Общая биология

Введение.

Биология– наука о жизни.Это совокупностьнаучных дисциплин,изучающихживое. Такимобразом, объектомисследованиябиологии являетсяжизнь во всехее проявлениях.Что же такоежизнь? Полногоответа на этотвопрос до сеговремени нет.Из многочисленныхопределенийэтого понятияприведем наиболеепопулярное.Жизнь – особаяформа существованияи физико-химическогосостояниябелковых тел,характеризуемаязеркальнойасимметриейаминокислоти сахаров, обменомвеществ, гомеостазом,раздражимостью,самовоспроизведением,системнымсамоуправлением,приспособляемостьюк среде, саморазвитием,перемещениемв пространстве,передачейинформации,физическойи функциональнойдискретностьюотдельныхособей илиобщественныхконгломератов,а также относительнойсамостоятельностьюнадорганизменныхсистем, приобщем физико-химическомединстве живоговещества биосферы.

Системабиологическихдисциплинвключает направлениеисследованийпо систематическимобъектам:микробиология,зоология, ботаника,учение о человеке,и т. п. Наиболееширокие закономерности,раскрывающиесуть жизни, ееформы и закономерностиразвитиярассматриваетобщая биология.Эта областьзнаний традиционновключает учениео возникновениижизни на Земле,учение о клетке,индивидуальномразвитии организмов,молекулярнуюбиологию, дарвинизм( эволюционноеучение ), генетику,экологию, учениео биосфере иучение о человеке.

Возникновениежизни на земле.

Проблемавозникновенияжизни на Землебыла и остаетсяглавнейшейпроблемойнаряду с космологиейи познаниемнайти строениематерии. Современнаянаука не располагаетпрямыми доказательствамитого, как и гдевозникла жизнь.Существуютлишь логическиепостроенияи косвенныесвидетельстваполученныепутем модельныхэкспериментов,и данные в областипалеонтологии,геологии, астрономиии т. п.

В научнойбиологии наиболееизвестны гипотезывозникновенияжизни на Землеявляется теорияпанспермииС. Аррениусаи теория возникновенияжизни на Землекак результатдлительногоэволюционногоразвития материипредложеннаяА. И. Опариным.

Теорияпанспермииширокое распространениеимела в конце19 начала 20 века.Да и сейчас онаимеет многосторонников.

Согласноэтой теорииживые существабыли занесенына Землю изкосмическогопространства.Особенно широкоехождение имелипредположениязаносе зародышейживых организмовна Землю сметеоритамиили космическойпылью. До сеговремени в метеоритахпытаются обнаружитькакие признакиживого. В 1962 годуамериканскиеученые, в 1982 годуученые Россиисообщили обобнаружениив метеоритахостатков организмов.Но вскоре былопоказано чтонайденныеструктурныеобразованияфактическиявляются минеральнымигранулами илишь по видунапоминаютбиологическиеструктуры. В1992 году появилисьработы американскихученых, где онина основанииисследованияматериалаподобранногов Антарктиде,описываютналичие в метеоритахостатков живыхсуществ напоминающихбактерии. Чтождет это открытиепокажет время.Но, интерес ктеории панспермиине угас до сеговремени.

Началосистематическойразработкипроблемывозникновенияжизни на Землебыло положенов 20-х годах нашеговека. В 1924 годувышла в светкнига А. И. Опарина«Происхождениежизни» и в 1929 годустатья Д. Холдейнана это же тему.Но, как позжеотмечал самХолдейн, в егостатье врядли можно былонайти что-либоновое, чего небыло у Опарина.Поэтому теорияо происхождениижизни на Землев результате«биологическогобольшого взрыва»смело можноназвать теориейОпарина, а нетеорией Опарина-Холдейна.

Согласнотеории Опаринажизнь возниклана Земле. Этотпроцесс складывалсяиз следующихэтапов: 1) Изнеорганическихвеществ образуютсяорганическиевещества; 2)происходитбыстрая физико-химическаяперестройкапервичныхорганическихвеществ. Зеркальноасимметричныеорганическиепредбиологическиевещества вусловиях активнойвулканическойдеятельности,высокой температуры,радиации, усиленногоультрафиолетовогоизлучения, грозовых размеровбыстро . Приполимеризациилевовращающихаминокислотобразовалисьпервичныебелки. Одновременновозникли азотистыеоснования –нуклеотиды;3) физико-химическиепроцессыспособствовалиобразованиюкоацерватныхкапель ( коацерватов) – структуртипа геля; 4)образованиюполинуклеотидов– ДНК и РНК ивключению ихв коацерваты;5) образование«пленки» котораяотделила коацерватыот окружающейсреды, что привелок возникновениюпредбиологическойсистемы, котораяявлялась открытойсистемой. Имеласпособностьк матричномусинтезу белкаи разложению.

В последующиегоды теорияОпарина получилаполное подтверждение.Огромное достоинствотеории состоитв том, что большаяее часть можетбыть проверенаили логическисвязана споддающимисяпроверке положениями.

Чрезвычайноважным шагомв процессевозникновенияжизни был переходнеорганическихсоединенийуглерода ворганические.Данные астрономиипоказали, чтои сейчас повсеместнопроисходитобразованиеорганическихвеществ совершеннонезависимоот жизни. Отсюдабыл сделанвывод, что такойсинтез проходилна Земле приобразованииземной коры.Начало серииработ по синтезубыло положенов 1953 году С. Миллером,который синтезировалряд аминокислотпри пропусканииэлектрическогоразряда черезсмесь газов,предположительносоставляющихпервичнуюатмосферу (водород, парыводы, аммиак,метан ). Меняяотдельныесоставляющиеи факторы воздействияразличныеученые получилиглицин, аскаргиновуюкислоту и другиеаминокислоты.В 1963 году моделируяусловия древнейатмосферыученые получилиотдельныеполипептидыс молекулярнымвесом 3000-9000. Запоследние годыв институтебиохимии РАНи в МГУ детальноизучен химическийсостав, физико-химическиесвойства имеханизм образованиякоацерватныхкапель. Былопоказано, чтоодновременнос общим процессомэволюциипредбиологическихсистем проходилоих превращениев более специализированныеструктуры.

И тутстановитсяясным, чтоестественныйотбор долженпривести вдальнейшемк возникновениюклетки – элементарнойструктурнойи функциональнойединицы живогоорганизма.

Основныепризнаки живого.

1. Способностьк движению.Признаки нагляднопоявляющиесяу животных,Многие из которыхспособны активнопередвигаться.У простейшихорганамипередвиженияявляются жгутики,реснички и пр.У более организованныхживотных появляютсяконечности.Для растенийтакже характернаспособностьк движению. Уодноклеточнойводорослихламидомонадыесть жгутики.Рассеиваниеспор, распространениесемян, передвижениев пространствес помощью корневищвсе это вариантыдвижения.

2. Способностьрасти. Все живоеспособноувеличиватьсяв размерах имассе за счетрастяжения,деления клетоки т. д.

3. Питание,дыхание, выделение– процессыпосредствомкоторых обеспечиваетсяобмен веществ.

4. Раздражимость– способностьреагироватьи давать ответныереакции навнешнее воздействие.

5. Размножениеи связанноевместе с нимявление изменчивостии наследственности– самый характерныйпризнак живого.Любой живойорганизм производитсебе подобных.Потомки сохраняютпризнаки родителейи приобретаютпризнаки толькоим характерные.

Совокупностьперечисленныхпризнаковнесомненнохарактеризуетживое как системуобразующуюобменом веществ,раздражимостьюи способностьюразмножаться,Но следуетпомнить, чтопонятие живогозначительносложнее ( см,введение ).

Уровниорганизациижизни.

Уровеньорганизации– функциональноеместо биологическойструктурыопределеннойстепени сложностив общей «системесистем» живого.Обычно выделяютмолекулярный( молекулярно-генетический),клеточный,организменный,популяционно-видовой,биоценотический,биосферныйуровни организации.

Элементарнойи функциональнойединицей жизниявляется клетка.Клетка обладаетпочти всемиосновнымипризнакамиживого, В отличииот так называемыхнеклеточныхорганизмов( напр. Вирусов),Которые существуютна молекулярномуровне.

Организмэто реальныйноситель жизни,характеризующийсявсеми ее биосвойствами.

Вид этогруппа сходныхпо строениюи происхождениюособей.

Биоценозэто взаимосвязаннаясовокупностьвидов, населяющихболее или менееоднородныйучасток сушиили водоема.

Биосфера– это совокупностьвсех биоценозовЗемли.

Методыизучения биологии.

Методысовременнойбиологии определяетсяее задачами.Одна из основныхзадач биологии– познаниеокружающегонас мира живыхсуществ. Методысовременнойбиологии направленыименно на изучениеэтой проблемы.

Научноеисследованиеобычно начинаетсяс наблюдений.Этот методизучениябиологическихобъектовиспользовалсяс момента началаосмысленногосуществованиячеловека. Этотметод позволяетсоздать представлениеоб изучаемомобъекте, собратьматерил длядальнейшейработы.

Наблюдениебыло основнымметодом вописательныйпериод развитиябиологии. Наоснове наблюденийвыдвигаетсягипотеза.

Следующиешаги в изучениибиологическихобъектов связаныс экспериментом.

Сталоосновой дляперехода биологииот описательнойнауки к экспериментальной.Экспериментпозволяетпроверитьрезультатынаблюденийи получитьданные, которыеневозможнополучить напервом этапеисследования.

Настоящийнаучный экспериментдолжен сопровождатьсяконтрольнымэкспериментом.

Экспериментдолжен обязательнобыть воспроизводимым.Это позволитполучить достоверныеданные и обрабатыватьданные с помощьюЭВМ.

В последниегоды в биологиишироко используетсяметод моделирования.Созданиематематическихмоделей явленийи процессовстало возможнымс широким внедрениемв биологическиеисследованияЭВМ.

В качествепримера можнопривести алгоритмисследованиявидовой принадлежностирастения. Напервом этапеисследовательизучает признакиорганизма.Результатынаблюдениязаносятся вспециальныйжурнал. На основевыявления всехдоступныхпризнаковвыдвигаетсягипотеза опринадлежностиорганизма копределенномувиду. Верностьгипотезы определяетсяэкспериментом.Зная, что представителиодного видасвободно скрещиваютсяи дают плодовитоепотомство,исследовательвыращиваеторганизм изсемян взятыху изучаемогоиндивидуумаи скрещиваетвыращенныйорганизм сэталонныморганизмом,видовая принадлежностькоторогоустанавливаетсязаранее. Еслив результатеэтого экспериментаполучаютсясемена, из которыхразвиваетсяжизнеспособныйорганизм, тогипотеза считаетсяподтвержденной.

Многообразиеорганическогомира.

Многообразие,а также разнообразиежизни на Землеизучает систематика– важнейшийраздел биологии.

Отражениемразнообразияжизни на Землеявляются системыорганизмов.На Земле обитаютпредставителитрех группорганизмов:вирусы, прокариоты,эукариоты.

Вирусы– организмы,не имеющиеклеточногостроения. Прокариотыи эукариоты– это организмыосновной структурнойединицей которыхявляется клетка.Клетки прокариотне имеют оформленногоклеточногоядра. У эукариотклетка имеетнастоящее ядро,где ядерныйматериал отделенот цитоплазмыдвумембраннойоболочкой.

К прокариотамотносятсябактерии исине-зеленыеводоросли.Бактерии этоодноклеточные,в основноймассе гетерозиготныеорганизмы.Сине-зеленыеводоросли этоодноклеточные,колониальныеили многоклеточныеорганизмы сосмешанным типомпитания. В клеткахсине-зеленыхесть хлорофил,обеспечивающийавтотрофноепитание, носине-зеленыемогут поглощатьготовые органическиевещества изкоторых онистроят своисобственныевысокомолекулярныевещества. Впределах эукариотвыделяетсятри царства:грибы, растения,животные. Грибы– это гетеротрофныеорганизмы телокоторых представленомецелием. Особуюгруппу грибовсоставляютлишайники, гдесимбионтамигрибов являютсяодноклеточныеили сине-зеленыеводоросли.

Растения– это первичноавтотрофныеорганизмы.

Животные– это гетерозиготныеэукариоты.

Живыеорганизмы наЗемле существуютв состояниисообществ –биоценозов.

Вирусы.

Самоотношениевирусов к организмовявляетсядискуссионным,т. к. они не могутразмножатьсявне клетки ине имеют клеточногостроения. И всетаки большинствобиологов считают,что вирусы этомельчайшиеживые организмы.

Первооткрывателемвирусов считаетсярусский ботаникД. И. Ивановский,но только сизобретениемэлектронногомикроскопастало возможнымизучения строенияэтих загадочныхструктур. Вирусыустроены оченьпросто. «Сердцевину»вируса составляетмолекула ДНКили РНК, Эту«сердцевину»окружает белковаяоболочка. Унекоторыхвирусов появляетсялипопротеиноваяоболочка, котораявозникает изцитоплазматическоймембраны клетки– хозяина.

Попадаявнутрь клеткивирусы приобретаютспособностьк самовоспроизведению.При этом они«выключают»хозяйскую ДНКи используясвою нуклеиновуюкислоту, даюткоманду синтезироватьновые копиивируса. Вирусымогут «нападать»на клетки всехгрупп организмов. Вирусы , которые«нападают»на бактерииполучили особоенаименование– бактериофаги.

Значениевирусов в природесвязано с ихспособностьювызывать различныезаболевания.Это и мозаикалистьев, грипп,оспа, корь,полиомиелит,свинка и «чума»двадцатоговека – СПИД.

Способпередачи вирусовосуществляетсякапельножидкимпутем, контактнымпутем, с помощьюпереносчиков( блохи, крысы,мыши и т. д. ), черезфекалии и пищу.

Синдромприобретенногоиммунногодефицита ( СПИД). Вирус СПИДа.

