорда возникает из энтодермы (точнее, из хордомезодермы), а нервная пластинка – из эктодермы.В дальнейшем идет дифференцировка клеток: из эктодермы образуются покровный эпителий, эмаль зубов, нервная система, органы чувств. Из энтодермы – эпителий кишечника, пищеварительные железы, легкие. Из мезодермы – скелет, мышцы, кровеносная система, выделительные органы, половая система. У всех животных и у человека одни и те же зародышевые листки формируют одни и те же органы и ткани. Это является свидетельством того, что зародышевые листки гомологичны и имеют единое происхождение в эволюции. Дальнейшее развитие зародыша идет в строгой зависимости одних органов от других (закон эмбриональной индукции Г.Шпемана).
Зародышевые оболочки- внутренняя (амнион)и наружная (хорион) — это тонкостенные мешочки, окружающие развивающийся плод. Ам-ниотическая жидкость, в которой плод находится во взвешенном состоянии, обеспечивает постоянство температуры и служит амортизатором, предохраняющим плод от физических травм.
50 Основные этапы эмбриогенеза. Зародышевые листки и их производные. Понятие об осевых органах.
Этапы развития эмбриологии
•        Зарождение эмбриологии – описание развития зародышей.
•        Сравнительная эмбриология.
•        Экспериментальная эмбриология.
•        Биология развития.
•        Генетика развития.
Эмбриональное развитие– это развитие животного от возникновения зиготы до рождения. Первая стадия –бластула(гр.бластос – зачаток): зародыш имеет форму многоклеточного однослойного шара, полого внутри. Все ядра клеток-бластомеров диплоидны и содержат одинаковую генетическую информацию. Обычно в бластуле 64 (иногда 128 и более) бластомеров. По величине бластула не превышает зиготу. Полость внутри бластулы – первичная (бластоцель). Вторая стадия –гаструла (гр.гастер – желудок): зародыш двухслойный, у него появляется кишечная полость, первичное ротовое отверстие, два слоя клеток – эктодерма и энтодерма. Затем следует стадия поздней гаструлы (у всех животных, кроме губок и кишечнополостных). На этой стадии появляется третий слой клеток – мезодерма, которая закладывается между экто- и энтодермой. Вначале она имеет вид двух карманов, полости которых представляют собой вторичную полость тела. В зародыше хордовых вслед за этим наступает стадиянейрулы – формируется осевой комплекс, состоящий из хорды и нервной пластинки, расположенных параллельно друг другу. Хорда возникает из энтодермы (точнее, из хордомезодермы), а нервная пластинка – из эктодермы.
В дальнейшем идет дифференцировка клеток: из эктодермы образуются покровный эпителий, эмаль зубов, нервная система, органы чувств. Из энтодермы – эпителий кишечника, пищеварительные железы, легкие. Из мезодермы – скелет, мышцы, кровеносная система, выделительные органы, половая система. У всех животных и у человека одни и те же зародышевые листки формируют одни и те же органы и ткани. Это является свидетельством того, что зародышевые листки гомологичны и имеют единое происхождение в эволюции. Дальнейшее развитие зародыша идет в строгой зависимости одних органов от других (закон эмбриональной индукции Г.Шпемана).
Зародышевые листки- (зародышевые пласты) - слои тела зародыша многоклеточных животных и человека, образующиеся в процессе гаструляции. У большинства организмов три зародышевых листка: наружный - эктодерма, внутренний - энтодерма и средний - мезодерма. Каждый зародышевый листок дает начало определенной группе тканей и органов.
51 Регуляции эмбриогенеза Эмбриональная индукция. Примеры
Регуляция эмбриогенеза осуществляется на всех уровнях биологической организации организма: надклеточном, клеточном и молекулярно-генетическом.
Надклеточный уровень. Большое значение в управлении ходом эмбриогенеза придается организационным центрам (организаторам). Впервые их роль была установлена в 1924 году немецким ученым Г. Шпеманом. Он проводил свои опыты на зародышах тритона. В норме у зародыша тритона из эктодермы на спинной стороне формируется нервная трубка. Однако если на стадии ранней гаструлы удалить верхнюю губу бластопора, то нервная трубка не сформируется. Если верхнюю губу бластопора пересадить под эктодерму брюшной стороны, то нервная трубка сформируется на брюшной стороне. Если добавить зародышу еще одну губу, то сформируется две нервные трубки. Из проведенных опытов следует, что верхняя губа бластопора направляет развитие эктодермы по пути формирования нервной трубки. Участок верхней губы бластопора Шпеман назвал организационным центром, или индуктором, а само явление получило название – эмбриональная индукция. Ткань, отвечающая на действие индуктора, – компетентная ткань. В последующем были установлены многочисленные примеры взаимовлияния зачатков в ходе эмбриогенеза. Причем деление зачатков на индукторы и компетентную ткань является относительным. Так, при закладке глаза вырост мозгового пузыря вызывает развитие из эктодермы зачатка хрусталика, а зачаток хрусталика - развитие зачатка роговицы.Исходя из учения Шпемана, ход эмбриогенеза можно представить как цепочку, состоящую из пар:
индуктор компетентная ткань (индуктор) компетентная ткань и т.д.
Клеточный уровень. В эмбриогенезе наблюдается пять типов клеточных реакций:
Пролиферация.
Клеточные перемещения.
Гибель клеток.
Избирательная сортировка.
Дифференцировка.
Пролиферация – размножение клеток митозом. Имеет место при формировании любого органа.
Клеточные перемещения – миграция отдельных клеток развивающегося организма. Например, перемещение нервных клеток ганглиозной пластинки к местам закладки рецепторного аппарата органов чувств.
Гибель клеток – запрограммированный процесс на завершающем этапе формообразования органа. Например, гибель клеток в межпальцевых промежутках кисти человека. Если она не произойдет, то ребенок родится со сросшимися пальцами (синдактилия).
Избирательная сортировка – выделение из смеси однотипных клеток и образование между ними прочных контактов.
Дифференцировка клеток – процесс образования специализированных типов клеток. Можно выделить три этапа на пути дифференцировки клеток:
тотипотентность (равнонаследственность) – путь развития клетки еще не определен. Это стадия зиготы и начало ее дробления (2-8 бластомеров). У гидромедузы клетки тотипотентны до стадии 32 бластомеров;
трансдетерминация – переопределение намеченного пути дифференцировки. Клетка теряет тотипотентность, но способна изменить направление намеченного пути развития (опыты Шпемана);
детерминация – клетка имеет строго определенный путь своего развития.
Таким образом, в ходе эмбриогенеза число возможных путей развития каждой клетки уменьшается в конечном счете до одного.
Молекулярно-генетический уровень. Ранние этапы эмбриогенеза (дробление) управляются веществами (РНК, белки), накопленными яйцеклеткой в ходе оогенеза. Они находятся в цитоплазме. Доказательством этого служат опыты английского ученого Д. Гердона, проведенные им в 1962-1972 гг. Он брал яйцеклетку лягушки, удалял из нее ядро и помещал туда ядро специализированной клетки эпителия кишечника. В последующем из такой клетки развивалась нормальная лягушка. Этим опытом было доказано:
все специализированные клетки имеют полный набор генов;
ранние стадии эмбриогенеза управляются не ядром, а цитоплазмой.
Для объяснения механизмов регуляции эмбриогенеза на молекулярно-генетическом уровне была предложена гипотеза дифференциальной активности генов: в ходе эмбриогенеза наблюдается последовательная смена активности генов, т.е. гены функционируют поочередно. Включение и выключение генов происходит за счет продуктов деятельности самих генов, т.е. путем саморегуляции.
Экспрессия отдельных генов регулируется на уровне транскрипции негистоновыми белками и гормонами. Различают пептидные гормоны (инсулин) и стероидные (эстрогены и андрогены). Молекулы пептидных гормонов из-за крупных размеров не могут проникнуть в клетку, и поэтому их эффект осуществляется через белки-рецепторы, локализованные в мембранах клеток-мишеней. Стероидные гормоны проникают через мембрану и связываются там с рецепторными белками, образуя комплекс: гормон+белок-рецептор. Затем этот комплекс связывается с негистоновыми белками, которые соединены с промоторными районами специфических генов. При этом промотор освобождается для действия РНК-полимеразы и начинается процесс транскрипции.
Доказательства справедливости гипотезы дифференциальной активности генов:
в ходе эмбриогенеза (онтогенеза) наблюдается смена локализации пуффов политенных хромосом у двукрылых насекомых. Пуфф - область интенсивного синтеза иРНК;
в онтогенезе человека имеет место смена нескольких видов гемоглобинов:
Стадия Гемоглобин
Эмбрион Gover I
Gover II
Portland I
Плод Гемоглобин F
Взрослый Гемоглобин АГемоглобин А2Процесс дифференцировки сопровождается уменьшением числа активных генов. Например, у морского ежа из 40 тысяч генов функционируют:
на стадии бластулы – 30 тысяч;
на стадии гаструлы – 15-20 тысяч;
у взрослой особи – 3-5 тысяч генов.
Эмбриональная индукция — это взаимодействие частей развивающегося зародыша, при котором один участок зародыша влияет на судьбу другого участка. Эмбриональная индукция — лишь один из механизмов онтогенеза. Многим явлениям развития требуются иные механизмы
Эксперимент
Г. Шпеман вырезал кусочек ткани из дорсальной губы бластопора гаструлы гребенчатого тритона (Triturus cristatus) со слабопигментированным зародышем, и пересадил ее в вентральную область другой гаструлы близкого вида, тритона обыкновенного (T. vulgaris), зародыш которого характеризуется обильной пигментацией. Эта естественная разница в пигментации позволила различить в химерном зародыше ткани донора и реципиента. Клетки дорсальной губы при нормальном развитии образуют хорду и мезодермальные сомиты (миотомы). После пересадки у гаструлы-реципиента из тканей трансплантата развивалась вторая хорда и миотомы. Над ними из эктодермы реципиента возникала новая дополнительная нервная трубка. В итоге это привело к образованию осевого комплекса органов второго головастика на том же зародыше.
Из этого и подобных опытов следует несколько выводов. Во-первых, участок, взятый из спинной губы бластопора, способен направлять или даже переключать развитие того материала, который находится вокруг него, на определенный путь развития. Он как бы организует, или индуцирует, развитие зародыша как в обычном, так и в нетипичном месте. Во-вторых, боковая и брюшная стороны гаструлы обладают более широкими потенциями к развитию, нежели их презумптивное (предполагаемое) проспективное направление, так как вместо обычной поверхности тела в условиях эксперимента там образуется целый зародыш. В-третьих, достаточно точное строение новообразованных органов в месте пересадки указывает на эмбриональную регуляцию. Это означает, что фактор целостности организма приводит к достижению хорошего конечного результата из нетипичных клеток в нетипичном месте, как бы управляя процессом, регулируя его в целях достижения этого результата.
Клеточные контакты.
Чаще всего близлежащие участки зародыша оказывают взаимное влияние друг на друга. Демонстративным примером являются взаимодействия в зачатке конечности. Конечность развивается из скопления клеток, происходящих из боковой мезодермы, и покрывающих их клеток эктодермы. Развитие конечности начинается с активации клеток боковой мезодермы в непосредственной близости от сомитов, которые, возможно, и оказывают индуцирующие импульсы на мезодерму в области будущей конечности. Активированные мезодермальные клетки зачатка конечности влияют на покрывающую их эктодерму, в результате чего она утолщается. Образовавшееся утолщение эпидермиса на его верхушке называют апикальным эктодермальным гребнем. Последний стимулирует рост почки конечности (при удалении его рост почки конечности прекращается). Мезодерма же 379поддерживает гребень в активном состоянии и определяет форму конечности. Например, мезодерма из почки крыла при соединении с эктодермой почки ноги образует крыло, покрытое перьями, или мезодерма из почки конечности утиного зародыша с эктодермой куриного приводит к развитию перепончатой конечности.
52 Регуляция эмбриоргенеза на клеточном имолекулярно-генетическом уровнях
Регуляция эмбриогенеза осуществляется на всех уровнях биологической организации организма: надклеточном, клеточном и молекулярно-генетическом.
Надклеточный уровень. Большое значение в управлении ходом эмбриогенеза придаетсяорганизационным центрам (организаторам).Впервые их роль была установлена в 1924 году немецким ученым Г. Шпеманом. Он проводил свои опыты на зародышах тритона. В норме у зародыша тритона из эктодермы на спинной стороне формируется нервная трубка. Однако если на стадии ранней гаструлы удалить верхнюю губу бластопора, то нервная трубка не сформируется. Если верхнюю губу бластопора пересадить под эктодерму брюшной стороны, то нервная трубка сформируется на брюшной стороне. Если добавить зародышу еще одну губу, то сформируется две нервные трубки.Из проведенных опытов следует, что верхняя губа бластопора направляет развитие эктодермы по пути формирования нервной трубки. Участок верхней губы бластопора Шпеман назвал организационным центром, или индуктором, а само явление получило название –эмбриональная индукция. Ткань, отвечающая на действие индуктора, –компетентная ткань. В последующем были установлены многочисленные примеры взаимовлияния зачатков в ходе эмбриогенеза. Причем деление зачатков на индукторы и компетентную ткань является относительным. Так, при закладке глаза вырост мозгового пузыря вызывает развитие из эктодермы зачатка хрусталика, а зачаток хрусталика - развитие зачатка роговицы.Исходя из учения Шпемана, ход эмбриогенеза можно представить как цепочку, состоящую из пар:
индуктор компетентная ткань (индуктор) компетентная ткань и т.д.
Клеточный уровень. В эмбриогенезе наблюдается пять типов клеточных реакций:
Пролиферация.
Клеточные перемещения.
Гибель клеток.
Избирательная сортировка.
Дифференцировка.
Пролиферация –размножение клеток митозом. Имеет место при формировании любого органа.
Клеточные перемещения– миграция отдельных клеток развивающегося организма. Например, перемещение нервных клеток ганглиозной пластинки к местам закладки рецепторного аппарата органов чувств.
Гибель клеток– запрограммированный процесс на завершающем этапе формообразования органа. Например, гибель клеток в межпальцевых промежутках кисти человека. Если она не произойдет, то ребенок родится со сросшимися пальцами (синдактилия).
Избирательная сортировка– выделение из смеси однотипных клеток и образование между ними прочных контактов.
Дифференцировка клеток– процесс образования специализированных типов клеток. Можно выделить три этапа на пути дифференцировки клеток:
тотипотентность(равнонаследственность) – путь развития клетки еще не определен. Это стадия зиготы и начало ее дробления (2-8 бластомеров). У гидромедузы клетки тотипотентны до стадии 32 бластомеров;
трансдетерминация – переопределение намеченного пути дифференцировки. Клетка теряет тотипотентность, но способна изменить направление намеченного пути развития (опыты Шпемана);
детерминация –клетка имеет строго определенный путь своего развития.
Таким образом, в ходе эмбриогенеза число возможных путей развития каждой клетки уменьшается в конечном счете до одного.
Молекулярно-генетический уровень.Ранние этапы эмбриогенеза (дробление) управляются веществами (РНК, белки), накопленными яйцеклеткой в ходе оогенеза. Они находятся в цитоплазме. Доказательством этого служат опыты английского ученого Д. Гердона, проведенные им в 1962-1972 гг. Он брал яйцеклетку лягушки, удалял из нее ядро и помещал туда ядро специализированной клетки эпителия кишечника. В последующем из такой клетки развивалась нормальная лягушка. Этим опытом было доказано:
все специализированные клетки имеют полный набор генов;
ранние стадии эмбриогенеза управляются не ядром, а цитоплазмой.
Для объяснения механизмов регуляции эмбриогенеза на молекулярно-генетическом уровне была предложена гипотеза дифференциальной активности генов: в ходе эмбриогенеза наблюдается последовательная смена активности генов, т.е. гены функционируют поочередно. Включение и выключение генов происходит за счет продуктов деятельности самих генов, т.е. путем саморегуляции.
Экспрессия отдельных генов регулируется на уровне транскрипции негистоновыми белками и гормонами. Различают пептидные гормоны (инсулин) и стероидные (эстрогены и андрогены). Молекулы пептидных гормонов из-за крупных размеров не могут проникнуть в клетку, и поэтому их эффект осуществляется через белки-рецепторы, локализованные в мембранах клеток-мишеней. Стероидные гормоны проникают через мембрану и связываются там с рецепторными белками, образуя комплекс: гормон+белок-рецептор. Затем этот комплекс связывается с негистоновыми белками, которые соединены с промоторными районами специфических генов. При этом промотор освобождается для действия РНК-полимеразы и начинается процесс транскрипции.
Доказательства справедливости гипотезы дифференциальной активности генов:
в ходе эмбриогенеза (онтогенеза) наблюдается смена локализации пуффов политенных хромосом у двукрылых насекомых. Пуфф - область интенсивного синтеза иРНК;
в онтогенезе человека имеет место смена нескольких видов гемоглобинов:
Стадия Гемоглобин
Эмбрион Gover I
Gover II
Portland I
Плод Гемоглобин F
Взрослый Гемоглобин АГемоглобин А2Процесс дифференцировки сопровождается уменьшением числа активных генов. Например, у морского ежа из 40 тысяч генов функционируют:
на стадии бластулы – 30 тысяч;
на стадии гаструлы – 15-20 тысяч;
у взрослой особи – 3-5 тысяч генов.
53 Роль наследственности и среды в онтогенезе. Критические периоды развития. Тератогенные факторы среды.
Взаимодействие наследственности и среды в развитии человека имеет место на всем протяжении его жизни. Но особую важность оно приобретает в периоды формирования организма:
эмбрионального, трудного, детского, подросткового и юношеского. Именно в это время наблюдается интенсивный процесс развития организма и формирования личности.
Наследственностьопределяет то, каким может стать организм, но развивается человек под одновременным влиянием обоих факторов — и наследственности, и среды. Сегодня становится общепризнанным, что адаптация человека осуществляется под влиянием двух программ наследственности: биологической и социальной. Все признаки и свойства любого индивида являются, таким образом, результатом взаимодействия его генотипа и среды*. Поэтому каждый человек есть и часть природы, и продукт общественного развития.
Говоря о биологическом наследовании человека, следует иметь в виду, что не только положительные задатки, но и умственная неполноценность часто обусловлены генотипом. Так, если один из однбяйцевых близнецов, имеющих, как уже отмечалось, практически одинаковый генотип, заболевает шизофренией, то в 69 % заболевает ею и второй.
Принято выделять критические периоды эмбриогенеза, во время которых воздействие внешнего неблагоприятного фактора наиболее опасно.
1-й критический период (первые 3 нед)- предимплантационный период эмбриогенеза, когда действует закон «все или ничего».
2-й критический период (начинается после 3-й нед и завершается на 12-16-й нед внутриутробной жизни)- наиболее опасный срок между 3-й и 8-й неделями гестации; этот период характеризуется интенсивной дифференцировкой тканей эмбриона.
3-й критический период (между 18-й и 22-й нед гестации)- период окончательного формирования плаценты.
Тератогенез— возникновение пороков развития под влиянием факторов внешней среды (тератогенных факторов) или в результате наследственных болезней.
Тератогенные факторы включают лекарственные средства, наркотики и многие другие вещества.
Действие тератогенных факторов имеет дозозависимый характер. У разных биологических видов дозозависимость тератогенного действия может различаться.
54 риодизация постэмбрионального развития. Период роста и формирования, влияние внешних и внутренних факторов.
Может быть прямым илинепрямым (сопровождается метаморфозом (превращение)).При прямом развитии вновь появившийся организм по строению похож на родительский и отличается от него только размерами и неполным развитием органов.
Прямое постэмбриональное развитие:
Прямое развитие свойственно человеку и другим млекопитающим, птицам, пресмыкающимся, некоторым насекомым.
В развитие человека выделяют следующие периоды: детство, отрочество, юность, молодость, зрелость, старость. Каждый период характеризуется рядом изменений в организме.Старение и смерть – последние этапы индивидуального развития. Старение характеризуются многими морфологическими и физиологическими имениями, ведущими к общему понижению жизненных процессов и устойчивости организма. Причины и механизмы старения до конца не изучены.Смерть завершает индивидуальное существование. Она может быть физиологической, если наступает в результате старения, и патологической, если вызвана преждевременно каким-нибудь внешним фактором (ранение, болезнь).
Непрямое постэмбриональное развитие:
Метаморфоз представляет собой глубокие преобразования в строении организма, в результате которых личинка превращается во взрослое насекомое. В зависимости от характера постэмбрионального развития у насекомых различают два типа метаморфоза:
Неполный (гемиметаболия), когда развитие насекомого характеризуется прохождением только трех стадий - яйца, личинки и взрослой фазы (имаго);
Полный (голометаболия), когда переход личинки во взрослую форму осуществляется на промежуточной стадии - куколочной.
Вылупившийся из яйца цыпленок или родившийся котенок похож на взрослых животных соответствующего вида. Однако у других животных (например, земноводные, большинство насекомых) развитие протекает с резкими физиологическими изменениями и сопровождается образованием личиночных стадий. При этом все части тела личинки претерпевают значительные изменения..Из яйца выходит личинка, обычно устроенная проще взрослого животного, со специальными личиночными органами, отсутствующими во взрослом состочнии. Личинка питается, растет, и, со временем личиночные органы заменяются органами, свойственными взрослым животным
55 . Роль эндокринных желез (щитовидной, гипофиза, половых) в регуляции жизнедеятельности организма в постнатальном периоде.
Постнатальный период онтогенеза подразделяют на одиннадцать периодов: 1-й — 10-й день — новорожденные; 10-й день — 1 год — грудной возраст; 1—3 года — раннее детство; 4—7 лет — первое детство; 8—12 лет — второе детство; 13—16 лет — подростковый период; 17—21 год — юношеский возраст; 22—35 лет — первый зрелый возраст; 36—60 лет — второй зрелый возраст; 61—74 года— пожилой возраст; с 75 лет — старческий возраст, после 90 лет — долгожители. Завершается онтогенез естественной смертью.
Роль эндокринных желез в регуляции жизнедеятельности организма в постнатальном периоде очень велика. Важен гормон соматропин, выделяемый гипофизом с момента рождения до подросткового периода. Гормон щитовидной железы — тироксин - играет очень большую роль на протяжении всего периода роста. С подросткового возраста рост контролируется стероидными гормонами надпочечников и гонад. Из факторов среды наибольшее значение имеют питание, время года, психологические воздействия.
56 Биологические и социальные аспекты старения и смерти. Генетические, молекулярные, клеточные и системные механизмы старения. Проблема долголетия. Понятие о геронтологии и гериатрии.