СПИД –инфекционноезаболеваниевызываемоеРНК-содержащимвирусом. ВирусСПИДа имеетпалочковиднуюили овальную,или округлуюформу. В последнемслучае диаметрего достигает140 нм. Состоитвирус из РНК,фермента-ревартазы,двух типовбелков двухтипов гликопротеинови липидов, образующихвнешнюю мембрану.Фермент катализируетв пораженнойвирусом клеткереакцию синтезанити ДНК поматрице вируснойРНК. Вирус СПИДаимеет выраженный к Т-лимфоцитам.

Вируснеустойчивк окружающейсреде, чувствителенк многим антисептикам.Инфекционнаяактивностьвируса снижаетсяв 1000 раз при прогреваниипри температуре56С в течении30 мин.

Болезньпередаетсяполовым путемили через кровь.ЗаражениеСПИДом обычноприводит клетальномуисходу!

Основыцитологии.

Основныеположенияклеточнойтеории.

Клеткабыла открытаво второй половине17 века. Особенносильно изучениеклетки развернулосьво второй половине19 века в связис созданиемклеточнойтеории. Клеточныйуровень исследованиясделался ведущимпринципомважнейшихбиологическихдисциплин. Вбиологии оформилсяновый раздел– цитология.Объектом изученияцитологииявляются клеткимногоклеточныхорганизмов,а также организмы,тело которыхпредставленоодной клеткой.Цитологияизучает строение,химическийсостав, путиих размножения,адаптивныесвойства.

Теоретическойбазой цитологииявляется клеточнаятеория. Клеточнаятеория быласформулированав 1838 году Т. Шванном,хотя первыедва положенияклеточнойтеории принадлежатМ. Шлейдену,который занималсяизучениемклеток растений.Т. Шванн – известныйспециалистпо строениюклеток животныхв 1838 году, опираясьна данные работМ. Шлейдена ирезультатысвоих собственныхисследований,сделал следующиевыводы:

1. Клеткаэто наименьшаяструктурнаяединица живыхорганизмов.

2. Клеткиобразуютсяв результатедеятельностиживых организмов.

3. Клеткиживотных ирастений имеютбольше сходств,чем различий.

4. Клеткимногоклеточныхорганизмовсвязаны междусобой структурнои функционально.

Дальнейшееизучение строенияи жизнедеятельностипозволилоузнать о неймного нового.Этому способствовалосовершенствомикроскопическойтехники, методовисследованияи приход в цитологиюмногих талантливыхисследователей.Было детальноизучено строениеядра, проведенцитологическийанализ такихважнейшихбиологическихпроцессов какмитоз, мейоз,оплодотворение.Стало известноймикроструктурасамой клетки.Были открытыи описаны органоидыклетки. Программацитологическихисследований20 века поставилазадачу выяснитьи точнее разграничитьсвойства клетки.Отсюда особоевнимание сталоуделятьсяизучению химическогосостава клеткии механизмапоглощенияклеткой веществокружающейсредой.

Всеэти исследованияпозволилиумножить ирасширитьположенияклеточнойтеории, основныепостулатыкоторой в настоящеевремя выглядятследующимобразом:

Клетка– основная иструктурнаяединица всехживых организмов

Клеткиобразуютсятолько из клетокв результатеделения.

Клеткивсех организмовсходны по своемустроению, химическомусоставу, основнымфизиологическимфункциям.

Клеткимногоклеточныхорганизмовобразуют единыйфункциональныйкомплекс.

Клеткивысших растенийи животныхобразуютфункциональносвязанныегруппы – ткани;из тканейсформированыорганы, которыесоставляюторганизм.

Особенностистроения клетокпрокариот иэукариот.

Прокариоты– древнейшиеорганизмыобразующиесамостоятельноецарство. Кпрокариотамотносятсябактерии,сине-зеленые«водоросли»и ряд другихмелких групп.

Клеткипрокариот необладают четковыраженнымядром. Генетическийаппарат представлен . состоит изкольцевиднойДНК. Отсутствуютв клетке митохондриии аппарат Гольджи.

Эукариоты– организмыимеющие настоящиеядро. К эукариолтамотносятсяпредставителицарства растений,царства животных,царства грибов.

Клеткиэукариот обычноболее крупнееклеток прокариот,разделены наотдельныеструктурныеэлементы. ДНКсвязанная сбелком образуетхромосомы,которые располагаютсяв ядре, окруженномядерной оболочкойи заполненномкариоплазмой.Разделениеэукариотическихклеток на структурныеэлементыосуществляетсяс помощьюбиологическихмембран.

Клетки эукариот.Строение ифункции.

Кэукариотамотносятсярастения, животные,грибы.

Строениеклеток растенийи грибов подробнорассмотренов разделе ботаника«Пособия дляпоступающихв ВУЗы» СоставленногоМ. А. Галкиным.

Вданном пособиимы укажем наотличительныеособенностиклетки животных,опираясь наодно из положенийклеточнойтеории. «Междуклетками растенийи животныхбольше сходств,чем различий».

Клеточнойстенки у клетокживотных нет.Она представленаголым протопластом.Пограничныйслой клеткиживотных –гликокаликсэто верхнийслой цитоплазматическоймембраны «усиленный»молекуламиполисахаридов,которые входятв состав межклеточноговещества, чемв состав клетки.

Митохондрииимеют складчатыекристы.

Вклетках животныхесть клеточныйцентр, состоящийиз двух центриолей.Это говорито том, что любаяклетка животныхпотенциальноспособна кделению.

Включениев животнойклетке представленов виде зерени капель ( белки,жиры, углеводгликоген ), конечныхпродуктовобмена, кристалловсолей, пигментов.

Вклетках животныхмогут бытьсократительные,пищеварительные,выделительныевакуоли небольшихразмеров.

Вклетках нетпластид, включенийв виде крахмальныхзерен, зерен,крупных вакуолейзаполненныхсоком.

Делениеклеток.

Клеткаобразуетсятолько из клеткив результатеделения. Эукариотическиеклетки делятсяпо типу митозаили по типумейоза. Оба этиделения протекаютв три стадии:

Делениеклетки растенийпо типу митозаи по типу мейозаподробно описанов разделе «Ботаника»пособия дляпоступающихв вузы составленногоМ. А. Галкиным.

Здесьмы укажем толькоособенностиделения дляклеток животных.

Особенностиделения у клетокживотных связаныс отсутствиему них клеточнойстенки. Приделении клеткипо типу митозав цитокинезеуже на первомэтапе происходитобособлениедочерних клеток..У растенийдочерние клеткиоформляютсяпод защитойклеточнойстенки материнскойклетки, котораяразрушаетсятолько послепоявления удочерних клетокпервичнойклеточнойстенки. Приделении клеткипо типу мейозау животныхразделениепроисходитуже в телофазе1. У растений втелофазе 1заканчиваетсяобразованиедвуядернойклетки.

Образованиюверетена деленияв телофазе одинпредшествуетрасхождениецентриолейк полюсам клетки.От ценриолейначинаетсяобразованиенитей веретена.У растений нитиверетена начинаютформироватьсяот полюсныхскоплениймикротрубочек.

Движениеклеток. Органоидыдвижения.

Живыеорганизмысостоящие изодной клеткичасто обладаютспособностьюк активномудвижению. Механизмыдвижения, возникшиев процессеэволюции, весьмаразнообразны.Основнымиформами движенияявляются –амебоиднаяи с помощьюжгутиков. Крометого, клеткимогут передвигатьсяпутем выделенияслизи или засчет движенияосновноговещества цитоплазмы.

Амебоидноедвижение получилосвое названиеот простейшегоорганизма –амебы. Органамидвижения уамебы являютсяложные ножки– псевдоподобииявляющиесявыступамицитоплазмы.Образуютсяони в разныхместах поверхностицитоплазмы.Могут исчезатьи появлятьсяв другом месте.

Движениес помощью жгутиковхарактернодля многиходноклеточныхводорослей( напримерхламидомонады),простейших(например эвгленазеленая) и бактерий.Органами движенияу этих организмовявляются жгутики– цитоплазматическиевыросты наповерхностицитоплазмы.

Химическийсостав клетки.

Химическийсостав клеткитесно связанс особенностямистроения ифункционированияэтой элементарнойи функциональнойединицы живого.

Каки морфологическомотношениинаиболее общими универсальнымдля клетокпредставителейвсех царствявляется химическийсостав протопласта.Последнийсодержит около80% воды, 10% органическихвеществ и 1% солей.Ведущую рольв образованиипротопластасреди них преждевсего белки,нуклеиновыекислоты, липидыи углеводы.

Посоставу химическихэлементовпротопластчрезвычайносложен. В немсодержатсявещества какс небольшиммолекулярнымвесом так, таки вещества скрупной молекулой.80% веса протопластасоставляютвысоко молекулярныевещества и лишь30% приходитсяна низкомолекулярныесоединения.В то же времяна каждуюмакромолекулуприходятсясотни, а на каждуюкрупную макромолекулытысячи и десяткитысяч молекул.

Еслирассматриватьсодержаниев клетке химическихэлементов, топервое местоследует отдатькислороду(65-25%). Далее идутуглерод (15-20%), водород(8-10%) и азот (2-3%). Количествоостальныхэлементов, аа их в клеткахобнаруженооколо ста,значительноменьше. Составхимическихэлементов вклетке зависиткак от биологическихособенностейорганизма, таки от места обитания

.Неорганическиевещества и ихроль в жизнедеятельностиклетки.

Кнеорганическимвеществамклетки относятсявода и соли.Для процессовжизнедеятельностииз входящихв состав солейкатионов наиболееважны K , Ca , Mg ,Fe , Na , NH , из анионовNO , HPO , HPO.

Кклетках растенийионы аммонияи нитратоввосстанавливаютсядо NH и включаютсяв синтез аминокислот;У животныхаминокислотыидут на построениесобственныхбелков. Приотмиранииорганизмоввключаютсяв круговоротвеществ в формесвободногоазота. Входятв состав белков,аминокислот,нуклеиновыхкислот и АТФ.Если фосфоро-фосфаты,находясь впочве, растворяютсякорневымивыделениямирастений иусваиваются.Входят в составвсех мембранныхструктур, нуклеиновыхкислот и АТФ,ферментов,тканей.

Калийсодержитсяво всех клеткахв виде ионовК . «Калиевыйнасос» клеткиспособствуютпроникновениювеществ черезклеточнуюмембрану.Активизируетпроцессыжизнедеятельностиклеток, возбужденийи импульсов.

Кальцийсодержитсяв клетках ввиде ионов иликристалловсолей. Входитв состав кровиспособствуетее свертыванию.Входит в составкостей , раковин,известковыхскелетов коралловыхполипов.

Магнийсодержитсяв виде ионовв клетках растений.Входит в составхлорофилла.

Ионыжелеза входятв состав гемоглобина,содержащегосяв эритроцитах,которые обеспечиваюттранспорткислорода.

Впроцессе транспортавеществ черезмембрану участвуютионы натрия.

Напервом местесреди веществ, входящих всостав клетки,стоит вода. Онасодержитсяв основномвеществе цитоплазме,В клеточномсоке, в кариоплазме,в органоидов.Вступает вреакции синтеза,гидролиза иокисления.Являетсяуниверсальнымрастворителем,и источникомкислорода. Водаобеспечиваеттургор, регулируетосмотическоедавление. Наконецэто среда дляфизиологическихи биохимическихпроцессовпроисходящихв клетке. С помощьюводы обеспечиваетсятранспортвеществ черезбиологическуюмембрану, процесстерморегуляциии прочее.

Водас другимикомпонентами– органическимии неорганическими,высокомолекулярнымии низкомолекулярными– участвуетв образованииструктурыпротопласта.

Органическиевещества (белки,углеводы, липиды,нуклеиновыекислоты, АТФ),их строениеи роль в жизнедеятельностиклетки.

Клеткаявляется тойэлементарнойструктурой,в которойосуществляютсявсе основныеэтапы биологическогообмена веществи содержатьсявсе основныехимическиекомпонентыживой материи.80% веса протопластасоставляютвысокомолекулярныевещества –белки, углеводы,липиды, нуклеиновыекислоты.

Средиосновных компонентовпротоплазмыведущее значениепринадлежитбелку. Макромолекулабелка имеетнаиболее сложныйсостав и строение,и характеризуетсячрезвычайнобогатым проявлениемхимическихи физико-химическихсвойств. В нейзаключено одноиз важнейшихсвойств живойматерии –биологическаяспецифичность.

Основнымструктурнымэлементоммолекулы белкаявляютсяаминокислоты.В молекулахбольшинствааминокислотсодержитсяпо одной карбоксильнойи аминной группе.Аминокислотыв белке связанымежду собойпосредствомпептидныхсвязей за счеткарбоксильныхи - аминных групп,то есть белокэто полимер,мономеромкоторого являютсяаминокислоты.Белки живыхорганизмовобразованыдвадцатью«золотыми»аминокислотами.

Совокупностьпептидныхсвязей, Объединяющаяцепочку аминокислотныхостатков, образуетпептидную цепь– своеобразныйхребет молекулполипептида.

Вмакромолекулебелка различаютнесколькопорядков структуры– первичную,вторичную,третичную.Первичнуюструктуру белкаопределяетпоследовательностьаминокислотныхостатков. Вторичнаяструктураполипептидныхцепей представляетсплошную илипрерывистуюспираль. Пространственнаяориентацияэтих спиралейили совокупностьнесколькихполипептидовсоставляютсистему болеевысокого порядка– третичнуюструктуру,характернуюдля молекулмногих белков.Для крупныхмолекул белкатакие структурыявляются лишьсубъединицами,взаимноепространственноерасположениекоторых составляетчетвертичнуюструктуру.

Физиологическиактивные белкиимеют глобулярнуюструктуру типаклубка илицилиндра.

Аминокислотнаяпоследовательностьи структураопределяютсвойства белка,а свойстваопределяютфункцию. Существуютбелки не растворимыев воде, а естьбелки свободнорастворимыев воде. Естьбелки растворимыетолько в слабыхрастворахщелочи или60-80% спирте. Отличаютсяи белки помолекулярномувесу, а отсюдапо размерамполипептиднойцепи. Молекулабелка под воздействиеопределенныхфакторов способнаразрыватьсяили раскручиваться.Это явлениеносит названиеденатурации.Процесс денатурацииобратим, т. е.белок способенменять своисвойства.

Функциибелков в клеткеразнообразны.Это преждевсего строительныефункции – белоквходит в составмембран. Белкивыступают вроли катализаторов.Они ускоряютреакции обмена.Клеточныекатализаторыназывают ферментами.Выполняют белкитак же транспортнуюфункцию. Яркимпримером являетсягемоглобин– агент по переносукислорода.Известна защитнаяфункция белков.Вспомним образование в клетках веществ,которые связываюти обезвреживаютвещества способныенанести вредклетке. Хотяи незначительно,но белки выполняютэнергетическуюфункцию. Распадаясьна аминокислотыони выделяютэнергию.

Около1% сухого веществаклетки составляютуглеводы. Углеводыподразделяютна простыесахара, низкомолекулярныеуглеводы ивысокомолекулярныесахара. В составвсех типовуглеводоввходят атомыуглерода, водородаи кислорода.

Простыесахара, илимонозы по числууглеродныхзвеньев в молекуледелятся напентозы и гептозы.Из низкомолекулярныхуглеводов вприроде наиболеешироко распространенысахароза, мальтоза,лактоза. Высокомолекулярныеуглеводыподразделяютсяна простые исложные. К простымотносятсяполисахариды,молекулы которыхсостоят изостатков какой-либо одноймонозы. Этокрахмал, гликоген,Целлюлоза. Ксложным относятсяпектин, слизи.В состав сложныхуглеводов кромемоноз, входятпродукты ихокисления ивосстановления.

Углеводывыполняютстроительнуюфункцию, составляяоснову клеточнойстенки. Но главнаяфункция углеводов– энергетическая.При расщеплениисложных углеводовдо простых, Апростых доуглекислогогаза и водывыделяетсязначительноеколичествоэнергии.

Вовсех клеткахживотных ирастений содержатсялипиды. К липидамотносятсявещества различнойхимическойприроды, Нообладающиеобщими физико-химическимисвойствами,а именно: Нерастворимостьюв воде и хорошейрастворимостьюв органическихрастворителях– эфире, бензоле,бензине, хлороформе.

Похимическомусоставу и строениюлипиды подразделяютсяна фосфолипиды,сульфолипиды,стерины, растворимыев жирах пигменты,жиры и воска.Молекулы липидовбогаты гидрофобнымирадикаламии группами.

Великастроительнаяфункция липидов.Основная массабиологическихмембран состоитиз липидов. Входе расщепленияжиров освобождаетсябольшое количествоэнергии. К липидамотносятсянекоторыевитамины (А,D). Выполняютлипиды защитнуюфункцию у животных.Они откладываютсяпод кожей, создаваяслой с низкойтеплопроводимостью.У верблюда жирэто источникводы. Один килограммжира окисляясьдает один килограммводы.

Нуклеиновымкислотам, каки белкам принадлежитведущая рольв обмене веществи молекулярнойорганизацииживой субстанции.С ними связансинтез белка,рост и делениеклетки, Образованиеклеточныхструктур, а,следовательно,формообразованиеи наследственностьорганизма.

Нуклеиновыекислоты содержаттри основныхструктурныхэлемента: фосфорнуюкислоту, углеводтипа пентозыи азотистыеоснования;соединяясьони образуютнуклеотиды.Нуклеиновыекислоты представляютсобой полинуклеотиды,т. е. продуктыполимеризациибольшого количествануклеотидов.В нуклеотидахструктурныеэлементы связаныв следующейпоследовательности:фосфорнаякислота – пентоза– азотистоеоснование. Приэтом с фосфорнойкислотой пентозасвязана эфирнойсвязью, с основанием– глюкозидной.Связь междунуклеотидамив нуклеиновойкислоте осуществляетсячерез фосфорнуюкислоту, свободныерадикалы которойобуславливаюткислые свойствануклеиновыхкислот.

Вприроде существуетдва типа нуклеиновыхкислот – рибонуклеинноваяи дезоксирибонулеинновая(РНК и ДНК). Ониотличаютсяпо углеродномукомпонентуи набору азотистыхоснований.

РНКв качествеуглеродногокомпонентасодержит рибозу,ДНК содержитдезоксирибозу.

Азотистыеоснованиянуклеиновыхкислот являютсяпроизводнымипурина и пирамидина.К первым относятсяаденин и гуанин– обязательныекомпонентынуклеиновыхкислот. Производнымипирамидинаявляются цитозин,тимин, урацил.Из них толькоцитозин являетсяобязательнымдля обеих нуклеиновыхкислот. Чтокасается тиминаи урацила, топервый характерендля ДНК, второй– для РНК. Взависимостиот наличияазотистогооснованиянуклеотидыназываютсяадениновый,цитозиловый,гуаниновый,тиминовый,урациловый.

Структурноестроение нуклеиновыхкислот сталоизвестно послевеличайшегооткрытия сделанногов 1953 году Уотсономи Криком.

МолекулаДНК представляетсобой две спиральноидущие полинуклеотидныецепи, закрученныевокруг общейоси. Эти цепиобращены другк другу азотистымиоснованиями.Последниескрепляют обецепи на всемпротяжениимолекулы. Вмолекуле ДНКвозможны толькодва сочетания:аденин с тимином,и гуанин с цитозином.По ходу спиралив макромолекулеобразуетсядва «желобка»– один малыйрасположенныймежду двумяполинуклеотиднымицепями, другой– большойпредставляетпроем междувитками. Расстояниемежду парамиоснований пооси молекулыДНК составляет3, 4 А, В один ходспирали укладывается10 пар нуклеотидов,соответственнопротяженностьодного виткаравна 3,4 А. Диаметрпоперечногосечения спиралиравен 20 А. ДНКу эукариотсодержитсяв ядре клетки,где входит всостав хромосом,и в цитоплазме,где она находитсяв митохондрияхи хлоропластах.

Особымсвойством ДНКявляется ееспособностьудваиваться– этот процесссаморепродукцииопределятпередачунаследственныхсвойств отматеринскойклетки дочерним.

СинтезуДНК предшествуетпереход ееструктуры отдвуцепной кодноцепной.После этогона каждойполинуклеотиднойцепи , как наматрице формируетсяновая полинуклеотиднаяцепь, нуклеотиднаяпоследовательностьв которойсоответствуетисходной, такаяпоследовательностьопределяетсяпринципомкомплиментарностиоснований.Против каждогоА встает Т, противЦ – Г.

Рибонуклеиноваякислота (РНК)это полимер,мономерамикоторого являютсярибонуклеотиды:адениновый,цитозиновый,гуаниновый,урациловый.

Внастоящее времяразличают тривида РНК –структурную,растворимуюили транспортную,информационную.СтруктурнаяРНК находитсяглавным образомв составе рибосом.Поэтому ееназывают рибосомнойРНК. Она составляетдо 80% всей РНКклетки. ТранспортнаяРНК состоитиз 80-80 нуклеотидов.Находится всоставе основноговещества цитоплазмы.Составляетпримерно 10-15% всейРНК. Играетроль переносчикааминокислотв рибосомы, гдеосуществляетсясинтез белка.ИнформационнаяРНК весьма неоднородна; онаможет иметьмолекулярныйвес от 300000 до 2-хи более миллионови отличаетсячрезвычайновысокой метаболическойактивностью.ИнформационнаяРНК непрерывнообразуетсяв ядре на ДНК,играющей рольматрицы, инаправляетсяв рибосомы гдеона участвуетв в синтезебелка. В связис этим информационнуюРНК называютРНК-посредником.Она составляет10-5% от общей суммыРНК.

Средиорганическихвеществ клеткиособое местозанимаетаденинтрифосфорнаякислота. Онасодержит триизвестныхкомпонента:азотистоеоснованиеаденин), углевод(рибоза), и фосфорнуюкислоту. Особенностьюстроения АТФявляется наличиедвух дополнительныхфосфатныхгрупп, присоединенныхк уже имеющемусяостатку фосфорнойкислоты, в результатечего образуютсябогатые энергиейсвязи. Такиесвязи называютсямакроэнеретическими.Одна макроэнергитическаясвязь в грамм-молекулевещества заключаетв себе до 16000 калорий.ОбразуетсяАТФ и АДФ в процесседыхания за счетэнергии, освобождающейсяпри окислительномраспаде углеводов,жиров и пр. Обратныйпроцесс, т. е.переход от АТФк АДФ, сопровождаетсявыделениемэнергии, котораянепосредственноиспользуетсяв тех или иныхжизненныхпроцессов –в синтезе веществ,в движенииосновноговещества цитоплазмы,в проведениивозбужденийи пр. АТФ являетсяединым и универсальнымисточникомэнергоснабжающимисточникомклетки. Какстало известнов последниегоды, АТФ, и АДФ,АМФ являютсяисходным материаломдля образованиянуклеиновыхкислот.

Регуляторныеи сигнальныевещества.

Белкиобладают целымрядом замечательныхсвойств.

Ферменты.Большинствореакций ассимиляциии диссимиляциив организмеидут при участииферментов –белков являющимисябиологическимикатализаторами.В настоящеевремя известносуществованиеоколо 700 ферментов.Все они простыеили сложныебелки. Последниесостоят избелка и кофермента.Коферменты– это различныефизиологическиактивные веществаили их производные– нуклеотиды,флавины и т. д.

Ферментыотличаютсячрезвычайновысокой активностью,которая взначительнойстепени зависитот рН среды.Для ферментовнаиболее характернаих специфичность.Каждый ферментспособенрегулировать,лишь строгоопределенныйтип реакции.

Такимобразом, ферментывыполняютфункцию ускорителейи регуляторовпочти всехбиохимическихпроцессов вклетке и в организме.

Гормоны.

Гормоны– секреты железвнутреннейсекреции. Гормоныобеспечиваютв клетке синтезопределенныхферментов,активизируютили тормозятих работу. Такимобразом ониускоряют росторганизма иделение клеток,усиливаютработу мышц,регулируютвсасываниеи выделениеводы и солей.Гормональнаясистема вместес нервной системойобеспечиваетдеятельностьорганизма какединого целого,через специальноедействие гормонов

Витамины.Их биологическаяроль.

Витамины– это органическиевещества образующиесяв животноморганизме илипоступающиес пищей в оченьнезначительныхколичествах,но абсолютнонеобходимыхдля нормальногообмена веществ.Недостатоквитаминовприводит кзаболеваниюгипо- и авитаминозам.

Внастоящее времяизвестно более20 витаминов.Это витаминыгруппы В, витаминыЕ, А, К, С, РР и др.

Биологическаяроль витаминовзаключаетсяв том, что приих отсутствииили недостаткенарушаетсяв работа определенныхферментов,нарушаютсябиохимическиереакции и нормальнаядеятельностьклеток.

Биосинтезбелков. Генетическийкод.

Биосинтезбелков, а точнееполипептидныхцепей, осуществляетсяна рибосомах,но это лишьконечный этапсложного процесса.

Информацияо структуреполипептиднойцепи содержитсяв ДНК. ОтрезокДНК, несущийинформациюо полипептиднойцепи это ген.Когда это сталоизвестно, сталоясно, ЧтопоследовательностьнуклеотидовДНК должнаопределятьаминокислотнуюпоследовательностьполипептиднойцепи. Эта зависимостьмежду основаниямии аминокислотамиизвестна подназваниемгенетическогокода. Как известномолекула ДНКпостроена изнуклеотидовчетырех типовв состав которыхвходят одноиз четырехоснований:аденин (А), гуанин(Г), тимин (Т), цитозин(Ц). Нуклеотидысоединены вполинуклеотиднуюцепь. С помощьюэтого четырехбуквенногоалфавита записаныинструкциидля синтезапотенциальнобесконечногочисла белковыхмолекул. Еслибы одно основаниеопределялоположение однойаминокислоты,то цепь содержалатолько четыреаминокислоты.Если бы каждаяаминокислотакодироваласьдвумя основаниями,то с помощьютакого кодаможно было бызашифровать16 аминокислот.Только код,состоящий изтроек оснований(триплетныйкод), можетобеспечитьвключение вполипептиднуюцепь всех 20аминокислот.В такой кодвходят 64 разныхтриплета. Внастоящее времягенетическийкод известендля всех 20 аминокислот.

Главныечерты генетическогокода можносформулироватьследующимобразом.

1. Кодом,определяющимвключениеаминокислотыв полипептиднуюцепь, служиттриплет основанийв полипептиднойцепи ДНК.

2. Кодуниверсален:одни и те жетриплеты кодируютодни и те жеаминокислотыу разных микроорганизмов.

3. Код являетсявырожденным:данная аминокислотаможет кодироватьсяболее чем однимтриплетом.Напримераминокислоталейцин кодируетсятриплетамиГАА, ГАГ, ГАТ,ГАЦ.

4. Кодперекрывающийся:напримерпоследовательностьнуклеотидовАААЦААТТАсчитываетсятолько какААА/ЦАА/ТТА.Следует отметить,что существуюттриплеты, которыене кодируютаминокислоту.Функция некоторыхтаких триплетовустановлена.Это стартовыекодоны, сбросовыекодоны и пр.Функции другихтребуют расшифровки.

Последовательностьоснований водном гене,которая несетинформациюо полипептиднойцепи, «переписываетсяв комплиментарнуюее последовательностьоснованийинформационнойили матричнойРНК. Этот процессназываетсятранскрипцией,Молекула И-РНКобразуетсяв результатесвязываниядруг с другомсвободныхрибонуклеотидовпод действиемРНК – лимеразыв соответствиис правиламиспариванияоснований ДНКи РНК (А-У, Г-Ц, Т-А,Ц-Г). Синтезированныемолекулы И-РНК,несущие генетическуюинформацию,выходят из ядраи направляютсяк рибосомам.Здесь происходитпроцесс названныйтрансляцией– последовательностьтриплетовоснований вмолекуле И-РНКпереводитсяв специфическуюпоследовательностьаминокислотв полипептиднойцепи.