Механизмы могут быть разделены на 2 группы.
1. Генотипические - генетически запрограммированные механизмы:
а) система антиоксидантов, связывающая свободные радикалы;
б) система микросомального окисления печени, обезвреживания токсичных веществ;
в) антигипоксическая система, предупреждающая развитие глубокого кислородного окисления;
г) система репарации ДНК, ликвидирующая повреждение этой макромолекулы.
2. Фенотипические - механизмы, возникающие в течении всей жизни, благодаря процессам саморегуляции и способствующие сохранению адаптационных возможностей организма:
а) появление многоядерных клеток,
б) увеличение размеров митохондрий на фоне уменьшения числа других,
в) гипертрофия и гиперфункция отдельных клеток в условиях гибели части их,
г) повышение чувствительности к медиаторам в условиях ослабления нервного контроля.
Молекулярные механизмыстарения клеток различных типов не
универсальны. Нельзя объяснить молекулярные механизмы старения одних клеток данными, полученными при изучении клеток другого типа; нельзя считать последовательность изменений на молекулярном уровне в клетках одного типа общей закономерностью старения для всех клеток. Действительно,
последовательность возрастных изменении в первично стареющем нейроне и, к примеру, в мышечной клетке после деструкции под- ходящего к ней нервного окончания во многом отличаются друг от друга.
В одних клетках первичные изменения наступают в регулировании генома,
в других — в мембранных процессах, в энергетическом обмене и уже вторично в геноме с последующими нарушениями во всех звеньях жизнедеятельности клеток.
Многолетние наблюдения ученых и врачей-практиковобнаружили зависимость между долголетием и иммунитетом - невосприимчивостью к инфекционным заболеваниям. Действительно, долгожители (макробиоты) в течение своей долгой жизни почти ничем не болеют. Прав был академик Н.Ф. Гамалея, полагавший, что даже такие заболевания, как насморк, грипп, катары верхних дыхательных путей, сокращают человеческую жизнь.
В последнее время инфекционные заболевания уступили место болезням, связанным с возрастными изменениями организма. Вот почему в проблеме долголетия исключительно важна профилактика всех заболеваний.
Геронтология- (от греч . geron, род. п. gerontos - старик и ...логия), наука, изучающая старение живых организмов, в т. ч. и человека.
Гериатрия- (от греч . geron - старик и iatreia - лечение), раздел клинической медицины, изучающий особенности заболеваний у людей пожилого и старческого возраста и разрабатывающий методы их лечения и профилактики.
Старение – комплекс морфофизиологических и биохимических изменений, наблюдаемых во всех органах и тканях организма и ведущих к его разрушению.
Существуют внешние и внутренние признаки старения.
Различают физиологическую и преждевременную (связанную с болезнью) старость.
Примеры:
собака растет 2 года – живет 10-15 лет;
корова растет 4 года – живет 20 лет;
верблюд растет 8 лет – живет 40 лет.
Теории старения
И.И. Мечников.
Считал, что старение – патология. В основе – отравление нервных клеток кишечными ядами (индол, крезол, фенол, скатол), которые всасываются и действуют на нервные клетки.Петрова.
Связывала старение с состоянием ЦНС. Стрессовые ситуации ведут к нарушению функционирования н.с. и к старению.
Ружечка.
Старение – изнашивание коллоидных систем клеток. С возрастом коллоидные частицы слипаются и переходят из гидрофильной в гидрофобную форму, цитоплазма теряет воду. Нарушаются обменные процессы.
Богомолец.
Изнашивание соединительной ткани приводит к изнашиванию организма.
Гипотеза «накопления ошибок».
Во время репликации ДНК накапливаются ошибки и это ведет к накоплению чужеродных белков, что вызывает разлад обмена веществ.
Аутоиммунная теория.
С возрастом Т- и В-лимфоциты начинают хуже выполнять свои функции, не узнают собственные клетки и вырабатывают антитела против них. В результате происходят реакции «антиген – антитело». Пример – ревматизм, гломерулонефрит - заболевания аутоиммунной природы..Гипотеза свободных радикалов.
В норме в клетке в ходе окислительно-восстановительных процессов образуются свободные радикалы. Это частицы, имеющие на внешней орбите неспаренные электроны. Они очень активны и вступают в связь с ДНК, РНК, белками, нарушая их функцию, а значит, и обменные процессы. В клетке в норме есть антиоксиданты - вещества, связывающие свободные радикалы.Многие антиоксиданты поступают из внешней среды с пищей (витамины А, С, Е, каротиноиды). Крысы, получающие с пищей антиоксиданты, живут в 1,5 раза дольше.
Адаптационно-регуляторная теория Фролькеса.
В отличие от других гипотез, рассматривает старение как сложный многофакторный процесс. Старение характеризуется, с одной стороны, угнетением обмена веществ, с другой – адаптацией к изменяющимся условиям существования. Процесс старения захватывает все уровни регуляции. На уровне генетическом аппарата происходит сокращение числа активных генов, на уровне энергетического обмена - замена кислородного окисления на бескислородное (приспособление организма), на уровне общерегуляторных систем - сдвиги в ЦНС, разлад между корой и подкоркой. Происходит увеличение числа ядер и других органелл (адаптация). Гормонов вырабатывается меньше, но чувствительность клеток к ним больше (также адаптация).
Теория, основанная на существовании в клетке биологических часов.
Русский ученый А. Оловников, 1971 г. Американский ученый Майк Вест, 1995 г.
Число клеточных делений строго ограничено (фибробласты делятся 50 раз). В S-период интерфазы перед митозом во время репликации ДНК происходит укорочение концов хромосом ( теломеров) и с каждым новым S-периодом длина теломеров все меньше. После достижения критической величины репликация не наступает - митоза нет.
Основные направления борьбы с преждевременным старением
Французский ученый Дастр: Искусство продления жизни – это искусство не сокращать ее.
По данным ВОЗ, здоровье человека на 50% связано с образом жизни.
Улучшение условий труда и быта.
Качественное питание. (Лишние 4 кг сокращают жизнь на 1 год.)
Улучшение медицинского обслуживания.
Регулярные занятия физкультурой. (Два 2-хчасовых занятия в неделю - гребля, плавание, лыжи, коньки - добавляют 7-9 лет жизни.)
Борьба с вредными привычками. (1 мин курения – 1 мин жизни. 1 пачка в день - 4 года, 2 - 8 лет. Алкоголь уменьшает продолжительность жизни на 20%.)Нормальный психологический микроклимат.
Охрана окружающей среды.
57  Смерть как заключительный этап онтогенеза. Клиническая и биологическая смерть. Реанимация.
Смертьзавершает индивидуальное существование. Она может быть физиологической, если наступает в результате старения, и патологической, если вызвана преждевременно каким-нибудь внешним фактором (ранение, болезнь).
Клиническая смерть - своеобразное переходное состояние между жизнью и смертью, начинается с момента прекращения деятельности центральной нервной системы, кровообращения и дыхания и продолжается в течение короткого промежутка времени, пока не разовьются необратимые изменения в головном мозге. С момента их наступления смерть расценивается, как биологическая (в контексте этой статьи я уравниваю понятия социальной и биологической смерти ввиду необратимости процессов, происшедших в организме). Таким образом, главной динамической характеристикой клинической смерти является возможная обратимость этого состояния.
Во время клинической смерти дыхание,  кровообращение и рефлексыотсутствуют, однако клеточный обмен веществ продолжается анаэробным путем. Постепенно запасы энергетиков в мозге истощаются, и нервная ткань умирает.
Принято считать (Г.А.Рябов), что в обычных условиях срок клинической смерти у человека составляет 3-6 минут. Необходимо учитывать, что необратимые изменения в исторически-молодых образованиях головного мозга (кора) наступают гораздо быстрей, чем в более древних (ствол, продолговатый мозг). При полном отсутствии кислорода в коре и мозжечке за 2 - 2.5 мин. возникают фокусы омертвения, а в продолговатом мозге даже через 10-15 мин. погибают лишь единичные клетки. (А.Д.Адо с соавторами)
Биологическая смерть- необратимое прекращение физиологических процессов в клетках и тканях, при котором реанимационные мероприятия остаются безуспешными.Ранним признаком биологической смерти является симптом "кошачий глаз" - при боковом сдавлении глазного яблока зрачок трансформируется в вертикальную веретенообразную щель. Наступает помутнение роговицы глаза, появляются трупные пятна и трупное окоченение (2-4 час. после смерти).
Реанимация- (от ре ... и лат. animatio - оживление), восстановление резко нарушенных или утраченных жизненно важных функций организма. Проводится при терминальных состояниях, в т.ч. при клинической смерти (в первые 4-6 мин с момента прекращения дыхания и кровообращения; позже появляются необратимые изменения в центральной нервной системе и наступает биологическая смерть). Реанимация включает: массаж сердца, искусственное дыхание, нагнетание крови в артерии и др. меры.
58 Регенерация как свойство живого к самообновлению и восстановлению. Физиологическая регенерация. Ее биологическое значение.
Регенерация- (от позднелат . regeneratio - возрождение, возобновление), в биологии - восстановление организмом утраченных или поврежденных органов и тканей, а также восстановление целого организма из его части. В большей степени присуща растениям и беспозвоночным животным, в меньшей - позвоночным. Регенерацию можно вызвать экспериментально.
Регенерациянаправлена на восстановление поврежденных структурных элементов и регенерационные процессы могут осуществляться на разных уровнях: а) молекулярный б) субклеточный в) клеточный — размножение клеток митозом и амитотическим путем г) тканевой д) органный.
Виды регенерации:
1. Физиологическая— обеспечивает функционирование органов и систем в обычных условиях. Во всех органах происходит физиологическая регенерация, но в каких-то больше, в других — меньше.2. Репаративная(восстановительная) — возникает в связи с патологическим процессов, который приводит к повреждению ткани (это усиленная физиологическая регенерация)
а) полная регенерация (реституция) — на месте повреждения ткани возникает точно такая же ткань
б) неполная регенерация (субституция) — на месте погибшей ткани возникает соединительная ткань. Например, в сердце при инфаркте миокарда происходит некроз, который замещается соединительной тканью.
Смысл неполной регенерации: вокруг соединительной ткани возникает регенерационная гипертрофия, которая и обеспечивает сохранение функции поврежденного органа.
Регенерационная гипертрофияосуществляется за счет:
а) гиперплазии клеток (избыточное образование)
б) гипертрофии клеток (увеличение органа в объеме и массе).
Регенерационная гипертрофия в миокарде осуществляется за счет гиперплазии внутриклеточных структур.
Формы регенерации.
1. Клеточная — происходит размножение клеток митотическим и амитотическим путем. Она существует в костной ткани, эпидермисе, слизистой ЖКТ, слизистой дыхательных путей, слизистой мочеполовой системы, эндотелий, мезотелий, рыхлая соединительная ткань, кроветворная система. В этих органах и тканях возникает полная регенерация (точно такая же ткань).
2. Внутриклеточная — происходит гиперплазия внутриклеточных структур. Миокард, скелетные мышцы (преимущественно), ганглиозные клетки ЦНС (исключительно).
3. Клеточные и внутриклеточные формы. Печень, почки, легкие, гладкие мышцы, вегетативная нервная система, поджелудочная железа, эндокринная система. Обычно возникает неполная регенерация.
59 Формы репаративной регенерации. Способы ее осуществления. Проявление регенирационной способности в филот и онтогенезе. Регуляция регенерации. Методы стимуляции регенерации
репаративная регенерация – процесс восстановления биологических структур, разрушенных насильственным путем.
Репаративная регенерация может протекать в разных формах и разными способами.
Формы репаративной регенерации
Гомоморфоз – на месте отторгнутого органа восстанавливается точно такой же.
Например, у тритона после удаления конечности через некоторое время вырастет новая конечность.
Гетероморфоз – на месте отторгнутого органа вырастает другой.
Например, у рака на месте удаленного глаза может вырасти антенна.
Гиперморфоз – на месте одного удаленного органа появляется несколько таких же.
Например, иногда у тритона на месте одной удаленной конечности вырастают две.
Регенерационная гипертрофия – восстанавливается не форма органа, а его масса.
Так, при удалении части печени у позвоночных животных эта доля не восстанавливается, но оставшаяся часть разрастается до объема неповрежденной печени.
Компенсаторная гипертрофия – при удалении одного из парных органов второй берет на себя и его функцию, увеличиваясь в размерах в результате повышенной физиологической нагрузки.
Так происходит, например, при удалении одной почки.
Соматический эмбриогенез – восстановление целого организма из его части.
Например, гидру можно разрезать на 200 частей, и каждая из них даст самостоятельный организм.
Способы репаративной регенерации
Эпиморфоз – достройка недостающей части до целого. От раневой поверхности постепенно отрастает недостающая часть тела. Пример: восстановление конечности у тритона.
Морфаллаксис – оставшаяся часть органа (культя) подвергается усиленным процессам перестройки с последующим формированием целого органа, но так как материала для его восстановления недостаточно, то орган получается меньшего размера. Пример: восстановление конечности у таракана.
Эндоморфоз - усиленное размножение клеток в оставшейся части органа. Пример: восстановление печени у позвоночных.
Условия формирования вида в филогенезе:
хорошими репаративными способностями обладают те виды, особи которых часто повреждались в ходе эволюции.
Примеры.
1. Дождевые черви служат кормом для птиц, поэтому их жизнь сопряжена с постоянным травмированием тела. В таких условиях могли выжить лишь те виды, у которых по наследству закрепилась способность восстанавливать недостающую часть тела.
2. У зайца-русака кожа на спине значительно лучше регенерирует, чем на животе. Это объясняется тем, что особи данного вида постоянно подвергались нападению на них хищных птиц, которые повреждают чаще всего кожные покровы спины. У норовых грызунов наоборот – кожа на животе лучше регенерирует, чем на спине (при ползании чаще повреждается кожа живота).
3. Морская голотурия (тип Иглокожие), спасаясь при преследовании, может выбрасывать свой кишечник, который через некоторое время восстановится.
Известно также, что и у особей одного вида способность к регенерации выражена неодинаково.
Вообще говоря, низшие животные чаще способны к регенерации, чем более сложные высокоорганизованные формы. Так, среди беспозвоночных гораздо больше видов, способных восстанавливать утраченные органы, чем среди позвоночных, но только у некоторых из них возможна регенерация целой особи из небольшого ее фрагмента. Тем не менее общее правило о снижении способности к регенерации с повышением сложности организма нельзя считать абсолютным. Такие примитивные животные, как гребневики и коловратки, практически не способны к регенерации, а у гораздо более сложных ракообразных и амфибий эта способность хорошо выражена; известны и другие исключения. Некоторые близкородственные животные сильно различаются в этом отношении. Так, у дождевого червя из небольшого кусочка тела может полностью регенерировать новая особь, тогда как пиявки неспособны восстановить один утраченный орган. У хвостатых амфибий на месте ампутированной конечности образуется новая, а у лягушки культя просто заживает и никакого нового роста не происходит. Многие беспозвоночные способны к регенерации значительной части тела. У губок, гидроидных полипов, плоских, ленточных и кольчатых червей, мшанок, иглокожих и оболочников из небольшого фрагмента тела может регенерировать целый организм. Особенно примечательна способность к регенерации у губок. Если тело взрослой губки продавить через сетчатую ткань, то все клетки отделятся друг от друга, как просеянные сквозь сито. Если затем поместить все эти отдельные клетки в воду и осторожно, тщательно перемешать, полностью разрушив все связи между ними, то спустя некоторое время они начинают постепенно сближаться и воссоединяются, образуя целую губку, сходную с прежней. В этом участвует своего рода "узнавание" на клеточном уровне, о чем свидетельствует следующий эксперимент. Губки трех разных видов разделяли описанным способом на отдельные клетки и как следует перемешивали. При этом обнаружилось, что клетки каждого вида способны "узнавать" в общей массе клетки своего вида и воссоединяются только с ними, так что в результате образовалась не одна, а три новых губки, подобные трем исходным
Выделяют следующие виды регуляторных механизмов:
· внутриклеточные и внутритканевые,
· гормональные,
· нервные,
· функциональные,
· межорганные.
Внутриклеточные и внутритканевые. Размножение клеток в ткани сдерживается веществами кейлонами (гликопротеидами). При повреждении образуютсяантикейлоны, нейтрализующие действие кейлонов, что ведет к размножению клеток. Кроме того, продукты распада поврежденных клеток обладают стимулирующим действием – оказывают влияние на неповрежденные клетки, заставляя их размножаться.
Гормональные механизмы. В экспериментах было установлено влияние на процессы репарации гормонов гипофиза, щитовидной железы, надпочечников, половых желез, поджелудочной железы.
Нервные механизмы. Нервная система выполняет трофическую функцию: в нервных окончаниях вырабатывается нейротрофический фактор, стимулирующий процессы регенерации.
Функциональные механизмы. В поврежденном органе или ткани оставшиеся клетки всегда будут испытывать возросшую физиологическую нагрузку. Это приводит к усилению обменных процессов в клетке, что, в свою очередь, повлечет внутриклеточную регенерацию или размножение клеток.
Межорганные механизмы обеспечиваются вовлечением в восстановительный процесс различных органов при участии нервной и эндокринной систем.
Стимуляция репаративных процессов
Можно ли усилить репаративные способности организма? Да, можно. Сегодня известно много способов стимуляции репаративных процессов.
Методы стимуляции регенерации
Локального действия Общего действия на организм
- физические
- химические
- биологические
метод протезов
60 Понятие о гомеостазе. Структурный и физиологический гомеостаз. Механизмы поддержания гомеостаза в многоклеточном организме. Роль нервной и эндокринной систем
Гомеостаз – постоянство внутренней среды живых организмов, которое они поддерживают, несмотря на изменение условий окружающей среды.
Гомеостаз в живом организме проявляется в относительном постоянстве таких показателей, как рН, осмотическое давление, химический состав крови, артериальное давление, температура, постоянстве биологических структур. Необходимость гомеостаза объясняется тем, что все биохимические реакции могут протекать в строго определенных условиях (температура, рН, давление). Французский ученый Клод Бернар писал: «Постоянство внутренней среды – условие независимого существования организма». Гомеостаз на уровне целостного организма может быть функциональным (постоянство функций) и структурным (постоянство структур).Постоянство показателей внутренней среды организма носит относительный характер, т.к. всегда имеются небольшие отклонения от нормы. Эти колебания необходимы для того, чтобы служить сигналами для включения регуляторных механизмов.Механизмы регуляции гомеостаза имеют место на всех уровнях биологической организации: от молекулярно-генетического до организменного. Они многообразны, однако работают слаженно, т.к. контролируются регуляторными системами: нервной, эндокринной, иммунной. Таким образом, механизмы регуляции гомеостаза носят системный характер.В основе любого заболевания лежит нарушение гомеостаза, а лечение – его восстановление.
Кибернетика – наука, устанавливающая общие принципы управления саморегулирующимися системами. Живые организмы также являются саморегулирующимися системами, и поэтому к ним применимы все кибернетические понятия и принципы регуляции.
В основе работы кибернетической системы лежит процесс передачи и обработки информации. В работу системы постоянно вносятся коррективы, характер которых зависит от тех отклонений, которые наблюдаются на входе. Для живых организмов входными сигналами служат пища, вода, свет, звук, температура. Выходные сигналы – реакция органа или ткани, выделение секрета и т.д. Важным элементом кибернетической системы является обратная связь – влияние выходного сигнала на блок управления. Различают отрицательную и положительную обратную связь. Отрицательная обратная связь – направлена на восстановление исходного состояния кибернетической системы, в случае ее отклонения от нормы. Пример: кровь из пальца.
Положительная обратная связь – направлена на усиление возникшего отклонения кибернетической системы от исходного состояния. Пример: кровотечение из крупного сосуда, рост организма в онтогенезе.
Нервная регуляция: высокая скорость наступления ответной реакции; реакция кратковременная;реакция носит локальный характер.
Гуморальная регуляция(обеспечивается выделением в кровь гормонов):реакция наступает медленно;реакция длительна;реакция носит разлитой характер.
Таким образом, обе системы в целостном организме дополняют друг друга.В основе функционирования нервной и эндокринной систем лежит принцип действия отрицательной обратной связи.
Рассмотрим работу нервной системы на примере регуляции рН крови:
Рассмотрим примеры работы эндокринной системы
Взаимодействие нервной и эндокринной систем можно рассмотреть на примере стрессовой реакции организма (реакции на сильный или длительный по времени действия раздражитель):
61 Биологические ритмы. Медицинское значение хронобиологии.
Биологические ритмы- (биоритмы) , циклические колебания интенсивности и характера биологических процессов и явлений. Одни биологические ритмы относительно самостоятельны (напр., частота сокращений сердца, дыхания), другие связаны с приспособлением организмов к геофизическим циклам - суточным (напр., колебания интенсивности деления клеток, обмена веществ, двигательной активности животных), приливным (напр., биологические процессы у организмов, связанные с уровнем морских приливов), годичным (изменение численности и активности животных, роста и развития растений и др.). Наука о биологических ритмах - хронобиология.
Биологические ритмы— фундаментальное свойство органического мира, обеспечивает его способность адаптации и выживания в циклически меняющихся условиях внешней среды. Проблемы, которые решает биоритмология, важны для познания жизни как особой формы движения материи во времени и имеют существенной значение для теоретической и практической медицины. Поскольку в биоритмологическом аспекте здоровье представляет собой оптимальное соотношение взаимосвязанных ритмов физиологических функций организма и их соответствие закономерным колебаниям условий среды обитания, анализ изменений этих ритмов и их рассогласования помогает глубже понять механизмы возникновения и развития патологических процессов, улучшить раннюю диагностику болезней и определить наиболее целесообразные временные схемы терапевтических мероприятий.
Хронобиология- раздел биологии, изучающий биологические ритмы, протекание различных биологических процессов (преимущественно циклических) во времени.
Хронобиология- новый подход по выявлению индивидуального хронотипа человека, графическое изображение которого назвали суточной, недельной и годовой физиологическими кривыми.
Физиологическая кривая является так называемым солитоном-индивидуальной автоволной, присущей любой открытой биологической системе. Солитон, вступая во взаимодействие с внешними ритмами, остается неизменным. Эта та физиологическая константа, которая является выражением индивидуальности организма.
Составляются физиологические кривые, которые отражают состояние трех регуляторных систем - иммунной, нервной, гормональной.
ЭВОЛЮЦЕОННОЕ УЧЕНИЕ
62 История становления эволюционной идеи. Сущность представления Ч. Дарвина о механизме органической эволюции. Современный период синтеза дарвинизма генетики.