Кконцу молекулыДНК прикрепляетсянесколькорибосом образующихполисому. Всяэта структурапредставляетсобой последовательносоединенныерибосомы. Приэтом, на одноймолекуле И-РНК,может осуществлятьсясинтез несколькихполипептидныхцепей. Каждаярибосома состоитиз двух субъединиц– малой и большой.И-РНК Присоединяетсяк поверхностималой субъединицыв присутствииионов магния.При этом дваее первыхтранслируемыхкодона оказываютсяобращеннымик большой субъединицерибосомы. Первыйкодон связываетмолекулу т_рнксодержащуюкомплиментарныйему антикодони несущую первуюаминокислотусинтезируемогополипептида.Затем второйантикодонприсоединяеткомплексаминокислота-т-РНК,содержащийантикодонкомплиментарныйэтому кодону.

Функциярибосомы заключаетсяв том, чтобыудерживатьв нужном положениии-РНК, т-РНК ибелковые факторы,участвующиев процессетрансляции,до тех пор покамежду соседнимиаминокислотамине образуетсяпептиднаясвязь.

Кактолько новаяаминокислотаприсоединиласьк растущейполипептиднойцепи, рибосомаперемещаетсяпо нити и-РНКс тем, чтобыпоставить нанадлежащиеместо следующийкодон. Молекулат-РНК, котораябыла связанаперед этим сполипептиднойцепью, теперьосвободившисьот аминокислоты,покидает рибосомуи возвращаетсяв основноевещество цитоплазмы,чтобы образоватьновый комплексаминокислота-т-РНК.Такое последовательное«считывание»рибосомойзаключенногов и-РНК «текста»продолжаетсядо тех пор, покапроцесс недоходит доодного изстоп-кодонов.Такими кодонамиявляются триплетыУАА, УАГ илиУГА. На этомэтапе полипептиднаяцепь, первичнаяструктуракоторой былазакодированана участке ДНК– гене, покидаетрибосому итрансляциязавершена.

Послетого как полипептидныецепи отделилисьот рибосомы,они могут приобретатьсвойственнуюим вторичную,третичную иличетвертичнуюструктуры.

Взаключенииследует отметить,что весь процесссинтеза белкав клетке идетс участиемферментов. Ониобеспечиваютсинтез и-РНК,«захват» аминокислотт-РНК, соединениеаминокислотв полипептиднуюцепь, формированиевторичной,третичной,четвертичнойструктуры.Именно из-заучастия ферментовсинтез белканазывают биосинтезом.Для обеспечениявсех стадийсинтеза белка, используетсяэнергия высвобождающаясяпри расщепленииАТФ.

Регуляциятранскрипциии трансляции(синтеза белков)у бактерий ивысших организмов.

Каждаяклетка содержитполный набормолекул ДНК.С информациейо строении всехполипептидныхцепей, какиетолько могутбыть синтезированыв данном организме.Однако в определеннойклетке реализуетсятолько частьэтой информации,Как же осуществляетсярегуляция этогопроцесса?

Внастоящее времявыяснены толькоотдельныемеханизмысинтеза белков.Большинствобелков-ферментовобразуетсятолько в присутствиивеществ-субстратов,на которые онидействуют.Строениебелка-ферментазакодированов соответствующемгене (структурныйген). Рядом соструктурнымгеном находитсядругой ген-оператор.Кроме того вклетке присутствуетособое вещество– репрессор,способноевзаимодействоватькак с геном-оператором,так и с веществом-субстратом.Синтез репрессорарегулируетсягеном-регулятором.

Присоединившиськ гену-оператору,репрессорпрепятствуетнормальномуфункционированиюсоседнего сним структурногогена. Однако,соединившисьс субстратом,репрессорутрачиваетспособностьсоединятьсяс геном-оператороми и препятствоватьсинтезу и-РНК.Образованиемсамих репрессоровуправляютособые гены-регуляторы,функционированиекоторых управляетсярепрессорамивторого порядка.Вот почему невсе , а толькоспецифическиеклетки реагируютна данный субстратсинтезомсоответствующегофермента.

Наэтом, однако,иерархия репрессорныхмеханизмовне прерываетсяимеются репрессорыи более высокихпорядков, чтоговорит обудивительнойсложностисвязанногос запуском генав клетке.

Считываниезаключенногов и-РНК «текста»прекращаетсякогда этотпроцесс доходитдо стоп-кодона.

Автотрофные(аутотрофные)и гетеротрофныеорганизмы.

Автотрофныеорганизмысинтезируютиз неорганическихвеществ органическиес использованиемэнергии Солнцаили энергии,освобождающейсяпри химическихреакциях. Первыеназываютсягелиотрофами,вторые – хемотрофами.К автотрофныморганизмамотносятсярастения инекоторыебактерии.

Гетеротрофныеорганизмыиспользуютвещества производимыедругими видами.К гетеротрофамотносятся всеживотные,паразитическиерастения, большинствобактерий, грибы.

Различаютдва типа гетеротрофногопитания: сапрофитное– питаниеорганическимивеществами,образующимисяпри разложениител организмов;паразитное– питаниеорганическимивест вамивырабатываемымиживыми организмами.

Вприроде встречаетсяи смешанныйтип питания,который характерендля некоторыхбактерий, водорослейи простейших.Такие организмыорганическиевещества своеготела могутсинтезироватьиз готовыхорганическихвеществ и изнеорганических.

Объем веществв клетке.

Объемвеществ этопроцесс последовательногопотребления,превращения,использования, накопленияпотери веществи энергии позволяющийклетке самосохраняться,расти, развиватьсяи размножаться.Обмен веществсостоит изнепрерывнопротекающихпроцессовассимиляциии диссимиляции.

Пластическийобмен в клетке.

Пластическийобмен в клеткеэто совокупностьреакций ассимиляции,т. е. превращениеопределенныхвеществ внутриклетки с моментаих поступлениядо образованияконечных продуктов– белков, глюкозы,жиров и пр. Длякаждой группыживых организмовхарактеренособый, генетическизакрепленныйтип пластическогообмена.

Пластическийобмен у животных.Животные являютсягетеротрофнымиорганизмами,т. е. они питаютсяпищей содержащейготовые органическиевещества. Вкишечном трактеили кишечнойполости онирасщепляются:белки до аминокислот,углеводы домоноз, жиры дожирных кислоти глицерина.Продукты расщепленияпроникают вкровь и непосредственнов клетки тела.В первом случаепродукты расщепленияопять такиоказываютсяв клетках организма.В клетках происходитсинтез веществхарактерныйуже для даннойклетки, т. е.формируетсяспецифическийнабор веществ.Из реакцийпластическогообмена простейшимиявляются реакцииобеспечивающиесинтез белков.Синтез белкапроисходитна рибосомах,согласно информациио структуребелка содержащийсяв ДНК, из аминокислотпоступившихв клетку. Синтезди-, полисахаридовидет из монозв аппаратеГольджи. Изглицерина ижирных кислотсинтезируютсяжиры. Все реакциисинтеза идутс участиемферментов инуждаются взатрате энергии,энергию дляреакций ассимиляциидает АТФ.

Пластическийобмен в клеткахрастений имеетмного общегос пластическимобменом в клеткахживотных, нообладает определеннойспецифичнойсвязанной соспособом питаниярастений. Растенияэто аутотрофныеорганизмы.Растительныеклетки, содержащиехлоропласты,способнысинтезироватьорганическиевещества изпростых неорганическихсоединенийс использованиемэнергии света.Этот процессизвестный подназваниемфотосинтезапозволяетрастениям сучастием хлорофилаиз шести молекулуглекислогогаза и шестимолекул водыполучать однумолекулу глюкозыи шесть молекулкислорода. Вдальнейшемпреобразованиеглюкозы идетпо известномунам пути.

Метаболитывозникающиеу растений впроцессе обменавеществ даютначало составнымэлементамбелков – аминокислотами жиров – глицеринуи жирным кислотам.Синтез белкау растений идеткак и животныхна рибосомах,а синтез жировна цитоплазме.Все реакциипластическогообмена у растенийидут с участиемферментов иАТФ. В результатепластическогообмена образуютсявеществаобеспечивающиерост и развитиеклетки.

Энергетическийобмен в клеткеи его сущность.

Совокупностьреакций диссимиляции,сопровождающихсявыделениемэнергии, называетсяэнергетическимобменом. Наиболееэнергетическимивеществамиявляются белки,жиры и углеводы.

Энергетическийобмен начинаетсяс изготовительногоэтапа, когдабелки распадаютсяна аминокислоты,жиры на глицерини жирные кислоты,полисахаридына моносахариды.Образующаясяэнергия на этомэтапе незначительнаи рассеиваетсяв виде тепла.Из образовавшихсявеществ основнымпоставщикомявляется энергииглюкоза. Расщеплениеглюкозы в клетке,в результатекоторого происходитсинтез АТФ ,происходитв две стадии.Все начинаетсяс бескислородногорасщепления– гликолиза.Вторую стадиюназывают кислороднымрасщеплением.

Гликолизомназываютпоследовательностьреакций, в результатекоторых однамолекула глюкозыраспадаетсяна две молекулыпировинограднойкислоты. Этиреакции протекаютв основномвеществе цитоплазмыи не требуютприсутствиякислорода.Процесс происходитв два этапа. Напервом этапепроисходитпревращениеглюкозы в фруктозо–1, 6,-бифосфат,а на втором -расщеплениепоследнегона два трехуглеродногосахара, которыепозже превращаютсяв пировинограднуюкислоту. Приэтом на первомэтапе в реакцияхфосфорилированияпотребляютсядве молекулыАТФ. Таким образомчистый выходАТФ при гликолизесоставляетдве молекулыАТФ. Кроме того,при гликолизеосвобождаетсячетыре атомаводорода.. Суммарнуюреакцию гликолизаможно записатьтак:

CHO2CHO + 4H + 2 АТФ

Вдальнейшемпри наличиикислородапировинограднаякислота переходитв митохондриидля полногоокисления доСО и воды ( аэробноедыхание ). Есликислорода нет,то она праевращаетсялибо в этанол,либо в молочнуюкислоту (анаэробноедыхание).

Кислородноерасщепление(аэробное дыхание)происходитв митохондриях,где под действиемферментовпировинограднаякислота вступаетв реакцию сводой и полностьюраспадаетсяс образованиемуглекислогогаза и атомовводорода. Углекислыйгаз удаляетсяиз клетки. Атомыводорода попадаютв мембранумитохондрий,где в результатеферментативногопроцесса окисляются.Электроны икатионы водородас помощьюмолекул-переносчиковТранспортируютсяна противоположныестороны мембраны:электроны навнутреннюю,протоны нанаружную. Электронысоединяютсяс кислородом.В результатеэтих перестроекмембрана снаружизаряжаетсяположительно,а изнутриотрицательно.При достижениикритическогоуровня разностипотенциаловна мембранеположительнозаряженныечастицы проталкиваютсячерез каналв молекулефермента встроенногов мембрану навнутреннююсторону мембраны,где соединяясьс кислородомобразуют воду.

Процесскислородногодыхания можнопредставитьв виде следующегоуровня:

2СНО+ 6О + 36АДФ + 36НРО 36АТФ + 6СО + 42НО.

Асуммарноеуравнениегликолиза икислородногопроцесса выглядиттак:

СНО+ 6О + 38АДФ + 38НРО 38АТФ + 6СО + 44НО

Такимобразом, расщеплениев клетке одноймолекулы глюкозыдо углекислогогаза и водыобеспечиваетсинтез 38 молекулАТФ.

Значитв процессеэнергетическогообмена образуетсяАТФ – универсальныйисточник энергиив клетке.

Хемосинтез.

Каждыйорганизм дляподдержанияжизни и осуществленияпроцессов,совокупностькоторых составляетобмен веществ,нуждается впостоянномпритоке энергии.

Процессобразованиянекоторымимикроорганизмамиорганическихвеществ, изуглекислогогаза за счетэнергии, получаемойпри окислениинеорганическихсоединений(аммиака, водорода,соединенийсеры, закисногожелеза) называетсяхемосинтезом.

Взависимостиот минеральныхсоединений,в результатеокислениякоторых микроорганизмы,а это в основномбактерии, способныполучать энергиюхемоавтотрофыделятся нанитрифицирующие,водородные,серобактерии,железобактерии.

Нитрофицирующиебактерии окисляютаммиак до азотнойкислоты. Этотпроцесс идетв две фазы. Сначалаидет окислениеаммиака доазотной кислоты:

2NH+ 3O = 2HNO + 2HO + 660 кДж.

Затемазотистаякислота превращаетсяв азотную:

2HNO+ O = 2HNO + 158 кДж.

Всумме выделяется818 кДж , которыеиспользуютсядля утилизацииуглекислогогаза.

Ужелезобактерийокислениедвухвалентногожелеза происходитсогласно уравнению

Посколькуреакция сопровождаетсямалым выходомэнергии (46,2*10 Дж/гокисленногожелеза), то дляподдержанияроста бактериямприходитсяокислять весмабольшое количествожелеза.

Приокислении одноймолекулы сероводородавыделяется– 17,2*10 Дж., одноймолекулы серы– 49,8*10 Дж., а одноймолекулы -88,6*10 Дж.

Процессхемосинтезабыл открыт в1887 году С.Н. Виноградским.Это открытиене только пролилосвет на особенностиобмена веществу бактерий, нои позволилоопределитьзначимостьбактерий –хемоавтотрофоф.Особенно этокасаетсяазотфиксирующихбактерий, которыенедоступныйрастениям азотпревращаютв аммиак, чемспособствуютповышениюплодородияпочвы. Сталпонятен и процессучастия бактерийв круговоротевеществ в природе.

Размножениеорганизмов.

Формы размноженияорганизмов.

Способностьразмножаться,т.е. производитьновое поколениетого же вида,одна из основныхособенностейживых организмов.

Существуетдва основныхтипа размножения– бесполое иполовое.