Становление эволюционных идейимеет достаточно длительную историю. Уже в XIX веке они нашли применение в некоторых областях знания, но воспринимались скорее как исключение по отношению к миру в целом.
Принцип эволюцииполучил наиболее полную разработку в рамках биологии и стал ее фундаментальным принципом со времен Ч.Дарвина. Однако вплоть до наших дней он не был доминирующим в естествознании. Во многом это было связано с тем, что длительное время лидирующей научной дисциплиной выступала физика, которая транслировала свои идеалы и нормы в другие отрасли знания. Физика традиционно исследовала фундаментальные структуры мироздания и поэтому она всегда была в числе наук, претендующих на формирование базисных идей общенаучной картины мира. Но физика на протяжении большей части своей истории в явном виде не включала в число своих фундаментальных принципов принцип развития.
Что же касается биологии, то она не достигла высокого статуса теоретически развитой науки, она и сейчас находится скорее на пути к теоретизации. Ее представления относились к области живой природы, которая традиционно не полагалась фундаментом мироздания. Поэтому, участвуя в построении общенаучной картины мира, биология длительное время не претендовала на то, чтобы ее фундаментальные идеи и принципы приобрели универсальный общенаучный смысл, применялись бы во всех других областях исследования.
Адаптациогенез - возникновение, развитие и преобразование приспособлений (адаптаций) в процессе эволюции органического мира. Открытие Ч. Дарвином механизма органической эволюции показало, что по существу вся эволюция есть адаптациогенез: любой признак организации является адаптивным. Конечности наземных позвоночных животных имеют самое различное строение вследствие приспособления к бегу, рытью, плаванию или полёту, но основа строения конечностей одна и та же — сложный рычаг.
Синтез дарвинизма и генетикипроизошёл в 20-30-х годах 20в. Сложилась так называемая синтетическая теория эволюции, концентрирующая внимание в основном на процессах микроэволюции и видообразования. Новейший этап развития дарвинизма характеризуется использованием данных молекулярной биологии для более глубокого понимания механизмов наследственной изменчивости, практические применения основных его положений к проблемам антропогенного изменения биосферы и управления живыми природными ресурсами.
63 Понятие о виде. Реальность вида. Структура вида. Критерии вида. Популяционная структура вида. Генетическая и экологическая характеристика популяции
Живой мир Земли состоит из огромного количества существ различных видов. Вид – одно из основных понятий биологии. Учение о виде разрабатывал Ч.Дарвин.По современным понятиямвид– это совокупность особей, сходных по строению, имеющих одинаковый набор хромосом, занимающих определенную область обитания (ареал), свободно скрещивающихся между собой и дающих плодовитое потомство.
Вид представляет собой основную структурную единицув системе живых организмов. Однако определить принадлежность особей к одному виду иногда бывает трудно. Для этого используется целый ряд критериев.
1. Морфологический критерий– это главный критерий, использовавшийся до середины нашего века. Он основывается на внешних различиях между видами животных или растений. Однако иногда встречаются виды-двойники, которые внешне почти не отличаются друг от друга.
2. Географический критерийоснован на том, что каждый вид обитает в пределах определенного пространства (ареала). Однако существуют виды, занимающие огромные пространства. Кроме того, многие близкие виды занимают практически одни и те же ареалы.
3. Экологический критерийпредполагает, что каждый вид характеризуется определенным типом питания, местом обитания, сроками размножения и т.д., то есть занимает собственную экологическую нишу. Однако некоторые виды занимают очень близкие экологические ниши. Кроме того, часто один и тот же вид, обитающий на большой территории, занимает в разных районах ареала различные ниши.
4. Этологический критерийоснован на том, что поведение животных разных видов различно. Но этот критерий нельзя считать абсолютным, так как поведение многих близких видов почти одинаково.
5. Генетический критерийоснован на главном свойстве вида – его генетической изоляции: животные и растения разных видов почти никогда не скрещиваются между собой. Если же такое иногда и происходит, то потомство, как правило, нежизнеспособно и, во всяком случае, бесплодно из-за того, что хромосомы у разных видов несовместимы и не могут конъюгировать во время мейоза. Но и этот критерий нельзя считать абсолютным, так как межвидовые гибриды в природе иногда встречаются, особенно среди растений.
Таким образом, определить принадлежность особи к конкретному виду можно только на основе совокупности всех или большинства критериев.
Популяционная структура вида. Генетическая структура популяции.
В природе практически не существует видов, которые были бы повсеместно распространены. Обычно каждый вид имеет свою область распространения -ареал, границы которого определяются границами пригодных для данного вида условий обитания. Космополитами - видами, обитающими повсеместно - являются прежде всего человек, сумевший освободиться из-под влияния окружающей среды, и (с определенной долей условности) некоторые обитающие совместно с ним животные.
Границы ареалов видов со временем изменяются. Как правило, это связано с изменением условий существования, а также с адаптацией видов к новой среде обитания. В настоящее время ареалы многих видов меняются под влиянием хозяйственной деятельности человека. При этом ареал может сокращаться или расширяться.
Условия среды определяют не только границы ареала, но и закономерности размещения особей в пределах этих границ. Как правило, внутри своего ареала животные, растения грибы или микроорганизмы распределены неравномерно: можно выделить отдельные «сгущения» - популяции.
Популяция- совокупность особей того или иного вида, в течение большого числа поколений населяющих определенное пространство, внутри которого особи могут относительно свободно скрещиваться друг с другом, в то время как обмен особями с соседними популяциями в значительной мере затруднен.
Популяционная структура видовзачастую бывает довольно сложной, и локальные поселения можно объединить в более крупные группировки. Популяции высокого ранга, объединяющие несколько более мелких единиц, стабильны во времени, и могут обладать собственной эволюционной судьбой.
В силу того, что разные популяции в большей или меньшей степени изолированы друг от друга, между ними накапливаются генетические и морфологические различия - формируется внутривидовая географическая изменчивость.
Генетическую структуру популяциимы можем описать, определив частоты генотипов в ее генофонде. Для этого нам нет необходимости обследовать всех особей этой популяции. Биологи, как правило, анализируют выборку особей из популяции. Чем больше эта выборка, тем точнее она представляет реальное соотношение частот генотипов в популяции. В качестве материала используются полевые наблюдения, данные лабораторных анализов полевых сборов или музейных экземпляров и даже архивные данные.
Сравнение разных популяций по частотам аллелей дает нам информацию о генетической гетерогенности видов в разнообразных условиях его обитания. Обратите внимание, что частота аллеля черной окраски в островных популяциях значительно выше, чем в континентальных. Причину этих различий между островными и континентальными популяциями мы обсудим позже, а пока проанализируем соотношение частот генотипов внутри популяций.
Популяцию рассматривают в качестве структурной единицы вида и единицы эволюции.Каждая популяция характеризуется определеннойчисленностьюособей, ее изменениями, занимаемым пространством, возрастным и половым составом особей.Территория, занимаемая разными популяциями одного вида, а тем более различных видов, очень колеблется и зависит от степени подвижности особей. Число особей (или численность) в популяции различна у разных видов, но она не может быть ниже некоторых пределов.
Сокращение численности за эти пределы может привести к вымиранию популяции. Численность популяций может резко меняться по сезонам и годам.
Популяция состоит из разных пополу и возрастуособей. Соотношение половозрелых и неполовозрелых особей в популяциях различно и зависит от продолжительности жизни, времени наступления половой зрелости, интенсивности размножения. Соотношение полов, т. е. число мужских и женских особей, в популяции изменяется.Таким образом, популяции представляют собой форму существования вида, обеспечивающую приспособленность его к конкретным условиям среды.
64 Элементарные эволюционные факторы. Мутационный процесс, популяционные волны, изоляция, дрейф генов. Взаимодействие элементарных эволюционных факторов.
Элементарные эволюционные факторы— естественный отбор, мутации, популяционные волны (волны жизни), изоляция (географическая, экологическая, генетическая).
Мутационный процесс- возникновение спонтанных мутаций и их комбинаций при скрещивании, вызывающие наследственные изменения в популяциях. является одним из факторов эволюции; служит поставщиком начального эволюционного материала как резерва наследственной изменчивости.
В природе постоянно происходит колебание численности популяций: число особей в популяции то сокращается, то увеличивается. Эти процессы сменяют друг друга более или менее регулярно, поэтому их называют волнами жизни или популяционными волнами. В одних случаях они связаны с сезоном года. В других случаях волны наблюдаются через более длительные сроки и связаны с колебаниями климатических условий или урожаев кормов.
Волны эти совершенно случайно и резко изменяют в популяции концентрации редко встречающихся генов и генотипов. В период спада волн одни гены и генотипы могут исчезнуть полностью, притом случайно и независимо от их биологической ценности. А другие также случайно останутся и при том новом нарастании численности популяции резко повысят свою концентрацию. Популяционные волны, как и мутационный процесс, поставляют случайный, ненаправленный наследственный материал для борьбы за существование и естественного отбора.
Изоляция. Эволюционным фактором для популяций, особи которой размножаются половым путём, является ограничение свободы скрещивания. Изолированные группы всегда начинают эволюционировать самотоятельно. Находясь в различающихся условиях среды и испытывая давление разных эволюционных факторов, новые популяции будут всё более отличаться по своим генофондам.
Дрейф генов - изменение генетической структуры популяции в результате любых случайных причин. Обычнодрейф геновпроявляется при небольшой численности популяции и ведет к уменьшению наследственной изменчивости в ней.
65 Естественный отбор в популяциях. Его формы и значение.
Естественный отбор– главный движущий, направляющий фактор эволюционного процесса. В настоящее время под естественным отбором понимают процессы, обеспечивающие выживание наиболее приспособленных особей и их потомства, а с другой стороны – прекращение размножения и гибель наименее приспособленных особей.
Академик И.И. Шмальгаузен различалдве основные формы естественного отбора:
Движущий отбор – проявляется при изменении условий существования вида. При этом давление отбора направлено в пользу особей, имеющих отклонения от средней нормы признака либо в сторону его усиления, либо в сторону его ослабления.Примерами может служить утрата многих систем органов паразитическими червями, редукция глаз у кротов и некоторых глубоководных рыб, утрата крыльев у паразитических насекомых (блох, вшей, некоторых клопов).
Стабилизирующий отбор действует длительное время в относительно постоянных условиях существования. Давление этой формы отбора направлено в пользу тех особей, которые имеют средние значения какого-либо признака, и против особей, имеющих крайние значения этого признака.Благодаря стабилизирующему отбору в тех местах Земли, где условия среды не менялись многие миллионы лет, сохранились древнейшие виды животных и растений: кистеперая рыба латимерия, клювоголовая рептилия гаттерия, голосемянное растение гинкго и др.Некоторые исследователи выделяют еще одну форму естественного отбора –дизруптивную, или разрывающую. Эта форма отбора направлена против особей, имеющих среднее значение признака, в пользу особей, обладающих крайними значениями этого признака. Например, на морских островах, где часто дуют сильные ветры, насекомые со средними размерами крыльев уносятся ветром в море и погибают. Выживают лишь особи с очень крупными крыльями, которые могут противостоять ветру, или особи утратившие крылья и не способные летать.В результате дизруптивного отбора происходит разрыв нормы реакции и возникновение двух новых форм.Таким образом, естественный отбор– это важнейший фактор эволюционного процесса, приводящий к сохранению видов в неизменных количествах или к появлению новых видов в меняющихся условиях существования.
66 Популяционная структура человечества.Демы.Изоляты. Люди как объект действия эволюционных факторов.
В антропогенетике популяцией называют группу людей, занимающих общую территорию и свободно вступающих в брак. Изоляционные барьеры, препятствующие заключению брачных союзов, нередко несет выраженный социальный характер (например, вероисповедание). Размер, уровень рождаемости и смертности, возрастной состав, экономическое состояние, уклад жизни являются демографическими показателями популяций людей. Генетически они характеризуются генофондами. Большое значение в определении структуры браков имеет размер группы.
Популяции из 1500-4000 человек называют демами,
ДЕМ(от греческого demos — народ, население), локальная популяция, небольшая (до нескольких десятков экземпляров), относительно изолированная от других подобных внутривидовая группировка, для которой характерна повышенная по сравнению с популяцией, степень панмиксии. В отличие от популяции дем — относительно кратковременная (существует несколько поколений) группировка особей. Отдельные демы одной популяции могут отличаться друг от друга по каким-либо морфофизиологическим признакам. Генетическое понятие дема во многом соответствует экологическому понятию парцелла.
Популяции численностью до1500 человек — изолятами.
Для демов и изолятов типичен относительно низкий естественный прирост населения — соответственно порядка 20% и не более 25% за поколение. В силу частоты внутригрупповых браков члены изолятов, просуществовавших 4 поколения и более, являются не менее чем троюродными братьями и сестрами. В настоящее время усилились миграции населения в связи с ростом численности людей, совершенствованием средств транспорта, неравномерным развитием экономики.
Популяционные волны — периодические колебания численности людей на обширных или ограниченных территориях, изменение плотности населения (приросты совпадают с важнейшими достижениями человечества, упадок — чума, болезни, войны). Природа изоляционных барьеров между популяциями людей разнообразна. Специфическими для человеческого общества являются формы изоляции, зависящие от разнообразия культур, экономических укладов, религиозных и морально-этических установок.
Фактор изоляции оказывал влияние на генофонды популяций людей.
Влияние мутационного процесса, миграции, изоляции на генетическую конституцию людей . Дрейф генов и особенности генофондов изолятов .Специфика действия естественного отбора в человеческих популяциях.
В основе мутаций лежат наследуемые изменения генетического материала. В результате мутации возникает мутантная аллель гена или мутантная хромосома, обусловливающие появление мутантного признака. Мутации могут возникнуть в любой момент, но их появление более вероятно в делящейся, а не в покоящейся клетке (например, при гаметогенезе, вовремя мейоза). В генетическом отношении важны те мутации, которые возникают при гаметогенезе и наследуются особями потомства. Частота мутации для единичного локуса составляет в среднем 1:100000 половых клеток, однако у человека в целом, генотип которого насчитывает до 120000 (а возможно, и более) генов, мутация вовсе не редкое явление.
Мутагенами по отношению к человеку выступают не только естественные факторы (ультрафиолетовое излучение, температура, ионизирующее излучение, определённая химическая среда), но и факторы, производные научно-технического прогресса (рентгеновские излучения и другие физические факторы, синтетические смолы и другие химические вещества). На частоту мутаций у человека оказывает влияние возраст: вероятность рождения ребёнка, страдающего ахондропластической карликовостью, у пожилых супругов выше, чем у молодых. Некоторые гены Х-хромосомы мутируют в мужском организме чаще, чем в женском.Генотип человека - это высокоинтегрированная система взаимодействующих генов (а также составляющих их элементов), и случайные изменения в её составе влияют на неё чаще всего отрицательно. Поэтому большинство мутантных генов оказываются вредными для человека.
В небольших популяциях людей мутантные гены могут сохраняться (фиксироваться) или утрачиваться случайным образом. В них хорошо выражен дрейф генов - изменение частоты генов в популяции в ряду поколений под действием чисто случайных (стохастических) факторов. На дрейф генов влияют такие факторы, как число индивидуумов, способных оставить потомство, и вариабельность в размере семьи. Структура популяции человека в прошлом создавала идеальные условия для дрейфа генов. Так, численность сообществ человека палеолита, очевидно, не превышала нескольких сот индивидуумов, именно такова численность сообществ современных охотников и собирателей - аборигенов Австралии.
В настоящее время общепризнанным является тот факт, что различия в частоте некоторых групп крови между близкими поселениями людей в отдалённых уголках земного шара возникли вследствие дрейфа генов: частоты генов в существующих в США небольших религиозных изолятах немецкого происхождения отличаются от соответствующих частот в исходной популяции в Германии и в соседних популяциях в США. Обобщённым примером влияния дрейфа генов на частоту аллелей является «эффект родоначальника». Он возникает, когда несколько семей выселяются на новую территорию и поддерживают высокий уровень брачной изоляции, порвав практически все связи с родительской популяцией. В этом случае в генофонде переселенцев из-за неболыцой численности особей случайно закрепляются одни аллели и элиминируются другие.
Загрузка...
Существенное влияние на генофонды популяций людей оказывал фактор изоляции. Длительным проживанием в состоянии относительной географической и культурной изоляции объясняют, например, некоторые антропологические особенности представителей малых народностей: своеобразный рельеф ушной раковины бушменов, большую ширину нижнечелюстного диаметра коряков и ительменов, исключительное развитие бороды у айнов. Сохранению высокого уровня генетической изоляции двух популяций (изолятов), существующих на одной территории, способствуют отличия по физическим признакам или образу жизни. Однако такие барьеры в последнее время исчезают, о чём свидетельствует, например, тот факт, что доля генов от белых людей возросла в настоящее время у американских негров до 25%, а у бразильских негров - до 40%.
Одним из наиболее важных эволюционных факторов, изменяющих частоты аллельных генов в популяциях людей, является естественный отбор.За естественным отбором осталась функция стабилизации генофондов и поддержания наследственного разнообразия популяций людей.О действии на популяцию человека стабилизирующей формы естественного отбора свидетельствует, например, большая перинатальная смертность среди недоношенных и переношенных новорождённых. Направление отбора в этом случае определяется снижением общей жизнеспособности новорождённых. Отрицательное действие отбора по одному локусу иллюстрирует наследование антигенов системы резус.
(Естественный отбор — процесс, изначально определённый Чарльзом Дарвином как приводящий к выживанию и преимущественному размножению более приспособленных к данным условиям среды особей, обладающих полезными наследственными признаками. )67 макроэволюция. Характеристика механизмов и основных результатов.
Макроэволюция– это процесс формирования крупных систематических единиц: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция осуществляется на протяжении огромных промежутков времени, и непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение.
Можно привести несколько доказательств макроэволюции.
1. Анатомические доказательства. Все животные имеют единый план строения, что указывает на единство происхождения. В частности, об общих предках рыб, земноводных рептилий, птиц и млекопитающих говорит строение гомологичных органов, например пятипалой конечности, в основе которой лежит скелет плавников кистеперых рыб.
2. Эмбриологические доказательства. У всех хордовых животных наблюдается значительное сходство зародышей на ранних стадиях развития: форма тела, зачатки жабр, хвост, один круг кровообращения и т.д. Однако по мере развития сходство между зародышами различных систематических групп постепенно стирается и начинают преобладать черты, свойственные классам, семействам, родам и, наконец, видам.
3. Палеонтологические доказательства. Остатки вымерших переходных форм, позволяющих проследить эволюционный путь от одной группы живых существ к другой.
68 МикроэволюцияХарактеристика механизмов и основных результатов
Микроэволюция – это совокупность внутривидовых процессов, приводящих к образованию новых популяций, подвидов и заканчивающихся образованием новых видов. Таким образом, микроэволюция – это начальный этап эволюционного процесса, она может происходить в относительно короткие промежутки времени и ее можно наблюдать и изучать непосредственно. В результате мутационной (наследственной) изменчивости происходят случайные изменения генотипа. Самопроизвольная частота мутаций довольно высока, и 1–2% половых клеток имеет мутировавшие гены или измененные хромосомы. Как уже говорилось, мутации чаще всего рецессивны и, кроме того, редко бывают полезными для вида. Однако если в результате мутации возникают полезные для какой-либо особи изменения, то она получает некоторые преимущества перед другими особями популяции.
Процесс микроэволюции можно разделить на следующие этапы.
1. Спонтанные мутации и начало дивергенции в пределах одной популяции.2. Естественный отбор наиболее приспособленных особей, продолжение дивергенции.3. Гибель менее приспособленных особей в результате влияния условий среды – продолжение естественного отбора и образование новых популяций и подвидов.4. Изоляция подвидов, приводящая вследствие репродуктивного разобщения к появлению новых видов.
Макроэволюция – это процесс формирования крупных систематических единиц: новых родов, семейств и т.д. Макроэволюция осуществляется на протяжении огромных промежутков времени, и непосредственно изучать ее невозможно. Тем не менее в основе макроэволюции лежат те же движущие силы, что и в основе микроэволюции: наследственная изменчивость, естественный отбор и репродуктивное разобщение.
69 Генетический груз и его биологическая сущность. Генетический полиморфизм и адаптивный потенциал популяций.
Генетический полиморфизм(наследственное разнообразие) - это сохранение в генофонде популяции различных аллелей одного и того же гена в концентрации, превышающей по наиболее редкой форме 1%. Это разнообразие поддерживается отбором, но создается мутационным процессом. Естественный отбор в этом случае может иметь два механизма: отбор против гомозигот в пользу гетерозигот и отбор против гетерозигот в пользу гомозигот.
В первом случае отбором сохраняются гетерозиготные генотипы популяции и устраняются доминантные и рецессивные гомозиготы. Во втором случае накапливаются в генофонде гомозиготные генотипы и происходит устранение гетерозигот. При действии первого механизма возникает балансированный полиморфизм, при действии второго - адаптационный.
Адаптационный полиморфизм возникает в том случае, когда в различных, но закономерно изменяющихся условиях среды отбор благоприятствует разным генотипам. В человеческих пуляциях это более редкая форма полиморфизма. Наиболее часто проявляетсябалансированныйполиморфизм. Он очень распространен в человеческих популяциях, усиливает гетерозиготизацию, а значит, устойчивость организмов к воздействию факторов среды. Сред-няя степень гетерозиготности в человеческих популяциях составляет 6,7%. Генетическое разнообразие в популяциях человека приводит к фенотипическому разнообразию. Наиболее значительно оно по белковому составу, например по ферментам в генетической системе человека 30% локусов имеют разнообразные гены. У человека имеется около ста полиморфных систем. Значение балансированного полиморфизма заключается в том, что он поддерживает беспредельную генетическую гетерогенность популяции, обеспечивает генетическую индивидуальность каждого человека.
Для медициныизучение балансированного полиморфизма представляет особую важность в связи с тем, что, во-первых, проявляется неравномерность распределения наследственных заболеваний в популяциях; во-вторых, различается степень предрасположенности кболезням; в-третьих, отмечается индивидуальный характер течения болезни и разная ее тяжесть; в-четвертых, имеет место различная ответная реакция на лечебные мероприятия. Отрицательное проявление балансированного полиморфизма проявляется, прежде всего, в наличии генетического груза.
Генетический груз - величина, на которую приспособленность данной популяции отличается от приспособленности идеальной популяции, составленной из лучших генотипов, возможных при данном генофонде.