Бесполоеразмножение.

Прибесполом размножениипотомки происходятот одного организма.Идентичноепотомствопроисходящееот оной родительскойособи, называетсяклоном. Членыодного клонамогут бытьгенетическиразличнымитолько в случаевозникновенияслучайныхмутаций. Бесполоеразмножениене встречаетсятолько у высшихживотных. Однакоизвестно, чтоклонированиебыло успешнопроведено длянекоторых видови высших животных– лягушек, овец,коров.

Внаучной литературевыделяют несколькоформ беспологоразмножения.

1. Деление.Делениемразмножаютсяодноклеточныеорганизмы:каждая особьделиться надве или большеечисло дочернихклеток, идентичнойродительскойклетке. Такразмножаютсябактерии, амеба,эвглена, хламидомонадаи др.

2. Образованиеспор. Спора –это одноклеточнаярепродуктивнаяструктура.Образованиеспор характернодля всех растенийи грибов.

3. Почкование.Почкованиемназывают формубеспологоразмножения,при которойновая особьобразуетсяв виде выростана теле родительскойособи, а затемотделяетсяот не и превращаетсяв самостоятельныйорганизм. Почкованиевстречаетсяу кишечнополостныхи у дрожжей.

4. Размножениефрагментами.Фрагментациейназывают разделениеособи на несколькочастей, котораярастет и образуетновую особь.Так размножаетсяспирогира,лишайники инекоторые видычервей.

5. Вегетативноеразмножение.Это форма беспологоразмножения,при которойот растенияотделяетсяотносительнобольшая, обычнодифференцированная,часть и развиваетсяв самостоятельноерастение. Эторазмножениелуковицами,клубнями,корневищамии пр. Вегетативноеразмножениеподробно описанов разделе«Ботаника».(Ботаника. Пособиедля поступающихв вузы. СоставительМ. А. Галкин).

Половоеразмножение.

Приполовом размножениипотомствополучаетсяв результатеполового размножения– слияниягенетическогоматериалагаплоидныхядер. Ядра находятсяв специализированныхполовых клетках– гаметах. Гаметыгаплоидны –они содержатодин наборхромосом, полученныйв результатемейоза; онислужат связующимзвеном междуданным поколениеми следующим.Гаметы могутбыть одинаковымипо размерами форме, с органамипередвижения– жгутикамиили без них, ночаще мужскиегаметы отличаютсяот женских.Женские гаметы– яйцеклеткиобычно крупнеемужских, имеютокруглую формуи обычно неимеют локомоторныхорганов. У яйцеклетокчетко выделяютсятакже элементыпротопластакак и ядро. Восновном веществецитоплазмынакапливаетсябольшое количествопитательныхвеществ. Мужскиегаметы имеютзначительноупрощенноестроение. Онибывают подвижными,т.е. имеют жгутики.Это сперматозоиды.Бывают они ибез жгутиковэто спермии.

Половоеразмножениеимеет громадноебиологическоезначение. Вовремя мейоза,когда образуютсягаметы, В результатеслучайногорасхожденияхромосом иобмена генетическимматериаломмежду гомологичнымихромосомамивозникают новыекомбинациигенов, попавшихв одну гамету,что повышаетгенетическоеразнообразие.

Приоплодотворениигаметы сливаются,образуя диплоиднуюзиготу – клеткусодержащуюпо одномухромосомномунабору от каждойгаметы. Этообъединениедвух наборовхромосом представляетсобой генетическуюоснову внутривидовойизменчивости.

Партеногенез.

Однойиз форм половогоразмноженияявляется партеногенез– при которомразвитие зародышапроисходитиз неоплодотвореннойяйцеклетки.Партеногенезраспространенсреди насекомых(тли, пчелы),разнообразныхколовраток,простейших,как исключениевстречаетсяу некоторыхящериц.

Существуетдва типа партеногенеза– гаплоидныйи диплоидный.У муравьев врезультатегаплоидногопартеногенезав в пределахсообщества,возникаютразличные кастыорганизмов– солдаты, уборщикии пр. У пчел изнеоплодотвореннойяйцеклеткипоявляютсятрутни, у которыхсперматозоидыобразуютсямитозом. У тлейпроисходитдиплоидныйпартеногенез.У них в периодобразованияклеток в анафазе– не расходятьсягомологичныехромосомы –и сама яйцеклеткаоказываетсядиплоиднойпри трех «стерильных»полярных тельцах.У растенийпартеногенездовольно типичноеявление. Здесьон носит названиеапомиксиса.В результате«стимуляции»в яйцеклеткепроисходитудвоение хромосом.Из диплоиднойклетки развиваетсянормальныйзародыш.

Систематикарастений.

Систематикаизучает разнообразиерастений. Объектомизучения систематикиявляютсясистематическиекатегории.Основнымисистематическимикатегориямиявляются: вид,род, семейство,класс, отдел,царство.

Вид– это совокупностьпопуляцийособей, способныхв природныхусловиях скрещиватьсяи образовыватьплодовитоепотомство. Род– это совокупностьблизкородственныхвидов. Семейство– это совокупностьблизкородственныхродов. Классобъединяетблизкородственныесемейства,отдел – близкородственныеклассы. В качествецарства выступаютв данном случаерастения.

Научныеназвания всехсистематическихкатегорийприводятсяна латинскомязыке. Названиясистематическихкатегорий вышевида состоятиз одного слова.Для видов с1753 года благодаряК. Линнею принятыбинарные названия.Первое словообозначаетвидовую принадлежность,второе являетсявидовым эпитетом.Названиесистематическихкатегорий нарусском языкередко являютсяпереводом слатинского,чаше это оригинальныеназвания родившиесяв народе.

Образованиеполовых клетоку человека.Строение половыхклеток человека.Оплодотворениеу человека.Биологическоезначениеоплодотворения.

Сперматозоиды– мужские половыеклетки образуютсяв результатеряда последовательныхклеточныхделений –сперматогенеза,за которымследует сложныйпроцесс дифферинцировки,называемыйспермиогенезом.

Сначаладеление клетокзачатногоэпителия, которыйнаходится всеменных канальцах,дает началосперматогониям,которые увеличиваютсяв размерах истановятсясперматоцитамипервого порядка.Они в результатепервого делениямейоза образуютдиплоидныесперматоцитывторого порядка,после второгоделения мейозаони дают началосперматозоидам.Взрослый сперматозоидсостоит изголовки, промежуточногоотдела и жгутика(хвостика). Головкасостоит изакросомы и ядраокруженныхмембраной.Шейка имеетцентриоль. Впромежуточномотделе расположенымитохондрии.

Образованиеяйцеклеткиу человека –оогенез протекаетв несколькостадий. На первомэтапе в результатеметотическогоделения изклеток зачаточногоэпителия образуютсяоогонии. Оогонииделятся по типумитоза и даютначало ооцитампервого порядка.Из ооцитовпервого порядкав результатемитотическогоделения образуютсяяйцеклеткии полярныетельца.

Оплодотворениеу человекавнутреннее.В результатепроникновениясперматозоидав яйцеклеткупроисходитслияние ядерполовых клеток.Образуетсязигота.

Врезультатеоплодотворениявосстанавливаетсядиплоидныйнабор хромосом,образуетсяновый организм,несущий в себепризнаки материи отца. Приобразованииполовых клетокпроисходитперекомбинациягенов, поэтомуновый организмсоединяет всебе лучшиепризнаки родителей.

Индивидуальноеразвитие организма– онтогенез.

Онтогенезэто периодразвития организмаот первогоделения зиготыдо естественнойсмерти.

Развитиезародыша (напримере животных).

Независимоот того, гдепроисходитразвитие зародыша,начало егоразвития связанос первым митотическимделением. Следующийза делениемядра цитокинезприводит кобразованиюдвух диплоидныхдочерних клеток,которые получилиназвание бластомеров.Бластомерыпродолжаютделиться потипу митозапричем продольноеделение чередуетсяс поперечным.Деления бластомерназывают дроблением,т. к. в периодэтого процессане происходитрост клеток,а образующийсякомок клеток– морула пообъему равендвум первичнымбластомерам.Дальнейшееразвитие зародышасвязано собразованиембластулы. Приэтом бластомерыобразуют однослойнуюстенку вокругцентральнойполости заполненнойжидкостью.Клетки стенкибластулы наодном из участковначинают делитьсяи образуютвнутреннююклеточнуюмассу. В дальнейшемиз этой клеточноймассы формируетсявнутреннийслой стенки,таким образомобособляетсяэктодерма –наружный слойи эндодерма– внутреннийслой клеток.Это двуслойнуюстадию развитияназывают гаструлой.На более позднейстадии развитиязародыша образуетсямезодерма –третий зародышевыйлисток. Эктодерма,эндодерма имезодерма даютначало всемтканям развивающегосяэмбриона. Клеткиэктодермы даютначало первойпластинке,первому гребнюи эктобласту.По краю первойпластинкивозникаютнаправленныевверх складки,а в центральнойчасти нервныйжелобок, которыйуглубляетсяи превращаетсяв нервную трубку– зачаток центральнойнервной системы.Из переднейчасти нервнойтрубки формируетсяголовной мозги зачатки глаз.В переднейчасти зародышаиз эктобластаформируютсязачатки органовслуха, обоняния.Эпибласт даетначало эпидермису,волосам, перьям,чешуе. Нервныйгребень трансформируетсяв зачатки нервноговеществапозвоночника,челюстей. Изэктодермыформируетсяпервичныйкишечник, внутреннийэпителий, зачаткижелез и . Мезодермадает началохорде, сомитам,мезехиме инефротомам.Из сомитовразвиваютсязачатки дермы,мышц стеноктела, позвонков,скелетных мышц.Из мезенхимызачатки сердца,гладкой мускулатуры,кровеносныхсосудов и самойкрови. Нефротомыдают началоматке, коренадпочечников,мочеточниками пр.

Вовремя развитияпроизводныхзародышевыхлистков изменяетсявид зародыша.Он приобретаетопределеннуюформу, достигаетопределенныхразмеров. Развитиезародышазаканчиваетсявылуплениемиз яйца илирождениемдетеныша.

Постэмбриональноеразвитие.

Смомента вылуплениязародыша изяйца или рождениядетеныша начинаетсяпост эмбриональноеразвитие. Ономожет бытьпрямым, когдародившийсяорганизм сходенпо строениюсо взрослойособью, и непрямым,когда эмбриональноеразвитие приводитк развитиюличинки, котораяот взрослойособи имеетморфологические,анатомическиеи физиологическиеразличия. Прямоеразвитие характернодля большинствапозвоночныхживотных, ккоторым относятсяпресмыкающиеся,птицы, млекопитающие.Постэмбриональноеразвитие о этихорганизмовсвязано с простымростом, которыеведет уже ккачественнымизменениям– развитию.

Кживотным снепрямым развитиемотносятсякишечнополостные,сосальщики,ленточныечерви, ракообразные,насекомые,моллюски, иглокожие,оболочники,амфибии.

Непрямоеразвитие ещеназывают развитиемс метаморфозом.Термином «метаморфоз»обозначаютбыстрые изменения,происходящиеот личиночнойстадии к взрослойформе. Личинкиобычно служатстадией предназначеннойдля расселения,т. е. обеспечиваютраспространениевида.

Личинкиотличаютсяот взрослойособи и по своемуместо обитанию,по биологиипитания, способулокомоции иособенностямповедения;благодаря этомувид можетиспользоватьна протяжениионтогенезавозможности,представленныедвумя экологическимитипами, чтоповышает егошансы на выживание.Многие виды,например стрекозы,питаются ирастут толькона личиночнойстадии. Личинкиграют роль какбы переходногоэтапа, во времякоторого видможет приспособлятьсяк новым условиямобитания. Крометого, личинкиобладают иногдафизиологическойвыносливостью,благодарякоторой онив неблагоприятныхусловиях выступаютв роли покоящейсястадии. Напримермайский жукперезимовываетв почве в формеличинки. Но вбольшинствеслучаев у насекомыхэто происходитна другом этапеметаморфоза– на стадиикуколки.

Инаконец, личиночныестадии обладаютиногда темпреимуществом,что на этихстадиях возможноувеличениечисла личинок. Как это происходиту некоторыхплоских червей.

Следуетотметить, чтово многих случаяхличинки достигаютвесьма высокойорганизации,как, напримерличинки насекомых,у которыхнедоразвитымиостаются толькорепродуктивныеорганы.

Такимобразом, структурныеи функциональныеизменения,происходящиево время метаморфоза,подготавливаюторганизм квзрослой жизнив новом местообитании.

Биологическиечасы. Саморегуляция.Влияние различныхфакторов наразвитие организма.Приспособлениеорганизма кизменяющимсяусловиям, Анабиоз.

Навсех стадияхразвития –стадия зародыша,стадия постэмбриональногоразвития, организмподвергаетсявлиянию фактороввнешней среды– температуры,влажности,света, пищевыхресурсов и др.

Особенноподверженвлиянию фактороввнешней средыорганизм настадии зародышаи на стадиипостэмбриональногоразвития. Настадии зародыша,когда организмразвиваетсяв теле материи связан с нейкровеноснойсистемой, поведениематери являетсярешающим в егонормальномразвитии. Куритмать, «курит»и зародыш. Матьупотребляеталкоголь,«употребляеталкоголь» изародыш. Особенноподверженвлиянию зародышв 1-3 месяце своегоразвития. Нормальныйобраз жизнив постэмбриональноеразвитие позволяеторганизмусуществоватьнормальновплоть доестественнойсмерти. Организмгенотипическиадаптированк существованиюв определенноминтервалетемператур,влажности,соленостисреды, освещенности.Ему требуетсяопределенныйрацион питания.

Моржизм,пешие переходычерез Антарктику,полеты в космос,голодание,обжорствонепременноприводят кразвитию рядазаболеваний.

Здоровыйобраз жизни– залог долголетия.