70 Генетический полиморфизм человечества: масштабы, факторы формирования. Значение генетического разнообразия в прошлом, настоящем и будущем человечества (медико-биологический и социальный аспекты).
Генетический полиморфизм(наследственное разнообразие) - это сохранение в генофонде популяции различных аллелей одного и того же гена в концентрации, превышающей по наиболее редкой форме 1%. Это разнообразие поддерживается отбором, но создается мутационным процессом. Естественный отбор в этом случае может иметь два механизма: отбор против гомозигот в пользу гетерозигот и отбор против гетерозигот в пользу гомозигот.
В первом случае отбором сохраняются гетерозиготные генотипы популяции и устраняются доминантные и рецессивные гомозиготы. Во втором случае накапливаются в генофонде гомозиготные генотипы и происходит устранение гетерозигот. При действии первого механизма возникает балансированный полиморфизм, при действии второго - адаптационный.
Адаптационный полиморфизм возникает в том случае, когда в различных, но закономерно изменяющихся условиях среды отбор благоприятствует разным генотипам. В человеческих пуляциях это более редкая форма полиморфизма. Наиболее часто проявляетсябалансированныйполиморфизм. Он очень распространен в человеческих популяциях, усиливает гетерозиготизацию, а значит, устойчивость организмов к воздействию факторов среды. Сред-няя степень гетерозиготности в человеческих популяциях составляет 6,7%. Генетическое разнообразие в популяциях человека приводит к фенотипическому разнообразию. Наиболее значительно оно по белковому составу, например по ферментам в генетической системе человека 30% локусов имеют разнообразные гены. У человека имеется около ста полиморфных систем. Значение балансированного полиморфизма заключается в том, что он поддерживает беспредельную генетическую гетерогенность популяции, обеспечивает генетическую индивидуальность каждого человека.
Для медициныизучение балансированного полиморфизма представляет особую важность в связи с тем, что, во-первых, проявляется неравномерность распределения наследственных заболеваний в популяциях; во-вторых, различается степень предрасположенности кболезням; в-третьих, отмечается индивидуальный характер течения болезни и разная ее тяжесть; в-четвертых, имеет место различная ответная реакция на лечебные мероприятия. Отрицательное проявление балансированного полиморфизма проявляется, прежде всего, в наличии генетического груза.
71 Эволюция и онтогенез. Биогенетический закон Мюллера-Геккеля.
Биогенетический закон,закономерность в живой природе, сформулированная немецким учёным Э. Геккелем (1866) и состоящая в том, что индивидуальное развитие особи (онтогенез)является коротким и быстрым повторением (рекапитуляцией) важнейших этапов эволюции вида (филогенеза).Факты, свидетельствующие о рекапитуляции (например, закладка у зародышей наземных позвоночных жаберных щелей), были известны ещё до появления эволюционного учения Ч. Дарвина. Однако лишь Дарвин дал (1859) этим фактам последовательное естественно-историческое объяснение, установив, что стадии развития зародышей воспроизводят древние предковые формы. Он рассматривал рекапитуляцию как фундаментальную закономерность эволюции органического мира. Теорияестественного отборапозволила Дарвину объяснить противоречивое сочетание целесообразности строения организмов с рекапитуляцией признаков далёких предков. Немецкий эмбриолог Ф. Мюллер в 1864 подкрепил принцип рекапитуляции данными из истории развития ракообразных. Двумя годами позже Геккель придал принципу рекапитуляции форму Б. з., схематизировав при этом дарвиновские представления. Б. з. сыграл важную роль в биологии, стимулировал эволюционные исследования в эмбриологии, сравнительной анатомии и палеонтологии.
Вокруг Б. з. развернулась продолжительная и острая дискуссия. Противники Б. з. пытались истолковать Б. з. в духе механицизма, витализма или безоговорочно его отвергали. Отстаивая Б. з., дарвинисты стремились углубить его содержание и освободить от схематичности. Они критиковали представления Геккеля, ошибочно разделявшего явления эмбрионального развития на 2 неравноценные группы:палингенезы, отражающие историю вида, иценогенезы, возникшие в качестве приспособления зародышей к условиям среды и затемняющие, "фальсифицирующие", палингенезы. Несостоятельным оказалось и первоначальное представление Геккеля о прямом порядке воспроизведения в развитии особи этапов истории вида. Было показано (в т. ч. и самим Геккелем), чтогетерохронии,гетеротопии, эмбриональные приспособления,редукцияи другие процессы глубоко изменяют течение онтогенеза, исключая возможность прямой рекапитуляции признаков предков.
72 Общие закономерности филогенеза систем органов позвоночных и человека. Принципы преобразования органов.
Филогенез – историческое развитие мира живых организмов как в целом, так и отдельных таксономических групп. Закономерности филогенетических преобразований изучает область науки, получившая название эволюционной морфологии. Она возникла в конце XIX века на базе трех самостоятельных наук: сравнительной анатомии, эмбриологии и палеонтологии. Сравнительная анатомия изучает строение сходных органов взрослых форм животных, относящихся к различным систематическим группам..Органом называют исторически сложившуюся специализированную систему тканей, характеризующуюся отграниченностью, постоянством формы, локализации, внутренней конструкции путей кровообращения и иннервации, развитием в онтогенезе и специфическими функциями. Строение органов часто очень сложно. Большинство из них полифункционально, т.е. выполняет одновременно несколько функций. В то же время в реализации какой-либо сложной функции могут участвовать различные органы.
Группу сходных по происхождению органов, объединяющихся для выполнения сложной функции, называют системой (кровеносная, выделительная и др.).
Если одну и ту же функцию выполняет группа органов разного происхождения, ее называют аппаратом. Примером служит дыхательный аппарат, состоящий как из органов собственно дыхания, так и из элементов скелета и мышечной системы, обеспечивающих дыхательные движения.
В процессе онтогенеза происходит развитие, а часто и замена одних органов другими. Органы зрелого организма называютдефинитивными; органы, развивающиеся и функционирующие только в зародышевом или личиночном развитии, — провизорными.Примерами провизорных органов являются жабры личинок земноводных, первичная почка и зародышевые оболочки высших позвоночных животных (амниот).
В историческом развитии преобразования органов могут иметь прогрессивный или регрессивный характер. В первом случае органы увеличиваются в размерах и становятся более сложными по своему строению, во втором — уменьшаются в размерах, а их строение упрощается.
Если у двух организмов, находящихся на разных уровнях организации, обнаруживаются органы, которые построены по единому плану, расположены в одинаковом месте и развиваются сходным образом из одинаковых эмбриональных зачатков, то это свидетельствует о родстве данных организмов. Такие органы называют гомологичными. Гомологичные органы часто выполняют одну и ту же функцию (например, сердце рыбы, земноводного, пресмыкающегося и млекопитающего), но в процессе эволюции функции могут и меняться (например, передних конечностей рыб и земноводных, пресмыкающихся и птиц).
При обитании неродственных организмов в одинаковых средах у них могут возникать сходные приспособления, которые проявляются в возникновении аналогичных органов. Аналогичные органы выполняют одинаковые функции, строение же их, местоположение и развитие резко различны. Примерами таких органов являются крылья насекомых и птиц, конечности и челюстной аппарат членистоногих и позвоночных.
Строение органов строго соответствует выполняемым ими функциям. При этом в исторических преобразованиях органов изменение функций непременно сопровождается и изменением морфологических характеристик органа.
В основе филогенетических преобразований органов лежит их полифункциональность и способность к количественным изменениям функций. Практически все органы выполняют не одну, а несколько функций, причем среди них всегда выделяется главная, а остальные второстепенны. Строение такого полифункционального органа обязательно соответствует главной функции. Так, рука человека может использоваться для лазания по деревьям, плавания, даже хождения. Но основной ее функцией является трудовая деятельность. В связи с этим и строение руки в максимальной степени соответствует функции труда.Один из основных принципов эволюции органов — принцип расширения и смены функций.Расширение функцийсопровождает обычно профессивное развитие органа, который по мере дифференциации выполняет все новые функции. Так, парные плавники рыб, возникшие как пассивные органы, поддерживающие тело в воде в горизонтальном положении, с приобретением собственной мускулатуры и прогрессивным расчленением становятся еще и активными рулями глубины и поступательного движения. У придонных рыб они обеспечивают также их передвижение по дну. С переходом позвоночных на сушу к перечисленным функциям конечностей добавились хождение по Земле, лазание, бегание и др.Расширение функций сопровождается специализацией, благодаря которой главной функцией становится одна из бывших ранее второстепенными. Бывшая главной функция преобразуется во второстепенную и может впоследствии даже исчезнуть. Орган при этом меняется таким образом, что его строение становится максимально соответствующим выполнению главной функции. Так, переход предков ластоногих и китообразных к водному образу жизни привел к преобразованию их парных конечностей в ласты, практически утратившие способность обеспечивать передвижение по суше. Жизнь ленивцев, представителей отряда неполнозубых, на деревьях привела к формированию у них крючкообразных конечностей, с помощью которых возможно лишь медленное перемещение по веткам в подвешенном состоянии с почти полной утратой способности движения по земле.Нередко функции, выполняемые органами, могут измениться кардинально. Так, плавательный пузырь рыб, будучи гидростатическим органом, у кистеперых рыб становится дополнительным органом дыхания, а у земноводных он преобразуется в легкое, и основной функцией его становится дыхательная. У пресмыкающихся и млекопитающих, ведущих наземный образ жизни, легкие выполняют только дыхательную функцию, но первичная функция плавательного пузыря сохраняется за легкими у крокодилов, ластоногих и китообразных, ведущих водный образ жизни, а также у наземных форм во время плавания.В других случаях видоизменения органов в связи со сменой их функций столь велики, что выполнение ими функций, бывших ранее главными, становится невозможным. Так, передние жаберные дуги предков хрящевых рыб преобразовались в челюсти, а у наземных позвоночных они стали выполнять функции звукопроводящего аппарата, превратившись в слуховые косточки (см. разд. 14.2.1). Участие их в пищеварении и дыхании стало невозможным.В прогрессивной эволюции органов очень важным является принцип активации функций. Он наиболее часто реализуется на начальных этапах эволюции органов в том случае, когда малоактивный орган начинает активно выполнять функции, существенно при этом преобразуясь.Так, крайне малоподвижные парные плавники хрящевых рыб становятся активными органами движения уже у костистых.Более часто в филогенезе наблюдается интенсификация функций, являющаяся следующим этапом эволюции органов после активации. Благодаря этому орган обычно увеличивается в размерах, претерпевает внутреннюю дифференцировку, гистологическое строение его усложняется, нередко наблюдается многократное повторение одноименных структурных элементов, или полимеризацияструктуры. Примером является усложнение структуры легких в ряду наземных позвоночных за счет ветвления бронхов, появления ацинусов и альвеол на фоне постоянной интенсификации его функций.Высокая степень дифференцировки может сопровождаться уменьшением количества одинаковых органов, выполняющих одну и ту же функцию, или их олигомеризацией. Это явление наблюдается, к примеру, в эволюции артериальных жаберных дуг, которые закладываются у хрящевых рыб в количестве 6—7 пар, у костных рыб их становится 4 пары, а у млекопитающих и человека сохраняются в дефинитивном состоянии лишь части 3, 4 и 6-й пар.
‡агрузка...
Иногда в процессе интенсификации функций наблюдается тканевая субституция органа — замещение одной ткани другой, более соответствующей выполнению данной функции. Так, хрящевой скелет хрящевых рыб сменяется на костный у более высокоорганизованных классов позвоночных.В противоположность интенсификации и активации ослабление функций ведет в филогенезе к упрощению строения органа и его редукции, вплоть до полного исчезновения.
73 Филогенез головного мозга хордовых.
Кратко
Нервная система развивается из эктодермы у хордовых представляет собой трубку с полостью внутри - невроцелем.
У ланцетника вдоль нервной трубки располагаются органы чувств – глазки Гесса, в головном отделе расширение нервной трубки – гомолог головнго мозга позвоночных.
В эмбриогенезе позвоночных мощговой пузырь делится вначале на 3 пузыря: передний(prosecephalon), средний(mesencephalon), задний(metencephalon).
Затем передний пузырь делится на 2 отдела: передний(telencephalon) и промежуточный(?)
Средний мозговой пузырь образует средний мозг(mesencephalon), а задний – задний мозг(metencephalon), в состав которого входит мозжечок(cerebellum), мост(pons) и продолговатый мозг)medulla oblongata)В процессе эволюции строение и функции головного мозга меняются.
У рыб и амфибий наиболее развит средний мозг – высший интегрирующий отдел – ихтиопсидный тип
У пресмыкающихся наиболее развит передний отдел с хорошо развитыми полосатыми телами – высший интегративный отдел. На поверхности крыши больших полушарий появляются острвки коры(archicortex) - зауропсидный тип..У млекопитающий развивается крыша переднего мозга и полушарий – маммальный тип.Основные эволюционные преобразования нервной системы позвоночных:
Усиление главное координирующей функции за счет увеличения числа нейронов, их дифференцировки с образванием центров и узлов.
Субституция – замещение ихтиопсидного типа более прогрессивным зауропсидным маммалийным, замещение архикортекса неокортексом.
Расширение числа выполняемых функций, связанных с высшей нервной деятельностью, участие в гуморальной регуляции.
74 Филогенез дыхательной и пищеварительной систем у хордовых животных.
Особенностью хордовых является филогенетическая и онтогенетическая связь пищеварительной и дыхательной систем. Филогенетическая связь определяется тем, что дыхательная система хордовых развивается на основе пищеварительной. Пищеварительная и дыхательная системы в начале закладываются в виде прямой трубки, подразделенной на 3 участка: передний, средний и задний.
У ланцетника нет специализированных органов дыхания. Дыхательную функцию выполняет глотка – передняя часть пищеварительной трубки, пронизанная жаберными щелями. Функция жаберных щелей – фильтрация воды.
У хордовых, начиная с рыб, пищеварительная и дыхательная функции осуществляются специализированными системами, объединенными анатомически общей полостью рта и глотки.
Ротовая полость.Ротовая полость бесчерепных окружена предротовой воронкой с щупальцами и выстлана мерцательным эпителием, который создает ток воды, несущий пищевые частицы и кислород, в кишечную трубку. Ротовое отверстие позвоночных окружено кожными складками – губами. Крыша ротовой полости у рыб и земноводных образована основанием мозгового черепа, которое является первичным твердым небом. У пресмыкающихся объем ротовой полости увеличивается и на верхнечелюстных костях появляются горизонтальные складки, частично разделяющие ее на верхний – дыхательный отдел и вторичную ротовую полость. У млекопитающих наблюдается срастание этих складок по средней линии таким образом, что возникает сплошное вторичное твердое небо, полностью отделяющее ротовую полость от полости носа. У человека формирование твердого неба начинается к концу 8-й недели. При нарушении срастания горизонтальных складок возможно незаращение твердого неба. Этот порока развития известен под названием «волчья пасть». Данная аномалия является атавизмом. Доказаны генетические механизмы ее возникновения. Она может наблюдаться при ряде хромосомных синдромов (Патау, Эдвардса), а также наследоваться изолированно.
Зубы позвоночных связаны по происхождению с плакоидной чешуей хрящевых рыб, у которых наблюдается непрерывный переход от типичной чешуи к зубам в ротовой полости. Зубы первоначально расположены в несколько рядов и покрывают всю слизистую оболочку ротовой полости, у многих рыб располагаясь даже на языке. У пресмыкающихся зубы располагаются в один ряд и, также, как у рыб и земноводных, зубная система гомодонтная, т.е. дифференцировки нет.
Зубы млекопитающих дифференцированы на резцы, клыки и коренные – гетеродонтная зубная система. Они выполняют разные функции. Если резцы и особенно клыки сходны с коническими зубами предков, то наибольшим эволюционным преобразованиям подверглись коренные зубы. Впервые они возникли у зверозубых ящеров мезозойской эры за счет расширения оснований зубов и появления дополнительных бугорков, а затем и увеличения их жевательной поверхности при их сглаживании. Общее количество зубов у млекопитающих уменьшается и достигает 32 у высших приматов. Зубы располагаются только на альвеолярных дугах челюстей в ячейках. Основание зуба сужается, образуя корень.
У животных зубы, как и плакоидные чешуи, могут многократно выпадать. Многократную смену зубов называют полифиодонтизмом. У человека в онтогенезе сменяются только два их поколения – молочные и коренные. Это явление называется дифиодонтизмом.
У человека возможны атавистические аномалии зубной системы, связанные как с нарушениями их дифференцировки, так и с количеством.
1) редкая аномалия – гомодонтная зубная система, когда зубы недифференцированы и все имеют коническую форму.
2) трехбугорчатое строение коренных зубов.
3) прорезывание дополнительных зубов в ряду или за его пределами, даже на твердом небе.
Свидетельством тенденции к дальнейшему уменьшению количества зубов у человека является то, что нередко последние коренные зубы – «зубы мудрости» - вообще не прорезываются, а если и прорезываются, то поздно - до 25 лет. Эти зубы имеют явно рудиментарный характер, т.к. они уменьшены в размерах и слабо дифференцированы.
На дне ротовой полости позвоночных располагается непарный выступ – язык. У млекопитающих язык закладывается из трех зачатков – одного непарного и двух парных, лежащих кпереди от первого. Парные зачатки срастаются и образуют тело языка. У большинства рептилий это срастание неполное и язык раздвоен на конце. У человека раздвоенность языка – редкий порок развития.
Слюнные железы у рыб отсутствуют, они заглатывают пищу вместе с водой. Земноводные, обитающие на земле, имеют несколько слюнных желез. Выделяющих только слизь. Слюна пресмыкающихся содержит пищеварительные ферменты, а у некоторых змей и токсины. У млекопитающих слюнные железы многочисленны. Это и мелкие (зубные, щечные, небные, язычные, гомологичные железам земноводных и пресмыкающихся, и крупные – подъязычные. Подчелюстные и околоушные.
Онтофилогенетически обусловленные врожденных пороков развития у человека: «волчья пасть», «заячья губа», раздвоенный язык, гомодонтные зубы, дополнительные зубы и др.
У рыб за глоткой следует пищевод, желудок, тонкий и толстый кишечник, заканчивающийся анусом. В отличие от ланцетника развита печень и желчный пузырь. Единственное отличие пищеварительной системы земноводных – удлинение кишечника и впадение толстой кишки в клоаку. У пресмыкающихся возникает слепая кишка – важное эволюционное приобретение, позволяющее расширить рацион питания. У млекопитающих развитие идет в направлении дифференциации пищеварительного тракта, в частности, увеличения размеров слепой кишки. Возникает пищевая специализация на травоядных и плотоядных. У плацентарных млекопитающих клоака отсутствует и прямая кишка заканчивается анусом.
Онтофилогенетически обусловленные пороки развития пищеварительной системы у человека:
1) атрезия (отсутствие) и гипоплазия (недоразвитие) отделов пищеварительной системы.
2) гетеротопия тканей поджелудочной железы в стенке тонкого кишечника или желудка. Механизм гетеротопии – нарушение клеточной миграции зачатков железы из стенки кишечной трубки.
3) Персистирование клоаки, при которой мочеполовые пути и прямая кишка объединены. В норме после 8-й недели развиия
75 Филогенез кровеносной системы хордовых.
Кровеносная система рептилий
Сердце трехкамерное: предсердия всегда полностью разделены, в желудочке имеется две неполных перегородки: горизонтальная и вертикальная. От желудочка самостоятельно отходят три непарных сосуда: легочная артерия и две дуги аорты.
В левое предсердие впадают легочные вены малого круга кровообращения, которые несут оксигенированную (артериальную кровь). Соответственно, оксигенированная кровь поступает в левую часть желудочка. В правое предсердие через венозную пазуху поступает дезоксигенированная (венозная) кровь из полых вен большого круга кровообращения. Соответственно, дезоксигенированная кровь поступает в правую часть желудочка. Перегородки внутри желудочка препятствуют перемешиванию крови. Четырехкамерное сердце в сочетании с одной (правой) дугой аорты обеспечивает полное разделение кругов кровообращения. Сердце полностью разделено на правую часть (правое предсердие и правый желудочек) и левую часть (левое предсердие и левый желудочек). Правая часть сердца содержит только дезоксигенированную (венозную) кровь, левая часть – только оксигенированную (артериальную) кровь.
Малый круг кровообращения включает: правый желудочек → легочные артерии → капилляры легких → легочные вены → левое предсердие. Большой круг кровообращения включает: левый желудочек → сосуды всего тела → правое предсердие.
Характеризуется полным разделением кругов кровообращения. Сердце четырехкамерное. Сохраняется только левая дуга аорты (а у птиц – правая). От дуги аорты отходят артерии (у разных групп Млекопитающих порядок отхождения сонных и подключичных артерий может изменяться). Венозная система устроена сравнительно просто. Воротные системы почек редуцированы. Сохраняются остатки задних кардинальных вен в виде непарных вен. Характерна тонкая дифференцировка форменных элементов крови. Зрелые эритроциты – безъядерные.
76
Филогенез мочеполовой системы хордовых.
Выделительная и половая системы в целом выполняют разные функции. Однако их рассматривают в едином комплексе в связи с единством эмбрионального развития и первичной функциональной связью со вторичной полостью тела — целбмом. В эмбриогенезе закладка мочеполовой системы — нефрогонотом — формируется в области ножки сомита в непосредственном контакте с целомом. Половые железы у всех хордовых животных располагаются в целоме. Продукты диссимиляции у всех целоми-ческих животных, в том числе и низших хордовых, также поступают в целом. Наиболее простой путь выведения во внешнюю среду как половых клеток, так и продуктов диссимиляции — через общий канал, начинающийся воронкой в целоме и заканчивающийся выделительной порой на покровах. Таковы взаимоотношения половых желез и выделительных каналов у многих беспозвоночных и, вероятно, у древних предков хордовых.
Органами выделения позвоночных являются почки — парные компактные органы, структурная единица которых представлена нефроном. В наиболее примитивном виде это — воронка, открывающаяся в целом и соединенная с выделительным канальцем, который впадает в общий выводной проток — мочеточник. В филогенезе позвоночных почка прошла три этапа эволюции: предпочка — головная, или пронефрос; первичная почка—туловищная, или мезонефрос, и вторичная почка - тазовая, или метанефрос. У взрослых рыб и земноводных кзади от предпочек, в туловищных сегментах тела, формируются первичные почки, содержащие до нескольких сотен нефронов. У пресмыкающихся и млекопитающих возникают вторичные почки. Они закладываются в тазовом отделе тела и содержат сотни тысяч нефронов наиболее совершенного строения. У новорожденного ребенка в почке их насчитывается около 1 млн.
Половые железы у всех позвоночных развиваются в виде парных складок части нефрогонотома в области ножки сомита. Половые складки вдаются в полость тела и оказываются подвешенными на брыжейке. Первичные половые клетки обособляются у зародышей очень рано — уже на стадии гаструляции. Вначале они обнаруживаются в составе презумптивной эктодермы головного конца эмбриона, затем попадают в энтодерму, откуда активно перемещаются в половые складки. Здесь дифференцирующийся эпителий половой железы, включающий в себя первичные половые клетки, объединяется с соединительнотканной стромой в виде шнуров. Такая гонада индифферентна в половом отношении и может развиваться в дальнейшем как в семенник, так и в яичник в зависимости от генетических и эпигенетических факторов дифференцировки пола. У хрящевых рыб строение половых желез самок и самцов в значительной степени сходно. У всех остальных позвоночных яичник всегда имеет фолликулярное строение, У всех позвоночных с непостоянной температурой тела половые железы находятся в брюшной полости. У большинства млекопитающих мужские гонады перемещаются через паховой канал в мошонку, где температура всегда несколько ниже. Вероятно, пониженная температура более благоприятна для сперматогенеза, обеспечивая более низкий уровень спонтанных мутаций в созревающих сперматозоидах.
У человека семенники, закладываясь в брюшной полости, перемещаются через паховой канал и к 8-му месяцу внутриутробного развития оказываются в мошонке.
В эмбриогенезе всех позвоночных при развитии предпочки вдоль тела, от головного конца к клоаке, закладывается канал, по которому продукты диссимиляции из нефронов поступают во внешнюю среду. Это пронефрический канал. При развитии первичной почки этот канал либо расщепляется на два канала, идущих параллельно, либо второй канал образуется в продольном утолщении стенки первого. Один из них — вольфов — вступает в связь с нефронами первичной почки. Другой — мюллеров — срастается передним концом с одним из нефронов предпочки и образует яйцевод, открывающийся передним концом в целом широкой воронкой, а задним — впадающий в клоаку.
77 Онтофилогенетическая обусловленность пороков развития систем органов человека. Правило корреляции в эволюции.
Онтогенез -это полный цикл индивидуального развития каждой особи, в основе которого лежит реализация наследственной информации на всех стадиях развития. Он начинается образованием зиготы и заканчивается смертью. Структура половых клеток обеспечивает возможность развития зародыша.
Онтофилогенетически обусловленные пороки развития:
1. Пищеварительная система:
Пороки начального отдела:
§ Расщелина верхней губы и верхней челюсти
§ Незаращение твердого неба
§ Наличие дополнительных зубов, трем, диастем, конических зубов, сильно развитых клыков, нарушение прикуса.
§ Отсутствие, недоразвитие барабанной полости, слуховых косточек, низкое расположение слуховых проходов.
§ Латеральные кисты шеи
§ Эзофаготрахеальные свищи.
Пороки среднего и заднего отделов:
§ Гипоплазия – недоразвитие отделов пищеварительной трубки: укорочение пищевода, тонкого и толстого отделов, недоразвитие печени и поджелудочной железы.
§ Меккелев дивертикул
§ Неполное разделение клоаки на прямую кишку и мочеполовые протоки
§ Гетеротопия – наличие фрагментов такни поджелудочной железы в других отделах.
2. Дыхательная система:
§ Эзофаготрахеальные свищи
§ Бронхолегочные кисты
§ Кистозная гипоплазия легких
§ Гипоплазия диафрагмы(летально)
3. Сердечно-сосудистая система:
§ Двухкамерное сердце (летально)
§ Дефекты межпредсердечной перегородки
§ Дефекты межжелудочковой перегородки
§ Трехкамерное сердце
§ Шейная эктопия сердца (летально)
§ Персистирование обеих дуг аорты
§ Редукция левой дуги аорты
§ Персистирование баталлового протока
§ Персистирование первичного эмбрионального ствола(летально)
§ Транспозиция сосудов(летально)
§ Персистирование двух верхних полых вен(может быть летально, если левая полая вена впадает в левое предсердие)
4. Мочеполовая система:
§ Сегментированная вторичная почка с одним или несколькими мочеточниками
§ Полное удвоение почки
§ Тазовое расположение почки
5. Нервная система:
§ Анэнцефалия – отсутствие головного мозга
‡агрузка...
§ Ариэнцефалия – отсутствие переднего мозга
§ Микроэнцефалия – малые размеры головного мозга
§ Лиссэнцефалия –отсутствие извилин в коре
§ Голопросэнцефалия – неразделение переднего мозга на полушария, общий желудочек переднего мозга.
§ Рахисхис – несмыкание заднего шва нервной трубки спинного мозга
§ Отсутствие мозолистого тела
Онтогенетические корреляции– соотносительное развитие органов и частей органов, а также признаков в онтогенезе современных животных:
§ Геномные – обеспечивают целостность развивающегося организма. В основе – сцепление генов, взаимодействие генов и плейотропия.
§ Морфогенетические – основаны на взаимодействии клеток или частей(зачатков) друг с другом в процессе их дифференцировки в эмбриогенезе(эмбриональная индукция)
§ Эргоитичсекие(функциональные) – устанавливают функциональные зависимости между уже сформированными структурами.
§ Филогенетические корреляции(координации) – устойчивые взаимозависимости между органами и частями организма, обусловленные филогенетически:
§ Биологические – эволюционные изменения в органах, непосредственно не связанных между собой.
§ Топографические – пространственные связи органов, согласно меняющихся в процессе филогенеза, но не объединенные единой функцией.
§ Динамические – изменение в процессе филогенеза функционально связанных между собой органов и систем.

78 Антропогенез. Биологическая и социальная сущность человека. Закономерности антропогенеза.
Антропогенез(отантропо...и греч. génesis — происхождение), процесс историко-эволюционного формирования физического типа человека, первоначального развития его трудовой деятельности, речи, а также общества.
Исследование факторов, путей и закономерностей этого процесса составляет задачу одного из основных разделов антропологии —учения об А.
К главным проблемам А.относятся: место (прародина) и время появления древнейших людей; непосредственные предки человека; основные стадии А., движущие силы А. на различных его этапах; соотношение эволюции физического типа человека с историческим прогрессом его культуры, развитием первобытного общества и речи.
Решение коренных и частных проблем А. осуществляется с помощью данных антропологии (особеннопалеоантропологии) и близких наук — эволюционной морфологии и эмбриологии, приматологии, палеонтологии приматов, психологии и физиологии, геологии палеогена, неогена и антропогена, археологии палеолита, этнографии и лингвистики.
Методологической основой анализа и синтеза материалов, привлекаемых к решению проблем А., служат эволюционное учение Ч. Дарвина и, главное, диалектико-материалистическая философия и как её конкретное выражение трудовая теория А., разработанная Ф. Энгельсом в 70-х гг. 19 в. Её центральная идея заключается в том, что в процессе А. основным фактором прогрессивного эволюционного и исторического развития человека была трудовая деятельность, осуществлявшаяся коллективно на различных уровнях становления общества.
Биосоциальная сущность человека. Подчинение жизни человека как биологическим, так и социальным законам. Формирование человека, как и других организмов, в процессе эволюции, подчинение его процессов жизнедеятельности (питания и др.) биологическим законам. Существенные отличия человека от животных — прямохождение и труд, связанные с ними изменения в строении и жизнедеятельности — наличие в скелете позвоночника с четырьмя изгибами, сводчатой стопы, особенностей строения таза, кисти, черепа; увеличение мозга, способность трудиться, создавать орудия труда, общаться друг с другом, владеть членораздельной речью, отвлеченно мыслить, создавать науку и искусство, накапливать и использовать опыт предшествующих поколений, передавать его потомкам. Невозможность объяснить эти особенности только законами биологической эволюции. Существование законов развития человеческого общества, в соответствии с которыми подлинно человеческие черты формируются в процессе жизни человека в обществе, его воспитания. Дети, выросшие с раннего возраста среди животных, не владеют хорошо развитой речью, не могут отвлеченно мыслить.
79 Понятие о расах и видовое единство человека. Современная классификация и распространение человеческих рас.
Все ныне живущее человечество представляет собой один вид Homo sapiens,распадающийся на целый ряд более мелких групп, называемых расами. Расы человека – это исторически сложившиеся ареальные группы людей, связанные единством происхождения, которое выражается в общих наследственных морфологических и физиологических признаках, варьирующих в определенных пределах.
Так как групповая и индивидуальная изменчивости этих признаков не совпадают, расы являются не совокупностями особей, а совокупностями популяций, т.е. территориальных групп людей, объединенных брачными связями. По всем морфологическим, физиологическим и психическим особенностям, характерным для современных людей, сходство между всеми расами велико, а различия несущественны. Неограниченные возможности смешения (метисации) и социально-культурная полноценность смешанных групп служат веским доказательством видового единства человека.
Необходимо строго различать два понятия – нация и раса. В нации людей объединяет общность языка, территории, экономической жизни, психического склада. В отличие от нации, раса есть совокупность людей, обладающих общностью физического типа, происхождение которого связано с определенным ареалом.
Большинство авторов разделяло человечество на три основные (большие) расы, называя их по-разному:
– меланодермы (чернокожие), ксантодермы (желтокожие) и лейкодермы (белокожие).– черные широконосые, желтые средненосые и белые узконосые.– негроиды, монголоиды и европеоиды.– экваториальная (негро-австралоидная), азиатская (монголоидная) и евразийская (европеоидная).
Достаточную известностьполучила классификация Я.Я. Рогинского, согласно которой выделяют три большие расы: австрало-негроидную, или экваториальную, евразийскую, или европеоидную, и азиатско-американскую, или монголоидную. Промежуточное место между экваториальной и евразийской большими расами занимают эфиопская и южноиндийская; между евразийской и монголоидной – южносибирская и уральская, между азиатско-американской и австрало-негроидной – полинезийская и курильская расы.
ЭКОЛОГИЯ
80 Определение науки экологии. Основные понятия экологии
Экология – наука, изучающая исторически сложившиеся взаимоотношения организмов между собой и с окружающей средой.
Этот термин ввел известный немецкий зоолог Эрнст Геккель в 1866 году.
Среда обитания – часть природы, которая окружает живые организмы и с которой они непосредственно взаимодействуют (материальные тела, явления и энергия, воздействующие на организмы).
Экологические факторы – отдельные элементы среды, которые способны оказывать прямое или косвенное влияние на живые организмы.
Основным содержанием современной экологии является исследование взаимоотношений организмов друг с другом и со средой на популяционно-видовом, биогеоценотическом уровнях и изучение биологических систем более высокого ранга: экосистем и биосферы, их продуктивности и энергетики
Экологическая ниша — это совокупность факторов среды, в пределах которых обитает тот или иной вид организмов, его место в природе, в пределах которого данный вид может существовать неограниченно долго.
Биоценоз (от био... и греч. koinós — общий) (ценоз), совокупность растений, животных и микроорганизмов, населяющих данный участок суши или водоёма и характеризующихся определенными отношениями между собой и приспособленностью к условиям окружающей среды (например, Б. озера, леса).
Экосистема- (от греч . oikos - жилище, местопребывание и система), единый природный комплекс, образованный живыми организмами и средой их обитания (атмосфера, почва, водоем и т. п.), в котором живые и косные компоненты связаны между собой обменом вещества и энергии. Понятие экосистема применяется к природным объектам различной сложности и размеров: океан или небольшой пруд, тайга или участок березовой рощи. Термин "экосистема" ввел английский фитоценолог А. Тенсли (А. Tansley, 1935). Часто термины "экосистема" и "биогеоценоз" употребляют как синонимы.
Биогеоценоз- эволюционно сложившаяся, пространственно ограниченная, длительно самоподдерживающаяся, однородная экологическая система, в которой функционально взаимосвязаны живые организмы и окружающая их абиотическая среда. Биогеоценоз характеризуется относительно самостоятельным обменом веществ и особым типом использования потока солнечной энергии. Биогеоценозами являются: луга, леса, поля, водоемы.
81 Классификация экологических факторов. Формы взаимоотношения между живыми организмами в природе
Экологический фактор – компонент окружающей среды, влияющий на состояние и свойства организма, популяции, природного сообщества и вызывающий приспособительные реакции (адаптации) к нему.
Различают три группы экологических факторов:
абиотические (факторы неорганической или неживой природы). В свою очередь они подразделяются на:
Ø климатические (свет, температура воды и почвы, влажность воздуха и почвы, ветер и т.п.);
Ø эдафические, или почвенно-грунтовые (механический и химический состав почв, их физические свойства и т.д.);
Ø орографические, или топографические (условия рельефа местности, экспозиция, крутизна склона и т.п.):
Ø геологические (землетрясения, смещение дна морей и океанов, извержение вулканов и т.п.) и другие.
Примерами реакций живых организмов на определенные абиотические факторы могут быть так называемые экологические правила:
Правило Бергмана: в пределах вида теплокровные животные с более крупными размерами встречаются в более холодных областях.
Частным случаем из этого правила является правило Аллена: выступающие части тела теплокровных животных (конечности, хвост, уши) тем короче, а тело тем массивнее, чем холоднее климат.
Правило Уоллеса: по мере продвижения с севера на юг наблюдается увеличение видового разнообразия сообществ организмов.
Правило Глогера: виды животных, обитающих в холодных и влажных зонах, имеют более интенсивную пигментацию тела (чаще черную или темно-коричневую), чем обитатели теплых и сухих областей, что позволяет им аккумулировать достаточное количество тепла.
Правило Шелфорда-Парка: на организмы, обитающие в умеренных областях, стимулирующее действие оказывают изменения температуры среды.
Биотические факторы – разнообразные формы влияния на организм со стороны окружающих их существ.
Биотические факторы делятся на:
· фитогенные (обусловленные растениями)
· зоогенные (обусловленные животными).
Классификация биотических взаимодействий:
Взаимополезные (+ +)Симбиоз - сожительство двух организмов разных видов, при котором организмы приносят друг другу пользу. По степени партнерства симбиоз бывает:
Комменсализм- один организм питается за счет другого, не нанося ему вреда. Рак - актиния. Актиния прикрепляется к раковине, защищая его от врагов, и питается остатками пищи.
Мутуализм - оба организма получают пользу, при этом они не могут существовать друг без друга. Лишайник - гриб + водоросль. Гриб защищает водоросль, а водоросль кормит его. В естественных условиях один вид не приведёт к уничтожению другого вида.
Взаимовредные(- -)
Конкуренция - это использование ресурсов (пищи, воды, света, пространства) одним организмом, который тем самым уменьшает доступность этого ресурса для другого организма.
Если численность популяции невелика, то внутривидовая конкуренция выражена слабо и ресурсы имеются в изобилии. При высокой плотности популяции интенсивная внутривидовая конкуренция снижает наличие ресурсов до уровня, сдерживающего дальнейший рост, тем самым регулируется численность популяции.
Межвидовая конкуренция - взаимодействие между популяциями, которое неблагоприятно сказывается на их росте и выживаемости.
Конкуренция бывает:
■ прямая - это внутривидовая конкуренция, связанная с борьбой за место обитания, в частности защита индивидуальных участков у птиц или животных, выражающейся в прямых столкновениях. При недостатке ресурсов возможно поедание животных особей своего вида (волки, рыси, хищные клопы, пауки, крысы, щука, окунь и т.д.).
■ косвенная - между кустарниками и травянистыми растениями в Калифорнии. Тот вид, который обосновался первым, исключает другой тип. Быстро растущие травы с глубокими корнями снижали содержание влаги в почве до уровня непригодного для кустарников. А высокой кустарник затенял травы, не давая им произрастать из-за нехватки света.
ПОЛЕЗНОВРЕДНЫЕ (+ - )Паразитизм - один организм (паразит) живёт за счёт питания тканями или соками другого организма (хозяина), тесно связан в своём жизненном цикле. Паразитов различают по месту обитания:
загрузка...
• находятся на поверхности хозяина (блохи, вши, клещи – животные; тля, мучнистая роса – растения). У паразита имеются специальные приспособления (крючки, присоски и т.п.)
• внутри хозяина (вирусы, бактерии, примитивные грибы – растения; глисты – животные). Высокая плодовитость. Не приводят к гибели хозяина, но угнетают процессы жизнедеятельности.
Хищничество - поедание одного организма (жертвы) другим организмом (хищником). Хищники могут поедать травоядных животных, и также слабых хищников. Хищники обладают широким спектром питания, легко переключаются с одной добычи на другую более доступную. Хищники часто нападают на слабые жертвы. Норка уничтожает больных и старых ондатр, а на взрослых особей не нападает. Поддерживается экологическое равновесие между популяциями жертва-хищник.
Выделяют следующую функциональную классификацию хищников:
– истинные хищники, убивающие свою жертву сразу после нападения на нее и в большинстве случаев поедающие жертву целиком. Это львы, орлы, божьи коровки, киты и многие другие;
– хищники с пастбищным типом питания. Это крупные травоядные млекопитающие – зебры, антилопы, козы, овцы, крупный рогатый скот;
– паразиты – хищники, также поедающие только часть жертвы, но нападающие в течение жизни только на одну особь или на очень малое их количество. Это различные ленточные черви, вирусы, ржавчинные грибы, тли;
– паразитоиды – насекомые, откладывающие яйца либо в тело других насекомых (на ранних стадиях развития последних), либо на его поверхность. Личинки паразитоидов, вылупившиеся из яиц, развиваются внутри или на теле хозяина, который обычно не достиг взрослого состояния. Паразитоид вызывает неизбежную гибель хозяина, так как по мере своего развития личинка паразитоида целиком съедает его.
ПОЛЕЗНОНЕЙТРАЛЬНЫЕ (+ 0)
Комменсализм – взаимоотношения видов, при которых один из партнеров получает пользу, не нанося ущерб другому. При комменсализме выделяют нахлебничество, сотрапезничество, квартирантство.
Нахлебничество – потребление остатков пищи хозяина, например взаимоотношения акул с рыбами-прилипалами.
Сотрапезничество– потребление разных веществ или частей их одного и того же ресурса. Например, взаимоотношения между различными видами почвенных бактерий-сапрофитов, перерабатывающих разные органические вещества из перегнивших растительных остатков, и высшими растениями, которые потребляют образовавшиеся при этом минеральные соли.
Квартирантство – использование одними видами других (их тел или их жилищ) в качестве убежища или жилища. Например, пресноводные рыбы горчаки откладывают икринки в мантийную полость двустворчатых моллюсков (перловиц или беззубок). Развивающиеся икринки надежно защищены раковиной моллюска, но они безразличны для хозяина и не питаются за его счет.
Примером синойкии(квартирантства) служат «сообитатели» нор грызунов, использующие благоприятный для них микроклимат и питающиеся остатками пищи хозяев, их экскрементами, шерстью и так далее. В норах большой песчанки зарегистрировано 212 видов «сожителей», среди них: млекопитающие, птицы, рептилии, амфибии, моллюски, насекомые, клещи, черви и др.Аменсализм (–, 0)
Тип межвидовых взаимоотношений, при котором в совместной среде один вид подавляет существование другого вида, не испытывая противодействия. Пример: светолюбивые травы, растущие под елью, страдают от сильного затемнения, в то время как сами на дерево не влияют.
Нейтрализм(0, 0)
Оба вида независимы и не оказывают друг на друга никакого влияния.
(сойка - рыжий муравей, заяц - дождевой червь)
Следует иметь ввиду, что биотические отношения являются одним из важнейших механизмов формирования видового состава сообществ, пространственного распределения видов, регуляции их численности, имеют значение для процесса эволюции.
3. Антропогенные факторы отражают интенсивное влияние человека (непосредственно) или человеческой деятельности (опосредованно) на окружающую среду и живые организмы. К таким факторам относятся все формы деятельности человека и человеческого общества, которые приводят к изменению природы как среды обитания и других видов и непосредственно сказываются на их жизни. Каждый живой организм испытывает влияние неживой природы, организмов других видов, в том числе человека, и в свою очередь оказывает воздействие на каждую из этих составляющих.
Влияние антропогенных факторов в природе может быть как сознательным, так и случайным, или неосознанным. Человек, распахивая целинные и залежные земли, создает сельскохозяйственные угодья, выводит высокопродуктивные и устойчивые к заболеваниям формы, расселяет одни виды и уничтожает другие. Эти воздействия (сознательные) часто носят отрицательный характер, например необдуманное расселение многих животных, растений, микроорганизмов, хищническое уничтожение целого ряда видов, загрязнение среды и др.
К случайным относятся воздействия, которые происходят в природе под влиянием деятельности человека, но не были заранее предусмотрены и запланированы им: распространение вредителей, паразитов, случайный завоз различных организмов с грузом, непредвиденные последствия, вызванные сознательными действиями в природе, например осушением болот, постройкой плотин, распашкой целины и др.82 Общие закономерности в действии экологических факторов на живые организмы.
Несмотря на разнообразие факторов, в их действии и ответных реакциях организма есть общие закономерности.
1)Закон оптимума: Каждый фактор имеет строго определенные пределы положительного воздействия на живой организм.
Благоприятная сила воздействия фактора называется зоной оптимума. Недостаточное или избыточное действие фактора отрицательно сказывается на жизнедеятельности организма. Чем сильнее отклоняется действие фактора, тем более выражено его угнетающее действие (зона пессимума). Максимально и минимально переносимые значения фактора – критические точки, за пределами которых существование организма становится невозможным. Пределы выносливости вида по отношению к какому-то фактору составляют его экологическую валентность.
Виды различаются между собой значениями экологической валентности и положением зоны оптимума. Примеры: У самки обыкновенного немалярийного комара температурный оптимум для откладки яиц составляет +20. При +15 и +30 происходит подавление процесса откладки яиц, а при +10 и +35 полное прекращение. Для полярных рыб оптимум температуры 0, а пределы выносливости от –2 до +2. У сине-зеленых водорослей, обитающих в гейзерах, температурный оптимум +85, а пределы выносливости от +84 до +86.
Виды, имеющие широкую экологическую валентность, обозначают, добавляя приставку эври- к названию фактора (эвритермные). Виды с узкой экологической валентностью называют с приставкой стено- (стенотермные).Виды, имеющие широкую экологическую валентность по отношению ко многим факторам, называются эврибионтными, а узкую – стенобионтными.2. Правило ограничивающего фактора. В природе на организмы одновременно влияет целый комплекс факторов среды в разных комбинациях и с разной силой. Среди них бывает трудно отделить самые важные от второстепенных, это зависит от силы воздействия каждого.Ограничивающим называют фактор, интенсивность которого в качественном или количественном отношении в данный момент приближается или выходит за пределы критических значений.