Всебиологическиесистемы характеризуютсябольшей илименьшей способностьюк саморегуляции.Саморегуляция– состояниединамическогопостоянстваприроднойсистемы направленана максимальноеограничениевоздействийвнешней и внутреннейсреды, сохраненьяотносительногопостоянстваструктуры ифункций организма.

Крометого, влияниеразличныхфакторов наорганизм сглаживаетсяв результатеформированияу организмовсложной системыфизиологическихреакций навременные –сезонные и вособенностина кратковременные– суточныеизменения вфакторах внешнейсреды, получившиеотображениев биологическихчасах. Примеромможет служитьчеткое сохранениецветения урастений вопределенноевремя суток.

Особымвидом приспособленияорганизма кизменяющимсяусловиям являетсяанабиоз – временноесостояниеорганизма, прикотором жизненныепроцессы настолькозамедленнычто практическиотсутствуютвсе видимыепроявленияжизни. Возможностьвпадать в анабиозспособствуетвыживаниюорганизмовв резко неблагоприятныхусловиях. Анабиозраспространену грибов, микроорганизмов,растений, животных.При наступленииблагоприятныхусловий организмывпавшие в анабиозвозвращаютсяк активнойжизни. Вспомнимвысохших коловраток,цисты, спорыи пр.

Всеприспособленияорганизмовк изменяющимсяусловиям являютсяпродуктомдеятельностиестественногоотбора. Естественныйотбор определили амплитудудействия факторовсреды, котораяпозволяеторганизмунормальносуществовать.

Эволюционныйпроцесс и егозакономерности.

Предпосылкивозникновенияэволюционнойтеории Ч. Дарвина.

Появлениюэволюционнойтеории Ч. Дарвина,изложеннойим в книге«Происхождениевидов», предшествовалодлительноеразвитие биологии,ее функциональныхи прикладныхдисциплин. Ещеза долго до Ч.Дарвина предпринималисьпопытки объяснитьочевидноеразнообразиеорганизмов,Выдвигалисьразличныеэволюционныегипотезы, которыемогли бы объяснитьсходство междуживотнымиорганизмами.Здесь следуетупомянутьАристотеля,который ещев 4 веке до н. э.Сформулировалтеорию непрерывногои постепенногоразвития живогоиз неживойматерии, создалпредставлениео лестницеприроды. В конце18 века Джон Рейсоздал концепциювида. А в 1771-78 гг.К. Линней ужепредложилсистему видоврастений. Своемудальнейшемуразвитию биологияобязана именноэтому ученому.

Работы К.Линнея.

Впериод расцветадеятельностиК. Линнея, которыйпопадает насередину 18 векав биологиигосподствовалометафизическоепредставлениео природе, основанноена неизменчивостии изначальнойцелесообразности.

К.Линней имелпод рукой громадныеколлекциирастений иприступил ких систематизации.Опираясь научение Д. Реяо виде он началгруппироватьрастения вобъеме этойкатегории. Вэтот периоддеятельностиК. Линней создаетязык ботаники:определяетсущность признакаи группируетпризнаки всвойства, создаваясквозные диагнозы- описание видов.К. Линней узаконилбинарную номенклатурувида. Каждыйвид стал именоватьсядвумя словамина латинскомязыке. Первоеобозначаетродовую принадлежность,второе являетсявидовым эпитетом.Описания видоввыполнялисьтакже на латинскомязыке. Это позволилосделать доступнымивсе описаниядля ученныхвсех стран, т.к. латинскийязык изучалсяво всех университетах.ВыдающимсядостижениемК. Линнея сталосоздание системырастений иразработкасистематическихкатегорий. Наоснове строениярепродуктивныхорганов К. Линнейобъединил всеизвестныерастения вклассы. Первые12 классов выделеныпо количествутычинок: класс1– однотычиночные,класс 2 – двуиычиночныеи т. д. В 14 классбыли включенырастения неимеющие цветков.Эти растенияон назвалтайнобрачными.Классы К. Линнейподелил насемейства,основываясьна строениицветка и другихорганов. От к.Линнея идутсемейства каксложноцветные,зонтичные,крестоцветныеи др. СемействаК. Линней поделилна роды. Род К.Линней считалреально существующейкатегориейсозданной поотдельноститворцом. Видыон считал вариантамиродов, развившимсяиз исходногопредка. Такимобразом нанизших уровняхК. Линней признавалналичие эволюционногопроцесса, чтоостается незамеченнымв настоящеевремя некоторымиавторами учебникови научно-популярныхпубликаций.

Значениетрудов К. Линнеяогромно: Онузаконил бинарнуюноменклатуру,ввел стандартныеописания видов,предложилсистему таксономическихединиц: вид,род, семейство,класс, отряд.И главное создалсистемы растенийи животных посвоей по своейнаучно обоснованностипревосходящиевсе существующиедо него системы.Их называютискусственными,из-за малогоколичестваиспользуемыхпризнаков, ноименно системыК. Линнея позволилиговорить омногообразиивидов и их сходстве.Простота системпривлекла вбиологию многихисследователей,дала стимулк описаниюновых видов,вывела биологиюна новую ступеньразвития. Биологияначала объяснятьживое, но нетолько егоописывать.

Теория эволюцииЖ. Б. Ламарка.

В1809 году французскийбиолог Ж. Б. Ламаркиздает книгу«Философиязоологии», гдеизлагает механизмэволюцииорганическогомира. В основуэволюционнойтеории Ламаркабыли положеныдва закона,которые известныкак закон упражненияи неупражненияорганов и законнаследованияприобретенныхпризнаков. УЛамарка этизаконы звучаттак. Первыйзакон. « Во всякомживотном, недостигшемпредела своегоразвития, болеечастое и неослабляющееупотреблениекакого-нибудьоргана укрепляет этот орган,развивает его,увеличиваети сообщает емусилу, соразмернос длительностьюсамого употребления,тогда как постоянноенеупотреблениеоргана неприметноослабляет его,приводит вупадок, последовательносокращает егоспособностии наконец вызываетего исчезновение.»Второй закон.«Все, что природазаставилаприобрестиили утратитьона сохраняетпутем размноженияна других особях.»Таким образом,суть теорииЛамарка заключаетсяв том, что поддействиемокружающейсреды у организмоввозникаютизменения,которые передаютсяпо наследству.Так как измененияносят индивидуальныйхарактер, топроцесс эволюцииприводит кразнообразиюорганизмов.Классическимпримером механизмаэволюции поЛамарку являетсявозникновениедлинной шеиу жирафа. Многиепоколения егокороткошеихпредков питалисьлистьями деревьев,за которымиим приходилосьтянуться всевыше и выше.Незначительноеудлинение шеипроисходившеев каждом поколении,передавалосьследующемупоколению, покаэта часть телане достигласвоей нынешнейдлины.

ТеорияЛамарка сыгралазначительнуюроль в становлениивзглядов Ч.Дарвина. Фактическисвязку «среда– изменчивость– наследственность»Дарвин взялу Ламарка. Ламаркнашел причинуизменчивости.Такой причинойявляется окружающаясреда. Пыталсяон объединитьи передачуизмененийпотомству, т.е. механизмынаследственности.Его теория«непрерывностизародышевойплазмы» существоваладо конца 19 века.

Присвоем громадномзначении ипростоте восприятиятеория эволюцииЛамарка неполучила широкогопризнания. Вчем же причинаэтого. Ламарквысказалпредположение,что человекпроизошел откаких-то четвероруких.За это он под со стороныНаполеона,который приказалуничтожитьего книгу. Ламаркотрицал реальноесуществованиевида, чем настроилпротив себяпоклонниковЛиннея, к которымотносилисьбольшинствобиологов начала19 века. И наконецего главнаяметодологическаяошибка: «всеприобретенныепризнакинаследуются».Проверка этогоположения недавала 100% подтверждения,а отсюда всятеория подвергаласьсомнению. Ивсе-таки значениетеории Ж.Б. Ламаркаогромно. Именноу него появилсятермин - «факторыэволюции». Иэти факторыимели материальнуюоснову.

Несомненныйотпечаток намировоззрениеЧ. Дарвина оказалитруды Ж. Кювьео ископаемыхостатках и Ч.Лайеля продемонстрировавшегопрогрессивныеизмененияископаемыхостатков.

Путешествуявокруг светана корабле«Билль», Ч. Дарвинсам смог увидетьи оценитьразнообразиерастений иживотных обитающихна разных континентахв различныхусловиях. Аживя в Англии– стране с прекрасноразвитым сельскимхозяйством,стране, котораясвозила наостров все, чтобыло в мире, Ч.Дарвин могвидеть результаты«эволюционной»деятельностичеловека.

Иконечно самойглавной предпосылкойвозникновенияэволюционнойтеории Ч. Дарвинастал сам Ч. Дарвин,гений которогосумел объять,проанализироватьвесь огромныйматериал исоздать теориюзаложившуюосновы дарвинизма– учение обэволюции живыхорганизмов.

Основныеположенияэволюционнойтеории Ч. Дарвина.

Теорияэволюции путеместественногоотбора быласформулированаЧ. Дарвиным в1839 году. В полномобъеме эволюционныевзгляды Ч. Дарвинаизложены вкниге «Происхождениевидов путеместественногоотбора, илисохранениеблагоприятствуемыхпород в борьбеза жизнь».

Ужесамо названиекниги говорито том , что Дарвинне ставил передсобой цельдоказатьсуществованиеэволюции, наналичие которойеще указывалКонфуций. Впериод созданиякниги в существованииэволюции уженикто не сомневался.Основная заслугаЧ. Дарвиназаключаетсяв том, что онобъяснил как эволюция можетпроисходить.

Путешествиена корабле«Бигль» позволилоДарвину собратьмножестводанных обизменчивостиорганизмов,которые убедилиего в том, чтовиды нельзясчитать неизменными.Возвратившисьв Англию Ч. Дарвинзанялся практикойразведенияголубей и другихдомашних животных,что привелоего к концепцииискусственногоотбора какметода выведенияпород домашнихживотных исортов культурныхрастений. Отбираянужные емууклонения,человек доводяэти уклонениядо нужных требованийсоздавал емунужные породыи сорта.

Движущимисилами этогопроцесса поЧ. Дарвину явилисьнаследственнаяизменчивостьи производимыйчеловекомотбор.

ОднакоЧ. Дарвину надобыло решитьпроблему действияотбора в природныхусловиях. Намеханизм действияотбора Ч. Дарвинаподтолкнулиидеи изложенныев 1778 году Т, Мальтусомв труде «Трактато народонаселении.»Мальтус яркоописал ситуациюк которой могбы привестирост населения,если бы он ничемне сдерживался.Дарвин перенесрассужденияМальтуса надругие организмыи обратил вниманиена такие факторы:несмотря навысокий репродуктивныйпотенциалчисленностьпопуляцииостается постоянной.Сопоставляяогромное количествосведений, онпришел к выводу,что в условияхжесткой конкуренциимежду членамипопуляции любыеизменения,благоприятныев данных условиях,повышали быспособностьособи размножатьсяи оставлятьпосле себяплодовитоепотомство, анеблагоприятныеизменения,очевидно, невыгодны,и у обладающихими организмовшансы на успешноеразмножениепонижаются.Все это послужилоосновой дляопределениядвижущих сил(фактров0 эволюции,которыми поДарвину являетсяизменчивость,наследственность, борьба засуществование, естественныйотбор.

Всущности , основнойсмысл эволюционнойтеории Ч. Дарвиназаключаетсяв том , что эволюцияпроисходитна основевозникновениянаследуемыхизменений,взвешиванияих борьбой засуществованиеи отбора изменений,позволяющихорганизмампобедить винтенсивнойконкурентнойборьбе. Результатомэволюции поЧ. Дарвину являетсявозникновениеновых видов, что приводитк разнообразиюфлоры и фауны.

Движущиесясилы (факторы)эволюции.

Движущимисясилами в эволюцииявляются:наследственность,изменчивость,борьба засуществование,естественныйотбор.

Наследственность.

Наследственность-свойство всехживых организмовсохранять ипередаватьпризнаки исвойства отпредков к потомству.Во времена Ч.Дарвина природаэтого явлениябыла не известна.Дарвин, как и , предполагалналичие наследственныхфакторов. Критикаэтих высказыванийсо стороныоппонентовзаставилаДарвина отказатьсяот взглядовна место расположенияфакторов, носама идея наличияматериальныхфакторовнаследственностипронизываетвсе его учение.Суть явлениястала понятнапосле разработкиТ. Морганомхромосомнойтеории. Когдаже была расшифрованаи понята структурагена, механизмнаследственностистал совсемясным. Основанон на следующихфакторах: признакиорганизма(фенотип) определяютсягенотипом исредой (нормареакции); признакиорганизмаопределяютсянабором белков,которые формируютсяиз полипептидныхцепей, синтезирующихсяна рибосомах,информацияо структуресинтезируемойполипептиднойцепи содержитсяна и-РНК, и-РНКполучает этуинформациюв период матричногосинтеза научастке ДНК,который являетсягеном; геныпередаютсяот родителейк детям и являютсяматериальнойосновой наследственности.В интеркинезепроисходитудвоение ДНК,а отсюда и удвоениегенов. В периодобразованиеполовых клетокпроисходитредукция числахромосом, а приоплодотворениив зиготе объединяютсяженские и мужскиехромосомы.Формированиезародыша иорганизмапроисходитпод влияниемгенов какматеринскогои отцовскогоорганизма.Наследованиепризнаковпроисходитв соответствиис законаминаследственностиГ. Менделя илипо принципупромежуточногохарактеранаследованияпризнаков.Наследуютсяпри этом какдискретные,так и мутированныегены.

Такимобразом, саманаследственностьвыступает содной стороныкак факторсохраняющийуже устоявшиесяпризнаки, сдругой стороныобеспечиваетвхождение вструктуруорганизма новыхэлементов.

Изменчивость.

Изменчивостьэто всеобщеесвойство организмовв процессеонтогенезаприобретатьновые признаки.Ч. Дарвин отметил,что нет двуходинаковыхособей в одномпомете, нетдвух одинаковыхрастений выросшихиз родительскихсемян. Понятиео формах изменчивостиЧ. Дарвинымбыло разработанона основе изученияпород домашнихживотных. ПоЧ. Дарвину существуетследующие формыизменчивости:определенная,неопределенная,соотносительная,наследственная,ненаследственная.