Правило ограничивающего фактора: Наиболее значим тот фактор, который больше всего отклоняется от оптимальных для организма значений.
Специфических ограничивающих факторов в природе не существует, поэтому любой из факторов может стать ограничивающим. Их природа различна: абиотические, биотические и антропогенные.
Рассмотрим в качестве ограничивающего фактора температуру. Лимитирующим фактором распространения деревьев бука в Европе является низкая температура января, поэтому северные границы его ареала соответствуют январской изотерме –2оС. Лось в Скандинавии встречается значительно севернее, чем в Сибири, где более низкие зимние температуры. Рифообразующие кораллы обитают только в тропиках при температуре воды не ниже 20°С.
Климатические и почвенные факторы определяют ареал распространения растений и их урожайность. Количество хищников и паразитов ограничивает численность жертв и хозяев. Ареал распространения африканской сонной болезни соответствует распространению ее переносчика – мухи це-це. По отношению к человеку в роли ограничивающего фактора может быть содержание витаминов (С, D), микроэлементов (йод) в продуктах питания.
3. Взаимодействие факторов: Зона оптимума зависит от комбинации факторов, действующих на организм.
Примеры: при оптимальной температуре животные легче переносят недостаток корма. Достаточное количество пищи позволяет животным легче переносить низкие температуру и влажность.
Человеку жару легче переносить при низкой, а не при высокой влажности. Снижение влажности может привести к увеличению экологической валентности вида по отношению к температуре. Человек способен в течение 45 минут без последствий для здоровья переносить температуру +126С, но при очень низкой влажности. Низкая температура хуже переносится людьми в ветреную погоду. Сочетание приема алкоголя и низкой температуры воздуха приводит к быстрому переохлаждению организма, отморожению частей тела. Эта закономерность учитывается в медицине при назначении лекарственных препаратов; например, средства, снижающие повышенное артериальное давление, действуют сильнее, если снижено потребление соли.
4. Неоднозначность действия факторов на различные функции организма: Каждый экологический фактор оказывает неодинаковое влияние на разные функции организма.
При повышении температуры до 40 градусов у холоднокровных животных ящериц усиливается обмен веществ, но в то же время резко угнетается двигательная активность.
5. Ответные реакции организма на действие факторов среды носят индивидуальный, половой и возрастной характер.
Примеры: яйцо аскариды нуждается в кислороде, но на взрослого паразита он действует как яд, что нередко используется для лечения заболевания.
Личинки комаров развиваются в воде, а взрослые особи обитают в воздухе.
Икра лососей может развиваться только при температуре от 0о до +12о, а взрослые особи легко переносят колебания от –2о до +20о.
В медицине при назначении дозы лекарственного препарата всегда учитывается возраст больного. Мужчины имеют более широкую экологическую валентность к алкоголю по сравнению с женщинами, поэтому у женщин быстрее формируется зависимость от этилового спирта.
Индивидуальные особенности организма учитывают при выборе способа лечения, особенно при наличии аллергических реакций на действие лекарственных препаратов. У некоторых детей до 10-12 лет применение аспирина для снижения температуры при гриппе может привести к тяжелому поражению головного мозга.
6. Независимость характера приспособления к факторам окружающей среды: К действию каждого фактора среды организмы приспосабливаются независимо от других факторов.
Виды могут характеризоваться широкой экологической валентностью к какому-нибудь фактору, но узкой к другим. Например, лишайники являются эвритермными организмами, но не переносят даже минимальных концентраций оксида серы в воздухе.
Человек является эврибионтным организмом, но имеет узкую экологическую валентность по отношению к недостатку кислорода
83 Экологические системы: составные части и закономерности их существования.
В структуре экосистемы можно выделить две главные составляющие.
Первая - абиотическое окружение, или экотоп, т.е. весь комплекс факторов неживой природы, из которой биоценоз черпает средства к существованию и куда выделяет продукты обмена. Экотоп состоит из совокупности климатических, атмосферных, почвенно-грунтовых и водных факторов.
Вторая составляющая экосистемы – биоценоз, который включает сообщества растений – фитоценоз, животных – зооценоз, грибов – микоценоз, микроорганизмов – микробоценоз.Функциональная структура экосистемы:Абиотические факторы среды.
2.Продуценты – автотрофные организмы (растения, фото- и хемосинтезирующие бактерии).
3. Консументы – гетеротрофные организмы (животные).
4. Редуценты –доводят распад использованной или отмершей биомассы до простых неорганических веществ (воды, углекислого газа, аммиака), пригодных для нового усвоения гетеротрофными организмами.
Таким образом, продуценты, консументы и редуценты объединены переносом энергии и веществ и представляют определенные трофические уровни в биогеоценозе.
Представители разных трофических уровней связаны между собой односторонне направленной передачей биомассы в цепи питания.
Закономерности существования экологических систем:
Круговорот веществ. Он предполагает прохождение одних и тех же химических элементов по цепям питания и возвращение в экотоп: абиотические факторы ->биомасса растений->тело травоядного животного->тело хищника-> минерализация останков->абиотические факторы.
2. Односторонний поток энергии. В отличие от химических элементов, круговорот энергии в экосистемах не происходит. Её поток однонаправлен. При переходе от одного трофического уровня к другому аккумулируется лишь около 10% поступившей энергии на построение вещества своего тела. Основная часть потребляемой с пищей энергии идет на поддержание процессов жизнедеятельности – испарение, дыхание, движение, то есть теряется. В экологических системах действует правило экологической пирамиды – каждое последующее звено в цепи питания содержит вещества и энергии в десять раз меньше, чем предыдущее звено. Потеря энергии на каждом трофическом уровне означает, что на высших трофических уровнях количество ее невелико, поэтому пищевые цепи состоят обычно не более чем из 4-5 трофических уровней. Графическим изображением данного правила служат экологические пирамиды. Экологическая пирамида – это графическое изображение соотношения между продуцентами и консументами разных порядков, выраженное в единицах энергии (заключенной в массе живого вещества) – пирамида энергий, в единицах биомассы (пирамида биомасс) или числа особей (пирамида чисел).
Биомасса, создаваемая за единицу времени продуцентами, составляет первичную продукцию, а консументами – вторичную продукцию.
3. Экологический гомеостаз. Экосистемы способны к поддержанию гомеостаза – относительного постоянства числа видов и численности популяций этих видов в биоценозе по принципу действия отрицательной обратной связи. Колебания растительной биомассы сопряжены с численностью травоядных, от которых зависит количество хищников. Саморегуляция биогеоценоза связана с поддержанием определенной численности организмов в популяциях на всех трофических уровнях пищевых цепей.
Пример: увеличение количества шишекувеличение числа белок увеличение числа куниц уменьшение числа белок уменьшение числа куниц увеличение числа белок и т.д.
4. Экологическая сукцессия. Экосистемы не являются стабильными образованиями. Любой биогеоценоз представляет собой открытую систему, непрерывно изменяющуюся и развивающуюся.
Сукцессия – закономерное изменение биогеоценоза во времени, возникающее, во-первых, за счет изменения организмами биогеоценоза среды обитания и общего количества органического вещества и, во-вторых, как результат сложных взаимодействий внутри биоценоза. Возможны сукцессии двух типов: конструктивные, в течение которых в экотопе постепенно накапливается до определенного предела биомасса, и деструктивные, при которых постепенно разрушается накопленная ранее биомасса, превращаясь в неорганические соединения. Конструктивные сукцессии могут быть первичными и вторичными. Первичные сукцессии заключаются в формировании нового биогеоценоза на первично свободном субстрате (скалы, песчаные наносы, вулканическая лава), а вторичные сукцессии восстанавливают повреждения (естественные или нанесенные человеком) на месте ранее существовавших сообществ (последствия бури, пожара, вырубки леса, выпаса скота). Конструктивные сукцессии биоценозов заканчиваются формированием климаксного сообщества, характеризующегося длительной устойчивостью, большим видовым разнообразием. Каким будет конечный результат развития экосистем, прежде всего зависит от климатических, почвенно-водных и топографических условий. Например: в средней полосе России коренным биогеоценозом является лес; на севере – тундра; на юге – степь.
84 Экология человека. Биологический и социальный аспекты адаптации человека к условиям жизнидеятельнсти
Экология человека (или социальная экология) - это область экологии, изучающая взаимодействие человеческого общества и окружающей среды. Она выделилась (сформировалась) в 70-е гг. XX века как самостоятельный раздел общей экологии, главной особенностью которого является междисциплинарный характер, т.к. в нём обобщены социологические, философские, географические, естественно-научные и медико-биологические проблемы.
Экология человека изучает закономерности возникновения, существования и развития антропоэкологических систем. Размеры таких систем различны в зависимости от численности и характера организации человеческих популяций. Это могут быть изоляты, демы, нации, наднациональные ассоциации (различающиеся по способу производства, укладу жизни) и, наконец, человечество в целом.
Большое значение в определении размера антропоэкологической системы имеют природные условия: наиболее многочисленные современные популяции, объединяющие более 80% человечества, обитают на 44% суши в области тропических лесов и саванн. В засушливых зонах (18% суши) обитает лишь 4% населения.
Главная отличительная черта антропоэкологических систем -наличие в их составе человеческих сообществ, которым в развитии всей системы принадлежит доминирующая роль. Сообщества людей различаются по способу производства материальных ценностей и структуре социально-экономических отношений. Активностью сообществ людей на занимаемой территории определяется уровень воздействия их на окружающую среду. Развивающиеся сообщества (например, в период индустриализации) характеризуются ростом численности населения и увеличением потребностей его в продуктах питания, сырье, водных ресурсах, размещении отходов. В таких сообществах увеличена нагрузка на природную среду, интенсифицировано использование биотических и абиотических факторов.
В антропоэкологических системах процессы осуществляются в двух главных направлениях: 1) изменяются биологические и социальные показатели индивидуумов и сообщества в целом как ответ на требования, предъявляемые человеку средой; 2) осуществляется перестройка самой среды для удовлетворения требований человека. В истории человечества усиливалась роль второго направления.
Адаптации человека к условиям обитания имеют частично экологическую, но главным образом социальную природу. Адаптации формируются по отношению к факторам как природной, так и искусственной среды, поэтому они носят не только экологический, но и социально-экономический характер. Экологические и социально-экономические адаптации дополняются психологическими адоптациями, поскольку каждый человек индивидуален.
Индивидуальные и групповые адаптации человека, в отличие от биологических адаптации растений и животных, обеспечивают наряду с выживанием и воспроизведением потомства выполнение им социальных функций, важнейшей из которых является общественно - полезный труд. Индивидуальные и групповые адаптации человека включают оптимизацию условий жизни и производственной деятельности (устройство жилищ и других помещений, конструкцию одежды, организацию питания и водоснабжения, рациональный режим труда и отдыха, сознательную тренировку организма и др.).
Хотя в основе адаптации человека лежат социально-экономические механизмы, важная роль принадлежит также естественным приспособительным и защитным механизмам, которые составляют биологическое наследство человека. Хорошо иллюстрируется роль естественных механизмов при переходе человека в экстремальные условия местообитаний (высокогорье; Арктика с её суровым климатом, необычными атмосферными явлениями и пониженным содержанием микроорганизмов в почвах и воздухе, специфической сменой дня и ночи). Как правило, люди, привыкшие жить в умеренных широтах, при перемещении в Заполярье болезненно реагируют на перемены, испытывают болезненные ощущения и длительно могут находиться в ухудшившемся состоянии (повышается артериальное давление, учащается пульс, падает работоспособность, снижается до 3000-3500 в 1 мм3 количество лейкоцитов). По прошествии определённого времени функциональные показатели возвращаются к нормальному уровню, восстанавливается работоспособность, оперативная память, защитные механизмы организма. Происходит акклиматизация человека к новым условиям обитания, основным критерием которой является восстановление высокого уровня трудоспособности. В основе акклиматизации лежат естественные приспособительные механизмы организма человека.
Продолжительное проживание групп людей на территориях, различающихся климатическими, алиментарными и другими экологическими факторами, привело к образованию воспроизводящихся в ряду поколений признаков и их комплексов. В результате возникли экологические типы людей, обладающие более высоким уровнем приспособленности (за счёт естественных адаптационных механизмов) к проживанию в конкретной биогеографической среде.
Однако перед человечеством стоит серьёзная задача более глубокого освоения мало - или совсем незаселённых территорий, которые составляют 71% поверхности Земли (пустыни, полупустыни, высокогорные, полярные, тропические районы, дно морей и океанов). Кроме того, человек в результате своей хозяйственной деятельности сам создаёт экстремальные условия среды, к которым ему необходимо адаптироваться. Это также одна из серьёзных медико-биологических проблем экологии человека.
Адаптации человека к факторам окружающей среды носят опосредованный характер. Действие экологических факторов всегда опосредовано результатами производственной деятельности людей. В процессе труда человек своей собственной деятельностью опосредует, регулирует и контролирует обмен веществ между своим организмом и природой. К тому же естественные экосистемы в настоящее время всё больше вытесняются антропогенными экосистемами, в которых человек является абсолютно доминирующим экологическим фактором.
85 Человек как творческий экологический фактор. Основные направления и результаты антропогенных изменений в окружающей среде. Натуроценозы, агроценозы,урбаноценозы(экологическая и медицинская характеристика)
Человек стал оказывать влияние окружающую его природную среду с тех пор, как перешел от собирательства к охоте и земледелию. Результатом охоты явилось исчезновение ряда видов крупных млекопитающих и птиц. Многие виды стали редкими и находятся на гране исчезновения. Развитие земледелия приводило к освоению все новых территорий для выращивания культурных растений. Леса и другие естественные биоценозы замещались агроценозами – бедными по видовому составу плантациями с/х культур. Большое значение имеет воздействие на природу, связанные с развитием промышленности, сопровождающиеся изменением ландшафта вследствие добычи полезных ископаемых и поступлением в окружающую среду загрязняющих веществ. Загрязнение – это привнесение в какую- либо среду новых, не характерных для нее веществ или превышение естественного уровня этих веществ в окружающей среде. Это влияние на атмосферу, гидросферу, почву, а также радиоактивное загрязнение биосферы.
загрузка...
Разработана система природоохранных мероприятий:
1) Создание охраняемых территорий (заповедники, национальные парки).
2) Разработка систем наблюдения – мониторинга, позволяющих осуществлять контроль над состоянием окружающей среды, источниками загрязнения, делать прогнозы.
3) Принятие законов, обеспечивающих правовую основу природоохранных мероприятий.
4) Разработка методов разведения редких и исчезающих видов животных и растений и их переселение на охраняемые территории.
Натурценозы характеризуются большим разнообразием диких видов растений и животных. Они соответствуют различным ландшафтным зонам: тундре, лесотундре, тайге, смешанным и широколиственным лесам, степям, пустыням, субтропикам и тропикам.
Экологическая характеристика:
Большое разнообразие видового состава растений и животных.
Экологический гомеостаз поддерживается за счет саморегуляции.
Естественный круговорот веществ и использование солнечной энергии.
Медико-биологическая характеристика:
В натурценозы люди попадают при изучении природных условий, ресурсов, инженерно-геологической обстановки в осваиваемом районе. На этом этапе освоения природы люди подвергаются опасности заражения природно-очаговыми заболеваниями, страдают от нападения гнуса, клещей и неблагоприятных погодных условий, что приводит к возникновению болезней органов дыхания, адаптационных синдромов со стороны сердечно-сосудистой системы, неврозов, увеличению травматизма.
Примеры: смена лесного ландшафта на луго-полевой в средней полосе России привела к изменению состава мышевидных грызунов и появлению новых природных очагов туляремии
Агроценозы. Под влиянием сельскохозяйственного производства возникают искусственные экологические системы – агроценозы (поля, сенокосы, пастбища, сады, парки, лесные посадки).
Экологическая характеристика:
Число видов животных и растений ограничено, но их численность порой огромна. Обычно это всего лишь несколько сельскохозяйственных культур, сорняки и вредители сельскохозяйственных растений, небольшое число видов домашних животных. Они находятся под контролем искусственного отбора.
В отличие от природных биогеоценозов, искусственные экологические системы для нормального функционирования нуждаются в том, чтобы человек сам поддерживал их гомеостаз, т.е. управлял ими (уничтожение вредных и охрана полезных видов).
Круговорот веществ искажен, т.к. человек изымает те или иные вещества, вносит удобрения.
Для сохранения агроценозов нужны затраты дополнительной энергии: техника и физическая сила.
Медико-биологическая характеристика:
В агроценозах прогрессивно увеличиваются потери сельскохозяйственных угодий в связи с вымыванием плодородного гумусного слоя, ветровой эрозией почв, ростом протяженности оврагов, подвижных песков. Почва насыщается ядохимикатами и минеральными удобрениями, водоемы загрязняются хозяйственно-бытовыми сточными водами.
В агроценозах могут создаваться благоприятные условия для циркуляции возбудителей инфекционных и паразитарных заболеваний (аскаридоз, трихоцефалез).
Урбаноценозы – антропоэкосистемы городов и поселков.
Экологическая характеристика:
Бедность видового состава фауны и флоры.
Большие скопления людей.
Преобладание синантропных видов животных.
Незамкнутый круговорот веществ, в который вовлекаются металлы, пластмассы, не разрушаемые природными редуцентами.
Искусственное поддержание гомеостаза, который направлен на сохранение популяции людей.
Использование дополнительных источников энергии.
Медико-биологическая характеристика:
При строительстве городов наблюдается полное или частичное разрушение экологических систем на месте строительства города, изменяется геологическая среда: исчезает естественный микрорельеф, происходит изменение состояния и свойств горных пород, изменяется уровень грунтовых вод, наблюдается безвозвратный забор воды и кислорода, создаются техногенные отложения.
Изменяется климат: в городах снижается интенсивность солнечной радиации, повышается среднегодовая температура на 1-2, появляется амплитуда температур – в центре города температура выше на 2-8, чем на периферии, увеличивается количество туманов, осадков, значительно изменяется ветровой режим.
Изменяется воздушная среда: химический состав атмосферного воздуха, его оптические свойства, тепловые характеристики. Загрязнения воздуха связаны с выбросами газообразных веществ и твердых пылевых частиц. Запыленность и задымленность воздуха в городах снижают количество ультрафиолетовых лучей, доходящих до земной поверхности, зимой на 30%. Длительность солнечного освещения сокращается на 5-15%. Климатические изменения в сочетании с загрязнением атмосферного воздуха приводят к образованию над городами смога, в состав которого входят окись углерода, окись азота, окислы серы и многие другие опасные для людей соединения. У попавших под смог людей развиваются заболевания органов дыхания. Увеличивается количество микроорганизмов в воздухе (в 200 раз по сравнению с сельской местностью), возрастает заболеваемость людей инфекционными болезнями.
86
Неееееееееееееееееееееееет (но может это…)
Люди являются космополитами и приспосабливаются к различным условиям среды. Адаптации могут быть неспецифическими и специфическими. Неспецифические адаптации проявляются в общем повышении иммунных свойств и усилении устойчивости к неблагоприятным условиям. Специфические направлены на адаптацию к определенным климатическим условиям среды. Поэтому на популяционно-видовом уровне формируются адаптивные типы людей.
Под адаптивным типом понимают комплекс морфофизиологических, биохимических и иммунологических признаков и реакций, конвергентно возникающих в различных популяциях, находящихся в сходных условиях обитания.
Эти признаки не зависят от расовой и этнической принадлежности. К примеру, на Севере живут представители европеоидной и монголоидной рас, которые имеют одинаковый арктический адаптивный тип. Расы сформировались на заре человечества, а адаптивные типы сопровождают всю историю развития человека.
Выделяют пять основных адаптивных типов.
Арктический.
Тропический.
Зоны умеренного климата.
Высокогорный.
Пустынный.
Арктический адаптивный тип характеризуется комплексом приспособлений людей к низкой температуре, высокой влажности, кислородной недостаточности, питанию преимущественно животной пищей и малой микробной загрязненности воздуха.
Морфофизиологические признаки: увеличение массы тела (лучшее сбережение тепла), хорошее развитие подкожно-жировой клетчатки (теплоизоляция), низкий рост, уменьшение длины ног в сравнении с длиной тела, большой объем грудной клетки, усиленный газообмен. Хорошо развит красный костный мозг.
Биохимические признаки: повышенное содержание гемоглобина и эритроцитов в крови, усиление энергетического обмена, высокое содержание холестерина в сыворотке крови, усиленная минерализация костей скелета.
Иммунологические признаки: снижение содержания лейкоцитов крови.
Пустынный адаптивный тип обеспечивает приспособление людей к высокой температуре воздуха (до 50С) в течение 4-5 месяцев, недостатку воды, интенсивной солнечной радиации.
Морфофизиологические признаки: астенический тип телосложения (высокий рост, узкая грудная клетка, длинные конечности, слабое развитие подкожно-жировой клетчатки), относительное увеличение количества потовых желез на 1 см2 кожи, усиление потоотделения с кожи шеи, лица, рук. Понижен обмен веществ, уменьшается потребность в белках и жирах, основу рациона составляют углеводы, расход воды экономичный (коренные жители потребляют 1-2,5 л, а приезжие в первые дни до 4 л).
Биохимические признаки: в плазме крови понижается содержание аскорбиновой кислоты и других водорастворимых витаминов. В связи с этим суточное потребление витаминов должно быть увеличено.
Тропический адаптивный тип формировался под влиянием следующих экологических факторов: повышенная температура и высокая влажность воздуха, сглаженность сезонных изменений абиотических факторов. Растительный покров тропиков разнообразен – от фитоценозов влажных лесов до обширных равнин с редколесьем. Видовой состав животных также разнообразен. В окружающей человека среде содержится большое количество патогенных микроорганизмов, цист простейших и яиц гельминтов. В рационе коренного населения относительно низкое содержание животного белка.
Морфофизиологические признаки людей очень вариабельны. Здесь встречаются и самые высокорослые, и самые низкорослые люди. У всех удлиненная форма тела, сниженная мышечная масса, уменьшенная окружность грудной клетки, увеличенное количество потовых желез на 1 см2 кожи.
Биохимические признаки: низкие показатели основного обмена и синтеза жиров, сниженная концентрация холестерина в крови.
Иммунологические признаки: повышение содержания лейкоцитов в крови.
Адаптивный тип умеренного пояса формировался в зоне умеренного климата, которая характеризуется наличием районов, различающихся по количеству тепла и влаги (от степных районов до таёжных). Температура и влажность не достигают экстремальных величин, сезонность биоклиматических условий хорошо выражена. Животный мир отличается богатством видов.
Морфологические характеристики и интенсивность обмена веществ у жителей умеренного пояса занимают промежуточное положение между тропическим и арктическим адаптивными типами.
Высокогорный адаптивный тип формировался в условиях пониженной температуры, низкого атмосферного давления, гипоксии (снижения парциального давления кислорода), характерных для высокогорья.
Морфофизиологические признаки: респираторный тип телосложения с широкими плечами и широкой грудной клеткой, небольшим втянутым животом, узким тазом, длинными конечностями и ромбовидным лицом. Жизненная емкость легких увеличена, легочная вентиляция усилена.
Биохимические признаки: повышение содержания гемоглобина и эритроцитов в крови (до 8 млн. в кубическом мм), высокая активность окислительных ферментов, благодаря чему наблюдается быстрое связывание кислорода гемоглобином, повышение содержания миоглобина в мышцах. У некоторых жителей высокогорья наблюдается гипофункция щитовидной железы, что обеспечивает снижение основного обмена.
Последовательность появления адаптивных типов
Первым сформировался тропический адаптивный тип (прародина человечества – Африка), затем по мере расселения людей по планете – адаптивный тип умеренного пояса и высокогорный, а последними появляются арктический и пустынный (80000-12000 лет назад). Адаптивные типы человека не являются узко специализированными, они благоприятствуют существованию людей в определенных климатических зонах.
Медицинское значение адаптивных типов
Врач должен учитывать морфофизиологические и биохимические особенности адаптивных типов, чтобы не принять их за отклонения от нормы.
Представители различных адаптивных типов могут иметь неодинаковую предрасположенность к различным заболеваниям.
Следует учитывать адаптивный тип при снаряжении экспедиций в Арктику, пустынные и высокогорные районы.
87
Биосфера – часть оболочек Земли (атмосферы, гидросферы и литосферы), заселенная и активно преобразуемая живыми организмами, деятельность которых объединяет все оболочки Земли в единую целостную систему, связанную обменом веществ и преобразованием энергии.
Границы биосферы
В литосфере живые организмы проникают на глубину 4-5 км, распространению организмов вглубь литосферы препятствует высокая температура земных недр, превышающая 100С.
В гидросфере они заселяют всю ее толщу, в некоторых местах проникая на глубину свыше 11 км.
В атмосфере живые организмы (споры бактерий и плесневых грибов) встречаются в нижней её части, называемой тропосферой, на высоте 15-22 км, выше которой располагается озоновый экран. Дальнейшему их распространению препятствует губительное для всего живого ультрафиолетовое излучение.
Состав биосферы
По В.И.Вернадскому, вещество биосферы состоит из семи разнообразных, но геологически взаимосвязанных частей.
Живое вещество – совокупность всех живых организмов, населяющих нашу планету.
Косное вещество – в образовании которог о живые организмы не принимали участия. Косное вещество появляется в биосфере в результате тектонической деятельности (образование горных пород магматического происхождения, газообразные и твердые вещества, выделяющиеся при извержении вулканов и т.д.).
Биогенное вещество – образующееся в результате жизнедеятельности организмов (твердые: каменный уголь и породы осадочного происхождения – известняки, ракушечник, мел; жидкие – нефть; газообразные: природный газ – метан, кислород атмосферы и др.).Биокосное вещество – особое природное тело – почва, представляющая собой результат совместной деятельности живых организмов, а также физико-химических и геологических процессов, протекающих в неживой природе.
В состав биосферы также входят радиоактивное вещество, рассеянные атомы и вещества космического происхождения.
Все живые организмы в совокупности образуют биомассу планеты, которая составляет около 0,01% массы земной коры. Однако, несмотря на незначительную общую массу, роль живых организмов в биосфере огромна.
Функции живого вещества в биосфере
Газовая функция обусловливает миграцию газов и их превращения, обеспечивает газовый состав биосферы. Преобладающая масса газов на Земле имеет биогенное происхождение. В процессе функционирования живого вещества появляются основные газы: кислород, азот, углекислый газ, сероводород, метан и др.
Кислород выделяется растениями, используется для дыхания животными, а образующийся углекислый газ вновь принимает участие в процессах фотосинтеза. Весь запас кислорода современной атмосферы растения могут воспроизвести за 10000 лет.
Атмосферный азот усваивается азотфиксирующими бактериями, включается в цепи питания, а после расщепления белков и нуклеиновых кислот может вновь возвращаться в окружающую среду.
Концентрационная функция проявляется в извлечении и накоплении живыми организмами биогенных элементов из окружающей среды. Состав живого вещества существенно отличается от состава косного вещества планеты. В нем преобладают атомы водорода, углерода, азота, кислорода, натрия, магния, алюминия, кремния, серы, хлора, калия, кальция. Концентрация этих элементов в теле живых организмов в сотни и тысячи раз выше, чем во внешней среде.
Кишечнополостные накапливают кальций, морские водоросли и губки – йод, лютики – литий, ряска – радий, моллюски – медь, асцидии – ванадий.Наиболее активными концентраторами являются микроорганизмы. Концентрация железа в железобактериях в 65000 раз выше, чем в окружающей среде, а марганца в 1200000 раз. После гибели организмов могут образовываться залежи элементов.
Однако морские организмы могут накапливать не только полезные для человека микроэлементы, но даже радионуклиды и тяжелые металлы, что может привести к тяжелым отравлениям при употреблении их в пищу.
Окислительно-восстановительная функция заключается в химическом превращении веществ, содержащих элементы с переменной валентностью (соединения железа, марганца, серы, азота и др.). В организмах происходит окисление и восстановление большинства химических соединений.
Существуют бактерии окислители и восстановители. Благодаря данной функции появляются залежи руд.
Энергетическая функция обеспечивает преобразование солнечной энергии в энергию химических соединений. Часть её откладывается в виде запаса органических веществ (торф, каменный уголь) на длительный срок.
Деструктивная функция обусловливает процессы, связанные с разложением организмов после их смерти, вследствие которых происходит минерализация органического вещества, т. е. превращение живого вещества в косное. Эти процессы осуществляют редуценты. В результате образуются биогенное и биокосное вещества биосферы, а также происходит химическое разложение горных пород, вовлечение минералов в биотический круговорот.
Средообразующая функция заключается в преобразовании (трансформации) физико-химических параметров среды в условия, благоприятные для существования организмов. Организмы преобразовали газовый состав первичной атмосферы, изменили химический состав вод первичного океана, образовался слой осадочных пород в литосфере, на поверхности суши возник плодородный почвенный слой.
88 эволюция биосферы
Биосфера появилась с зарождением первых живых организмов примерно 3,5 млрд. лет назад. В ходе развития жизни она изменялась. Этапы эволюции биосферы можно выделить с учетом характеристики типа экосистем.
Возникновение и развитие жизни в воде. Этап связан с существованием водных экосистем. Кислород в атмосфере отсутствовал.
Выход живых организмов на сушу, освоение наземно-воздушной среды и почвы и появление наземных экосистем. Это стало возможно благодаря появлению кислорода в атмосфере и озонового экрана. Произошло 2,5 млрд. лет назад.
Появление человека, превращение его в биосоциальное существо и возникновение антропоэкосистем произошло 1 млн. лет назад.
Переход биосферы под влиянием разумной деятельности человека в новое качественное состояние – в ноосферу.
ноосфера
Высшим этапом развития биосферы является ноосфера – этап разумного регулирования взаимоотношений между человеком и природой. Этот термин ввел в 1927 году французский философ Э. Леруа. Он считал, что ноосфера включает человеческое общество с его индустрией, языком и прочими атрибутами разумной деятельности. В 30-40-х гг. ХХ века В.И. Вернадский развил материалистические представления о ноосфере. Он считал, что ноосфера возникает в результате взаимодействия биосферы и общества, управляется за счет тесной взаимосвязи законов природы, мышления и социально-экономических законов общества, и подчеркивал, что
Ноосфера (сфера разума) – стадия развития биосферы, когда разумная деятельность людей станет главным, определяющим фактором ее устойчивого развития.
Ноосфера – новая, высшая стадия биосферы, связанная с возникновением и развитием в ней человечества, которое, познавая законы природы и совершенствуя технику, становится крупнейшей силой, сопоставимой по масштабам с геологическими, и начинает оказывать определяющее влияние на ход процессов на Земле, глубоко изменяя ее своим трудом. Становление и развитие человечества выразилось в возникновении новых форм обмена веществом и энергией между обществом и природой, во все возрастающем воздействии человека на биосферу. Ноосфера наступит тогда, когда человечество с помощью науки сможет осмысленно управлять природными и социальными процессами. Поэтому нельзя ноосферу считать особой оболочкой Земли.
89
Биосфера для человека является и средой обитания, и источником природных ресурсов.
Природные ресурсы – природные объекты и явления, которые человек использует в процессе труда. Они обеспечивают человеку пищу, одежду, жилище. По степени истощения они делятся на исчерпаемые и неисчерпаемые. Исчерпаемые ресурсы подразделяются на возобновимые и невозобновимые. К невозобновимым относят те ресурсы, которые не возрождаются (или возобновляются в сотни раз медленнее, чем расходуются): нефть, каменный уголь, металлические руды и большинство полезных ископаемых. Возобновимые природные ресурсы – почва, растительный и животный мир, минеральное сырьё (поваренная соль).
Неисчерпаемые ресурсы включают водные, климатические (атмосферный воздух и энергия ветра) и космические: солнечная радиация, энергия морских приливов и отливов.
Все виды деятельности человека в биосфере можно объединить в четыре формы.
Изменение структуры земной поверхности (распашка земель, осушение водоемов, вырубка лесов, строительство каналов). Человечество становится мощной геологической силой. Человек использует 75% суши, 15% речных вод, каждую минуту вырубается 20 га лесов.
Геолого-геоморфологические изменения – интенсификация процессов образования оврагов, появление и учащение селей и оползней.
Комплексные (ландшафтные) изменения – нарушение целостности и естественной структуры ландшафтов, уникальности памятников природы, потеря продуктивных земель, опустынивание.
Изменение состава биосферы, круговорота и баланса составляющих ее веществ.
Атмосферные изменения связаны с загрязнением атмосферы: химическим (смоги, кислотные дожди), механическим (пыль), тепловым (парниковый эффект), разрушением озонового экрана.Ежегодно выбрасывается в атмосферу около 20 млрд. тонн углекислого газа, 200 млн. тонн окиси углерода, 53 млн. тонн оксида азота, 250 млн. тонн пыли, 120 млн. тонн золы.
Водные изменения. Идет истощение вод суши. Потребление воды крупными городами составляет более 600000 тонн в сутки. Для выращивания сельскохозяйственных растений также требуется огромное количество воды (для получения 1 тонны хлопка – 10 тонн воды). Ежегодный расход пресной воды составляет 3000 км3, или 0,01% всего запаса пресной воды планеты. Поверхностные и подземные воды загрязнены, 70% чистой воды находится в ледниках и является недоступной для использования.
Прибрежные и поверхностные воды Мирового океана загрязнены нефтепродуктами, ядохимикатами, тяжелыми металлами и твёрдыми отбросами. В моря и океаны ежегодно попадает 12-15 млн. тонн нефти (самым грязным из морей является Средиземное море).
Почвенные изменения связаны с водной и ветровой эрозией почв, снижением их плодородия, загрязнением, заболачиванием, иссушением пригодных для хозяйственного использования земель.
Из земных недр происходит изъятие полезных ископаемых. При строительстве горных работах ежегодно перемещается 4000 км3 горных пород и извлекается 100 млрд. тонн руды.
Изменение энергетического и теплового баланса биосферы.
Человечеством ежегодно сжигается около 100 млрд. тонн условного топлива, в начале XXI века количество сжигаемого топлива возрастет в два раза, что приведет к изменению теплового баланса биосферы.
Изменение флоры и фауны планеты.
хозяйственная деятельность человека ведет к значительным негативным последствиям:
нарушается целостность растительного покрова,
вырубаются леса,
ухудшается состояние пастбищ,
снижается биоразнообразие организмов,
обедняется генофонд популяций (вследствие массового сбора дикорастущих растений, охотничьего и рыбного промысла),
аккумулируются вредные вещества растениями и животными.
При нерациональном рыболовстве и охоте истребляются ценные виды животных. В результате многие из них стали редкими. Подсчитано, что с 1600 г. человеком уничтожено 162 вида птиц (381 вид на грани исчезновения) и около 100 видов млекопитающих (255 на грани вымирания), несмотря на то, что часть этих видов находилась в условиях заповедников. За последние 300 лет биомасса планеты уменьшилась на 25%.
Вместе с тем, человек оказывает и конструктивное, положительное влияние на биосферу.
Создаются культурные антропогенные комплексы: сельско-хозяйственные, водохозяйственные и садово-парковые.
Проводятся мероприятия по повышению продуктивности природных систем: лесо-, луго- и охотохозяйственные работы.
Человек выращивает культурные растения и разводит домашних животных, постоянно увеличивает их численность, урожайность и продуктивность.
С деятельностью человека связано выведение новых высокопродуктивных пород животных, сортов растений и штаммов микроорганизмов.
В морях и Мировом океане осуществляется искусственное разведение рыбы.
Ведутся работы по акклиматизации и разведению видов на новых территориях.
Человек проводит оздоровительные мероприятия в очагах природно-очаговых заболеваний, уничтожает переносчиков, контролирует численность зараженных животных.
90
Биосфера — оболочка Земли, заселённая живыми организмами и преобразованная ими. Биосфера начала формироваться не позднее, чем 3,8 млрд лет назад, когда на нашей планете стали зарождаться первые организмы. Она проникает во всю гидросферу, верхнюю часть литосферы и нижнюю часть атмосферы, то есть населяетэкосферу. Биосфера представляет собой совокупность всех живых организмов. В ней обитает более 3 000 000 видов растений, животных, грибов и бактерий. Человек тоже является частью биосферы, его деятельность превосходит многие природные процессы и, как сказал В. И. Вернадский: «Человек становится могучей геологической силой».
В настоящее время человек извлекает из биосферы сырье в значительном и все возрастающем количестве, а современные промышленность и сельское хозяйство производят или применяют вещества, не только не используемые другими видами организмов, но нередко и ядовитые. В результате этого биотический круговоротстановится незамкнутым. Вода, атмосфера, почвы загрязняются отходами производства, вырубаются леса, истребляются дикие животные, разрушаются природные биогеоценозы. Нежелательные последствия неконтролируемой человеческой деятельности осознавали естествоиспытатели уже в конце XVIII — начале XIX в. (Ж.-Л.-Л. Бюффон; Ж.-Б. Ламарк). В настоящее время человечество стоит перед возможностью экологического кризиса, т. е. такого состояния среды обитания, которое вследствие произошедших в ней изменений оказывается непригодным для жизни людей. Ожидаемый кризис по своему происхождению является антропогенным, так как. к нему ведут изменения в природе Земли, развивающиеся в связи с воздействием на нее человека. По своим последствиям воздействия человеческого общества на среду обитания могут быть положительными и отрицательными. Последние особо привлекают к себе внимание. Основные пути воздействия людей на природу заключаются в расходовании естественных богатств в виде минерального сырья, почв, водных ресурсов; загрязнении среды, истреблении видов, разрушении биогеоценозов. Естественные богатства планеты делятся на невосполняемые и восполняемые. К первым, например, относят полезные ископаемые, запасы которых ограничены. Уничтожение лесов прежде всего резко нарушает водный режим планеты. Считая с 1600 г., человеком было истреблено более 160 видов и подвидов птиц и около 100 видов млекопитающих. В настоящее время около 600 видов позвоночных животных находятся на грани полного истребления.
Положительное влияние человека выражается в выведении новых пород домашних животных и сортов сельскохозяйственных растений, создании культурных биогеоценозов, а также в разработке новых штаммов полезных микроорганизмов как основы микробиологической промышленности, развитии прудового рыбного хозяйства, интродукции полезных видов в новых условиях обитания.
Эволюция органического мира прошла несколько этапов. Первый из них — возникновение первичной биосферы с биотическим круговоротом, второй — усложнение структуры биотического компонента биосферы в результате появления многоклеточных организмов. Эти два этапа, осуществлявшиеся в связи с чисто биологическими закономерностями жизнедеятельности и развития, могут быть объединены в период биогенеза. Третий этап связан с возникновением человеческого общества. Разумная по своим намерениям деятельность людей в масштабе биосферы способствует превращению последней в ноосферу. На рассматриваемом этапе эволюция происходит под определяющим воздействием человеческого 329 сознания в процессе производственной (трудовой) деятельности людей, что свойственно периоду ноогенеза. Понятие «ноосфера» было введено в науку французским философом Э. Леруа (1927). Ноосферой Леруа назвал оболочку Земли, включающую человеческое общество с его языком, индустрией, культурой и прочими атрибутами разумной деятельности. Науку управления взаимоотношениями между человеческим обществом и природой можно назвать ноогеникой. Основная цель ноогеники — планирование настоящего во имя будущего, а ее главная задача — исправление нарушений в отношениях человека и природы, вызванных прогрессом техники.
91
Межгосударственное сотрудничество в области изучения и охраны биосферы. Оценка результатов активного воздействия человека на биосферу и охрана природы становятся первоочередными задачами его деятельности в сфере международной политики и экономики. Только при участии народов всех стран мира можно решить такие тесно взаимосвязанные проблемы, как спасение мира от ядерной катастрофы, борьба с голодом, ликвидация опасных заболеваний, освоение космоса и Мирового океана, преодоление энергетического кризиса, комплексное изучение и рациональное использование природных ресурсов. Для охраны биосферы, как и для сохранения мира, требуются усилия всех государств и народов.
Система международных отношений в области изучения и охраны биосферы определяется двусторонним и многосторонним сотрудничеством стран, деятельностью различных международных организаций, число которых непрерывно растет.
В 1948 г. был организован Международный союз защиты природы (в 1956 г. получивший название Международный союз охраны природы и природных ресурсов — МСОП). Создание такого союза способствовало тому, что международное сотрудничество по изучению и охране биосферы и, в частности, по природоохранительному просвещению стало приобретать конкретные формы и содержание.
По инициативе различных организаций ООН была разработана Всемирная стратегия охраны природы. Принята она была в октябре 1978 г. в Ашхабаде на XIV Генеральной ассамблее МСОП, а в 1991 г. в Москве одобрена новая Всемирная стратегия охраны природы, получившая название «Забота о Земле — стратегия устойчивого существования».
В новой Всемирной стратегии охраны природы разработаны и четко сформулированы принципы «устойчивого существования»: уважать и заботиться о всем сущем на Земле; повышать качество жизни; сохранять жизнеспособность и разнообразие экосистем; предотвратить истощение невозобновляемых ресурсов; развиваться в пределах потенциальных возможностей экосистем; поощрять социальную заинтересованность общества в сохранении среды обитания; выработать национальные концепции интеграции социально-экономического развития и охраны окружающей среды; способствовать достижению единства действий на мировом уровне. Кроме того, в этом документе содержатся рекомендации по претворению в жизнь этих принципов.
По инициативе организации ООН по вопросам образования, науки и культуры (ЮНЕСКО) разработана и в 1971 г. принята международная программа «Человек и биосфера» (МАВ), целью которой является осуществление в разных районах мира комплексных многолетних исследований воздействия человека на естественные процессы в биосфере и изучение обратного влияния вызванных изменений на самого человека. Создание системы глобального экологического мониторинга позволит вовремя принять срочные меры и приостановить нежелательные процессы — загрязнение воздуха, воды, почв, обеднение животного и растительного мира.
Важность разностороннего международного сотрудничества в области охраны окружающей среды признается сегодня всеми народами мира. Биосфера нашей планеты едина и воздействие на нее не ограничивается пределами той или иной страны. Уже более 100 стран, в том числе и Беларусь, работают над выполнением программы МАВ.
Усиливающиеся тенденции сокращения биологического разнообразия и возможностей устойчивого (неистощительного) использования природных биологических ресурсов во многих частях земного шара вынуждают людей всех стран совместно искать пути предотвращения обеднения природных экосистем, частью которых мы все тоже являемся. В июне 1992 г. в Рио-де-Жайнеро (Бразилия) высшие руководители более чем 100 стран, в том числе и Республики Беларусь, подписали Конвенцию о биологическом разнообразии, подтверждающую стремление и готовность народов этих стран предпринимать активные действия по сохранению естественного природного разнообразия. Республика Беларусь ратифицировала эту Конвенцию. В соответствии со статьей б Конвенции учеными Национальной академии Наук Беларуси и других ведущих научных учреждений совместно с Министерством природных ресурсов и охраны окружающей среды разработана Национальная стратегия и план действий по сохранению и устойчивому использованию биологического разнообразия Республики Беларусь.
Этот документ одобрен правительством и на ближайшие годы должен стать основополагающим руководством в осуществлении шагов по пути сохранения биоразнообразия нашей страны в интересах настоящих и будущих поколений.
Претворение в жизнь принципов Всемирной стратегии охраны природы позволит говорить о создании ноосферы (от греч. noos — разум и sphaira — шар) — нового состояния биосферы, при котором разумная деятельность человека становится главным, определяющим фактором ее развития.
В развитие биологии в XX в. большой вклад внесли русские ученые. Русская биологическая школа имеет славные традиции. Первая научная модель происхождения жизни создана А.И. Опариным. В.И. Вернадский был учеником выдающегося почвоведа В.В. Докучаева, который создал учение о почве как своеобразной оболочке Земли, являющейся единым целым, включающим в себя живые и неживые компоненты. По существу, учение о биосфере было продолжением и распространением идей Докучаева на более широкую сферу реальности. Развитие биологии в этом направлении привело к созданию экологии.
Значение учения о биосфере Вернадского для экологии определяется тем, что биосфера представляет собой высший уровень взаимодействия живого и неживого и глобальную экосистему. Результаты Вернадского поэтому справедливы для всех экосистем и являются обобщением знаний о развитии нашей планеты.
Экология своими корнями уходит в далекое прошлое. Потребность в знаниях, определяющих «отношение живого к окружающей его органической и неорганической среде», возникла очень давно. Достаточно вспомнить труды Аристотеля (384- 322 до н. э.), Плиния Старшего (23-79 н. э.), Р. Бойля (1627- 1691) и др., в которых обсуждалось значение среды обитания в жизни организмов и приуроченность их к определенным местообитаниям.
В истории развития экологии можно выделить три основных этапа.
Первый этап
Зарождение и становление экологии как науки (до 60-х гг. XIX в.). На этом этапе накапливались данные о взаимосвязи живых организмов со средой их обитания, делались первые научные обобщения.