Определеннаяизменчивостьсвязана свозникновениему большогочисла особейили у всех особейданного вида,сорта или породыв период онтогенеза.Массовую изменчивостьпо Дарвинуможно связатьс определеннымиусловиямиокружающейсреды. Хорошоподобранныйрацион питанияприведет кповышению удоеву всех представителейстада. Сочетаниеблагоприятныхусловий способствуетувеличениюразмера зерновоку всех особейпшеницы. Такимобразом, изменения,возникающиена основеопределеннойизменчивости,можно прогнозировать.

Неопределеннаяизменчивостьсвязана свозникновениемпризнаков уотдельных илинесколькихособей. Такиеизменениянельзя объяснитьдействиемфакторов внешнейсреды.

Соотносительнаяизменчивостьэто очень интересноеявление. Появлениеодних признаковведет за собойпоявлениедругих. Такувеличениедлины колосазлаков ведетк уменьшениюдлины стебля.Так получаяхороший урожай,теряем солому.Увеличениеконечностейу насекомыхприводит кувеличениюмышц. И такихпримеров известномного.

Ч.Дарвин отметил,что одни изменениявозникающиев онтогенезепроявляютсяу потомства,другие непроявляются.Первые он отнеск наследственнойизменчивости,вторые к ненаследственной.Дарвин отметили такой факт,что наследуютсяв основномизменениясвязанные снеопределеннойи соотносительнойизменчивостью.

ПримеромопределеннойизменчивостиДарвин считалдействие окружающейсреды. ПричинынеопределеннойизменчивостиДарвин не мог,отсюда и самоназвание этойформы изменчивости.

Кнастоящемувремени причиныи механизмизменчивостиболее или менееясны.

Современнаянаука различаетдве формыизменчивости– мутационнуюили генотипическуюи кодификационнуюили фенотипическую.

Мутационнаяизменчивостьсвязана с изменениемгенотипа. Возникаетона в результатемутаций. Мутацииэто результатвоздействиена генотипмутагенов. Самимутагеныподразделяютсяна физические,химическиеи пр. Мутациибывают генные,хромосомные,геномные. Мутациипередаютсяпо наследствус генотипом.

Модификационнаяизменчивостьесть взаимодействиегенотипа иокружающейсреды. Проявляетсямодификационнаяизменчивостьчерез нормуреакции, т. е.воздействиефакторов средыможет изменитьпроявлениепризнака в егокрайних пределахопределенныхгенотипом.Такие измененияне передаютсяпотомкам, номогут проявлятьсяв последующемпоколении пиповторениипараметровфакторов среды.

Обычнодарвиновскаянеопределеннаяизменчивостьассоциируетсяс мутационной,а определеннаяс модификационной.

Борьба засуществование.

Воснове дарвиновскойтеории естественногоотбора лежитборьба засуществование,с необходимостьювытекающейиз безграничногостремленияорганизмовк размножению.Это стремлениевсегда выражаетсяв геометрическихпрогрессиях.

Дарвинссылается приэтом на Мальтуса.Однако задолгодо Мальтусабиологи зналиоб этом явлении.Да и наблюдениясамого Дарвинаподтверждалиспособностьживых существк потенциальнойинтенсивностиразмножения.Еще К. Линнейуказывал, чтоодна мяснаямуха при посредствесвоего потомствамогла бы занесколько днейдо костей труплошади.

Дажемедленноразмножающиесяслоны, по подсчетуЧ. Дарвина, овладетьвсей сушей,если бы дляэтого были бывсе условия.По Дарвину отодной парыслонов за 740 летполучилосьбы около 19 миллионовособей.

Почемуже так различаютсяпотенциальнаяи реальнаярождаемость?

Дарвинотвечает и наэтот вопрос.Он пишет, чтонастоящеезначениемногочисленностияиц или семянзаключаетсяв том, чтобыпокрыть ихзначительнуюубыль, вызываемуюистреблениемв каком-нибудьпоколениижизни, т. е. размножениенаталкиваетсяна сопротивлениесреды. На основеанализа этогоявления Ч. Дарвинвводит понятие«борьба засуществование».

«Понятиеборьба засуществование»может иметьсмысл и оправданиетолько в дарвиновскомшироком «метафорическом»понимании:«включая сюдазависимостьодного существаот другого, атакже включая(что еще важнее)не только жизньодной особи,но и успех еев оставлениипосле себяпотомства».Дарвин пишет:«Про двух животныхиз ряда львов,В период голода,можно совершенноверно сказать,что они борютсядруг с другомза пищу и жизнь.НО про растениена окраинепустыни такжеговорят, чтооно ведет борьбуза жизнь противзасухи, хотяправильнеебыло бы сказать,что оно зависитот влажности.Про растение,ежегодно производящеетысячи семян,из которых всреднем вырастаетлишь одно, ещевернее можносказать, чтооно боретсяс растениямитого же родаи других, ужепокрывающихпочву…во всехэтих знаниях…я ради удобстваприбегаю кобщему терминуборьба засуществование».

Текст«Происхождениевидов» подтверждаетразнообразиеформ борьбыза существование,но вместе с темпоказывает,что во всехэтих формахприсутствуетэлемент соревнованияили конкуренции.

СамЧ. Дарвин никаких формборьбы засуществованиене выделял.Такие попыткиделали Л. Морган,Л, Плате. В отечественнуюлитературупонятие о формахборьбы засуществованиеввел К. А. Тимирязев.Следуя этимавторам обычноразличают: 1)внутривидовуюборьбу с себеподобными запищу и размножение;2) межвидовуюборьбу с другимиорганизмами(с хищниками,паразитами,бактериальнымиболезнями); 3)конституциональнуюборьбу с фактораминеорганическойсреды.

Внутривидоваяборьба идетна условияхжесткой конкуренции,так как особиодного видатребуют одинаковыхусловий существования.На первое местовыступает рольсамого организмаи его индивидуальныхособенностей.Отмечаетсязначение егосредств защиты,его активность,его стремлениек размножению.

Борьбаза существованиена уровне видаимеет явноактивный характер,и ее интенсивностьувеличиваетсяс увеличениемплотностинаселения.

Организмысоревнуютсямежду собойв борьбе запищу, за самку,за зону охоты,а так же в средствахзащиты отнеблагоприятныхвлияний климата,в охране потомства.

Ухудшениекормовых условий,высокая плотностьнаселения ит. д., позволяютвыжить наиболееконкурентоспособным.В качествепримера внутривидовойборьбы можнопривести ситуациюв стаде дикихоленей. Увеличениечисленностиособей приводитк повышениюплотностипопуляции. Впопуляцииувеличиваетсяколичествосамцов. Увеличениеплотностипопуляцииприводит кнехватке корма,возникновениюэпидемий, борьбесамцов за самкуи т. д. Все этоприводит кгибели особейи снижениючисленностипопуляции.Выживают болеесильные.

Такимобразом, внутривидоваяборьба способствуетсовершенствованиювида, появлениюадаптаций ксреде обитания,к факторам,вызывающимэту борьбу.

Межвидоваяборьба происходитмежду особямии популяциямиразных видов,т. е. идет борьбас хищниками,с паразитамии патогеннымимикроорганизмами.Такая борьбаведет к переживаниюособей, наиболеевооруженныхактивными илипассивнымисредствамизащиты противхищников ипаразитов, атак же переживаниюособей наиболееиммунных кболезням.

Зачастуюмежвидоваяборьба идетв одном направлении.Классическийпример этовзаимоотношениезайцев и волков.Два зайца убегаютот волка. В одинмомент ониразбегаютсяи волк остаетсяни с чем. Межвидоваяборьба способствуетрегулировкичисленностипопуляций,выбраковкибольных илислабых организмов.

Борьбас фактораминеорганическойсреды заставляетрастенияприспосабливатьсяк новым условиямсуществования,толкает их кувеличениюплодовитости.С другой стороныопределяютприуроченностьвида или популяциик определеннымусловиямместообитания.Особи мятликалугового растущиев прериях и наравнине имеютпрямостоячийстебель, а особирастущие вгорных условияхимеют приподнимающийсястебель. В результатеборьбы засуществованиевыжили особиу которых наранних этапахразвития стебельприжимаетсяк земле, т. е. онборется с ночнымизаморозками,к наиболеежизнеспособнымв условияхгорной местностиявляются ирастения сильноопущенные.

Учениео борьбе засуществованиеподтверждает,что именно этотфактор являетсядвижущей силойэволюции. Именноборьба, как еене называй,конкуренция,соревнования.Вынуждаеторганизмыприобретатьновые признаки,которые позволяютим побеждать.

Факторборьбы засуществованиеучитываетсяи практическойдеятельностичеловека. Припосадке растенийодного виданеобходимособлюдатьопределенноерасстояниемежду особями.При зарыблении водоемов ценнымипородами рыбиз него удаляютхищников ималоценныепороды. Привыдаче лицензийна обстрелволков учитываютколичествоособей и т. д.

Естественныйотбор.

«Естественныйотбор идет нечерез выборнаиболееприспособленных,а через истреблениеформ наиболееприспособленныхк условия жизненнойобстановки»- так пишет Ч.Дарвин в «Происхождениивидов». Естественныйотбор основанна следующихпосылках: а)особи любоговида в результатеизменчивости,биологическине равные кусловиям среды;одни из них вбольшей степенисоответствуютусловиям среды,другие в меньшейстепени; б) особилюбого видаборются снеблагоприятнымиим факторамисреды и конкурируютмежду собой.В процессе этойборьбы и конкуренции,«как правило,- через истреблениенеудовлетворительных»– выживаютнаиболееприспособленныеформы. Переживаниенаиболееприспособленныйсвязано с процессамидивергенции,в ходе которых,под непрерывнымвоздействиеместественногоотбора, формируютсяновые внутривидовыеформы. Последниевсе болееобособляютсяи служат источникомобразованияновых видови их прогрессивногоразвития.Естественныйотбор – творитновые формыжизни, создаетудивительнуюприспособленностьживых форм,обеспечиваетпроцесс повышенияорганизации,многообразияжизни.

Отборначинаетсяна уровне , гденаиболее высокаконкуренциямежду особями.Обратимся кклассическомупримеру, о которомписал сам Ч.Дарвин. В березовомлесу преобладаютбабочки сосветлой окраской.Это говорито том, что бабочкисо светлойокраской вытеснилибабочек с темнойи пестрой окраской.Этот процесспрошел поддействиеместественногоотбора на лучшуюзащитную окраску.При заменеберезы на породыс темной окраскойкоры на даннойтерриториибабочки сосветлой окраскойначинают исчезать– их поедаютптицы. Оставшаясяв незначительномчисле частьпопуляции стемной окраскойначинает бурноразмножаться.Идет отборособей которыеимеют шансвыжить и датьплодовитоепотомство. Вданном случаеречь идет омежгрупповомсоревновании,т. е. отбор идетмежду ужесуществующимиформами.

Естественномуотбору подвергаютсяи отдельныеособи. Любоенезначительноеуклонениедающее преимуществоособи в борьбеза существованиеможет подхватыватьсяестественнымотбором. В этомзаключаетсятворческаяроль отбора.Он действуетвсегда на фонеподвижногоматериала,непрерывноменяющегосяв процессахмутированияи комбинирования.

Естественныйотбор – главнаядвижущая силаэволюции.

Типы (формы)естественногоотбора.

Различаютдва основныхотбора: стабилизирующийи направленный.

Стабилизирующийотбор происходитв тех случаях,когда фенотипическиепризнаки максимальносоответствуютусловиям средыи конкуренциядовольно слабая.Такой отбордействует вовсей популяции,уничтожаяособей с крайнимиуклонениями.Например, существуетнекая оптимальнаядлина крыльевдля стрекозыопределенныхразмеров сопределеннымобразом жизнив данной среде.Стабилизирующийотбор действуетблагодарядифференциальномуразмножению,будет уничтожатьтех стрекоз,у которых размахкрыльев большеили меньшеоптимального.Стабилизирующийотбор не способствуетэволюционномуизменению, аподдерживаетфенотипическуюстабильностьпопуляции изпоколения впоколение.

Направленный(движущий) отбор.Эта форма отборавозникает вответ на постепенноеизменениеусловий среды.Направленныйотбор влияетна диапазонфенотипов,существующихв данной популяции,и оказываетселектвноедавление, сдвигающеесредний фенотипв ту или другуюсторону. Послетого, как новыйфенотип придетв оптимальноесоответствиес новыми условиямисреды, вступаетв действиестабилизирующийотбор.

Направленныйотбор приводитк эволюционномуизменению. Вотодин из примеров.

Открытиев сороковыхгодах антибиотиковсоздало сильноедавление отборав пользу бактериальныхштаммов, обладающихгенетическойустойчивостьюк антибиотикам.Бактерии оченьсильно размножаются,в результатеслучайноймутации можетпоявится устойчиваяклетка, потомкикоторой будутпроцветатьблагодаряотсутствиюконкуренциисо стороныдругих бактерий,уничтожаемыхданным антибиотиком.

Искусственныйотбор.

Искусственныйотбор это методвыведения новыхпород домашнихживотных илисортов растений.

Человекс самых раннихвремен своейцивилизацииприменяетискусственныйотбор при разведениирастений иживотных. Дарвинпользовалсяданными поискусственномуотбору, дляобъяснениямеханизмаестественногоотбора. Основнымифакторамиискусственногоотбора являютсянаследственность,изменчивость,действие человека,стремящегосядовести наследственныеотклонениядо абсурда иотбор. Изменчивость,как свойствовсех организмовизменяться,дает материалдля отбора –различногоряда уклонения.Человек заметивнужные емуотклоненияприступаетк отбору. Искусственныйотбор основанна изоляцииприродныхпопуляций илиособей с нужнымиотклонениямии избирательномскрещиванииорганизмов,обладающимипризнакамижелательнымидля человека.

Отборчерефордскойи абердии- ангусскойпород крупногорогатого скотавелся на количествои качествомяса, чернзейскойи джерсейскойпород – намолочность.Овцы чемпширскойи суффальскойпород быстросозревают идают хорошеемясо, но онименее выносливыи менее активныв поисках пищи,чем, например,шотландскиечерномордныеовцы. Эти примеры,показывают,что в однойпороде нельзяобъединитьвсе признаки,необходимыедля максимальногоэкономическогоэффекта.

Приискусственномотборе человексоздает направленноеселективноедействие, котороеведет к изменениючастот аллелейи генотиповв популяции.Это эволюционныймеханизм, приводящийк возникновениюновых пород,линий, сортов,рас и подвидов.Генофонды всехэтих группизолированы,но они сохраняютосновную геннуюи хромосомнуюструктуру,характернуюдля вида, к которомуони все ещепринадлежат.Создать новыйвид или восстановитьвымерший нево власти человека!

Дарвинразличал впределахискусственногоотбора методическийили систематическийотбор и бессознательныйотбор. Приметодическомотборе селекционерставил передсобой вполнеопределеннуюцель, произвестиновые породы,превосходящиевсе, что былов этом направлениисоздано. Бессознательныйотбор направленна сохранениеуже имеющихсякачеств.

Всовременнойселекции существуетдве формыискусственногоотбора: инбридинги аутбридинг.Инбридингоснован наизбирательномскрещиванииблизкородственныхособей с цельюсохраненияи распространенияособенно желательныхпризнаков.Аутбридингэто скрещиваниеособей из генетическиразличныхпопуляций.Потомки оттаких скрещиванийобычно превосходятсвоих родителей.

Возникновениеприспособлений.Относительныйхарактерприспособленности.

Результатоместественногоотбора являетсявозникновениепризнаков,позволяющихорганизмамприспособитсяк условиямсуществования.Отсюда и появилосьпредставлениео приспособительномхарактереэволюции. Наоснове изучениявозникновенияприспособлений(адаптаций)возникло целоенаправлениев биологии –учение об адаптациях.Приспособительныепризнаки илиадаптацииподразделяютсяна физиологическиеи морфологические.

Физиологическиеадаптации.Обилие и большоезначение дляжизненнойстойкостиорганизма малыхфизиологическихмутаций способствуюттому, что впопуляцияхначинаетсядифференцировка.Это понятно,если мутациипо своей природеявляютсябиологическимиизменениями,которые преждевсего ведутк изменениямпроцессоввнутриклеточногообмена веществ,и только черезэто к морфологическимпреобразованиям.Примерами могутслужить такиепризнаки организма,как стойкостьпо отношениюк известнымтемпературам,способностьнакапливатьпитательныевещества, общаяактивностьи пр. Они легкодают смещениев обе стороны,и в обоих случаяхмогут бытьблагоприятными.Изучая всхожестьсемян клеверакрасного приразных температурахпоказало, чтонаибольший% всхожестисемена даютпри +12С, но частьсемян прорастаеттолько в интервале+4-10С. Это способствуетвыживанию видапри низкойвесенней температуре.

Пигментацияживотных посвоему развитиюи изменчивостиприближаетсяк физиологическимпризнакам.Большая илименьшая интенсивностьокраски можетиметь защитныезначения всоответствующихусловиях общегофона и освещения.Это уже морфологическиеприспособления.

ВизвестныхисследованияхГаррисона былпоказан механизмсамого возникновенияразличий вокраске двухпопуляцийбабочек, возникшихиз одной сплошнойпопуляции приразделениилеса широкойпросекой. В тойчасти леса, гдесосна былазамещена березой,естественныйотбор (преобладающеепоедание птицамиболее темныхособей) привелк значительномупосветлениюпопуляциибабочек.

ЕщеЧ. Дарвин обратилвнимание натот факт, чтонасекомыеостровов либохорошие летуны,либо имеютредуцированныекрылья. Такоеявление какредукция органов,потерявшихсвое значениенетрудно объяснить,т. к. большинствомутаций связаноименно с явлениемнедоразвития.

Анализадаптацийпоказал, чтоони позволяютвыжить организмамтолько в определенныхусловиях. Этоможно понятьдаже проанализировавприведенныенами примеры.При вырубкеберез светлыебабочки становятсялегкой добычейптиц. Те же птицыпоявившиесяпод островамиуничтожаютнасекомых средуцированнымикрыльями. Ужеэти факты говорят,что приспособленностьне абсолютна,а относительна.

Доказательстваэволюцииорганическогомира.

Дарвинизмстал давнообщепризнаннымучением. Именнос низших дарвиновскихпредставленийможно объяснитьвсе историческиепреобразованияорганическогомира на Земле.

Вконце 19 века,когда числосторонниковэволюционногоучения Ч. Дарвинабыло меньше,чем противников,последователиЧ. Дарвина началисбор доказательствсуществованияэволюцииорганическогомира.

Работыв этом направлениивелись в областяхпалеонтологии,сравнительнойморфологии,сравнительнойанатомии,эмбриологии,биогеографии,биохимии и др.

1. Палеонтологическиенаходки какдоказательстваэволюции.

Запериод существованиянаучной биологиинакопилисьмногочисленныепалеонтологическиенаходки вымершихрастений иживотных. Особенноценными этинаходки сталитогда, когдаученые научилисьопределятьвозраст отложенийв которых онибыли найдены.Удавалось нетолько восстановитьоблик ископаемыхорганизмов,но и указатьвремя, когдаони обиталина нашей планете.Так были найденыостатки семенныхпапоротников,которые былипромежуточнойформой междупапоротниками и семеннымирастениями.Был обнаруженстегоцефал– промежуточнаяформа междурыбами и земноводными.Из пермскихотложенийизвестен зверозубыйящер являющийсяпромежуточнойформой междурептилиямии млекопитающими.Таких примеровможно привестиеще значительноеколичество.

2. Сравнительно-морфологическиеи эмбриологическиедоказательстваэволюции.

Сравнительно-морфологическиедоказательствабазируютсяна понятиях:аналогии игомологииорганов, напонятии рудиментыи атавизмы.Особенно ценнымив процесседоказательстваэволюции являютсягомология,рудименты иатавизмы.

Вкачестве примерагомологичныхорганов можноназвать передниеконечностипозвоночных;лапы лягушки,ящерицы, крыльяптицы, ластыводных млекопитающих,лапы крота,руки человека.Все они имеютединый планстроения исоставляютэволюционно-морфологическийрод. К такимявным доказательствамэволюции можноотнести наличиев роде человеческом«хвостатыхлюдей» и людейволосянойпокров которыхохватываетвсю поверхностьтела.

Однимиз основныхдоказательствэволюции считаютсясведения оэмбриональномразвитии организмов,что способствовалопоявлениюнового направленияв биологии –эволюционнойбиологии. Впользу эволюцииговорит ужето, что всемногоклеточныеживотные имеютв своем эмбриональномразвитии зародышевыелистки, из которыхразными путямиформируютсяразные органы.Эмбрион в своемразвитии какбы «вспоминает»стадии, которыепрошли егопредки.

3. Доказательстваэволюции изобласти экологиии географии.

Покровительственнаяокраска, возникновениесимбиотическихи паразитическихформ можнообъяснитьтолько с позицийдарвинизма.Черви-паразитыпроизошли отчервей сапрофитов,которые попавв кишечникхозяина приспособилиськ существованиюв новых условиях,которые привелик изменениюне только облика,но и функциональныхособенностей.Своеобразиеживотного мираАвстралии можнообъяснитьутерей связиэтого островас другими материкамиеще в Мезозойскуюэру.

4. Биохимическиедоказательстваэволюции.

Яркимдоказательствомэволюции являетсяналичие единогонаследственногоматериала –ДНК и способностьразных группорганизмов«включать»в процессежизни разныеучастки генома!

Главныенаправленияэволюционногопроцесса.

Процессэволюции идетнепрерывнопод знакомприспособленияорганизмовк окружающейсреде.

Основныминаправлениямиэволюционногопроцесса следуетсчитать биологическийпрогресс,биологическуюстабилизацию,биологическийрегресс.

Четкиеопределенияэтих явленийбыли даны А. Н.Северцовым.

Биологическийпрогресс означаетвозрастаниеприспособленностиорганизма кокружающейего среде, ведущейк увеличениючисленностии более широкомураспространениюданного видав пространстве.Примеромбиологическогопрогресса можноназвать эволюциюдыхательнойсистемы отжаберногодыхания к легочному.Именно этотпроцесс привелк завоеваниюживотными сушии воздушногопространства.

Биологическаястабилизацияпо А. Н. Северцову,означает поддержаниеприспособленностиорганизма наизвестномуровне. Организмизменяетсясоответственноизменениямокружающейсреды. Численностьего не возрастает,но и не снижается.

Урастений приснижениисреднегодовойтемпературыувеличиваетсяколичествокроющих волосковэпидермы. Этоявление позволяетвыжить всемособям, нопреимуществамежду другимивидами ненаблюдается,т. к. они проявляюттакую же реакцию.

Биологическийрегресс означаетснижениеприспособленностиорганизма.Организм отстаетот измененийво внешнейсреде, и в особенностиот темпов эволюциии распространениеэкологическиблизких форм.Численностьвида уменьшается,и вид идет навстречу вымиранию.Но следуетотметить, чторешительноепреобладаниерегрессивныхпроцессов припереходе кболее простымусловиямсуществованиявовсе не исключаетявления прогресса.Даже у паразитовпри исключительнойглубине ихрегресса, происходитпрогрессивноеразвитие средствприкрепления,полового аппарата,кожного питания.По пути чистогобиологическогорегресса идутпожалуй толькореликты, Неуспевающиеприспособитсяк существующимусловиям средыи поэтому попадающиев различные«Красные книги».

Наибольшеезначение вэволюции имеетбиологическийпрогресс, поэтомув биологиибольшое вниманиеуделяетсяизучениюбиологическогопрогресса.

Основныминаправлениямибиологическогопрогрессасчитаютсяароморфозыи идеоадаптации,среди другихнаправленийбиологическогопрогресса можноназвать и общуюдегенерацию.

Ароморфозы– приспособительныеизменения, прикоторых происходитрасширениежизненныхусловий связанногос усложнениеморганизациии повышениемжизнедеятельности.Классическимпримером ароморфозовследует считатьусовершенствованиелегких у птици млекопитающих,полное разделениеартериальнойи венознойкрови в сердцептиц и млекопитающих,разделениефункций у пластидвысших растений.

Идеоадаптации– направленияв эволюции, прикоторых одниприспособлениязаменяютсядругими, биологическиим равноценные.Идеоадаптациив отличии отароморфозовимеют частныйхарактер. Примеромидеоадаптацийявляется эволюцияротового аппаратанасекомых,который формировалсяв угоду средеобитания икоэволюции.

Общаядегенерация– приспособительныеизменениявзрослых потомков,при которыхобщая энергияжизнедеятельностипонижается.Относится кнаправлениямбиологическогопрогрессапотому, чторедукция однихорганов, происходящихпри дегенерациисопровождаетсякомпенсаторнымразвитием иныхорганов. Таку пещерных иподземныхживотных редукцияорганов зрениясопровождаетсякомпенсаторнымразвитием иныхорганов чувств.

Происхождениечеловека.

Вантропологиисуществуетнесколько точекзрения на то,когда обособиласьветвь человеческая.Согласно однойиз гипотезоколо 10 миллионовлет назадобезьянолюдиразделилисьна три вида.Один вид – прагориллы– ушли в горныелеса, где довольствовалисьвегетарианскойпищей. Другойвид – прашимпанзе– выбрал групповойобраз жизни.Главной пищейему служилиобезьяны мелкихвидов. Третийвид – прачеловек– предпочелохоту в богатойжизнью саванне.Это и была ветвь,которая привелак человекусовременному.

Согласносовременнойгипотезе, выдвинутойТимом Вайтоном,антропологомиз Калифорнийскогоуниверситетав Беркли, толькопять миллионовлет назад,разделилисьветви прачеловекаи обезьяны.Тиман Вайтсчитает, чтоАвстралопитекрамидус появившийсяв это время взависимостиот обстоятельствдвигался либона четырех,либо на двухконечностях.И вероятнопрошли сотнитысяч лет, преждечем на сменусмешанномудвижению пришлопрямохождение.

Околотрех миллионовлет назад ветвьчеловека даладве линии развития.Одна из нихдала целуюплеяду прямоходящихвидов австралопитеков,другая привелак возникновениюнового рода,получившегоназвание хомо.

Общая биология.

Пособие дляпоступающихв ВУЗы.

Составитель:Галкин М. А.

Впособии представленматериал покурсу общейбиологии начинаяот теориипроисхожденияжизни на земледо учения обиосфере.

Пособиерассчитанона абитуриентов,школьниковстарших классов,слушателейподготовительныхкурсов и отделений.

Предисловие.

Пособиесоставленов соответствиис программойдля поступающихв ВУЗы РФ, гдебиология являетсяобщеобразовательнымпредметом.

Цельданного пособия- помочь абитуриентуподготовитьсяк вступительнымэкзаменам. Этимоно отличаетсяот школьногоучебника «Общаябиология»,который носитпознавательныйхарактер.

Присоставлениипособия учитывалисьпрежде всеготребованияпредъявляемыена вступительныхэкзаменах. Этокасается исодержания,и объема материалаприведенногов пособии.

Пособиерассчитанона абитуриентовзаконченноесреднее образованиеили изучающихобщую биологиюна подготовительныхотделениях.

В пособиене включенынекоторыеразделы традиционнорассматриваемыев курсе «Общаябиология». Это«Строениеклетки», «Делениеклетки», «Фотосинтез».

Материалпо этим разделамподробно изложенв пособии дляпоступающихв ВУЗы составленныйГалкиным М. А.

Всезамечания ипожелания,касающиесяформы и содержанияпособия, будутприняты сблагодарностью.

Составительпособия.