В XVII-XVIII вв. экологические сведения составляли значительную долю во многих биологических описаниях и исследованиях русских ученых И. И. Лепехина, А. Ф. Миддендорфа, С. П. Крашенинникова.
В этот же период Ж:-Б. Ламарк (1744-1829) и Т. Мальтус (1766-1834) впервые предупреждают человечество о возможных негативных последствиях воздействия человека на природу.
Второй этап
Оформление экологии в самостоятельную отрасль знаний (после 60-х гг. XIX в.). Начало этапа ознаменовалось выходом работ русских ученых К. Ф. Рулье (1814- 1858), Н. А. Северцова (1827-1885), В. В. Докучаева (1846- 1903), впервые обосновавших ряд принципов и понятий экологии, которые не утратили своего значения и до настоящего времени. Не случайно поэтому американский эколог Ю. Одум (1975) считает В. В. Докучаева одним из основоположников экологии.
Неоценимый вклад в развитие основ экологии внес Ч. Дарвин (1809-1882), вскрывший основные факторы эволюции органического мира. То, что Ч. Дарвин называл «борьбой за существование», с эволюционных позиций можно трактовать как взаимоотношения живых существ с внешней абиотической средой и между собой, т. е. с биотической средой.
Как самостоятельная наука экология окончательно оформилась в начале XX столетия. Крупнейший русский ученый XX в. В. И. Вернадский создает фундаментальное учение о биосфере.
В 30-е и 40-е гг. экология поднялась на более высокую ступень в результате нового подхода к изучению природных систем. Сначала А. Тенсли (1935) выдвинул понятие об экосистеме, а несколько позже В. Н. Сукачев (1940) обосновал близкое этому представление о биогеоценозе. Следует отметить, что уровень отечественной экологии в 20-40-х гг. был одним из самых высоких в мире, особенно в области фундаментальных разработок. В этот период в нашей стране работали такие выдающиеся ученые, как академики В. И. Вернадский и В. Н. Сукачев, а также крупные экологи В. В. Станчинский, Э. С. Бауэр, Г. Г. Гаузе, В. Н. Беклемишев, А. Н. Формозов, Д. Н. Кашкаров и др.
Во второй половине XX в. в связи с прогрессирующим загрязнением окружающей среды и резким усилением воздействия человека на природу экология приобретает особое значение.
Третий этап
(50-е гг. XX в. - до настоящего времени) - превращение экологии в комплексную науку, включающую в себя науки об охране природной и окружающей человека среды. Из строгой биологической науки экология превращается в «значительный цикл знания, вобрав в себя разделы географии, геологии, химии, физики, социологии, теории культуры, экономики .»
Современный период развития экологии в мире связан с именами многих ученых. Среди отечественных ученых следует назвать И. П. Герасимова, А, М. Гилярова, В. Г. Горшкова, Ю. А. Израэля, Ю. Н. Куражсковского, К. С. Лосева, Н. Н. Моисеева, Я. П. Наумова, Н. Ф. Реймерса, В. В. Розанова, Ю. М. Свирикева, В. Е. Соколова, В. Д. Федорова, С. С. Шварца, А. В. Яб-гокова, А. Л. Яншина и др.92Проблема защиты окружающей среды и природных ресурсов настолько важна, что нет практически в мире государства, которое бы в той или иной мере не пыталось ее решить. Однако для этого необходима соответствующая статистическая информация. Существует множество концепций и методов анализа воздействия экономической деятельности на природную среду и обратного влияния природной среды на экономическую деятельность, а также оценки ущерба от загрязнения окружающей среды и эффективности природоохранных мероприятий.
Потребление и загрязнение энергетических, растительных и других сырьевых ресурсов в настоящее время достигли пределов возможного самовоспроизводства и самоочищения природы. Из недр земли в среднем ежегодно добывается до 100 млрд. тонн руды, топлива и различных строительных материалов, в том числе природного газа и нефти до 5 млрд. т. Ежегодно в атмосферу выбрасывается более 200 млн. тонн оксида углерода, около 150 млн. т диоксида серы. В Мировой океан попадает до 10 млн. тонн нефти. Площади почв, пригодные для земледелия, уменьшаются на 6— 7 млн. га. ежегодно. Нарушение естественных экологических балансов и перегрузка экосистем являются причинами многих необратимых процессов, происходящих в природной среде. Очевидно, что такие радикальные изменения представляют; реальную угрозу для существования человечества. Прежде всего, ухудшается «качество жизни», что связано главным образом с ухудшением здоровья населения, условий труда и отдыха.
Предположение о влиянии экономической деятельности на окружающую среду и необходимости обеспечения восстановления природы было высказано еще Ф. Кенэ в 1758 г., когда он попытался разработать методы оценки макроэкономических потоков. Однако после физиократов эта проблема экономистами была практически забыта и все внимание сосредоточилось на анализе законов внутреннего функционирования экономики. И только с середины XX в., когда эксплуатация природы достигла предела, возник абсолютный недостаток в природных ресурсах и загрязненная природная среда превратилась в угрозу жизни человека, стала очевидна глобальность взаимосвязей «экономика — окружающая среда».
При решении проблемы взаимодействия экономики и окружающей среды определились две основные точки зрения: экономическая (антропоцентрическая) и экологическая.
С антропоцентрической точки зрения природная среда представляет ценность в том случае, если ее можно использовать в производственных и рекреационных целях, и совершенно безразлично, что при этом нарушается природное равновесие и создается угроза исчезновения живых организмов. По мнению сторонников этой точки зрения, назначение окружающей среды — предоставление ресурсов для экономического использования и поглощение нежелательных отходов антропогенной деятельности. Следовательно, учет проводится с целью контроля за эксплуатацией природных ресурсов и принятия мер по сохранению (возобновлению) их потенциальных производственных функций.
С экологической точки зрения экономика рассматривается как часть системы экологического учета, или как одна из совокупностей природы. Этой концепции было отдано предпочтение, когда экономический и демографический рост достигли своих пределов на земном шаре. При комплексном эколого-экономическом учете обеспечивается контроль за воздействием экономической деятельности на количественное и качественное состояние окружающей среды с целью определения оптимальных экологически безопасных взаимоотношений между средой и человеком.
В настоящее время наблюдается тенденция синтеза экологического и антропоцентрического подходов к окружающей среде. Речь идет о концепции устойчивого развития, согласно которой сиюминутная выгода от использования природных ресурсов должна уступить место долгосрочной программе сохранения, во-первых, тех функций природной среды, которыми пользуется человек, а во-вторых, самой природы, так как именно нетронутая природа, будучи частью природного наследия, может оказаться необходимым условием жизни человека.
В настоящее время статистикой окружающей среды охвачены все компоненты природной среды, и в первую очередь такие, как воздух, вода, земля, растительный и животный мир, недра.
Проблема выживания
Создание «зон отдыха» и «зон производства». По мнению специалистов, оазисы природы призваны помочь в решении проблемы выживания и сохранения человека как биологического существа. Отчасти, конечно. Однако борьбу естественного и искусственного нельзя сводить только к экологической проблеме. Это лишь часть проблемы. Экспансия искусственного не будет остановлена. Создание новой робототехники ведет к расширению сферы искусственного и сужению сферы естественного. Проблема сохраняется.
Имитация естественных условий в искусственной среде. По сути дела, это прямой путь к изоляции человека от естественной среды. Искусственное заменяет естественное. Какого бы качества ни была замена естественного – это будет именно замена естественного на искусственное, а следовательно, человек встает на путь искусственного существования. Проблема, таким образом, не решается.
«Назад к природе!» Согласно этому подходу, следует отказаться от благ цивилизации и вернуться в естественное, первозданное состояние для того, чтобы выжить. Однако если это произойдет, то не нужно быть провидцем для того, чтобы сказать, что это приведет к массовому вымиранию людей. Человек, как было показано выше, принадлежит двум мирам: естественному и искусственному. Отказ от искусственного мира приведет к уничтожению многих людей, которые не только не готовы психологически к этому, но и не смогут пройти через это. Проблема не решается.
Отказ от научных разработок. Оставить все так, как есть на данный момент. Здесь есть доля здравого смысла. Она связана с тем, что научное творчество не знает границ. Это очень опасно. На экспериментальном уровне идет вмешательство в наследственность, манипуляции психикой человека, работы по созданию искусственного интеллекта. Отсюда понятны требования ученых – преодолеть вседозволенность творчества. Но нужно ли приостанавливать все разработки?! Новое может помочь человеку на его жизненном пути. Следовательно, и это не ведет к решению проблемы.
Идея коэволюции. Термин «коэволюция» происходит от латинского «co(n)», означающего «с, вместе», и «evolutio» – «развертывание». Коэволюция – это процесс со-существования, со-развития, отличающийся непрерывным, постепенным изменением различных сторон реальности. Термин «коэволюция» был введен в научный оборот экологами в 1964 г.[ и с тех пор все активнее используется в науке.
Идея коэволюции предполагает согласованность характера изменения техники и развития природы. Думается, что это достаточно продуктивная идея. Она позволяет идти «путем золотой середины». С одной стороны, «нужно не отрицать технику, а подчинить ее духу»[, с другой – нужно не уничтожать природу, а прислушиваться к ней.Для того чтобы реализовать идею коэволюции естественного и искусственного, нужно выполнить ряд условий.
Во-первых, скорость перемен должна соотноситься со скоростью приспособления к ним[. Нельзя вводить новое, если неизвестны его последствия, если не созданы механизмы, компенсирующие, уменьшающие возможные негативные последствия. Ведь очевидно, что для того чтобы совершить прыжок с небоскреба, нужно запастись парашютом. В противном случае – летальный исход неизбежен.
Во-вторых, необходимо регулировать научно-техническую деятельность, вводить разумные ограничения и квоты[. Наука как мыследеятельность должна быть поставлена под контроль разума.
В-третьих, необходимо формировать разумные потребности у человека. Принцип разумной достаточности должен стать основополагающим. С этой точки зрения правомерно говорить о введении «новых табу»[ (запретов).
В-четвертых, нужен гуманистический подход к решению проблемы. «Гуманистический – значит приведенный к мере человека. Нужно духовное, а не чисто теоретическое отношение к миру. Духовное – значит феноменологическое, включающее в себя ценности, чувства: веру, надежду, любовь»[. Человек должен полагаться как самоценное образование.Эти шаги позволят решить главный вопрос: одновременное сосуществование естественного и искусственного миров.
Однако реализация идеи коэволюции – достаточно сложный этап в развитии человечества. Он осложнен многими трудностями. Среди них – различия в уровне развития стран и народов, культурные стереотипы, политические интересы государств и многое-многое другое. Но все равно нужно двигаться по этому пути, объединяя усилия народов и решая возникающие проблемы. Только этот путь даст человечеству шанс продолжить свое существование в веках.
МЕДИЦИНСКАЯ ПАРАЗИТОЛОГИЯ
93 ПАРАЗИТОЛОГИЯ
Паразитизм как одна из форм взаимоотношений живых организмов. Классификация и пути происхождения различных групп паразитов. Классификация хозяев.
Паразитизм (происходит от греч. parasitos – тунеядец) – форма межвидовых взаимоотношений, при которой один организм (паразит) использует другой в качестве источника питания и среды обитания, обычно принося при этом вред, но не вызывая немедленной гибели.
Существуют зоологическая и экологические классификации паразитов Зоологическая классификация устанавливает принадлежность паразита к определенным систематическим категориям: типу, классу, отряду, семейству, роду. Экологические классификации основаны на особенностях образа жизни паразита.
А. По выбору хозяина:
специфические паразиты – паразитируют только на одном виде животных (острица, карликовый цепень, вошь);
неспецифические паразиты – паразитируют на разных видах животных (комары, широкий лентец, трихинелла).
Б. По локализации паразита в организме хозяина:
эктопаразиты – паразитируют на внешних покровах хозяина (кровососущие членистоногие );
эндопаразиты – средой обитания является организм хозяина:
а) в полостных органах, связанных с внешней средой (пищеварительная, дыхательная и мочеполовая системы) – аскарида, легочный сосальщик;
б) в тканях – ришта, трихинелла;
в) внутриклеточные (малярийный плазмодий);
переходные формы. Например, чесоточный зудень.
В. По степени связи цикла развития паразита с организмом хозяина:
постоянные паразиты – весь цикл развития проходит в организме одного хозяина (трихомонада, чесоточный зудень, вши);
временные паразиты – лишь часть цикла развития проходит в организме хозяина (кровососущие насекомые, черви).
Г. По числу хозяев, закономерно сменяющихся в цикле развития:
однохозяинные паразиты;
двуххозяинные паразиты;
треххозяинные паразиты;
многохозяинные паразиты.
Происхождение паразитизма
Паразиты произошли от свободноживущих форм.
Пут происхождения:
1. Большая часть эктопаразитов происходит из хищников. Особенно много примеров постепенного перехода к паразитизму наблюдается среди членистоногих. Большинство эктопаразитов перешли к паразитизму за счет удлинения сроков питания и контактов с хозяином, что в конечном счете привело к появлению постоянных паразитов (например, вшей).
2. На основе комменсализма. Пухоеды – эктопаразиты птиц – произошли от насекомых, сначала поселявшихся в гнездах и питавшихся органическими остатками, а со временем перешедших к питанию перьями птиц.
3. От сидячего образа жизни. Круглоресничные инфузории Trichodina, все их родичи ведут прикрепленный образ жизни. Многие из них при этом прикрепляются не ко дну водоема, а к живым организмам.
4. Основная масса эндопаразитов образовалась в результате случайного заноса в пищеварительный тракт цист, яиц или личинок свободноживущих видов, предварительно имевших адаптации к обитанию в почве или воде, содержащей избыток органического вещества.
5. Не исключена возможность происхождения эндопаразитизма на основе эктопаразитизма. Примером этого может служить пухоед пеликана, который мигрировал с перьев этой птицы в ее громадный подклювный мешок и вместо перьев стал питаться кровью.
6. Происхождение кровепаразитов у некоторых позвоночных хозяев связано со случайным проникновением в их кровяное русло кишечных паразитов беспозвоночных при питании последних (членистоногих) на позвоночных. То есть кишечные паразиты членистоногих вторично приспособились к новой среде обитания в кровяном русле позвоночных, куда они случайно попадали при акте кровососания.
Виды паразитизма.
Животные организмы, ведущие паразитический образ жизни, принято делить на временных и стационарных.
Временные паразиты - организмы, которые совершают весь цикл развития от яйца до взрослой стадии вне организма хозяина (последнего они используют только для питания). Ими могут быть слепни, комары, постельные клопы и некоторые другие насекомые. Временные паразиты периодически нападают на животных (своих хозяев) с целью питания; они являются, как правило, эктопаразитами (наружными).
Стационарные паразиты инвазируют хозяина на продолжительное время (или в течение всей его жизни) не только для питания, но и для обитания. Обитают они на поверхности тела или в организме хозяина, а локализуются чаще всего во внутренних органах. Таким образом, стационарные паразиты являются в большей массе своей внутренними, или эндопаразитами. Подразделяются эти паразиты на постоянных и периодических. Постоянные паразиты (вши, чесоточные клещи и др.) обитают на хозяине или в его организме в течение всей своей жизни, совершая весь цикл биологического развития. Периодические паразиты инвазируют хозяина только на определенной стадии развития. Например, различные оводы поселяются в организме хозяина только в личиночной стадии, в то время как взрослые насекомые и куколки: паразитический образ жизни не ведут. Периодическими паразитами являются подавляющее большинство гельминтов.
К числу наиболее распространенных инвазионных болезней лошадей относят: пироплазмоз лошадей, случную болезнь, чесотку, микроспорию, различные энтомозы (гастрофилезы, симулидотоксикозы, куликоидесы), параскаридоз, оксиуроз, парафиляриоз, гематопиноз и др.
При анализе взаимодействия в системе “паразит-хозяин” разбираются пути инвазии и инфекции, в т.ч. трансмиссивный; при изучении “Развития паразитов” дается понятие о смене хозяев и факторах (генетической и негенетической природы), определяющих восприимчивость хозяина к тому или иному виду возбудителя.
94
Классификация хозяев: Окончательные (основные, дефинитивные) – хозяева, в организме которых паразит находится в половозрелой стадии или размножается половым способом (маляр. комар - малярийного плазмодия, человек – половозрел. свин. цепня).
Промежуточные – хозяева, в организме которых паразит находится в личиночной стадии или размножается бесполым способам (человек для малярийного плазмодия; свиньи, кабаны для свиного цепня).
Резервуарные – хозяева, не являющиеся обязательными в жизненном цикле паразита, но попав в организм которых, паразит не погибает, хотя и не получает дальнейшего развития. В резервуарном хозяине происходит накопление паразитов. При поедании резервуарного хозяина окончательным хозяином паразит завершает свое развитие в его организме. Например, в кишечнике человека может паразитировать лентец широкий. резервуарный хозяин-щука.
Между паразитом и хозяином на уровне организма возникают тесные взаимоотношения. Но для хозяина присутствие паразита не безразлично. Если паразиты не вызывают заболевания, то возникают защитные реакции. Так, вокруг тканевых паразитов формируются соединительно-тканные капсулы, изолирующие паразита. Возникают также иммунные реакции у хозяина. Тем не менее ни паразит, ни хозяин не погибают. На видовом уровне между паразитом и хозяином имеет место взаимная адаптация, обеспечивающая существование паразита и хозяина как биологических видов.
Морфологическая адаптации паразитов:
Находясь в организме хозяина, постоянный паразит обеспечен пищей. Связь с внешней средой, особенно эндопаразитов, опосредована через организм хозяина.
Упрощение организма. Утрата органов чувств и пищеварения. Нередко упрощение организма сопровождается уменьшением размера паразита, что способствует проникновению паразита в организм хозяина.
У паразитов хорошо развиты органы прикрепления – присоски, крючья, ботрии.
Возникают специальные приспособления для процессов жизнедеятельности в условиях безкислородной среды обитания.
Приспособления, защищающие от переваривания гельминтов.
Сильно развитые органы размножения и колоссальная плодовитость.
Яйца гельминтов и цисты простейших очень стойкие к неблагоприятным условиям абиотической среды.
Влияние неблагоприятных факторов среды на организм хозяина усиливает патогенное влияние паразита на хозяина.
95 трансмиссивные и природно-очаговые заболевания. Понятие об антропонозах и зоонозах. Теория академика Е. Н. Павловского о природной очаговости паразитарных болезней. Биологические принципы борьбы с трансмиссивными и природно-очаговыми заболеваниями.
Большая группа паразитарных и инфекционных заболеваний характеризуется природной очаговостью. Для них характерны следующие признаки: 1) возбудители циркулируют в природе от одного животного к другому независимо от человека; 2) резервуаром возбудителя служат дикие животные; 3) болезни распространены не повсеместно, а на ограниченной территории с определенным ландшафтом, климатическими факторами и биогеоценозами.
Компонентами природного очага являются: 1) возбудитель; 2) восприимчивые к возбудителю животные — резервуары: 3) соответствующий комплекс природно-климатических условий, в котором существует данный биогеоценоз.
Особую группу природно-очаговых заболеваний составляют трансмиссивные болезни, такие, как лейшманиоз, трипаносомоз, клещевой энцефалит и т.д. Поэтому обязательным компонентом природного очага трансмиссивного заболевания является также наличиепереносчика.
Антропонозы - (от антропо ... и греч. nosos - болезнь), группа инфекционных заболеваний, возбудители которых способны поражать только человека (брюшной тиф, малярия, скарлатина и др.).
Зоонозы- (от зоо ... и греч. nosos - болезнь), инфекционные и паразитарные заболевания животных. Зоонозами называют также болезни, которыми человек может заразиться от животных (антропозоонозы, напр. бешенство, бруцеллез, чума).
Теория Павловского.
Согласно теории Е. Н. Павловского, возбудитель какой-либо потенциально опасной для человека болезни может существовать в природе без всякой связи с человеком. Он присутствует в различных биоценозах и попадает через организм кровососущих эктопаразитов в организм животных, и наоборот.
Профилактика природно-очаговых заболеванийпредставляет особые сложности. Рекультивация опустыненных ландшафтов с созданием на их месте орошаемых садоводческих хозяйств, проводящаяся на фоне борьбы с пустынными грызунами и москитами, может резко снизить заболеваемость населения лейшманиозами. В большинстве же случаев природно-очаговых болезней профилактика их должна быть направлена в первую очередь на индивидуальную защиту (предотвращение от укусов кровососущими членистоногими, термическая обработка пищевых продуктов и т.д.) в соответствии с путями циркуляции в природе конкретных возбудителей.
96 Простейшие. Классификация, характерные черты организации.
Наука о паразитических простейших - возбудителях болезней человека, носит название медицинская протозоология.
Морфологическая характеристика. Тело простейших имеет микроскопические размеры и представлено одной клеткой. Клетка эукариотическая. Органоиды простейших осуществляют функции целого организма.
Органоиды передвижения - псевдоподии, жгутики или реснички.
Органоиды питания - пищеварительные вакуоли. Непереваренные остатки пищи выбрасываются наружу.
Органоиды выделения и осморегуляции - сократительные вакуоли. У паразитических и морских форм этот тип вакуоли может отсутствовать.
Органоиды защиты - трихоцисты. Существу001ют у инфузорий.
Размножаются простейшие бесполым и половым путем. Бесполое размножение: бинарное и множественное (шизогония) деления. Половой процесс: копуляция и конъюгация.
Жизненный цикл. Стадии развития в цикле часто повторяются с определенной закономерностью: зигота, бесполое поколение, половое поколение и вновь зигота. Имеются активно питающиеся, подвижные стадии - трофозоиты. Простейшие способны к инцистированию. Среда обитания: свободноживущих - в пресной и морской воде, в почве, паразитических форм - в жидких средах и клетках организмов.
Классификация: 1. Класс Саркодовые - Sarcodina; 2. Класс Жгутиковые - Flagellata s. Mastigophora; 3. Класс Инфузории -Infusoria; 4. Класс Споровики - Sporozoa.
Паразитические виды встречаются в каждом классе.
Болезни, вызываемые простейшими, называют протозойными. Большинство простейших имеют время генерации от 6 до 24 ч. Один паразитический организм способен, размножившись, привести к гибели своего хозяина. В этом плане простейшие—возбудители заболеваний — сходны с возбудителями инфекционных болезней, например с патогенными бактериями и вирусами.
Медицинское значение имеют простейшие, относящиеся к классам Саркодовые, Жгутиковые, Инфузории и Споровики.

Приложенные файлы

  • docx 536806
    Размер файла: 591 kB Загрузок: 0

Добавить комментарий